KR100200980B1 - 습도계 반응 체크를 위한 피드백 제어식 개스 혼합물 발생기 - Google Patents

Abstract

습도계(10)의 응답시간을 감소시키고 습도계(10)의 작동에 대한 자동적검증을 제공하기 위하여, 카운터플로우의 사용을 통하여, 습도계(10)에 의해 분석되는 샘플개스(S)에 제어된 양의 수분(32)을 정규적으로 첨가시키는 소량의 수분 첨가 장치(1) 및 상기 장치(1)의 사용방법이 개시되어 있다. 본 발명의 장치(1) 및 방법은 수분 이외의 개스 성분에도 적응될 수 있으며 상기한 성분의 검출기에도 적용 가능하다.

Description

[발명의 명칭]

습도계 반응 체크를 위한 피드백 제어식 개스 혼합물 발생기

[발명의 분야]

본 발명은 저수분 농도를 만들어 주기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 온라인 상에서 습도계의 기능을 체크하며, 습도계에 의해 검사된 샘플 개스의 수분 농도의 증가에 신속히 응답할 수 있게 하는데 특히 유용한 것이다. 특히, 샘플 개스가 습도계에 도달하기 전에 카운터 플로우(counterflow)에 의해 조절된 소량의 수분이 샘플 개스에 첨가되며 습도계는 첨가량을 미세하게 제어하기 위한 피드백 신호를 제공하게 된다.

[발명의 배경]

많은 공업상의 공정에 있어, 유동하는 개스 스트림 내에 극소량의 수분의 존재라도 신속 정확하게 검출하고 측정하는 것이 필요할 수 있다. 예를들어, 반도체 제조공정에는 유동하는 개스 스트림이 사용되는데, 상기 스트림 내에 수분이 존재하면 제품의 수율에 영향을 미친다. 만약 수분 농도가 규정된 한계치를 초과하게 되면 그 오염된 개스 스트림은 불합격품의 반도체가 만들어지게 하여 상당한 비용의 손실을 초래하게 된다. 따라서, 생산된 제품의 품질에 수분이 큰 영향을 미치는 경우가 있으므로, 반도체 제조와 같은 공업상의 공정에서 수분 농도를 검출하고 측정하는 것이 필요하게 된다.

이러한 공업상의 요구를 만족시키기 위해, 매우 낮은 검출한계 및 빠른 응답시간을 가진 민감한 습도계를 이용할 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 가장 민감한 습도계로는 10ppb(part(s) per billion) 정도의 수분 농도를 검출 및 측정할 수 있는데, 현대식 최고 성능의 습도계로는 수ppb정도까지 가능하다.

케이. 스기야마와 티. 오미가 1988년 11월 Microcontamination, 49∼54페이지에 초청정 개스 배송 시스템-파트 I에서 밝힌 바에 의하면, 2ppb 정도의 수분을 가진 개스를 만들어 낼 수 있으며, 이러한 수분 레벨은 대기압 이온화 중량 분광계(Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry : APISM)에 의해 측정될 수 있다고 알려져 있다. 또한, 티. 기무라, 제이. 메테스 및 엠. 샤크가 1989년 9월, 매사츄세츠주, 보스턴에서 SEMICON EAST89란 기술 심포지움에서 발표한 APIMS에 의한 질소 개스의 서브-ppb분석이란 논문을 참고할 수 있다. 상업적인 장치에는 샘플 개스의 수분 농도가 특정 수준을 초과하게 될때 작동하는 경보장치(알람)가 설치되는 것이 보통이다.

현대식 습도계는 통상적으로 분석부로써 전해조를 채용하고 있다. 측정될 개스는 알려진 흐름 속도로 전해조를 통해 흐른다. 개스의 수분 농도는 습도측정 필름을 이용하여 개스로부터 수분을 흡수한 다음 필름에 흡수된 수분을 전기분해하여 결정된다. 일단 평형 상태가 이루어지면, 전기분해 전류에 의해 측정되는 초당 전기분해되는 분자의 수는 초당 개스에서 전해조로 들어가는 물분자 수와 비례한다. 전해조의 한 예로는 여기에 참고로 되어 있는 디. 에이. 자코에게 허여된 미합중국 특허 제 4,800,000호에 기술되어 있다.

통상적인 습도계는 매우 소량의 수분 농도를 측정할 때에 수분 농도의 변화에 느리게 반응하는 경향이 있다. 특히, 습도계가 매우 건조한 개스에 장시간 놓여있은 후, 습도계는 매우 느린 용인할 수 없을 정도의 시간 지연을 초래할 수 있다. 건조한 개스에 장시간 놓여질 경우 개스와 접촉하는 습도계의 구성부 들이 건조하게 될 수 있다. 이러한 구성부에는 통과하는 개스스트림으로부터 수분을 흡수하거나 개스스트림으로 수분을 방출하는 비교적 다공성인 것으로 알려진 에폭시와 같은 패킹물질이 포함된다. 상기한 구성부들은 쟈콥 메테스에 의해 1990년 12월 18일자 출원된 계류중인 미합중국 출원, 명칭 수분 감지 장치 또는 공정에 사용되는 오염물질의 부정적 영향을 줄이기 위한 카운터플로우 장치 및 방법에 기술되어 있다. 상기 출원은 여기에 그 전부가 참고되어 있다.

습도계가 검출 한계 이하의 수분농도를 가진 건조한 개스와 만날때, 계기는 백그라운드 레벨을 판독한다. 이러한 판독과 대비하여, 실제로는, 습도계 및 그 구성부들은 낮은(검출할 수 없는) 습도에 대응하는 평형 상태를 이루고 있다. 추후에 수분 농도가 고레벨로 변동하게 될때, 습도계의 어떤 내부 구성부들은 건조한 상태로 있었기 때문에, 개스가 분석기에 도달하기 이전에 수분을 흡수할 수 있다. 따라서, 습도계가 증가된 수분을 감지하고 알람을 발생시키거나 높은 농도를 나타내주기까지 얼마간의 시간이 걸린다.

이러한 시간의 양은, 다른 요인들 중에서도 개스가 얼마나 건조하고 건조한 개스가 얼마나 오래동안 흐르는가에 달려있다. 습도계에 의해 검사되는 공정이 검출불가능한 정도의 높은 수분농도를 가진 개스로 장시간 동안 진행되면, 습도계가 정확한 농도를 판독하고 알람을 발생하기 전에 시간이 경과한다. 많은 경우에 이러한 시간지연은 허용가능한 것이 아니다.

상술한 시간 지연문제 뿐만 아니라, 종래의 습도계들은 다음과 같은 문제도 해결하지 못하고 있다. 즉, 종래의 습도계로는 시스템이 동작하고 있다는 자동적 검증을 제공하지 못한다. 습도계 사용자들은 계기가 습기에 대한 반응을 유지하고 있다는 검증을 받기를 원한다. 사용자들은 때때로 공기를 유입시켜, 즉 수분을 습도계로 유입시켜 습도계의 반응을 검사 함으로써 반응성을 검증한다.

이러한 방법으로 검증을 할 수는 있지만, 유입되는 수분 양에 대한 정량적 제어는 어렵다. 사실상, 그 양이 과다한 경우가 많으며, 따라서 수분을 흡수하는 습도계의 구성부들이 통상적으로 경보를 발생시키는 수준 이상의 수분농도 정도로 젖을 수 있다. 이러한 경우, 흡수된 수분은 개스 흐름을 다시 천천히 들어가게 되어, 습도계가 개스 내의 낮은 수분농도를 효과적으로 판독하기까지 시간이 걸린다. 또한, 이러한 방법은 통상적으로 자동화되어 있지 못하며, 사용자는 습도계를 테스트할 때에 신중한 결정을 해야 한다.

