JPH06506769A - 特に湿度計の反応の検定に適したフィードバック制御気体混合生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従って、本発明の一つの目的は、制御可能な低い水分濃度を有する気体流を生成 することにある。本発明の他の目的は、湿度計により計測される試料気体の水分 濃度の増加の検出及び計測に要する反応時間を短縮する方法及び装置を提供する ことにある。本発明の他の目的は、湿度計の水分に対する反応を自動的に検定す ることにある。

上記した、又は他の目的を達成するために本発明は、気体流が分析機に到達する 前に少量の水分を添加する方法及び装置を提供するものである。この添加は、湿 度計からのフィードバックにより制御され、あるいは、周期的に実行される。

ことができる。また、上記規則的に水分を添加することにより、湿度計が下方検 出限度を遥かに越えて乾燥するのを阻止し、試料気体中の水分濃度の増加に対す る湿度計の迅速な反応が保証される。

本発明は、上記した概略的な説明と、典型的ではあるがこれに限定されるもので はない下記の詳細に説明との両方から理解される。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面と関連する下記の詳細な説明により最もよく理解され、ここ で： 図１は、本発明に従って構成された装置の主要な要素を図示しており：図２は、 本発明に係る方法の第１実施例に従う作動時に図１に図示した装置の反応の一例 を示すグラフであり、 図３ａは、気体流の方向と図１に示す装置の第１弁が閉弁して水分が気体流に添 加されたときの主要な要素中の水分の存在を示し、図３ｂは、気体流の方向と図 １に示す装置の第１弁が開弁じて水分が気体流に添加されときの主要な要素中の 水分の存在を示し、図４は、本発明に係る方法の第２実施例に従う作動時に図１ に図示した装置の反応の一例を示すグラフであり、 一一一図５は、本発明に係る水分生成装置を示し、図６ａ及び図６ｂは、逆流が 試料気体への水分の添加を停止させると共に、水分が添加されると気体流が反対 方向に供給されるようにした第３実施例に従って作動する、本発明に従って構成 された装置の主要な要素を図示している。

発明の詳細な説明 図１は、前記した通常の湿度計１０を含む、湿度計に制御される水分生成装置１ を示している。湿度計１０は、フィードバンク信号を備えると共に、適切がっ最 適な機能を保証するため（ごオン・ライン”で検定される。湿度計１０は、矢印 “Ｓ”で図示した試料気体流のための入口１２を備えている。

通常、湿度計１０は、通過する気体の流量を制御及び結果的に計測する要素を備 えており、上記流量は一定の安定した値に保持される。もし湿度計１０がこの種 の要素を備えない場合には、それらは外部、例えば、湿度計の出口から下流側に 設けられる。このような要素は、又、本発明を作動するのに必要な装置の一部を 備える。湿度計１０への気体の流れが変化して水分濃度の変化がもたらされても 、水分濃度を変化させる水分生成装置１による水分の添加が続き、湿度計１０か らのフィードバック信号が水分生成装置１を適切に作動させる。湿度計１０があ る水準の水分濃度に達すると、この水準へ読出し値が上昇しているとき、不安定 な気体流により上記読出し値が不安定性にもがかオフらず、フィードバック信号 が発動される。

接続管２０は気体の供給源１４と湿度計１０の入口１２を接続する。供給源１４ と入口１２の間には、接続管２０が矢印“Ｇ”で示す大きな気体流から試料気体 Ｓを分離するサンプリング・ポイント１６を設けている。典型的には、接続管２ ０は、支流がなく、直径が１／４インチ又は１／８インチであり、電解研磨した ステンレス鋼からなる。

しかしながら、本発明の装置では、接続管２０は第１の“Ｔ”型接続部２２を備 えている。同様に直径が１／４インチ又は１／８インチであり、電解研磨したス テンレス鋼からなるＴ型接続部２２は、試料気体Ｓが湿度計１０に達する前に装 置１が水分を試料気体Ｓに水分を添加するのを許可する。この水分の行程距離を 最小とするために、Ｔ型接続部２２は湿度耐１０の入口１２にできる限り近接し 、好ましく１から２インチ以内であることが好ましい。従って、Ｔ型接続部２２ の右側腕部２４の長さは、可能な限り短く設定している。Ｔ型接続部２２からサ ンプリング・ポイント１６への距離も、同様にできる限り短く設定している。

このように距離を短（設定することにより、湿度計１０の分析機が気体流の水分 濃度の変化に対する反応時間は短い。

管脚部２８は、浸透装置３０に向けて延在し、この装置３０に接続する。装置３ ０は湿度計１０及び膜３４に対して水分を付加する水分の供給源３２を備えてい る。水分３２は、接続部２２の試料気体Ｓに入るために、膜３４を通過して拡散 され、Ｔ型接続部２２の試料気体Ｓに達するまで管脚部２８に沿って移動する。

図１に示すように、管脚部２８はそれ自体第２の“Ｔ”型接続部３６の一部分で ある（同様に直径が１／４インチ又は１／８インチであり、電解研磨したステン レス鋼からなる）。Ｔ型接続部２２の管脚部２８は左腕部を形成すると共に、Ｔ 型接続部３６の右腕部を形成する。脚部２８のＴ型接続部３６と浸透装置３０の 間の部分は、特に、Ｔ型接続部３６の右腕部として３７で示している。Ｔ型接続 部３６の管脚部３８は第１弁４０と係合し、次に、流れ制御（ｆｌｏｗ　ｃｏｎ ｔｒｏｌ　：ＦＣ）要素４２と係合している。ＦＣ要素４２は第１弁４０が開弁 じているときに、管脚部３８を一定の流れがｆＩ適することを保証する。ＦＣ要 素４２は、絞り弁、圧力調整器（減圧弁）、又は背圧調整器の組み合わせのよう な純機械的なものでよい。また、ＦＣ要素４２は、流速センサが電気的に調整可 能な弁に対するフィードバックを備えた質量流量制御装置であってもよい。

