JP2005214685A - ガス漏洩検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 動作中における電解液の減少を抑制することにより誤検知や動作不良を防止するとともに、電解液の補充頻度を大幅に低減することができるガス漏洩検出装置を提供する。
【解決手段】 本発明のガス漏洩検出装置1のガス採取管4の途中には、サンプリングガス2を加湿するための加湿手段として、加湿ユニット17が設けられている。この加湿ユニット17は、純水を貯蔵する貯水部18と、貯水部18を加熱する加熱部19と、貯水部18から発生する水蒸気20によりサンプリングガス2を加湿する加湿部21から構成されている。また、貯水部18と加湿部21の間には仕切り板22が設けられ、この仕切り板22には多数の小孔23が形成されている。さらに、ガス採取管4及びガス排出管6の周囲には、外部からの温度影響を防止するための保温手段として、発泡ウレタンやシリコンフォーム等からなる断熱材24が設けられている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、有害なガスを使用する半導体設備のガス漏洩検出装置に関し、特に、動作中における電解液の減少を抑制する機能を有するガス漏洩検出装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウェーハ上に薄膜形成、酸化及びエッチング処理を行なう際に使用される反応ガスとして、例えばアルシン(AsH)、ホスフィン(PH)、モノシラン(SiH)、ジボラン(B)、モノゲルマン(GeH)等がある。これらの反応ガスは、毒性、可燃性、腐蝕性を有するものであり、取り扱いには十分な注意が必要である。従って、この半導体製造に使用される特殊材料ガスが漏洩した場合は、すばやく検出して警報を発し、安全対策を行なうことが重要である。このようなガス検出に使用される装置としては、検出感度の高い安定性に優れた定電位電解式のガス漏洩検出装置がある。その方式は、一定の電位に保たれた電極上でガスを電気分解し、そのときに発生する電流をガス濃度として検出するものであり、例えば、特開平9−27456号公報(特許文献1)に開示されている。
図5は、従来のガス漏洩検出装置61の概略構成図である。図5に示すように、従来のガス漏洩検出装置61は、半導体製造装置のガス漏れ監視場所からサンプリングガス62を採取するための吸引ポンプ63及びガス採取管64と、ガス採取管64の終端に接続された定電位電解式のセンサ本体65と、センサ本体65からサンプリングガスを排出するガス排出管66を備えている。さらに、センサ本体65は、プラスチックからなるセル容器67の片側にAu、Pt等の金属からなる作用電極68が一体となった高分子膜からなるガス透過膜69があり、もう一方の側にはAu、Pt等の金属からなる参照電極70及び対電極71がある。また、セル容器67の内部には、KOH、KCl、HSO水溶液等からなる電解液72が満たされ、上部の電解液注入口73から注入される。さらに、作用電極68は接地され、参照電極70及び対電極71には、電流計74、ポテンショスタット75、電極電位設定用基準電池76が接続されている。
次に、従来のガス漏洩検出装置61の動作を説明する。先ず、作用電極68と参照電極70間をポテンションスタット75を用いて一定の電圧に保つ。次に、サンプリングガス62を吸引ポンプ63により、ガス採取管64を介してセンサ本体65内に導入する。導入されたサンプリングガス62は、ガス透過膜69を透過して作用電極68に達し、作用電極68で直接電気分解される。
例えば、サンプリングガス62としてアルシン(AsH)が作用電極68に接すると、作用電極68上では、AsH+HO→AsO+5H+6eの電解反応が起こる。そこで生じた水素イオンによって対電極71上でも、(3/2)O+6H+6e→3HOの反応が起こる。このときに発生する電流がガス濃度に比例するので、作用電極68と対電極71の間に流れる電流を測定することによってガス濃度を知ることができる。
特開平9−27456号公報(第3頁、0010段落、図10)