[발명의 개요]

따라서, 본 발명의 목적은 제어 가능한 낮은 농도의 습기를 가진 개스 스트림을 발생시키려는 것이며, 본 발명의 다른 목적은 습도계에 의해 측정되는 샘플 개스의 수분농도의 증가를 검출하고 측정하는데 필요한 응답 시간을 감소시키기 위한 방법 및 장치를 제공하려는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 습도계가 수분에 반응하고 있다는 자동적 검증을 제공하려는 것이다.

상기한 목적 및 그 밖의 다른 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 개스 스트림이 분석기에 도달하기 전에 소량의 수분을 개스 스트림에 첨가하는 장치 및 방법을 제공한다. 첨가하는 작업은 습도계로 부터의 피드백에 의해 제어되거나 주기적으로 행해지거나 할 수 있다. 이러한 정규적인 수분 첨가에 의해 습도계 자체에서 그 응답을 자동적으로 체크할 수 있으며, 습도계 자체에서 그 응답을 자동적으로 체크할 수 있으며, 습도계 구성부들이 습도계 검출한계 이하의 레벨로 건조되는 것을 막을 수 있어서, 샘플개스에서의 수분농도의 증가에 빠르게 응답할 수 있다.

전술한 일반적인 설명 및 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 한 예이며, 본 발명을 제한하려는 것이 아니라는 알아야 겠다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명은 첨부도면과 연관항 후술하는 상세한 설명을 보면 더 잘 이해될 수 있을 것이다.

제 1 도는 본 발명에 따라 구성된 장치의 주요부를 도시하며;

제 2 도는 본 발명 방법의 제1실시예에 따라 동작할 때의 제 1 도에 도시된 장치의 응답의 한 예를 도시한 그래프이며;

제 3a 도는 제 1 도에 도시된 장치의 제1밸브가 닫히고 수분이 개스 스트림에 첨가되었을 때의 개스 흐름방향 및 주요부 내의 수분의 존재를 도시하며;

제 3b 도는 제 1 도에 도시된 장치의 제 1 밸브가 열리고 수분이 개스 스트림에 더이상 첨가되지 않을 때의 개스 흐름방향 및 주요부 내의 수분의 존재를 도시하며,

제 4 도는 본 발명 방법의 제 2 실시예에 따라 동작할 때의 제 1 도에 도시된 장치의 응답의 한 예를 도시한 그래프이며;

제 5 도는 본 발명에 따른 수분 발생기를 도시하며;

제 6a 도 및 6b 도는 본 발명 방법의 제 3 실시예에 따라 동작하며 본 발명에 따라 구성된 장치의 주요부를 도시한 것으로서, 여기서 카운터 플로우가 샘플 개스로의 수분 첨가를 중지시키며, 수분이 첨가될 때 개스 흐름이 역방향으로 제공됨을 도시한다.

[발명의 상세한 설명]

제 1 도는 전술한 바와같은 통상적인 습도계(10)를 포함하는 습도계-제어식 수분발생장치(1)를 도시한다. 습도계(10)는 피드백 신호를 제공하며, 적절한 최적의 동작을 보장하도록 온라인 상으로 테스트된다. 습도계(10)는 S로 표시된 화살표로 나타내어진 샘플 개스의 흐름을 위한 입구(12)를 포함한다.

일반적으로, 습도계(10)는 그곳을 통과하는 개스의 흐름속도를 제어하고 때로는 측정하는 구성부를 포함하는데, 상기 속도는 고정된 안정한 값으로 설정되는 것이 보통이다. 만약 습도계(10)가 상기한 구성부들을 포함하지 않는다면, 이들은 외부적으로 제공될 수도 있다. 예를들어, 습도계 출구로부터 흐름의 하방으로 제공될 수 있다. 상기 구성부들은 본 발명을 실행하는데 필요한 장치들을 구비한다. 습도계(10)로 향하는 개스흐름이 변동함으로써, 수분 발생장치(1)에 의한 수분의 첨가에 뒤따라 수분 농도의 변동이 일어나는 경우에도, 습도계(10)로 부터의 피드백 신호가 동작을 정상적으로 할 수 있게 해준다. 피드백 신호는 불안정한 개스 흐름에 의해 야기되는 불안정성과 관계없이, 일정한 수분농도 레벨을 향해 상승하는 상황에서는 습도계(10)가 상기 일정한 레벨에 도달할 때에 활성화된다.

배관 연결기(20)는 개스의 소오스(14)를 습도계(10)의 입구(12)와 연결시켜준다. 소오스(14)와 입구(12) 사이에는 샘플링 포인트(16)가 제공되는데, 여기에서 배관 연결기(20)는 화살표 G로 표시된 큰 개스 스트림으로부터 샘플개스S를 이동시킨다. 통상적으로, 배관 연결기(20)는 지관을 갖지 않으며, 1/4인치 또는 1/8인치의 직경을 가진 전기적으로 광택 처리된 스테인레스 스틸로 만들어진다.

본 발명의 장치에서, 배관 연결기(20)에는 제1 T 연결부(22)가 제공된다. 역시 1/4인치 또는 1/8인치 직경의 전기적으로 광택처리된 스테인레스 스틸로 만들어진 T연결부(22)는 샘플개스S가 습도계(10)에 도달하기 이전에 장치(1)에서 개스S에 수분을 첨가할 수 있게 해준다. 이러한 수분의 이동을 최소화하기 위해, T연결부(22)는 습도계(10)의 입구(12)에 가능한한 근접하게, 바람직하게는 1 또는 2인치 이내에 설치된다. 그러므로, T연결부(22)의 오른쪽 팔(24)의 길이는 가능한한 짧게 한다. T연결부(22)의 왼쪽 팔(26)을 규정하는 T연결부(22)로부터 샘플링 포인트(16)까지의 거리도 가능한 한 짧게 한다. 짧은 길이는 습도계(10)의 분석기로 하여금 개스 스트림의 수분 농도의 변화에 대한 빠른 응답시간을 갖게 해준다.

T연결부(22)의 배관 레그(28)는 보급장치(30)를 향해 연장되어 그장치에 연결된다. 상기 보급장치(30)는 습도계(10)에 첨가하기 위한 수분의 소오스(32) 및 맴브레인(34)을 포함한다. 연결부(22)에서 샘플개스 S에 들어가기 위해, 수분(32)은 맴브레인(34)을 통해 확산되어 T연결부(22)에서 샘플개스S에 도달할 때까지 배관 레그(28)을 따라 이동한다.

제 1 도에 도시된 바와 같이, 배관 레그(28) 자체는 제 2 T연결부(36)(역시 1/4인치 또는 1/8인치 직경의 전기적으로 광택처리된 스테인레스 스틸로 만들어짐)의 일부이다. T연결부(22)의 배관 레그(28)는 T연결부(36)의 왼쪽 팔 및 오른쪽 팔을 형성한다. T연결부(36)와 보급장치(30) 사이의 배관 레그(28) 부분은 특히 T연결부(36)의 오른쪽 팔(37)로 도시되어 있다. T연결부(36)의 배관 레그(38)는 제 1 밸브(40)에 연결된 다음 흐름제어(FC) 장치(42)에 연결된다. FC장치(42)는 제 1 밸브(40)가 열려질때 레그(38)를 통해 일정한 흐름이 가능하게 해준다. FC장치(42)는 니들 밸브와 압력 조절기 또는 배압(backpressure)조절기의 조합과 같은 순수한 기계적 장치로 이룰 수 있다. 흐름 속도 센서가 전기적으로 조절 가능한 밸브에 피드백을 제공하는 질량흐름 제어기도 역시 적합한 것이다.

T연결부(22)에서 T연결부(36)간의 거리는 수분이 첨가될 때 신속히 이동될 수 있도록 충분히 짧아야 하지만, 수분 첨가를 방지하는 카운터 플로우가 가능하도록 충분히 길어야 하므로, 두가지 모드의 동작, 즉, 수분 첨가 동작(온 상태) 및 수분첨가 금지동작(오프 상태)이 제공된다. 약 2 인치 정도의 거리가 적합한데, 이러한 거리이면 레그(38)에서 낮은 흐름 속도일지라도 충분히 카운터 플로우를 보장할 수 있다. 수분의 소오스를 차단시키는데 사용되는 카운터 플로우의 효과를 보여주는 물리적, 수치적인 예로는 전술한 바 있는 명칭이 수분 감지 장치 또는 공정에 사용되는 오염물질의 부정적 영향을 줄이기 위한 카운터 플로우 장치 및 방법인 계류중인 미합중국 출원에 기술되어 있다.