Ｔ型接続部２２からＴ型接続部３６までの距離は、水分を添加した時の速やかな 移動を保証するために十分に短くすべきであり、又、十分長くすることにより水 分の添加を妨げる逆流を許可することになり、よって、２つの作動位置、即ち水 分添加オンと水分添加オフがある。脚部３８を通過する低流速においても十分な 逆流を保証することができる距離である約２インチが好適である。水分の供給源 を遮断するのに使用される“逆流”の有効性を示す物理学的及び数学的例は、」 １記した“水分感知装置又は処理において使用する混入材料の質的衝撃を減少す るための逆流装置及び方法”というタイトルの同時継続米国出願に記載されてお り、又、前述したとおりである。

第１弁４０は“オン−オフ”タイプの弁であり、“絞り“弁と区別される。弁４ ０は気体圧により又は電気的にスイッチされる。第２の“オン−オフ“弁４４は Ｔ型接続部３６の右腕部３７に選択的に取り付けられる。第２弁４４は、通常、 非作動の開弁位置に固定され、装置１の作動と一致しない。しかし、第２弁４４ は選択的に用いられる（よって、図１では点線で示した。）。弁４０及び４４の 機能は下記の装置１を使用する方法の説明により明らかとなる。

作動時には、監視される気体Ｇはその供給源１４から流出する。気体Ｇの一部は 、サンプリング・ポイント１６で接続管部２０内に入り、このサンプリング・ポ イント１６は第１Ｔ型接続部２２の左腕部２６の端部に対応する。この部分の気 体は、試料気体Ｓを形成し、途中でＴ型接続部２２を通過して、湿度計１０へ続 （。

第１弁４０が開弁すると、ある量の試料気体Ｓが湿度計１０に達する前にＴ型接 続部２２で分岐する。分岐した気体は脚部２８に流入し、図１中、矢印“Ｃ”で 表している。（湿度計１０は濃度を測定するのであって、体積を測定するもので はないため、逆流Ｃとして試料気体Ｓの少量の気体が分岐しても、湿度計１０に よる試料気体Ｓの分析結果に影響を与えない。）気体ＣはＴ型接続部２２から浸 透装置３０へ向かって流れ、装置３０内の水分３２が試料気体Ｓに達するのを阻 害する逆流を形成する。その代わり、気体Ｃは、試料気体Ｓから水分３２を運び 去り、ＦＣ要素４２及び装置１の出口４６を通過する。

気体流Ｃにより供給される逆流は非常に効果的である。例えば、１００ｃｃ／秒 の逆流Ｃは、浸透装置３０が生成する１６００ｎｇ／秒の水分３２から試料気体 Ｓを非常に効果的にシールドし、試料気体Ｓには２ｐｐｂ以下の水分しか含まな い。従って、非常にわずかな逆流Ｃであっても効果的である。逆流Ｃの量は、Ｆ Ｃ要素４２により正確に設定される。

第１弁４０が閉弁すると、逆流Ｃは停止し、浸透装置３０からの水分３２がＴ型 接続部３６とＴ型接続部２２の間の管脚部２８の一部に拡散され、最初水分３２ は管脚部２８の壁部に吸収されるが、Ｔ型接続部２２の試料気体Ｓに到達して浸 透するまで拡散する。所定の反応時間の後、湿度計１０は、試料気体Ｓの水分濃 度の増加の検出及び計測を開始する。湿度計１０は、浸透装置３０からの水分３ ２の添加による増加から、最終的に第１Ｔ型接続部２２に入る前の試料気体Ｓの 水分濃度を表す平衡値を得る。上記増加の量は、浸透装置３０からの水分３２の 浸透速聞及び湿度計１０に入る試料気体Ｓの流量により決まる。

上記第１弁４０が再度開弁されると、逆流Ｃが再開し、水分３２が試料気体Ｓに 到達するのを阻止する。水分濃度の平衡値は減少し、試料気体Ｓ中の本来の水分 限度に対応する水準に復帰する。湿度計】０の反応は水分濃度が湿度計１０の検 出限度をＦ回るまで継続し、この場合湿度計１０の反応が」１記限度を指示する 。

装置１の使用中は、湿度計１０の供給する信号に対応して第１弁４０を開閉する ことにより水分３２の総量を好適に制御するための、組織的かつ自動的なフィー ドバック・ループ５０が設けられる。例えば、図２にこのようなプロセスの一例 を図示しており、この図２では検出限度が約３ｐｐｂ　（図２中、線“ａ“で示 す。）の湿度計１０により水分濃度が約３〜４ｐｐｂであって非常に乾いた試料 気体を分析している。