しかしながら、上述した従来のガス漏洩検出装置61には、以下のような問題があった。サンプリングガス62を採取する場所が高温であったり、乾燥したところであれば、電解液72中に含まれる水分がガス透過膜69を通して揮発し、電解液72が減少して液面低下が起こる。その結果、ガス透過膜69に一体化形成された作用電極68の一部が電解液72に浸らなくなり、検出感度が低下して誤検知や動作不良などの問題が発生する。有害ガスが漏洩しているにも係わらず、検出されなくなると、作業者を多大な危険に晒すことになる。
また、電解液72は定期点検等で補充を行なうが、乾燥ガスを吸引すると電解液72が早く減少するために、1〜2ケ月毎に補充が必要になる。そして、電解液72を補充した直後は検出感度が安定しないため、次のような指示値校正を行なわなければならない。先ず、清浄空気を充填したガスボンベを準備し、ガス流量計を介してガス漏洩検出装置61に接続し、清浄空気を一定時間流した後、指示値をゼロに合わせる。次に、数種類の既知濃度の反応ガスを充填した複数のガスボンベを準備し、ガス流量計を介してガス漏洩検出装置61に接続して一定時間流し、その濃度毎に指示値の校正を行うものである。そのため、電解液72の補充頻度が高くなると、比例して指示値校正にかかる作業工数も増大し、ガス漏洩検出装置61により漏洩監視している半導体製造装置の生産性を低下させることになる。
本発明は、上記問題点を解決するために考えられたもので、動作中における電解液の減少を抑制することにより誤検知や動作不良を防止するとともに、電解液の補充頻度を大幅に低減することができるガス漏洩検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載のガス漏洩検出装置は、半導体製造装置のガス漏れ監視場所から採取されたサンプリングガスを、吸引ポンプによりガス採取管を介してセンサ本体に導き、前記センサ本体中に収容された電解液中で電気分解させることにより、前記サンプリングガス中の有害成分濃度を測定するガス漏洩検出装置であって、前記ガス採取管の途中に、サンプリングガスを加湿するための加湿手段を設けたことを特徴とする。
また、請求項2記載のガス漏洩検出装置は、請求項1記載のガス漏洩検出装置であって、前記加湿手段が、純水を貯蔵する貯水部と、前記貯水部を加熱する加熱部と、前記貯水部から発生する水蒸気により前記サンプリングガスを加湿する加湿部からなることを特徴とする。
また、請求項3記載のガス漏洩検出装置は、請求項2記載のガス漏洩検出装置であって、前記加湿手段内部に、前記サンプリングガスの長大な流路を形成するガス流路形成手段を設けたことを特徴とする。
また、請求項4記載のガス漏洩検出装置は、請求項2又は3記載のガス漏洩検出装置であって、前記加湿手段内部に、前記サンプリングガスの流路に対して左右方向から水蒸気を供給する水蒸気供給手段を設けたことを特徴とする。
また、請求項5記載のガス漏洩検出装置は、請求項1〜4記載のガス漏洩検出装置であって、前記加湿手段のOUT側に、前記サンプリングガスの湿度を検出する湿度検出部と、前記湿度検出部で検出された湿度を所定値と比較する比較部と、前記比較部で比較された結果に基づいて前記加熱部の出力を制御する制御部を設けたことを特徴とする。
また、請求項6記載のガス漏洩検出装置は、請求項1〜5記載のガス漏洩検出装置であって、前記センサ本体に、前記電解液の液量低下を検出する液量検出部と、前記液量検出部からの信号により前記電解液補充の表示を行なう表示部を設けたことを特徴とする。
また、請求項7記載のガス漏洩検出装置は、請求項1〜6記載のガス漏洩検出装置であって、前記ガス採取管及びガス排出管の周囲に、保温手段を設けたことを特徴とする。
以上説明したように、本発明のガス漏洩検出装置によれば、ガス採取管の途中に加湿ユニットを設け、サンプリングガスを十分に加湿した状態でセンサ本体に供給するようにしたので、センサ本体内の水分蒸気圧が高まり、ガス透過膜からの電解液の蒸発が抑制される。これにより、長期に亘って電解液の液量が安定化するので、誤検知や動作不良等の問題を解決できる。また、電解液の補充頻度も低減でき、校正にかかる工数を大幅に削減できる。