제 1 밸브(40)는 니들 밸브와는 달리 온-오프 타입 밸브이다. 밸브(40)는 공기압으로 또는 전기적으로 스위치된다. 제 2 온-오프 밸브(44)는 T연결부(36)의 오른쪽 팔(37)에서 선택적으로 배치될 수 있따. 제 2 밸브(44)는 통상적으로 열러진 위치로 항상 고정되어 있으며 비활동적이다. 즉 장치(1)의 동작에 필수적인 것은 아니다. 제 2 밸브(44)는 편리성을 위해 선택되는 것이다(따라서, 제 1 도에 점선으로 도시되었음). 밸브(40 및 44)의 기능은 후술되는 장치(1)의 사용방법에 대한 설명으로부터 명확히 알 수 있다.

동작에 있어서, 검사되어질 개스 G는 소오스(14)로 부터 흘러나온다. 개스 G의 일부는 제 1 T연결부(22)의 왼쪽 팔(26)의 단부에 대응하는 샘플링 포인트(16)에서 배관연결기(20)로 들어간다. 상기 개스의 일부가 샘플 개스 S를 형성하며, T연결부(22)를 통과하여 습도계(10) 쪽으로 간다.

제 1 밸브(40)가 열리면, 샘플개스 S의 일부는 습도계(10)에 도달하기 전에 T연결부(22)에서 방향전환된다. 전환된 개스는 레그(28)로 흐르는데, 제 1 도에 화살표 C로 표시되어 있다(습도계(10)는 용적이 아닌 농도를 측정하는 것이기 때문에, 소량의 샘플개스 S를 카운터 플로우 개스 C로 전용하는 것이 샘플개스 S에 대한 습도계(10)의 분석결과에 영향을 미치지는 않는다). 개스 C는 T연결부(22)로부터 보금장치(30) 쪽으로 이동하며, 카운터플로우를 형성함으로써, 보급장치(30) 내의 수분(32)이 샘플개스 S에 도달하는 것이 방지된다. 반면에, 개스 C는 샘플개스 S로부터 수분(32)을 운반하여, FC장치(42)를 거쳐 장치(1)의 배출구(46)로 내보낸다.

개스흐름에 의해 제공되는 카운터플로우 C는 매우 효과적인 것으로 나타났다. 예를들어, 분당 100cc의 카운터플로우 C로 보급장치(30)에서 발생되는 분당 1600ng의 수분(32)으로부터 샘플개스 S를 효과적으로 차폐할 수 있기 때문에, 샘플개스 S는 2ppb 이하의 수분첨가 정도밖에 오염되지 않는다. 따라서, 매우 소량의 카운터플로우 C라도 효과적이다. 카운터플로우 C의 정밀한 양은 FC장치(42)에 의해 설정될 수 있다.

제 1 밸브(40)가 닫혀지면, 카운터플로우 C는 멈춰지고 보급장치(30)로 부터의 수분(32)은 T연결부(36)과 T연결부(22) 사이의 배관레그(28) 부분으로 확산을 시작하는데, 초기에는 배관레그(28)의 벽에 의해 흡수되지만, 수분(32)은 T연결부(22)에서 샘플개스 S에 도달하여 개스 S에 스며든다. 일정한 응답시간 경과 후, 습도계(10)는 샘플개스 S의 증가된 수분 농도를 검출 및 측정하기 시작한다. 습도계(10)는 궁극적으로 샘플개스가 제1 T연결부(22)로 들어가기 전에 샘플개스 S의 수분농도를 나타내는 평형 상태 값을 얻게 되는데, 보급장치(30)로부터 수분(32)이 첨가됨에 따라 그 값은 증가한다. 증가되는 값은 보급장치(30)로 부터의 수분(32)의 침투 속도 및 습도계(10)로의 샘플개스 S의 흐름속도에 따라 결정된다.

제 1밸브(40)가 다시 열리면, 카운터플로우 C가 다시 시작되어 수분(32)이 샘플개스 S에 도달하는 것을 막아준다. 그러면 평행상태 수분 농도값이 낮아지고 샘플개스 S의 원래의 수분 농도에 대응하는 레벨로 되돌아간다. 수분 농도가 습도계(10)의 검출한계 이하로 떨어지지 않는한 습도계(10)의 반응이 뒤따르게 되며, 이 경우 습도계(10)의 응답은 그 한계치를 가리켜 준다.

장치(1)를 사용함에 있어, 습도계(10)에 의해 제공되는 신호에 응답하여 제 밸브(40)를 열고 닫음으로써, 샘플개스 S에 미세하게 제어된 양의 수분(32)을 첨가하기 위한 시스템적이고 자동적인 필드백 루프(50)가 설정될 수 있다. 이러한 공정의 한 실시예가 약 3-4ppb의 수분 농도를 함유하는 매우 건조한 샘플개스 S를 분석할 수 있는 약 3ppb의 검출한계(제 2 도의 선a)를 가진 습도계(10)에 대해 제 2 도에 도시되어 있다.

상기 실시예에서는 3가지 알람(alarm) 레벨이 사용되는데, 그중 2가지는 수분 첨가를 위한 대역을 형성한다. 상기 대역의 하한 열람은 10ppb(제 2 도의 선 c)로 설정되었고 상한 알람은 15ppb(제 2 도의 선 d)로 설정되어 있다. 습도계(10)의 신호가 하한 알람 이하이면 제 1 밸브(40)가 닫고 수분 첨가가 시작된다. 습도계(10)의 신호가 상한 알람 이상으로 올라갈 때에 제 1 밸브(40)는 다시 열리고 수분 첨가를 금지시킨다. 수분 첨가가 중단된 후에, 습도계(10)는 상한 알람 이상의 값을 얻으므로, 습도계(10)가 다시 하한 알람 이하의 값을 얻을 때에만 수분첨가가 다시 시작된다.

장치(1)가 작동을 개시할때, 습도계(10)는 10ppb이하의 개스 수분 농도를 나타내므로 수분이 첨가된다. 수분 첨가는 습도계(10)가 15ppb이상의 농도를 읽기까지 계속되다가 그 시점에서 수분 첨가는 중단된다. 그후에, 제 2 도의 실시예에서, 습도계(10)가 10ppb 이하의 수분 농도를 다시 검출할때까지 제 1 밸브(40)는 열려진 상태를 유지하여 수분 첨가를 방지하는 카운터플로우를 발생시킨다(이것이 수분 첨가를 금지시키는 매카니즘 이다). 상기한 상황이 일어날때, 제 1 밸브(40)는 습도계(10)가 15ppb 이상의 수분 농도를 검출할때까지 다시 닫혀진다(수분 첨가가 허용된다). 상술한 사이클은 무기한 계속될 수 있다.

제 2 도의 그래프를 발생시키는데 사용된 장치의 성능을 잘 살펴보변 첨가되는 수분의 양을 알 수 있다. 밸브(40)를 닫혀진 상태로 유지시킴으로써, 보급장치(30)에 의해 발생된 수분(32)이 제 2 도에 도시된 실시예에서 샘플개스 S에 계속적으로 첨가될때, 약 300ppb의 평형상태 농도가 최종적으로 측정된다.