この例では、３つの警報水準が使用されており、このうち２つが水分の添加に対 する帯域を構成、している。上記帯域の下限警報は１０ｐｐｂに設定され（図２ 中、線″（二″で示す１．）、帯域の上限警報は１５ｐｐｂに設定されている（ 図２中、線“ｄ”で示す。）。湿度計１０の信号が上記下限警報を下回ると第１ 弁が閉鎖され水分の添加が作動する。湿度計１０の信号が」−記−に限警報を土 １回った場合のみ、第】弁は再度開弁り１、水分の添加を停止する。湿度計１０ から十記−ヒ限警報を１回る読出し５値が得られたことにより水分の添加が停止 した後は、上記丁丙漣警報を下回る読出し、値が得られた場合のみ、第１弁が再 度閉弁するう装置１が作動を開始するど直ちに、湿度計１０が気体の水分濃度が ＩＱｐｐｂ以下であることを読み出すため、水分が添加さ第１る。水分の添加は 、湿度計１０が７５　ｐ　ｐ　ｂ又は１．５　ｐ　ｐ　ｂを上回る値を読み出す まで継続し・、１５ｐｐｂ又は１５ｐｐｂをｌ１回る値を読み出すと直ちに水分 の添加は停止される。従って、図２の例では、湿度ｉｔ　１０が再度１０ｐｐｂ を下回る水分濃度を検出するまで第１弁４０は開弁状態を維持し、水分の添加を 阻止する逆流を生成する（これが水力の添加を停止するための機構である。）。

湿度計１０が再Ｔｌ［１０ｐｐｂを下回る水分濃度を検出すると、湿度計１０が １５ｐｐｂ又は１５ｐｐｂを」１回る水分濃度を検出するまで第１−弁４０は再 度閉弁する（水分の添加を許可する。）。上記のサイクルは無限に継続する。

上記図２のグラフを作り出すような装置の作動の有意な観察により、添加される 水分の量を推察することができる。弁４０を閉弁状態で維持することにより、浸 透装置Ｗ３０により生成された水分３２が例えば図２に示すように試料気体Ｓに 対して継続して添加されると、最終的には約３００ｐｐｂの平衡濃度が計測され る。

フィードバック・ループ５０（図１に示す。）により、自動的かつ頻繁に湿度計 １０の反応を検定することができる。湿度計１０が適切に作動している限り、図 ２のグラフに示すパターンで少量の水分３２の添加に反応する。この反応は、湿 度！＋１０の速度、安定性及び作動の適切さを示している５、湿り又は乾燥の両 方に対する湿度計１０の反応は、グラフ中の上昇及び下降傾斜を観察することに より別個に監視することができる。装置は、いったん作動を開始すると、ユーザ ーが干渉しなくても上記のようなパターンを自動的に表示する。

試料気体Ｓへの水分の添加は、湿度計１０の平均の平衡値をその湿度計の検出限 度を上回るように維持する３１図２の例では、湿度計の検出限度が約３ｒ）Ｉ） ｂであるのに対して、湿度計は１０〜１５　ｐ　ｐ　ｂの間に維持される。この ような水分の添加は、計器が水分の侵入を迅速に検出し、警告することを保証す る。始動時の水分の水準は、既に高い水準にあるため（図２の例では１０〜１５ ｐｐｂ）、分析機の内部部品を湿らせるよりも、これらの部品が検出限度の水準 よりも乾燥しているときに、水分の侵入をより迅速に検出することができる。い ったん水分濃度が検出限度に達し、又は検出限度を下回ると、追加の情報が得ら れなるため、上記の方法における水分の添加により情報はほとんど失われない。

図２には、又、第３の警報を図示しており、この第３の警報は湿度計の検出限度 と水分添加帯域の下方警報限度（線Ｃ）の間にある。この追加の警報は、線“ｂ ”で示され、例えば、図２中、約６〜７ｐｐｂの定点を示している。この警報は 湿度計により読み出された水分濃度が、図２のグラフの右側に示すように上記警 報の定点を下回ったときに駆動される。従って、この追加の警告は、水分が臨界 状態で適用されるように気体流れを保護するように使用される湿度計に対する簡 易な再保証として機能する。

いったん水分が添加されれば、湿度計により読み出される水分の水準は、水分添 加帯域の下方警報限度を下回ることはなく、上記追加の警告は通常は作動しない 。追加の警告が作動するのは、十分な水分が添加されているにもかかわらず、湿 度計が適切に機能しなくなった場合のみである。追加の警報の作動は、湿度計が 適切に作動していないか、あるいは、水分の添加が適切に行われていないことを 示している。気体流を水分が臨界状態で適用されるように保護するように使用さ れる湿度計に対して、湿度計が機能しなくなった場合に警告がなされることを湿 度計のユーザーに再保証している。

試料気体中への水分の混入にを警告する典型的な警報は、図２に示す例では、約 １００ｐｐｂである。装置１が、１００ｐｐｂ又はそれ以上の水準に向けて上昇 する水分濃度を備える試料気体Ｓと数秒間関係すると、弁４０は開弁じ（水分の 添加を阻止する逆流を生成する。）、湿度計１０の読み出しが１５ｐｐｂになる まで開弁状態を維持する。従って、湿度計１０が１００ｐｐｂの警報水準に達す ると、しばらくの間、気体流に対して全く水分が供給されない。この時間は、通 常、正確に湿度計１０の警報となる最後の水分の添加の衝撃を無視できる程度の 時間である。

