TWI751684B - 濃度測定裝置 - Google Patents

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Abstract

濃度測定裝置(100)具備：電氣單元(20)，其具有光源(22)及光檢出器(24)；流體單元(10)，其具有測定胞(1)；第1光傳送構件(11)，其用於將來自光源的光傳送到測定胞；第2光傳送構件(12)，其用於將來自測定胞的光傳送到光檢出器；透鏡(3A)，其被設於流體單元，並且配置成將來自第1光傳送構件的光入射到第1位置，從第2位置將光出射到第2光傳送構件；壓力感測器(5)，其測定流經測定胞的流體之壓力；及演算電路(28)，其檢出流經測定胞的流體之濃度，為了降低流體的折射率所致的測定誤差，基於光檢出器的輸出、及與壓力感測器輸出的壓力及流體之濃度建立關聯的校正因子而演算流體的濃度。

Description

濃度測定裝置
本發明係關於濃度測定裝置，特別是關於基於穿透測定胞內的光之強度而測定流體的濃度之濃度測定裝置。
以往，已知一種濃度測定裝置(所謂的串接式濃度測定裝置)，其構成為組裝到對於半導體製造裝置供給原料氣體的氣體供給管線而測定氣體的濃度。作為原料氣體，例如，可舉出從液體材料或固體材料得到的有機金屬(MO)氣體。
在這種濃度測定裝置，使來自光源的特定波長的光入射到氣體流經的測定胞，再由受光元件接受通過測定胞的穿透光，藉此，測定吸光度。又，可從已測定的吸光度，基於朗伯比爾(Lambert-Beer)的定律而求得測定氣體的濃度(例如，專利文獻1~3)。
在本說明書，將檢出流體的濃度所用的各種穿透光檢出構造統稱為測定胞。在測定胞，不僅包含從流體供給管線分歧而分開配置的測定胞，也包含專利文獻1~3所示般的在流體供給管線的途中所設的串接式之穿透光檢出構造。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-219294號 [專利文獻2]國際公開第2017/029792號 [專利文獻3]國際公開第2018/021311號
[發明所欲解決之課題]
在上述的濃度測定裝置之測定胞，通常使用準直儀使平行光入射到測定胞內。例如在專利文獻3所記載的反射型之濃度測定裝置，於在測定胞的一端部所配置的透光性窗部之前側配置作為準直儀透鏡的凸透鏡，在測定胞的另一端部配置反射構件。在該構成，通過凸透鏡作為平行光入射到測定胞內的光係由另一端部的反射構件而反射，在測定胞內經過一次往返的光再次通過凸透鏡而被導引到光檢出器。
在反射型的測定胞，經由其他路徑導引入射光及反射光時，入射光(光線路徑例如為數毫米左右)照射到從透鏡的中心也就是透鏡的光軸偏移的位置，入射光通過透鏡時，受到折射作用。又，從透鏡出射的光相對於在測定胞的端部所設的透光性之窗部的窗面不會完全垂直入射，而是以相對於測定胞的中心軸方向略微傾斜的角度入射。然後，在測定胞內行進再由反射構件所反射的光也以相對於測定胞的中心軸方向略微傾斜的角度在測定胞內行進後，在窗部折射，通過從透鏡的中心偏移的位置出射(參考圖2)。
在以這種略微傾斜的角度使光入射到測定胞的情況，測定胞內的氣體之折射率變化的話，窗部與氣體之間的界面之折射角會稍微變化。本發明者藉由測定胞內的介質之折射率的變化，而發現在測定胞內傳播的光之光路也會稍微變化，進而導致濃度測定的誤差可能增加。
本發明係鑒於上述課題而成者，主要目的在於提供一種濃度測定裝置，其可抑制測定胞內的介質之折射率變化所致的濃度測定誤差之增加。 [用於解決課題之手段]