피드백 루프(50)(제 1 도 참조)는 습도계(10)에 자동적이며 빈번한 응답 체크를 제공한다. 습도계(10)가 올바로 동작하고 있는한 제 2 도의 그래프에 도시된 패턴에 따라 소량의 수분(32) 첨가에 응답하게 된다. 상기 응답은 습도계(10)의 적절한 동작, 안정성, 속도 등을 나타내준다. 가습 및 건조공정에 대한 습도계(10)의 응답은 그래프 상의 상승 및 하강 경사면을 각각 관찰함으로써 개별적으로 검사될 수 있다. 장치(1)는 일단 작동을 시작하면, 사용자의 개입없이 상기한 패턴을 자동적으로 표시한다.

샘플개스 S에 대한 수분(32)의 첨가는 습도계(10)의 평균 평행상태 값을 유지시켜 주는데, 그 값이 습도계의 검출한계 바로 위의 값인 것이 이상적이다. 제 2 도의 실시예에서, 평형상태값은 약 3ppb의 검출한계를 가진 습도계에 대해 10-15ppb 사이로 유지된다. 이 정도의 첨가량이면 계기는 민감한 상태를 유지하며 수분의 유입을 신속히 검출할 수 있다. 분석기의 내부를 먼저 가습하는 대신에, 이것이 상기 내부가 검출한계 레벨 보다 더 건조할 경우 필수적인 것이라 할지라도, 출발점이 수분 레벨이 이미 최고레벨(제 2 도의 실시예에서 10-15ppb)에 있기 때문에 수분의 유입은 더욱 신속히 검출될 수 있다. 수분 농도가 일단 검출한계 이상으로 되면 추가적인 정보는 더이상 소용이 없기 때문에 상기한 방법으로 수분을 첨가할 때에 정보가 손실될 수 있다.

제 2 도에는 습도계의 검출한계치와 수분첨가 대역의 하한알람(선 C)사이에 설정된 제 3 알람이 도시되어 있다. 상기한 추가적인 알람은 선 b로 표시되어 있는데, 제 2 도에 도시된 실시예에서는 약 6-7ppb의 포인트에 설정되어 있다. 습도계에서 읽혀지는 수분 농도가 제 2 도의 그래프상의 가장 오른쪽에 도시된 것처럼 알람의 설정 포인트 이하로 떨어지면 알람이 발생된다. 그러므로, 상기 추가적인 알람은 수분이 중요한 조건이 되는 상황에서 개스 스트림을 보호하는데 사용되는 습도계에 있어 편리하고 안전한 특성을 제공해 준다.

일단 수분 첨가가 되면, 습도계에서 읽혀지는 수분레벨은 수분첨가 대역의 하한알람 이하로 떨어지지 않으므로, 추가적인 알람은 보통 발생되지 않는다. 추가적인 알람은 충분히 많은 양의 수분이 첨가되었음에도 습도계가 정상적인 동작을 하지 못 하는 경우에만 발생된다. 알람발생은 습도계가 정상적으로 수분을 검출하지 못하던가 수분 첨가가 적절히 이루어지지 않았음을 의미한다. 수분이 중요한 조건이 되는 상황에서 개스 스트림을 보호하는 습도계를 사용하는 사람에게 습도계가 동작하지 않을때 경보가 제공된다는 사실을 아는 것은 안심이 되는 일이다.

제 2 도의 실시예에서 샘플개스에 유입되는 수분에 대한 알람을 발하기에 적합하게 설정된 알람은 약 100ppb이다. 장치(1)가 100ppb 이상의 레벨을 향해 상승하는 수분농도를 가진 샘플개스 S와 일정한 시간 접하게 될때, 밸브(40)는 이미 열려져 있게 된다(수분 첨가를 막는 카운터플로우를 발생시킴). 즉, 습도계(10)가 15ppb를 읽어들일때 즉시 열려진다. 그러므로, 습도계(10)의 눈금이 100ppb의 알람레벨에 도달하는 시간까지 개스 스트림에는 얼마동안 수분이 첨가되지 않는다. 이러한 시간은 보통 충분한 것이어서 습도계(10)의 알람 판독의 정확성에 대한 최종 수분첨가의 영향은 무시될 수 있다. 또한, 제 1 도에 도시된 카운터플로우 장치를 사용하여 얻어진 실험적인 데이타를 보면, 카운터플로우의 동작에 따라 수분 첨가를 감시하는 습도계 신호의 상승에 있어 거의 일시적인 정지를 보임을 알 수 있다. 제 2 도에 도시된 실시예에 관한 그래프를 보면 상승하는 습도계 신호는 정확히 15ppb에서 거의 변동하지 않고 멈추는 것을 알 수 있는데, 그 포인트에서 카운터플로우가 작동되는 것이다. 그 결과는 카운터플로우가 중지되는 레벨(10ppb) 이상으로 제 2 도의 하방 경사가 계속되는 가습상태에 대한 습도계 반응과 대조되는 것이다. 이러한 대조는 다음과 같이 설명될 수 있다. 10ppb에서 수분의 첨가에 따라 장치(1)의 건조한 구성부(예컨대, 배관)로 들어가는 최초의 수분은 상기 건조한 구성부에 의해 흡수되고 습도계(10)의 분석기에 도달하지 못 한다. 수분 농도는 첨가된 수분이 구성부를 가습하고 습도계(10)에 도달하기 전에 10ppb의 하한 알람 아래로 약 2-3ppb 하강한다. 잘못된 알람발생을 피하기 위해서는, 습도계의 검출한계치와 대역의 하한치 사이에 추가적인 알람을 설정할 때에 상술한 효과도 고려해야 함은 물론이다.

장치(1)를 사용하는 방법에 관한 상술한 설명으로부터 분명해지듯이, 제 2 밸브(44)는 장치(1)의 동작에 필수적인 것은 아니다. 그러나, 편리하다면 제 2 밸브(44)는 T연결부(36)의 오른쪽팔(37)에 위치할 수 있다. 밸브(44)를 닫아줌으로써, 사용자가 원한다면 혼란 없이도 시스템으로부터 보급장치(30)를 제거할 수 있다. 이렇게 제거하는 것은 장치(1)를 이동하는 동안에 유익할 것이다. 또한 장치의 운행을 중지하거나 폐쇄시키는 동안에도 유익할 것이다.

이제 카운터플로우 매카니즘에 대해 제 3a 도 및 제 3b 도를 참고로 하여 상세히 설명하겠다. 제 3a 도는 장치(1)의 제 1 밸브(40)가 닫히고 보급장치(30)로 부터 수분(32)이 샘플개스 S에 첨가될 때의 수분의 흐름을 도시하며, 제 3b 도는 제 1 밸브(40)가 열리고 수분(32)이 더이상 샘플개스 S에 첨가되지 않을 경우의 수분의 흐름을 도시한다. 제 3a 도 및 제 3b 도에 도시된 샘플개스 S는 건조한 것이다. 상기 도면에서 수분은 점으로 표시되어 있으며, 장치의 여러영역에서의 수분의 활동은 두가지 모드의 동작, 즉 밸브(40)가 열려질 때와 닫혀질 때에 대해 설명되겠다.

영역 A : 제 3a 도 및 제 3b 도를 보면 T연결부(36)의 오른쪽 팔(37) 내부에서 수분은 밸브(40)가 닫혀질때(제 3a 도)와 열려질때(제 3b 도), 구성부(예컨대, 배관 벽) 수분 흡수/배출 평형상태에 대해 기본적으로 동일하게 동작한다. 상기한 두 경우 모두에 있어, 초당 맴브레인(34)을 통해 확산되는 물분자의 양은 동일하다. 평형상태일때, 맴브레인(34)을 통한 확산 속도는 오른쪽 팔(37)을 통과하는 이동속도와 같다.

영역 B : T연결부(22)의 레그(28)의 내부는 밸브(40)가 열리고 카운터 플로우가 수분이 레그(28)로 들어가는 것을 막아줄때 건조하게 된다. 대조적으로, 밸브(40)가 닫히고, 평형 상태를 이루며, 수분이 맴브레인(34)을 통해 확산하는 것과 같은 속도로 레그(28)를 통해 흐를때 수분은 레그(28)를 가습하게 된다.