さらに、図１に示す逆流装置を使用して得られる実験データは、逆流の作動によ り水分の添加を監視する湿度計信号の上昇が瞬間的に停止することを示している 。例えば、図２のグラフは、湿度計信号の上昇が、逆流が作動する点である１５ ｐｐｂで正確に停止することを示している。この結果は、図２の下降傾斜が一定 水準（１０ｐｐｂ）を越えて継続している湿り側での湿度計の反応と対称をなす 。この対称は、１０ｐｐｂにおける水分の添加により装置１１の乾いた要素（例 えば、管）に入る最初の水分がこれらの要素に吸収され、湿度計１０の分析機ま で到達しないことにより説明することができる。水分濃度は、添加した水分が、 上記要素を濡らせて湿度計１０に達す前に、下方警報限度である１ｏｐｐｂを下 回る約２〜３ｐｐｂに低下する。上記帯域の下限警報の“誤作動”を避けるため に警告の検出限度の間に上記追加の警報を設定する場合にも、言うまでもなく上 記の効果を考慮すべきである。

上記装置１を使用する方法の説明より明らかなように、第２弁４４は装置１の作 動に対して必須ではない。第２弁４４は、Ｔ型接続部３６の右側腕部３７に位置 している。弁４４を閉弁することにより、ユーザーが望むなら、浸透装置３０に 擾乱を生じるごとくシステムから遮断することができる。このような遮断は、装 置１の運搬時に有用である。同様に、装置１の接続や停止の際に有用である。

図３ａ及び図３ｂを参照して上記逆流機構についてさらに詳細に説明する。図３ ａは、装置１の第１弁４０が閉弁して浸透装置３０からの水分３２が試料気体Ｓ に添加されるときの水分の流れを示し、図３ｂは、第１弁４０が開弁して試料気 体Ｓに対して水分３２が全く添加されないときの水分の流れを示している。両方 の図面に示された試料気体Ｓは乾燥している。図３ａ及び図３ｂにおいて、水分 は点で示されており、装置の種々の領域における水分の挙動を二つの作動モード 、すなわち弁４０の開弁又は閉弁について以下に述べる。

領域ＡＣＴ型接続部３６の右側腕部３７の内側では、弁４０が閉弁（図３ａ）又 は閉弁（図３ｂ）のいずれの場合にも、水分の平衡を吸収／非吸収する要素（例 えば、管の壁部）に対して、水分は本質的に同一の挙動を示す。いずれの場合も 、−秒毎に同量の水分子が部材３４を通過して拡散する。平衡状態では、部材３ ４を通過する拡散速度は、右側腕部３７の通過速度となる。

領域Ｂ：Ｔ型接続部２２の脚部２８の内側部分は、弁４０が開弁じて逆流が脚部 ２８からの水分を阻止しているときは乾燥している。一方、弁４０が閉弁し平衡 状態となって、水分が脚部２８を流れる速度が水分３２が部材３４を通過して拡 散する速度と同じになると、水分が脚部２８を濡らす。

領域Ｃ９弁４０が開弁か閉弁かにかかわらず、Ｔ型接続部３６の脚部３８の内側 は常時濡れているが、脚部３８を通過する逆流が存在するか存在しないかによっ て飽和麿が異なる。逆流が存在するときには、脚部３８の水分の濃度はさらに希 釈化される。

“デッド体積”　（気体が通過しない領域）は水分の一掃が困難なため、この部 分に含有される水分は不安定であり、時間及び温度により変化する。気体抜きが 長時間持続すると、上記の体積に大量の水分が蓄積される。さらに、気体抜き及 び吸入／非吸入の現象は温度に依存する挙動を示す。さらに、デッド体積は、水 分濃度の変化に対して比較的緩やかに反応する。圧力生成器、弁、絞り弁、流量 制御装置等の能動的な要素は、いずれもいくらがの°デッド体積”が必要である 。

上記の理由により、制御性が良好で極めて低い水分濃度で作動できる高反復性を 有するシステム可能の重要な部品ではデッド体積は可能な限り避けるべきである 。

図１の装置では、システムに水分が添加されるか否かにかがゎりなくく、すべて の要素は連続した流れを受容する。後に試料気体Ｓに混入する水分を含んだ”一 時的”なデッド体積は存在しない。弁４ｏの閉弁時には、一時的なデッド体積が 弁４０の入口領域に存在するが（図３ａ及び図３ｂ参照）、そこに蓄積された水 分は、いったん弁４０が開弁すると、試料気体Ｓには到達せず混入されない。

むしろ、弁４０が開弁すると、蓄積された水分は、ＦＣ要素４２を通って試料気 体から運び去られる（図１参照）。弁４０の入口領域には、入口５２、弁４ｏの ステム先端５６へ向かう短いチャンネル５４、及び、チャンネル５４の内側の気 体と接触するステム先端５６を備えている（図３ａ及び図３ｂ参照）。また、弁 ４０はスプリング５７、ダイアフラム５８及び空気制御ｌ１５９を備えている。

本発明の第２実施例では、図２を参照して説明した上記第１実施例のフィードバ ック・ループ５０よりも精巧な方法で作動するフィードバック・ループ６ｏを使 用している。第２実施例を図４を参照して説明する。フィードバック・ループ６ ０は、監視している試料気体Ｓ中の水分濃度の水準の実際の変化についての情報 を継続してユーザーに提供する。また、ループ６ｏは湿度計１０の反応に対して 十分な検定を行い、湿度計１０が警報機能を最大に発揮することを保証する。

水分濃度の水準が湿度計１０の検出限度（同じ種類の湿度計であっても個々の湿 度計で異なる。）に近付いていることが分析され、又、湿度計１０の反応が、下 降傾斜の後が、ある程度の安定性を、ある期間以上示すと、これの二つのうち一 つが生じたことを推定することができる。湿度計１０は気体中の安定した、低水 準の水分濃度を実際に計測し、湿度計１０はその検出限度で“引っ掛り”となる 。本発明の水分の添加がないと、このような場合に得られる情報はそれ自体の低 い読出し値のみである。“実際の”乾燥気体中の低水準の水分と湿度計がその検 出限度に“引っ掛かって”いるのとを識別するのは困難である。