また、加湿ユニット内部にガス流路を形成する複数のガス流路形成板を設けることによりガス流路を十分に長くしたり、複数の小孔が形成された側壁板を設けることによりサンプリングガスの流路に対して左右方向から水蒸気を供給するようにしたので、加湿ユニットを大型化することなく、サンプリングガスを効率よく加湿することができる。
また、加湿ユニットのOUT側に湿度センサを設けることによりサンプリングガスの湿度を検出するようにしたので、サンプリングガスの種類や流量等が変化しても、湿度を極めて高精度に制御することができる。また、センサ本体の内部に液量センサを設けることにより電解液の液量低下を検出するようにしたので、長期間の使用により電解液が減少しても、その補充時期を的確に知ることができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施例のガス漏洩検出装置1の概略構成図である。図1に示すように、本実施例のガス漏洩検出装置1は、半導体製造装置のガス漏れ監視場所からサンプリングガス2を採取するための吸引ポンプ3及びガス採取管4と、ガス採取管4の終端に接続された定電位電解式のセンサ本体5と、センサ本体5からサンプリングガス2を排出するガス排出管6を備えている。さらに、センサ本体5は、プラスチックからなるセル容器7の片側にAu、Pt等の金属からなる作用電極8が一体となった高分子膜からなるガス透過膜9があり、もう一方の側にはAu、Pt等の金属からなる参照電極10及び対電極11がある。また、セル容器7の内部には、KOH、KCl、HSO水溶液等からなる電解液12が満たされ、上部の電解液注入口13から注入される。また、作用電極8は接地され、参照電極10及び対電極11には、電流計14、ポテンショスタット15、電極電位設定用基準電池16が接続されている。
さらに、本発明のガス漏洩検出装置1のガス採取管4の途中には、サンプリングガス2を加湿するための加湿手段として、加湿ユニット17が設けられている。この加湿ユニット17は、純水を貯蔵する貯水部18と、貯水部18を加熱する加熱部19と、貯水部18から発生する水蒸気20によりサンプリングガス2を加湿する加湿部21から構成されている。また、貯水部18と加湿部21の間には仕切り板22が設けられ、この仕切り板22には多数の小孔23が形成されている。さらに、ガス採取管4及びガス排出管6の周囲には、外部からの温度影響を防止するための保温手段として、発泡ウレタンやシリコンフォーム等からなる断熱材24が設けられている。
次に、本発明のガス漏洩検出装置1の動作を説明する。先ず、半導体製造装置のガス漏れ監視場所にガス採取管4を接続した後、吸引ポンプ3によりサンプリングガス2を採取し、加湿ユニット17に導入する。
加湿ユニット17では、貯水部18に貯蔵された純水が、加熱部19により加熱されて水蒸気20となり、仕切り板22に形成された多数の小孔23を通って加湿部21に供給される。加湿ユニット17に導入されたサンプリングガス2は、加湿部21を通過することにより所定湿度に加湿された後、ガス採取管4及び吸引ポンプ3を通って、センサ本体5に導入される。このとき、ガス採取管4及びガス排気管6の外周に断熱材24を設けているので、外部の温度影響を受けることなく、管内を通過するサンプリングガス2の温湿度を一定にすることができる。また、この断熱材24の代わりに、テープヒータを設け、管内を加温するようにしてもよい。センサ本体5に導入されたサンプリングガス2は、十分に加湿されているため、ガス透過膜9によって仕切られたガス導入部25における水分の蒸気圧が高くなる。その結果、電解液12に含まれる水分がガス透過膜9の外へ蒸発しようとしても、外部圧力が高いために蒸発が抑制される。なお、仕切り板22に形成した小孔23の数、大きさ及び位置等は、サンプルガス2の種類や流量、加湿ユニット17のサイズ等に合わせて、適宜調整することができる。