영역 C: T연결부(36)의 레그(38)의 내부는 포화의 정도가 레그(38)를 통한 카운터플로우의 유무에 따라 달려질지라도, 밸브(40)가 열러던지 또는 닫히던지 간에 항상 젖어있다. 카운터플로우가 있으며, 레그(38) 내의 수분의 농도는 좀더 엷어질 것이다.

(개스 흐름이 없는) 비활동 공간을 없애기 어렵기 때문에, 상기한 공간내의 수분은 비안정적이고 시간 및 온도에 따라 변화하기 쉽다. 개스 방출의 시간이 길어지면 상기 공간에 많은 양의 수분이 모이게 된다. 또한 개스 방출 및 흡수/배출 현상은 온도의 영향을 받는 활동이다. 비활동 공간에 관해 다른 주의할 점은 상기한 공간의 수분 농도의 변화에 비교적 느리게 반응한다는 것이다. 압력 조절기, 밸브, 니늘밸브, 흐름제어기 등과 같은 활동적 구성부들도 어느 정도 비활동 공간을 갖는다는 점에 유의해야 한다. 상술한 이유때문에, 매우 낮은 수분 농도에서 작업할 수 있는 양호하게 제어되고 반복작업 가능한 시스템의 주요부에서는 가능한한 비활동 공간이 없어야 한다.

제 1 도의 장치(1)에서, 모든 구성부들은 시스템이 수분을 첨가하는지 여부에 관계없이 일정한 흐름에 놓이게 된다. 일시적인 비활동 공간이 생겨 그 함윤 수분이 후에 샘플개스 S를 오염시키는 일은 없다. 밸브(40)가 닫힐때(제 3a 도 및 제 3b 도 참조) 밸브(40)의 입력 영역에서 일시적인 비활동 공간이 형성된다해도, 거기에 모여진 수분은 일단 밸브(40)가 열려지면 샘플개스 S에 도달하여 오염시키지는 못 한다. 그 대신, 모여진 수분은 밸브(40)가 열리면 FC장치(42)(제1도 참조)를 통하여 샘플개스 S로부터 멀리 이동된다. 밸브(40)의 입력영역은 입구(52)와, 밸브(40)의 스템 팁(56) 쪽으로 향한 짧은 채널(54)과, 개스 내부 채널(54)과 접하는 스템 팁(56) 부분을 포함한다(제3a도 및 3b도 참조). 밸브(40)는 또한 스프링(57)과, 격벽(58)과, 공기식 제어기(59)를 포함한다.

본 발명의 제2실시예는 제2도를 참고로하여 설명된 제1실시예는 제2도를 참고로하여 설명된 제1실시예에 언급된 피드백 루프(50)보다 더욱 정밀하게 동작하는 피드백 루프(60)를 사용한다. 제2실시예는 제4도를 참고로하여 설명되겠다. 피드백 루프(60)는 검사되는 샘플개스 S내의 수분농도의 레벨의 실제 변동에 관한 정보를 사용자에게 계속 제공한다. 루프(60)는 또한 습도계(10)의 반응성에 대한 빈번한 체크를 제공하며, 습도계(10)가 최고의 민감도를 갖게 해준다.

습도계(10)의 검출한계(같은 종류의 습도계라도 습도계마다 다를 수 있음)에 근접하는 수분 농도 레벨이 분석되고 습도계의 응답이 하방 경사면을 지난후 일정한 시간 주기동안 안정함을 보일때에, 다음 두가지 상황중 하나가 발생하였음을 추정할 수 있다. 습도계(10)가 실제로 개스에서 안정하고 매우 낮은 레벨의 수분 농도를 측정하고 있거나, 습도계(10)가 그 검출한계에 걸려 있는 경우이다. 본 발명의 수분첨가 활동이 없다면, 상기한 경우에 얻을 수 있는 정보는 낮은 농도의 판독 밖에는 없다.

건조한 개스에서 실제로 낮은 수분농도인 것인지 또는 습도계가 그 검출한계에 걸려 있는 것인지 구분하는 것은 통상적으로 매우 어려운 일이다.

일단 습도계(10)가 안정하고 낮은 수분 농도를 판독해 내면, 본 발명의 수분 첨가 작업이 진행된다. 이러한 첨가 작업은 이미 얻어진 낮은 판독량 이상으로 매우 적은양(수 ppb 정도)의 수분이 측정되는 즉시 중지될 수 있다. 첨가 작업이 중지되면, 시스템은 하방 경사를 지난후, 안정되고 낮은 판독치가 다시 얼마동안 얻어지고, 시스템이 다시 소량의 수분을 첨가하기까지 대기하게 된다. 한편으로, 수분 첨가에 대한 습도계의 응답으로부터 얻어진 정보는 습도계(10)의 응답성에 대한 좀더 많은 또는 좀더 적은 회수의 체크를 제공하게 되며, 다른 한편으로 검사되는 샘플개스의 실제 수분농도 레벨에 근접하게(수 ppb 이내로)함으로써, 샘플개스 품질에 대한 정보가 제공된다. 또한, 매회의 수분첨가 바로 직전에 얻어진 값들은 샘플개스의 실제 수분 레벨(또는 습도계(10)의 검출한계)에 대응하므로 시스템은 정규적으로 정확한 수분 농도값을 제공하게 된다.

수분첨가 작업의 컴퓨터 제어를 통하여 비교적 정밀한 피드백 루프(60)가 이루어질 수 있다. 컴퓨터에서 발생시킨 신호가 밸브(40)를 열거나 닫는다. 상기한 제어는 습도계(10)로부터 (컴퓨터에 의해) 읽혀진 응답에서 얻은 정보 및 사용자에 의해 제공된 입력 데이타를 기초로 행해진다. 이러한 입력 데이타는 작동을 시작할때 필요한 것인데 데이타는 안정성 조건, 첨가될 수분의 양 등을 포함한다. 제4도는 본 발명와 제2실시예의 정교한 피드백 루프(60)를 사용하여 얻어질 수 있는 패턴을 도시한다.

제5도는 본 발명에 따른 수분 발생기(68)를 도시한다. 그 주요부 및 기능은 제1도에 도시된 것과 동일한 것이다. 개스 소오스(70)는 개스스트림 G을 제공한다. 개스 스트림 G에는 밸브(80) 및 FC장치(82)의 조절에 따라 보급장치(72)로부터 수분이 첨가된다. 수분 첨가에 뒤이어, 개스 스트림 G은 두가지 별개의 개스 스트림으로 나누어지는데, 그 중 하나는 분석기(74)로 들어가는 샘플개스 S를 형성하고 다른 스트림 A은 외부적인 사용을 위한 것으로 수분 발생기(68)가 사용되는 다양한 응응예에서 이용될 수 있다. 분석기(74)는 피드백 제어기(76)에 피드백 정보를 제공한다.

피드백 정보를 통합한 후에, 피드백 제어기(76)는 피드백 신호(84)를 보내어 밸브(80)를 열고 닫는다.

발생기(68)의 입력 개스 스트림 G은 정화기(78)에서 정화된다. 그러므로, 개스 스트림 G은 정화된(건조한) 개스이거나 초기의 반드시 안정하지는 않은 수분농도 레벨을 가진 개스이다. 후자의 경우에, 수분 발생기(68)에 대한 동작 범위의 하한치는 입력 개스스트림 G에 이미 존재하는 수분 농도레벨로 제한된다.

제6a도 및 6b도는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다. 앞서의 두 실시예와 마찬가지로, 제3 실시예도 샘플 개스로의 수분 첨가를 중지시키기 위한 카운터플로우를 사용한다. 그런데, 제3실시예는 수분을 첨가시킬때 역방향의 개스 흐름을 이용한다.