湿度計１０の読出し値が安定した低い水分濃度に達すると、本発明の水分添加が 作動する。上記低い読出し値を越えるわずかの量（数ｐｐｂ）の水分が計測され ると、上記添加は直ちに停止される。添加が停止されると、下降傾斜の後、再度 同じ少量の水分の添加を行う前に、ある時間安定して低い読出し値が得られるま でシステムは待機する。一方、水分の添加に対する湿度計１０の反応から得られ る情報は、湿度計１０の反応性に対するほぼ十分な検定となる。また、監視する 試料気体中に存在する実際の水分濃度の水準（上記のように、数ｐｐｂ以内であ る。）に近づけた状態で維持することにより、試料気体の質に関する情報が得ら れる。さらに、各水分の添加の前に記録された値は、試料気体中の実際の水分の 水準（又は、湿度計１０の検出限度）に対応し、よってこのシステムにより正確 な水分濃度の値が得られる。

上記比較的精巧なフィードバック・ループ６０は、水分添加をコンピュータ制御 することにより達成され、コンピュータは弁４０を開閉する信号を駆動する。

この制御は、湿度計１０から（コンピュータにより）読み出された反応、及びユ ーザーが与えた入力データから得られる情報に基づいて行われる。この入力デー タは始動時にのみ必要であって、安定の範鴫、添加する水分の量等が含まれる。

図４は、本発明の第２実施例の精巧なフィードバック・ループ６０により得られ るパターンを示している。

図５は本発明に係る水分生成機６８を示している。水分生成機６８の主な要素及 び主な機能は図１に示したものと同一である。気体供給源７０は気体流Ｇを供給 する。気体流Ｇには、弁８０及びＦＣ要素８２により制御される浸透装置７２か らの水分が添加される。水分の添加に続いて、気体流Ｇは二つの分岐した気体流 に分かれ、その内の一つが分析機７４に入る試料気体Ｓの流れを形成し、他の流 れＡは、水分生成機が使用される種々の装置に用いられる。分析機７４はフィー ドバック制御部７６へフィードバック情報を提供する。この情報を統合した後、 フィードバック制御部７６は、開閉弁８０ヘフイ一ドバツク信号を送信する。

生成機６８の入力気体Ｇは、清浄機７８により清浄される。そのため、気体流Ｇ は、清浄された（乾燥した）気体であるか、あるいは必ずしも安定しない水分濃 度の最初の水準を有する気体である。後者の場合、水分生成機６８の作動範囲の 下限は、入力気体流Ｇ中に既に存在する水分濃度に制限される。

図６ａ及び図６ｂは、本発明の第３実施例を示している。上記した二つの実施例 と同様に、この実施例でも試料気体に対する水分の添加を停止するために逆流を 使用する。しかしながら、第３実施例では、水分を添加するとき反対方向の気体 流を使用する。

人力気体流Ｇは、気体の供給源１０２から装置１１００に入り、第１のＴ”型接 続部１０４に向かって流れる。第１のＴ型接続部１０４では、気体流Ｇの一部が Ｔ型接続部１０４の脚部１−０６に分岐し、気体流Ｇの残りＲが引き続き流れに 対する絞り１０８へ向かって流れる。脚部１０６へ入った分岐した気体りは、第 ２の“丁”型接続部１１０に向かって流れる。Ｔ型接続部１１０では、脚部１０ ６がさらに第１のＦＣ要素１１４と接続する脚部１１２と、弁１２０の入口１１ ８と接続する脚部１１６とに分岐する。

絞り１０８を通過した気体流Ｇの残りＲは第３の“Ｔ′型接続部１２４に入る。

第３のＴ型接続部１２４は、分析機１２８に接続する脚部１２６と、第４の“Ｔ ”型接続部１３２に分岐する。Ｔ型接続部１３２は、さらに第５のゴ型接続部１ ３６と、浸透装置１４４に接続する脚部１４２に分岐する。Ｔ型接続部１３６は 、第２のＦＣ要素１４４と接続する脚部１４２と、弁１２０の出口１２２に接続 する脚部１４６に分岐する。

ＦＣ要素１１４を通過する気体流及びＦＣ要素１４４を通過する気体流れは、そ れぞれ出口１４８，１５０より装置１００から出て行く。よって、これらの気体 は最終的に廃棄され、装置１００の作動に全く影響を及ぼさない。

図６ａは、弁１２０が閉弁位置にあり、水分が試料気体に添加されない状態を示 している。弁１２０が閉弁しているとき、分岐した気体りは、気体流Ｇから流れ 去る。流れる気体りの流量は、第１のＦＣ要素１１４により定まり、最終的には ＦＣ要素１１４に入力される気体の圧力により定まる。気体りの流れは、脚部１ １６及び弁１２０の閉鎖された入口１１８に含まれる一時的なデッド体積からの 混入の影響を最小にする。これは、デッド体積からの混入物が分析機１２８に向 かう気体流Ｇに到達するためには、気体りにより形成される（逆の）流れに対向 して移動する必要があるからである。