このように、本実施例のガス漏洩検出装置1は、ガス採取管4の途中に加湿ユニット17を設け、この加湿ユニット17内の加湿部21にサンプリングガス2を通過させることによって加湿した後、センサ本体5に導入するようにしたので、センサ本体5におけるガス導入部25の水分蒸気圧が高くなり、電解液12の揮発が抑制される。これにより、電解液12の液量が長期に亘って安定し、誤検知や感度低下を防止できるとともに、電解液12の補充頻度も大幅に低減できる。また、ガス採取管4及びガス排気管6の周囲に断熱材24を設けたので、外部の温度影響を受けることなく、温室度の安定したサンプリングガス2をセンサ本体5に導入できる。なお、本実施例における電解液12の揮発防止に有効なサンプリングガス2の加湿度は50%以上であり、より望ましくは60%以上である。本実施例の適用により、湿度35〜40%の状態で通常1〜2ケ月毎に電解液の補充が必要であったものが、サンプリングガス2を湿度60%に加湿することにより約6ケ月にまで延長することができた。
次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図2は、本発明の第2実施例のガス漏洩検出装置31の概略構成図である。なお、図2において、上述した第1実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例のガス漏洩検出装置31において、上述した第1実施例と相違するところは、加湿ユニット32内部に、サンプリングガス2の長大な流路を形成するガス流路形成手段として、上側又は下側に開口部33を有する複数のガス流路形成板34を設けたことである。さらに、この開口部33は、サンプリングガス2の流れ方向に沿って上下に互い違いとなるように配列されている。
次に、本実施例のガス漏洩検出装置31の動作を説明する。半導体製造装置のガス漏れ監視場所から採取されたサンプリングガス2は、実施例1の場合と同様に、ガス採取管4を介して加湿ユニット32に導入される。導入されたサンプリングガス2は、加湿部ユニット32内の加湿部21に設けられた複数のガス流路形成板34に沿って進む。このとき、サンプリングガス2は、ガス流路形成板34の上側又は下側に形成された開口部33を通って流れるので、流路を十分に長くすることができる。その結果、加湿ユニット32におけるサンプリングガス2の滞留時間が延び、第1実施例の場合よりも、さらに効率よくサンプリングガス2を加湿することができる。
このように本実施例のガス漏洩検出装置31では、加湿ユニット32内部にガス流路形成板34を設け、このガス流路形成板34に沿ってサンプリングガス2を通過させることによって滞留時間を延ばすようにしたので、加湿ユニット32を大型化することなく、サンプリングガス2を効率よく加湿することができる。これにより、スペースの小さい所でも、容易にガス漏洩検査装置31を取り付けることができるとともに、センサ本体5の電解液12の揮発を効果的に抑制することができる。
次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図3(a)、(b)は、本発明の第3実施例のガス漏洩検出装置41の概略構成図及びA−A断面図である。なお、図3(a)、(b)において、上述した第2実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例のガス漏洩検出装置41において、上述した第2実施例と相違するところは、加湿ユニット32内部に複数のガス流路形成板34を設けるとともに、ガス流路形成板34の横側に、サンプリングガス2の流路に対して左右方向から水蒸気を供給する水蒸気供給手段として、多数の小孔42が形成された側壁板43を設けたことである。
次に、本実施例のガス漏洩検出装置41の動作を説明する。半導体製造装置のガス漏れ監視場所から採取されたサンプリングガス2は、第2実施例の場合と同様に、ガス採取管4を介して加湿ユニット32に導入される。導入されたサンプリングガス2は、加湿ユニット32内の加湿部21に設けられた複数の流路形成板34に沿って進む。このとき、新たに設けた側壁板43の小孔42から、サンプリングガス2の流路に対して左右方向から多量の水蒸気が供給される。これにより、サンプリングガス2の下方向と左右方向の3方向から多量の水蒸気が供給されるので、第2実施例の場合よりも、さらに効率よく加湿できる。なお、側壁板43に形成した小孔42の数、大きさ及び位置等は、サンプルガス2の種類や流量、加湿ユニット32のサイズ等に合わせて、適宜調整することができる。