유입되는 개스스트림 G은 개스소오스(102)로부터 장치(100)로들어와서 제1 T연결부(104)로 향한다. 제1 T연결부(104)에서 개스스트림 G의 일부는 T연결부(1054)의 레그(106)로 방향전환되고 개스스트림 G의 나머지부분 R은 흐름 제한기(108) 쪽으로 계속간다. 레그(106)로 들어가는 방향전환된 개스 D는 제2 T연결부(110)로 향한다. T연결부(110)에서 레그(106)는 다시 제1 FC장치(114)와 접하는 레그(112)와, 밸브(120)의 입력(118)과 접하는 레그(116)로 분할된다.

제한기(108)를 통해 흐르는 개스스트림 G의나머지 부분 R은 제3 T연결부(124)로 들어간다. 제3 T연결부(124)에서 분석기(128)와 접하는 레그(126)와, 제4 T 연결부(132)와 접하는 레그(130)로 나누어진다. T연결부(132)는 제5 T연결부(136)와 접하는 레그(134)와 보급장치(140)와 접하는 레그(138)로 다시 분할된다. T연결부(136)는 제2 FC장치(144)와 접하는 레그(142)와, 밸브(120)의 출력(122)과 접하는 레그(146)로 나누어진다.

FC장치(114)를 통해 흐르는 개스 및 FC장치(144)를 통해 흐르는 개스는 각각 출구(148) 및 (150)에서 장치(100)를 빠져나온다. 그러므로, 상기한 개스들은 최종적으로 배출된 것으로서 장치(100)의 동작에 더이상 영향을 미치지 못 한다.

제6a도는 밸브(120)가 닫혀진 위치에 있는 장치(100)를 도시한 것인데, 이는 수분이 샘플개스에 첨가되지 않음을 의미한다. 밸브(120)가 닫혀질때 방향전환된 개스 D는 개스스트림 G으로부터 흘러나온다. 흘러나오는 개스 D의 양은 제1 FC장치(114)에 의해, 궁극적으로는 FC장치(114)의 입력에서의 개스 압력에 의해 결정된다. 개스 D의 흐름은 레그(116) 및 밸브(120)의 닫혀진 입력(118)을 포함하는 일시적인 비활동 공간에 대한 오염효과를 최소화해 주는데, 왜냐하면 분석기(128)로 향해 이동하는 개스 스트림 G에 도달하기 위해, 상기 비활동 공간으로부터의 오염은 개스 D에 의해 형성된 레그(106)를 통한 (카운터) 플로우에 대향하여 이동해야 하기 때문이다.

유사한 상황이 레그(130)에 대해서도 발생하는데, 이곳을 통하여 개스는 T연결부(124)로부터흘러나간다. 이 개스는 카운터플로우를 발생시켜 보급장치(140)로 부터의 수분을 막아주며, 레그(146)에 의해 형성된 비활동 공간의 오염수분이 분석기(128)로 향해 흐르는 샘플개스로 들어가는 것을 막아준다. 반면에, 보급장치(140)로 부터 나온 수분은 레그(134)를 통해 개스 흐름으로 들어가며, 궁극적으로는 제2 FC장치(144)를 통해 흐른다.

제6b도는 밸브(120)가 열려진, 즉 수분이 샘플개스에 첨가되고 있는 장치(100)를 도시한다. 밸브(120)가 열려질때, 방향전환된 개스 D의 흐름은 밸브(120)가 닫혀질 때보다 레그(106)에서 더 크게 된다. 제1 FC장치(114)를 통한 개스 흐름의 크기가 변하지 않아도, 밸브(120)를 통한 추가적인 개스 흐름이 존재한다. 상기 추가적인 개스흐름은 밸브(120)를 거쳐서 레그(146)를 통과하며, T연결부(136)에서 분할된다. 그 개스의 일부는 레그(142)로간 다음 제2 FC장치(144)로 들어간다. 나머지 개스는 레그(134)로 흘러들어가 분석기(128)로 향한다. 상기 나머지 개스는 보급장치(140)로부터 수분을 받은 다음 흐름 제어기(108)를 통과해이동한 더 작은 양의 개스흐름 R과 혼합된다. 사실상, 흐름제어기(108)의크기에 따라서, 밸브(120)를 통과하여 분석기(128)로 들어가는 개스의 양이 결정된다.

여기에 도시되고 설명된 본 발명이, 습도계의 응답시간을 단축시키고 습도계의 작동에 대한 자동적 검증을 제공하기 위하여, 카운터플로우를 사용함으로써, 습도계에 의해 분석되는 샘플개스에 특정양의 수분을 빈번하고 선택적으로 첨가시키는 소량의 수분첨가 장치를 그 실시예로 하고 있지만, 본 발명은 그 상세한 설명에 국한되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 정신에서벗어나지 않는 청구범위의 등가물의 범주 및 범위 내에서 세부사항에 있어 여러가지 변형이 가능할 것이다.

특히, 흐름제어(FC)장치는 전기적으로 작동될 수 있으며, FC장치를 통해 이동하는 카운터플로우 개스의 흐름 속도를 온-오프 모드 대신에 일정한 범위 내에서 연속적으로 제어할 수도 있다. 피드백 신호가 분석기에 의해 검출되는 성분의 양을 선정된 레벨로 일정하게 유지시키는 기능을 하는데, 검출되는 성분의 양이 선정된 레벨보다 높으면 FC장치를 통하는 흐름속도를 증가시키고 검출되는 양이 선정된 레벨보다 낮으면 FC장치를 통하는 흐름속도를 감소시켜 일정하게 유지시킨다.

제1도에 도시된 장치(1)의 세부사항도 T연결부(36), 레그(38), 제1 밸브(40), FC장치(42)를 제거하여 변경시킬 수 있다. 상기한 구성부 대신에 밸브(44)를 사용하여 수분(32)(또는 다른 개스 성분)을 샘플개스 S에 첨가하도록 제어할 수 있다. 그러면 피드백 신호(50, 60)는 제1 밸브(40) 대신 밸브(44)를 제어하게 된다.

밸브(44)를 적절히 사용하면 상기 밸브를 닫을때 발생되는 일시적인 비활동 공간의 부정적 영향을 줄일 수 있다. 보급장치(30)와 마주하는 밸브(44)의 단부에서 형성되는 비활동 공간 내에 수분(32)(또는 다른 성분)이 모이는 것은 피할 수 없는 일인데, 이러한 현상은 비정상적인 수분(32)의 첨가를 야기하게 된다. 그럼에도 불구하고, 전술한 바와같이 피드백 신호(50, 60)는 제2도의 실시예에 도시된 대역 내에서 습도계(10)(또는 다른 분석기) 의 판독을 유지시킨다. 밸브(44)의 대향 단부, 즉 제1도에서 레그(28)와 연결되는 단부에 대해, 밸브(44)를 닫음으로써(그에 따라 보급장치(30)를 차단시킴으로써) 상기 단부에서 발생되는 비활동 공간은 밸브(44)를 3방향 밸브로 선택하면 최소화 될 수 있다.

3방향 밸브는 밸브(44)를 직접 T연결부(22)와 통합시킨다. 상기한 밸브는 스프링(57)을 포함하는 구멍으로 들어가는 두개의 부수적인 채널을 가진 제3a도 및 3b도에 도시된 밸브(40)와 동일한 구성을 갖는 것이 통상적이다. 스템 팀(56)에 의해 닫혀질 수 있는 도시된 채널(54)은 보급장치(30)에 연결된다. 3방향 밸브의 나머지 두개 채널은 각각 T연결부(22)의 오른쪽 팔(24) 및 왼쪽 팔(26)에 연결된다. 그러므로, 3방향 밸브의 공간은 샘플개스 S의 흐름이 연속적이고 방해되지 않는 상태로 있게 되어, 비활동 공간의 영향을 피할 수 있다.

또한, 전술한 계류중인 미합중국 출원, 명칭 수분감지 장치 또는 공정에 사용되는 오염 물질의 부정적 영향을 줄이기 위한 카운터플로우 장치 및 방법에 기술된 바와같이, 카운터플로우 장치는 수분 이외의 개스스트림 내의 성분 함량을 측정하는 검출 장치용으로도 유용하다. 상기한 성분으로는 예를들어, 산소, 질소, 또는 일산화탄소를 포함할 수 있다.