Ｔ型接続部１２４から流れ去る気体流が通過する脚部１３０でも同様の状況が生 じている。この気体流は、浸透装置１４０からの水分、及び脚部１４６により形 成されるデッド体積からの混入水分が、分析機１２８に向かう試料気体に入るの を阻止する。また、浸透装置１４０からの水分は、脚部１３４を通過する気体流 に入り、最終的には、第２のＦＣ要素１４４を通過する。

図６ｂは、弁１２０を開弁状態として、試料気体に水分を添加する状態を示して いる。弁１２０を開弁じたとき、脚部１０６を流れる気体りは弁１２０を閉弁し ているときよりも多い。第１のＦＣ要素１１４を通過する気体の量は変化しない が、弁１２０を通過する追加の気体の流れが生じる。この追加の気体の流れは、 弁１２０を出た後、脚部１４６を通過してＴ型接続部１３６で分かれる。この気 体の一部は、脚部１４２を通過して第２のＦＣ要素１４４に入る。残りの気体は 、脚部１３４に流入して分析機１２８に向かう。この残りの気体は、浸透装置１ ４０から水分を受容し、最終的に流れの絞り１０８を通過する非常に少量の気体 流Ｒと混合される。実際、流れの絞り１０８の大きさによって、分析機１２８に 入る気体の大部分は弁１．２０を通過する。

本発明を、湿度計の反応時間を低減すると共に湿度計の作動を自動的に検定でき るようにするために、逆流によって、頻々かつ選択的に定量の水分を湿度計によ り分析される試料気体に添加する少量の水分を添加する装置の実施例について説 明したが、本発明はこれに限定されるものではない。請求の範囲と等価な範囲内 で、かつ本発明の趣旨から外れることなく、詳細部分についは種々の変形が可能 である。

特に、流量側＠（ＦＣ）要素は、通過する気体の逆流をオン・オフモードで作動 するよりも、ある範囲で電気的に作動させ、連続的に作動させてもよい。フィー ドバック信号は、予め定めた水準で分析機により検出されるＦＣ要素の通過量を 一定Ｉこ保持させてもよく、この場合、予め定めた水準より検出された要素の量 が多くなった場合にＦＣ要素を通過する流量を増加させ、又、予め定めた水準よ り検出された要素の量が少なくなった場合にＦＣ要素を通過する流量を減少させ る。

図１に示した装置１の詳細は、Ｔ型接続部３６、脚部３８、第１弁４０及びＦＣ 要素４２を除去することにより変形してもよい。これらの要素がない場合であっ ても、弁４４は、試料気体Ｓに対する水分３２（又は他の気体成分）の添加を制 御するのに使用することができる。フィードバック信号５０．６０は、第１弁４ ０よりむしろ弁４４を制御してもよい。

弁４４を適切に選択することにより、この弁４４の閉弁で生成される一時的デッ ド体積の質的衝撃をなくすことができる。浸透袋！！３０と対向する弁４４の終 端に形成されるデッド体積への水分３２（又は他の成分）の蓄積は避けることが できず、このような蓄積は水分３２の添加を不規則にする。上記したように、フ ィードバック信号５０．６０は、湿度計１０（又は他の分析機）の読出し値を、 例えば、図２に図示するような帯域内に維持することができる。図１中、脚部２ ８と接続する弁４４の他の端部については、弁４４として三方弁を選択すること により、弁４４を閉弁じた時（浸透袋ｆ［３０を孤立させた時）にこの端部に形 成されるデッド体積を最小にすることができる。

この弁４４となる三方弁は、Ｔ型接続部３２に直接一体に設けられる。この弁は 、典型的には、図３ａ及び図３ｂに示した弁４０と同様の形態であって、スプリ ング５７を含むキャビティ内に入る付加的な二つのチャンネルを備える。ステム ５６により閉鎖される図示したチャンネル５４は、浸透装置１３０に接続してい る。三方弁の残りのチャンネルは、それぞれＴ型接続部２２の右腕部２４２及び 左腕部２６に接続している。三方弁の体積は、試料気体Ｓの流れを連続的かつ阻 害されないものとして“デッド′体積の影響をさけるように設定される。

さらに、上記した“水分感知装置又は処理において使用する浪人材料の質的衝撃 を減少するための逆流装置及び方法”という名称の同時継続の米国出願に記載し たように、逆流を配置することは、水分以外の他の含有要素を計測する検出装置 にも有用である。このように要素には、例えば、酸素、窒素又は炭素−酸化物が 含まれる。

上記した本発明の方法及び装置は、上記のような成分のより好適な検出及び計測 に容易に適用することができる。着目する特定の成分を検出及び計測するセンサ を上記湿度計と置換することができる。浸透装置は、試料気体に対して所望の少 量の成分を添加するごとができるように、水分以外の成分を内蔵してもよい。