このように本実施例のガス漏洩検知装置41は、加湿ユニット32内部にガス流路形成板34を設け、さらにガス流路形成板34の横側に、多数の小孔42が形成された側壁板43を設けることによって、サンプリングガス2の下方向と左右方向の3方向から多量の水蒸気が供給されるようにしたので、加湿ユニット32を大型化することなく、サンプリングガス2をさらに効率よく加湿することができる。これにより、スペースの小さい所でも、容易にガス漏洩検査装置41を取り付けることができるとともに、センサ本体5の電解液12の揮発をより効果的に抑制することができる。
次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図4は、本発明の第4実施例のガス漏洩検出装置51の概略構成図である。なお、図4において、上述した第3実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例のガス漏洩検出装置51において、上述した第3実施例と相違するところは、加湿ユニット32のOUT側に、加湿されたサンプリングガス2の湿度を検出する湿度センサ52と、湿度センサ52で検出された湿度を所定値と比較する比較部53と、比較部53で比較された結果に基づいて加熱部19の出力を制御する制御部54と、センサ本体5の電解液12の液量低下を検出する液量センサ55と、液量センサ55からの信号により電解液12の補充を表示する表示部56を設けたことである。
ここで、湿度センサ52は電気抵抗式センサや電気容量式センサ等からなり、比較部52と制御部53は周知のCPUやメモリ等からなり、液量センサ55は静電容量式や超音波式等からなり、表示部56はLEDやLCD等からなる。
次に、本実施例のガス濃度測定装置51の動作を説明する。半導体製造装置のガス漏れ監視場所から採取されたサンプリングガス2は、第3実施例の場合と同様に、ガス採取管4を介して加湿ユニット32に導入される。導入されたサンプリングガス2は、加湿ユニット32内部に設けられたガス流路形成板34に沿って進み、下方向と左右方向の3方向から多量の水蒸気が供給され、加湿が行なわれる。
さらに、加湿ユニット32で加湿されたサンプリングガス2の湿度は、加湿ユニット32のOUT側に設けた湿度センサ52により検出される。さらに、湿度センサ52の出力は、電気信号として比較部53へ送られる。比較部53では、湿度センサ52で検出された湿度が所定値と比較され、その結果が制御部54へ送られる。制御部54では、湿度センサ52で検出された湿度が所定値より小さい場合は、加熱部19の出力を上げるように制御信号を出力する。逆に、所定値よりも大きい場合は、加熱部19の出力を下げるように制御信号を出力する。このように、サンプリングガス2の湿度が所定湿度(例えば、60%〜70%)になるように加熱部19を制御するので、サンプリングガス2の種類や流量等が変化しても、湿度を極めて高精度に制御することができる。
一方、センサ本体5には、液量センサ55が作用電極8より高い所定の位置に設けてあり、この液量センサ55により電解液12の液量低下が監視される。これにより、長期間の使用等により電解液12が減少しても、直ちにその液量低下を検出し、液量低下を表すメッセージを表示部56に表示し、作業者に電解液12補充の必要性を知らせることができ、誤動作や動作不良による人的被害を防止することができる。
このように本実施例のガス漏洩検出装置51は、加湿ユニット32のOUT側に設けた湿度センサ52によりサンプリングガス2の湿度を検出し、比較部53により所定湿度と比較し、制御部54により所定湿度になるように加熱部19を制御するようにしたので、サンプリングガス2の種類や流量等が変化しても、湿度を極めて高精度に制御することができる。さらに、センサ本体5に設けた液量センサ55により電解液12の液量低下を監視し、表示部56により液量低下を表すメッセージを表示するようにしたので、長期間の使用等により電解液12が減少しても、直ちにその液量低下を検出して作業者に電解液12補充の必要性を知らせることができる。
なお、上述した各実施例では、加熱部19により純水を加熱して水蒸気を発生させたが、水蒸気の発生方法はこれに限定されるものではなく、例えば、超音波により水蒸気を発生させるようにしてもよい。このとき、電圧を変えて超音波の強さを変えるようにすれば、発生する水蒸気量を制御できる。