依照本發明的實施形態之濃度測定裝置具備：流體單元，其具有測定胞；第1光傳送構件，其用於將來自前述光源的光傳送到前述測定胞；第2光傳送構件，其用於將來自前述測定胞的光傳送到前述光檢出器；透鏡，其被設於前述流體單元，並且配置成將來自前述第1光傳送構件的光入射到與前述透鏡的光軸不同的第1位置，且/或從與前述透鏡的光軸不同的第2位置將光出射到前述第2光傳送構件；壓力感測器，其測定流經前述測定胞的流體之壓力；及演算電路，其連接到前述光檢出器，檢出流經前述測定胞的流體之濃度，前述演算電路構成為：為了校正對應到前述流體的折射率之測定誤差，基於前述光檢出器的輸出、及對於前述壓力感測器輸出的壓力及前述流體的濃度建立關聯的校正因子，而藉由演算求得前述流體的濃度。
在某個實施形態，前述演算電路具有記憶體，其儲存記載對於前述壓力感測器輸出的壓力及前述流體的濃度建立關聯的校正因子之表格，使用從前述表格讀出的校正因子而測定濃度。
在某個實施形態，前述濃度測定裝置還具有溫度感測器，其測定流經前述測定胞的氣體之溫度，前述演算電路構成為：使用對於測定氣體建立關聯的吸光係數αa ，基於下述式而求得混合氣體中的測定氣體之體積濃度Cv+ΔCn，在下述式，I0 為入射到前述測定胞的入射光之強度，I為通過前述測定胞的光之強度，R為氣體常數，T為前述測定胞內的氣體溫度，L為光路長度，Pt為前述測定胞內的氣體壓力，I(n)為基於折射率變化的光量變化，ΔCn為基於(RT/αa LPt)･ln(I0 /I)及前述氣體壓力所決定的校正因子； Cv+ΔCn=(RT/αa LPt)･ln(I0 /I+I(n))=(RT/αa LPt)･ln(I0 /I)+ΔCn。 [發明效果]
若依照本發明的實施形態，則可抑制測定胞內的介質之折射率變化所致的測定誤差之增加，以更高的精確度測定濃度。
以下，一邊參考圖示一邊說明本發明的實施形態，但本發明不限定於以下的實施形態。
圖1為表示本發明的實施形態所用的濃度測定裝置100之全體構成的一例之圖。濃度測定裝置100具備：流體單元10，其具有組裝到氣體供給管線的測定胞1；及電氣單元20，其配置成與流體單元10隔離。流體單元10與電氣單元20藉由入射用的光纜11(第1光傳送構件)、出射用的光纜12(第2光傳送構件)、及感測器纜線(不圖示)，而以光學及電氣方式互相連接。
流體單元10的使用溫度未特別限定，例如可在室溫環境下使用，但依照測定氣體的種類可加熱到100℃~200℃左右。另外，與流體單元10隔離的電氣單元20由於高溫耐性低，通常配置在室溫環境下。電氣單元20連接到對濃度測定裝置100傳送動作控制訊號、或者從濃度測定裝置100接受測定濃度訊號之用的外部控制裝置。
在流體單元10，設置測定胞1，其具有測定氣體的流入口1a、流出口1b及連接此等並且朝長邊方向延伸的流路1c。在測定胞1的一方之端部，設置連接到流路的透光性之窗部2(在此為藍寶石基板)，在測定胞1的另一方之端部，設置反射構件4。在本說明書，光不僅包含可見光線，至少包含紅外線、紫外線，可包含任意的波長之電磁波。又，透光性係指對於入射到測定胞的光，內部穿透率高到可測定濃度的程度。
測定光的波長可基於測定對象的氣體之吸光特性，而適當選擇，但在本實施形態，為了進行吸收紫外光的有機金屬氣體(例如，三甲基鎵(TMGa))等濃度測定及水分檢測，而使用近紫外光(例如，波長200nm~400nm)。
在測定胞1的窗部2之附近，安裝連接2條光纜11、12的準直儀3。準直儀3具有作為準直儀透鏡的凸透鏡3A(參考圖2)，構成為將來自光源的光作為平行光經由窗部2入射到測定胞1，並且接受來自反射構件4的反射光。反射構件4的反射面設成垂直於入射光的進行方向或者流路的中心軸。測定胞1的流路1c也可利用作為測定光的光路。