ＦＴＧ−３Ａ ＣＴＣ’：ＩＱ ＦＩＧ、６Ａ ＦＩＧ、６Ｂ 国際調査報告

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．気体流と、 該気体流に添加される成分の供給源と、上記気体流に対する上記成分の添加を許 可する上記供給源から上記気体流への接続部と、 上記供給源と気体流の間で接続部上に位置し、気体が上記気体流から分離するこ とができる脚部と、 上記接続部から気体が分離するときに上記接続部の一部に形成され、上記気体流 に対する成分の添加量を規制する逆流と、上記気体流から脚部を通過して分擁す る気体の量を制御する手段と、上記気体流中の成分を検出すると共に、上記添加 の後に気体流中に存在する成分の量についての情報を与える分析機と、上記脚部 を通って気体流から分離する気体の量を制御するために、上記分析機から上記制 御手段へフィードバック信号を供給する手段と、を備える気体混合生成装置。
2. ２．上記制御手段は、上記脚部を通って分離する気体の流量を所定の範囲内で連 続的に制御する電気的に制御可能な質量流量制御手段を備え、上記フィードバッ ク手段は、検出される成分の量が予め定めた水準より高くなると上記制御手段を 通過する流量を増加させると共に、検出される成分の量が予め定めた水準より低 くなると上記制御手段を通過する流量を減少させることにより、分析機により検 出される成分の量を予め定めた水準に維持する請求項１記載の気体混合生成装置 。
3. ３．上記フィードバック手段は、 上記分析機が計測する成分の濃度が、予め定めた第１の水準に達したときに発動 するように設定された上限警報と、 上記分析機が計測する上記成分の濃度が、上記予め定めた第１の水準よりも低い 予め定めた第２の水準に達したときに発動するように設定された下限警報と、上 記上限警報と下限警報の間に形成される帯域とを備え、上記分析機により計測さ れる気体流中の成分の濃度を上記帯域内に維持するように、上記気体流に添加さ れる成分の量が制御される請求項１記載の気体混合生成装置。
4. ４．上記気体流中の成分の濃度が上記予め定めた第１の水準よりも高い予め定め た第３の水準に達したときに発動するように設定された、第３の警報を備える請 求項３記載の気体混合生成装置。
5. ５．上記気体流中の上記成分の濃度が、上記予め定めた第２の水準よりも低い予 め定めた第４の水準に達したときに発動するように設定され、気体混合生成装置 が適切に作動してないことを警告する第４の警報を備える請求項４記載の気体混 合生成装置。
6. ６．上記気体流が上記接続部に達する前に上記気体流から成分を清浄する清浄機 と、 上記気体流が上記接続部を通過した後に気体流をそれそれ第１及び第２の気体流 に分割し、該第１の気体流が上記分析機に入る、第１及び第２の脚部と、上記第 ２の気体流を気体混合生成装置中の装置に適用する第２の脚部の終端に設けた出 口とを備える請求項１記載の気体混合生成装置。
7. ７．上記気体流は、上記分析機により監視される試料気体であり、上記気体流に 対する成分の添加は上記分析機の適切な作動を保証するようになされる請求項１ 記載の気体混合生成装置。
8. ８．上記フィードバック手段は、上記分析機が有意な情報を発生するのに十分な 時間上記試料気体を分析した後に、分析機から与えられる情報を判断する単一の 手動判断を備え、該判断は適切な周期及び試料気体に対する上記成分の添加の継 続時間を規定し、該周期的添加は分析機の適切な作動を保証する請求項７記載の 気体混合生成装置。
9. ９．上記試料気体に対する成分の周期的添加は、上記試料気体中の成分の濃度を 監視する上記分析機の分析の摂乱を避けることができる程度に十分に少量である 請求項８記載の気体混合生成装置。
10. １０．上記フィードバック手段は、自動的に、予め定めた判定基準を用いて上記 分析機中の成分が低濃度の水準に達して十分に安定した時を決定し、該決定がな された時に、試料気体に対する成分の添加を開始する信号を発生し、上記成分の 濃度が上記安定した低濃度の水準を上回る予め定めた量に増加した時を判定し、 該判定がなされた時に、試料気体に対する成分の添加を停止する信号を発生し、 分析機の反応を自動的に監視する請求項７記載の気体混合生成装置。
11. １１．上記試料気体に対する成分の添加は、上記試料気体中の成分の濃度を監視 する上記分析機の分析の摂乱を避けることができる程度に、十分に少量である請 求項１０記載の気体混合生成装置。
12. １２．上記成分の供給源は、成分と該成分が通過して拡散可能な膜を備える浸透 装置である請求項１記載の気体混合生成装置。
13. １３．上記成分は水分であって、上記分析機は湿度計である請求項１２記載の気 体混合生成装置。
14. １４．試料気体の供給源と、 該試料気体中の水分の濃度を検出及び計測する湿度計と、上記試料気体を供給源 から湿度計に移送するように湿度計と試料気体の供給源を接続する手段と、 湿度計の精度を越えて温度計による試料気体中の水分の計測が摂乱することがな く、湿度計の適切な作動を保証するように、試料気体に対して所定の量の水分を 選択的に添加する手段を備える少量の水分を添加する装置。
15. １５．上記添加手段は、 水分と該水分が通過して拡散可能な膜を備える浸透装置と、上記浸透装置の水分 が上記接続部中の試料気体に浸透するのを許可するように、浸透装置を接続部に 接続する第１の脚部と、第１の脚部に選択的に逆流を生成する手段とを備え、該 逆流は、逆流生成手段が第１の位置にあるときに浸透装置中の水分が上記接続部 中の試料気体に浸透するのを阻止すると共に、逆流生成手段が第２の位置にある ときに浸透装置中の水分が上記接続部中の試料気体に浸透するのを許可する請求 項１４に記載の装置。