また、センサ本体5として定電位電解式センサについて説明したが、電解液12を用いてガス検出を行なう方式のものであればよく、例えば、ガス透過膜9と作用電極8を分離させた隔膜分離型定電位電解式センサにも適用できる。
ガス採取管の途中に加湿ユニットを設け、サンプリングガスを十分に加湿した状態でセンサ本体に供給することによって、センサ本体内の水分蒸気圧が高まり、ガス透過膜からの電解液の蒸発が抑制される。これにより、長期に亘って電解液の液量が安定化するので、誤検知や動作不良等の問題を解決できる。また、電解液の補充頻度も低減でき、校正にかかる工数を大幅に削減できる。
本発明の第1実施例のガス漏洩検出装置の概略構成図 本発明の第2実施例のガス漏洩検出装置の概略構成図 本発明の第3実施例のガス漏洩検出装置の概略構成図及びA−A断面図 本発明の第4実施例のガス漏洩検出装置の概略構成図 従来のガス漏洩検出装置の概略構成図
符号の説明
1 本発明の第1実施例のガス漏洩検出装置
2 サンプリングガス
3 吸引ポンプ
4 ガス採取管
5 センサ本体
6 ガス排出管
7 セル容器
8 作用電極
9 ガス透過膜
10 参照電極
11 対電極
12 電解液
13 電解液注入口
14 電流計
15 ポテンショスタット
16 電極電位設定用基準電池
17 加湿ユニット
18 貯水部
19 加熱部
20 水蒸気
21 加湿部
22 仕切り板
23 小孔
24 断熱材
25 ガス導入部
31 本発明の第2実施例のガス漏洩検出装置
32 加湿ユニット
33 開口部
34 ガス流路形成板
41 本発明の第3実施例のガス漏洩検出装置
42 小孔
43 側壁板
51 本発明の第4実施例のガス漏洩検出装置
52 湿度センサ
53 比較部
54 制御部
55 液量センサ
56 表示部
61 従来のガス漏洩検出装置
62 サンプリングガス
63 吸引ポンプ
64 ガス採取管
65 センサ本体
56 ガス排出管
67 セル容器
68 作用電極
69 ガス透過膜
70 参照電極
71 対電極
72 電解液
73 電解液注入口
74 電流計
75 ポテンショスタット
76 電極電位設定用基準電池

Claims (7)

  1. 半導体製造装置のガス漏れ監視場所から採取されたサンプリングガスを、吸引ポンプによりガス採取管を介してセンサ本体に導き、前記センサ本体中に収容された電解液中で電気分解させることにより、前記サンプリングガス中の有害成分濃度を測定するガス漏洩検出装置において、前記ガス採取管の途中に、サンプリングガスを加湿するための加湿手段を設けたことを特徴とするガス漏洩検出装置。
  2. 前記加湿手段が、純水を貯蔵する貯水部と、前記貯水部を加熱する加熱部と、前記貯水部から発生する水蒸気により前記サンプリングガスを加湿する加湿部からなることを特徴とする請求項1記載のガス漏洩検出装置。
  3. 前記加湿手段内部に、前記サンプリングガスの長大な流路を形成するガス流路形成手段を設けたことを特徴とする請求項2記載のガス漏洩検出装置。
  4. 前記加湿手段内部に、前記サンプリングガスの流路に対して左右方向から水蒸気を供給する水蒸気供給手段を設けたことを特徴とする請求項2又は3記載のガス漏洩検出装置。
  5. 前記加湿手段のOUT側に、前記サンプリングガスの湿度を検出する湿度検出部と、前記湿度検出部で検出された湿度を所定値と比較する比較部と、前記比較部で比較された結果に基づいて前記加熱部の出力を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項1〜4記載のガス漏洩検出装置。
  6. 前記センサ本体に、前記電解液の液量低下を検出する液量検出部と、前記液量検出部からの信号により前記電解液補充の表示を行なう表示部を設けたことを特徴とする請求項1〜5記載のガス漏洩検出装置。
  7. 前記ガス採取管及びガス排出管の周囲に、保温手段を設けたことを特徴とする請求項1〜6記載のガス漏洩検出装置。
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