전술한 본 발명의 장치 및 방법은 상기한 성분들을 검출하고 측정하는데 쉽게 적용될 수 있다. 관심있는 특정 성분을 검출하고 측정할 수 있는 센서를 습도계 대신 사용할 수 있다. 수분 대신에 상기한 성분을 보급장치에 담아두어서, 필요에 따라 소량의 상기 성분을 샘플개스에 첨가시킬 수 있다.

Claims (26)

1. 개스스트림과; 상기 개스스트림에 첨가될 성분의 소오스와; 상기 개스스트림에 상기 성분을 첨가할 수 있도록 상기 소오스로부터 상기 개스스트림으로 연결된 연결부와; 상기 소오스와 상기 개스스트림 사이의 상기 연결부에 위치하여 상기 개스스트림으로 부터 개스가 제거될 수 있게 해주는 레그와; 상기 개스가 상기 연결부로부터 제거될때 상기 연결부의 일부에 형성되며, 상기 개스스트림에 첨가되는 상기 성분의 양을 조절해 주는 카운터플로우와; 상기 레그를 통하여 제거되는 상기 개스스트림으로부터 나온 상기 개스의 양을 제어하기 위한 수단과; 상기 개스스트림 내의 상기 성분을 검출할 수 있으며 상기한 첨가 후에 상기 개스스트림 내에 존재하는 상기 성분의 양에 관한 정보를 제공하는 분석기와; 상기 레그를 통해 제거되는 상기 개스스트림으로부터 나온 상기 개스의 양을 제어하기 위해 상기 분석기로부터 상기 제어수단으로 피드백 신호를 제공하기 위한 수단을 구비하는 개스 혼합물 발생기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 레그를 통해 제거되는 상기 개스의 흐름속도를 일정한 범위내에서 연속적으로 제어하기 적합한 전기적으로 제어가능한 질량 흐름 제어수단을 포함하며, 상기 피드백 수단은 상기 분석기에 의해 검출되는 상기 성분의 양이 선정된 레벨보다 높을때 상기 제어수단을 통한 흐름속도를 증가시키고 검출되는 상기 성분의 상기 양이 상기 선정된 레벨보다 낮을때 상기 제어수단을 통한 흐름속도를 감소시킴으로써 상기 분석기에 의해 검출되는 상기 성분의 양을 상기 선정된 레벨로 유지시킴을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
3. 제1항에 있어서, 상기 피드백 수단은, 상기 분석기에 의해 측정되는 상기 성분의 농도가 제1의 선정된 레벨에 도달할때 활성화 되도록설정된 상한 알람과; 상기 분석기에 의해 측정되는 상기 성분의 농도가 상기 제1의 선정된 레벨보다 낮은 제2의 선정된 레벨에 도달할때활성화 되도록 설정된 하한 알람과; 상기 상한 알람과 상기 하한 알람 사이에 형성되는 대역을 포함하며, 상기 개스스트림에 첨가되는 상기 성분의 양은 상기 분석기에 의해 측정되는 상기 개스스트림 내의 상기 성분의 농도가 상기 대역이내로 제어됨을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
4. 제3항에 있어서, 상기 개스스트림 내의 상기 성분의 농도가 상기 제1의 선정된 레벨보다 높은 제3의 선정된 레벨에 도달할때 활성화 되도록 설정된 제3 알람을 더 구비하는, 청구범위 제3 항에 청구된 바와같은 개스 혼합물 발생기.
5. 제4항에 있어서, 상기 개스스트림 내의 상기 성분의 농도가 상기 제2의 선정된 레벨보다 낮은 제4의 선정된 레벨에 도달할때 활성화 되도록 설정되어 있으며, 상기 개스혼합물 발생기가 올바로 작동하지 못할때 경보를 발생시키는 제4 알람을 더 구비함을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
6. 제1항에 있어서, 상기 개스스트림이 상기 연결부에 도달하기 전에 상기 성분의 상기 개스스트림을 정화시키기 위한 정화기와; 상기 개스스트림이 상기 연결부를 통과한 후에 상기 개스스트림을 상기 분석기로 들어가는 제1 개스흐름 및 제2 개스흐름으로 각각 분할시키는 제1 및 제2 레그와; 상기 제2 개스흐름을 상기 개스 혼합물 발생기를 위해 사용가능하게 해주는 상기 제2 레그의 단부에 있는 출구를 더 구비함을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
7. 제1항에 있어서, 상기 개스스트림은 상기 분석기에 의해 검사되는 샘플개스이며, 상기 개스스트림으로의 상기 성분의 첨가는 상기 분석기의 정상적인 기능을 보장해 주기 위한 것인, 청구범위 제1항에 청구된 바와같은 개스 혼합물 발생기.
8. 상기 피드백 수단은 상기 분석기가 의미 있는 정보를 발생시키기에 충분한 시간동안 상기 샘플개스를 분석한 후 상기 분석기에 의해 주어지는 상기 정보에 대한 단순 수조작 해석을 포함하며, 상기 해석은 상기 샘플개스에 상기 성분을 첨가하기 위한 적절한 주기 및 경과시간을 규정해 주며, 상기 주기적 첨가는 상기 분석기의 정상적인 작동을 보장해줌을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
9. 제8항에 있어서, 상기 샘플개스에 대한 상기 성분의 상기 주기적인 첨가는 상기 샘플개스 내의 상기 성분의 농도를 검사하는 상기 분석기의 분석에 대한 혼란을 방지하기 위해 충분히 적은 양으로 함을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
10. 제7항에 있어서, 상기 피드백 수단은 상기 분석기가 선정된 기준을 이용하여 충분한 안정성을 가진 저성분 농도레벨에 도달하는 때를 자동적으로 판별하며, 상기 판별에 따라 상기 샘플개스로의 상기 성분의 첨가를 시작하게 하는 신호를 발생시키며, 상기 성분 농도가 상기 안정한 저성분 농도레벨 위로 선정된 양만큼 증가될 때를 계산하며, 상기 계산에 따라 상기 샘플개스로의 상기 성분의 첨가를 중지시키는 신호를 발생시켜서, 상기 분석기의 응답이 자동적으로 검사되게 함을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
11. 제10항에 있어서, 상기 샘플개스에 대한 상기 성분의 첨가는 상기 샘플개스 내의 상기 성분의 농도를 검사하는 상기 분석기의 분석에 대한 혼란을 방지하기 위해 충분히 적은 양으로 함을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
12. 제1항에 있어서, 상기 성분의 소오스는 성분 및 상기 성분이 확산될 수 있는 맴브레인을 포함하는 보급 장치임을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
13. 제12항에 있어서, 상기 성분은 수분이고 상기 분석기는 습도계임을 특징으로 하는 개스 혼합물 발생기.