16. １６．上記逆流生成手段は、 気体の流れの通過を許可する開弁位置と、気体の流れの通過を阻止する閉弁位置 とを有し、上記開弁位置は上記逆流生成手段の第１の位置に対応する一方、上記 閉弁位置は上記逆流生成手段の第２の位置に対応する弁と、上記第１の脚部を上 記弁に接続する第２の脚部と、上記弁の開弁時に一様な気体の流れを保証するよ うに、弁の側方で上記第２の脚部と対向して配置した流量制御手段とを備える請 求項１５記載の装置。
17. １７．試料気体の供給源と、 該試料気体中の水分の濃度を検出及び計測する湿度計と、上記試料気体を供給源 から湿度計に移送するように湿度計と試料気体供給源を接続する手段と、 水分と該水分が通過して拡散可能な膜を備える浸透装置と、上記浸透装置の水分 が上記接続部中の試料気体中に浸透するのを許可するように、浸透装置を接続部 に接続する第１の脚部と、一端を上記第１の脚部に接続した第２の脚部と、上記 第２の脚部の他端に接続され、 気体の流れの通過を許可すると共に上記接続手段中の試料気体に対する上記浸透 装置中の水分の浸透を阻止する開弁位置と、気体の流れの通過を阻止すると共に 上記接続手段中の試料気体に対して上記浸透装置中の水分の浸透を許可する閉弁 位置とを有し、上記第１の脚部中に逆流を選択的に生成する弁と、上記弁の開弁 時に一様な気体の流れを保証するように、弁の側方で上記第２の脚部と対向して 配置した流量制御手段とを備える少量の水分を添加する装置。
18. １８．上記試料気体の水分濃度が望ましくない量を越えたときに発動する警告を 備える請求項１７記載の少量の水分を添加する装置。
19. １９．上記第２の脚部と上記浸透装置の間で上記第１の脚部上に位置する第２の 弁を備え、該第２の弁は、閉弁位置の時に、能動的に成分としての上記浸透装置 を装置から隔離する請求項１７記載の少量の水分を添加する装置。
20. ２０．上記接続手段と第１の脚部は第１の“Ｔ”型接続部を形成するように接続 し、第１の脚部と第２の脚部は第２の“Ｔ”型接続部を形成し、上記湿度計は入 口を備え、 上記温度計の入口と第１の“Ｔ”型接続部の間に接続手段の長さは、１から２イ ンチの間であって、 上記第１の“Ｔ”型接続部と上記第２の“Ｔ”型接続部の間の第１の脚部の長さ は、約２インチである請求項１７記載の少量の水分を添加する装置。
21. ２１．上記接続手段、上記第１の脚部及び上記第２の脚部は、直径１／４インチ 及び１／８インチの電界研磨ステンレス鋼の管である請求項１７記載の少量の水 分を添加する装置。
22. ２２．試料気体の供給源と、 該試料気体中の成分の濃度を検出及び計測するセンサと、上記試料気体を上記供 給源からセンサに移送するように上記センサと上記試料気体の供給源を接続する 手段と、 試料気体に対して所定の量の成分を選択的に添加する手段とを備える試料気体中 の成分を検出及び計測する装置。
23. ２３．上記添加手段は、 上記センサにより検出及び計測される成分を含む浸透装置と、該浸透装置と上記 接続手段を、浸透装置中の成分が接続手段中の試料気体内に浸透するように接続 する第１の脚部と、上記浸透手段と接続手段との間の第１の脚部中に選択的に逆 流を生成する手段とを備え、該逆流生成手段は、第１の位置にあるときに浸透装 置中の成分が試料気体に浸透するのを阻止し、第２の位置にあるときに浸透装置 中の成分が試料気体に浸透するのを許可する請求項２２記載の装置。
24. ２４．逆流生成手段は、 気体の流れの通過を許可する開弁位置と、気体の流れの通過を阻止する閉弁位置 とを有し、上記開弁位置は上記逆流生成手段の第１の位置に対応する一方、上記 閉弁位置は上記逆流生成手段の第２の位置に対応する弁と、上記第１の脚部を弁 に接続する第２の脚部と、上記弁の開弁時に一様な気体の流れを保証するように 、弁の側方で上記第２の脚部と対向して配置した流量制御手段とを備える請求項 ２３記載の装置。
25. ２５．（ａ）試料気体中の水分の量を検出及び計測するのに十分な時間、湿度計 に試料気体を追加し、 （ｂ）上記試料気体が湿度計に到達する前に試料気体に少量の水分を選択的に添 加し、 （ｃ）温度計の読出し出力を監視する、試料気体中の水分の量を分析する方法。
26. ２６．（ａ）水分濃度に対する所定の下方検出限度を有する温度計を備えた請求 項１６記載の装置を備え、 （ｂ）試料気体中の水分濃度を、上記湿度計の下方検出限度をわずかに上回る下 方平衡濃度と、該下方平衡濃度よりも数ｐｐｂ高い上方平衡濃度との間に維持す るように、試料気体の水分濃度が上方平衡濃度を下回ったときに上記装置の弁を 制御し、 （ｃ）上記装置の湿度計により分析される試料気体の水分濃度を決定し、（ｄ） 試料気体の水分濃度が、上記第１の平衡濃度を下回った場合に、試料気体の濃度 が上記第２の平衡濃度と等しくなるまで、上記初期の試料気体に水分を添加し、 （ｅ）上記湿度計の水分濃度の読出し値を監視する、試料気体中の水分の量を分 析する方法。
27. ２７．上記装置の弁を制御する段階（ｂ）では、上記試料気体の水分濃度が上記 第１の平衡濃度と等しくなったときに上記弁を閉弁し、上記試料気体の水分濃度 が上記第２の平衡濃度と等しくなったときに上記弁を開弁ずる請求項２６記載の 方法。
28. ２８．上記湿度計の読出し値を監視する段階（ｅ）を、コンピュータにより実行 する請求項２７記載の方法。