14. 샘플개스의 소오스와; 상기 샘플개스 내의 수분을 검출하고 측정하기 위한 것으로서, 수분을 검출 또는 측정할 수 없게 되는 검출한계치를 가지는 습도계와; 상기 소오스로부터 상기 습도계로 상기 샘플개스를 이동시키기 위해 상기 습도계와 상기 샘플개스 소오스를 연결시켜주는 수단과; 상기 습도계의 정확도 이상으로 상기 샘플개스 내의 상기 수분에 대한 상기 습도계의 측정을 혼란시키지 않고도 상기 습도계의 정상적인 작동을 보장하기 위하여 상기 샘플개스에 특정양의 수분을 선택적이며 자동적으로 첨가하기 위한 수분 첨가수단과; 상기 수분첨가 수단에 의해 첨가되는 수분의 양을 상기 습도계의 검출한계 바로 위의 양으로 제한하기 위한 수단을 구비하는 소량의 수분 첨가 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 첨가 수단은, 수분 및 상기 수분이 확산될 수 있는 맴브레인을 포함하고 있는 보급 장치와; 상기 보급장치를 상기 연결 수단에 연결시켜 주어 상기 보급장치의 상기 수분이 상기 연결수단 내의 상기 샘플개스로 보급될 수 있게 하기 위한 제1 레그와; 상기 제1 레그에서 카운터플로우를 선택적으로 발생시키기 위한 수단을 포함하며, 상기 카운터플로우 발생 수단은 상기 카운터플로우 발생 수단이 제1 위치에 있을때 상기 보급 장치 내의 상기 수분이 상기 연결수단 내의 상기 샘플개스로 보급되는 것을 방지하며 상기 카운터플로우 발생수단이 제2 위치에 있을때 상기 보급장치내의 상기 수분이 상기 연결수단 내의 상기 샘플개스로 보급되는 것을 허용하도록 되어 있음을 특징으로 하는 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 카운터 플로우 발생 수단은, 개스가 흐르게 하는 열린 위치 및 개스흐름을 막는 닫혀진 위치를 가진 밸브를 포함하며, 상기 열린 위치는 상기 카운터플로우 발생수단의 상기 제1위치에 대응하고 상기 닫혀진 위치는 상기 카운터플로우 상기 제2 위치에 대응하며; 상기 제1 레그를 상기 밸브에 연결시키는 제2 레그를 포함하며; 상기 밸브가 열려졌을때 일정한 개스흐름을 보장하기 위해 상기 제2 레그 반대편의 상기 밸브의 측면에 배치된 흐름제어 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
17. 샘플개스의 소오스와; 상기 샘플개스 내의 수분을 검출하고 측정하기 위한 습도계와; 상기 소오스로부터 상기 습도계로 상기 샘플개스를 이동시키기 위해 상기 습도계와 상기 샘플개스 소오스를 연결시켜주는 수단과; 수분 및 상기 수분이 확산될 수 있는 맴브레인을 포함하고 있는 보급장치와; 상기 보급장치를 상기 연결수단에 연결시켜주어 상기 보급장치의 상기 수분이 상기 연결수단 내의 상기 샘플개스로 보급될 수 있게 하기 위한 제1 레그와; 상기 제1 레그에 한 단부가 연결된 제2 레그와; 상기 제2 레그의 다른 단부에 연결되며, 개스를 흐르게 하고 상기 보급장치 내의 상기 수분이 상기 연결수단 내의 상기 샘플개스에 보급되는 것을 방지시키는 열린 위치와, 개스의 흐름을 막고 상기 보급장치 내의 상기 수분이 상기연결수단 내의 상기 샘플개스에 보급되도록 하는 닫혀진 위치를 가지며, 상기 제1 레그에서 선택적으로 카운터플로우를 발생시키는 밸브와; 상기 밸브가 열려져 있을때 일정한 개스흐름을 보장하기 위해 상기 제2 레그 반대편의 상기 밸브의 측면에 배치된 흐름제어 수단을 구비하는 소량의 수분첨가 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 샘플개스의 수분농도가 바람직스럽지 않은 양을 통과할 때에 활성화되는 알람을 더 구비함을 특징으로 하는 소량의 수분첨가 장치.
19. 제17항에 있어서, 상기 제2 레그와 상기 보급 장치 사이의 상기 제1 레그에 위치한 제2 밸브를 더 구비하며, 상기 제2 밸브는 그 닫혀진 위치에 있을때 상기 장치로부터 활동적 구성부로서의 상기 보급 장치를 제거해 줌을 특징으로 하는 소량의 수분첨가 장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 연결수단꽈 상기 제1 레그가 결합하여 제1 T연결부를 형성하고 상기 제1 레그와 상기 제2 레그가 결합하여 제2 T연결부를 형성하며; 상기 습도계는 입구를 가지며; 상기 습도계의 상기 입구와 상기 제1 T연결부 사이의 상기 연결수단의 길이는 약 1 내지 2인치 사이이며; 상기 제1 T연결부와 상기 제2 T연결부 사이의 상기 제1 레그의 길이는 약 2인치로 되어 있음을 특징으로 하는 소량의 수분 첨가 장치.
21. 제17항에 있어서, 상기 연결수단, 상기 제1 레그, 상기 제2 레그는 1/4인치와 1/8인치 사이의 직경을 가진 전기적으로 광택처리된 스테인레스 스틸 배관으로 되어 있음을 특징으로 하는 소량의 수분 첨가 장치.
22. 샘플개스 내의 성분을 검출하고 측정하기 위한 장치로서, 샘플개스의 소오스와; 상기 샘플개스 내의 상기 성분을 검출하고 측정하기 위한 센서와; 상기 센서와 상기 샘플개스 소오스를 연결시켜서 상기 소오스로부터 상기 센서로 상기 샘플개스를 이동시켜 주기 위한 수단과; 특정양의 상기 성분을 상기 샘플개스에 선택적으로 첨가시키기 위한 수단을 구비하는 장치며, 상기 첨가 수단은, (a)상기 센서에 의해 검출되고 측정될 상기 성분을 포함하고 있는 보급장치와; (b)상기 보급장치를 상기 연결수단에 연결수단에 연결시켜서 상기 보급장치의 상기 성분이 상기 연결수단 내의 상기 샘플개스에 보급될 수 있게 하기 위한 제1 레그와; (c)상기 보급장치와 상기 연결수단 사이의 상기 제1 레그에서 카운터플로우를 선택적으로 발생시키기 위한 수단을 포함하며, 상기 카운터플로우 발생수단은 상기 카운터플로우 발생 수단이 제1 위치에 있을때 상기 센서로 들어가는 상기 샘플개스에 상기 보급장치 내의 상기 성분이 보급되는 것을 방지하며, 상기 카운터플로우 발생 수단이 제2 위치에 있을 때 상기 센서로 들어가는 상기 샘플개스로 상기 보급장치 내의 성분이 보급되는 것을 허용하도록 되어있는 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 카운터 플로우 발생 수단은, 개스가 흐르게 하는 열린 위치 및 개스흐름을 막는 닫혀진 위치를 가진 밸브를 포함하며, 상기 열린 위치는 상기 카운터플로우 발생수단의 상기 제1위치에 대응하고 상기 닫혀진 위치는 상기 카운터플로우 상기 제2 위치에 대응하며; 상기 제1 레그를 상기 밸브에 연결시키는 제2 레그를 포함하며; 상기 밸브가 열려졌을때 일정한 개스흐름을 보장하기 위해 상기 제2 레그 반대편의 상기 밸브의 측면에 배치된 흐름제어 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
24. (a)특정한 수분농도 하한 검출 한계치를 가진 습도계를 갖춘 제16항의 장치를 제공하는 단계; (b)상기 샘플개스의 수분농도가 상기 하한 검출한계치보다 약간 높은 하한 평형상태 농도보다도 수 ppb 높은 상한 평형상태 농도보다는 낮을때 상기 샘플개스의 수분 농도를 상기 하한 평형상태 농도와 상기 상한평형상태 농도사이로 유지시키도록 상기 장치의 밸브를 제어하는 단계; (c)상기 장치의 상기 습도계에 의해 분석되는 샘플개스의 수분농도를 판별하는 단계; (d)상기 샘플개스가 상기 제1 평형상태 농도보다 낮은 수분농도를 갖는 경우 상기 샘플개스가 상기 제2 평형상태 농도와 동일한 농도를 가질때까지 상기 최초 샘플개스에 수분을 첨가하는 단계; (e)상기 습도계의 수분농도 판독을 검사하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하여 샘플개스 내의 수분 양을 분석하는 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 장치의 상기 밸브를 제어하는 상기 단계(b)는 상기 샘플개스의 상기 수분농도가 상기 제1 평형상태 농도와 같을때 상기 밸브를 닫고, 상기 샘플개스의 상기 수분농도가 상기 제2 평형상태 농도와 같을때 상기 밸브를 열도록 하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 습도계의 상기 판독을 검사하는 상기 단계(e)는 컴퓨터에 의해 실시됨을 특징으로 하는 방법.