作為窗部2，適合使用對於在近紫外光等的濃度測定所用的檢出光具有耐性及高穿透率、對於流經測定胞的氣體(流體)也具有耐性、而且機械･化學性質穩定的藍寶石板。然而，其他穩定的素材例如也可使用石英玻璃。測定胞1的本體(流路形成部)例如為SUS316L製。
反射構件4例如為在藍寶石基板的背面設置作為反射層的鋁層或介電體多層膜。若使用介電體多層膜作為反射層，則可選擇性反射特定波長域的光。介電體多層膜由折射率不同的多個光學薄膜之積層體(將高折射率膜及低折射率膜交互積層而得)所構成，藉由適當選擇各層的厚度或折射率，而可反射特定的波長之光或使該光穿透。又，介電體多層膜由於可設計成以任意的比例使光反射，故可使一部分(例如10%)的光穿透，並且藉由在反射構件4的下部所設置的光檢出器檢出作為參考光。
又，如同本實施形態使用近紫外光作為測定光時，作為窗部2，也可使用氟化鈣(CaF2 )系的窗材。在紫外光用氟化鈣窗材(例如SIGMA光機社製)，約300nm的紫外光之穿透率為約90%以上，又，折射率為約1.45左右。相較之下，藍寶石(Al2 O3 )則對於約300nm的紫外光之穿透率為約85%，折射率為約1.81左右。如此一來，氟化鈣相較於藍寶石，具有對於紫外光的穿透率高、折射率低的性質。因此，若使用氟化鈣窗材，則在測定胞內的介質之折射率的變化已發生時，光路的變化也會比較小，而可更有效抑制折射率變化所致的濃度測定誤差。
流體單元10還具備：壓力感測器5，其用於檢出流經測定胞1內的測定氣體之壓力；及溫度感測器6，其用於使測定氣體的溫度接受測定。壓力感測器5及溫度感測器6的輸出經由不圖示的感測器纜線而傳送到電氣單元20。壓力感測器5及溫度感測器6的輸出用於測定氣體濃度。
在本實施形態的濃度測定裝置100，電氣單元20具備：光源22，其產生入射到測定胞1內的光；光檢出器24，其接受從測定胞1出射的光；及演算電路28，其基於光檢出器24輸出的檢出訊號(配合所接受的光之強度的檢出訊號)而演算測定氣體的濃度。
光源22構成為使用發射波長彼此不同的紫外光之2個發光元件(在此為LED)23a、23b。在發光元件23a、23b，使用發射電路而有頻率不同的驅動電流流過，進行頻率解析(例如，高速傅立葉變換或小波變換)，藉此，可從光檢出器24檢出的檢出訊號測定對應到各波長成分的光之強度。作為發光元件23a、23b，可使用LD(雷射二極體)。又，取代使用多個波長不同的合波光作為光源，也可利用單一波長的光源，此時，合波器或頻率解析電路可省略。
發光元件23a、23b配置成相對於半反射鏡23c皆以45°的角度照射光。又，以夾持半反射鏡23c而與一方的發光元件23b對向的方式，設置參考光檢出器26。來自光源22的光之一部分入射到參考光檢出器26，用於調查光學元件的劣化等。剩餘的光藉由球透鏡23d而匯集，再入射到入射光用的光纜11。作為構成光檢出器24及參考光檢出器26的受光元件，例如使用光二極體或光電晶體。
演算電路28例如由在電路基板上所設的處理器或記憶體等所構成，包含基於輸入訊號而執行規定的演算之電腦程式，可藉由硬體及軟體的組合而實現。尚且，在圖示的態樣，演算電路28內建在電氣單元20，但誠然該構成要素的一部分(CPU等)或全部可被設在電氣單元20的外側之裝置。
圖2表示測定胞1之入射光L1及出射光(反射光)L2的光路之一例。如圖2所示，針對入射用及出射用分別使用光纜11、12時，入射光L1及反射光L2會通過從準直儀具有的凸透鏡3A之中心或者從光軸x1偏移的位置。
此時，在測定胞1所設的窗部2，以從窗面法線方向(或者測定胞的軸方向)略微傾斜的角度使入射光L1入射。然後，在窗部2折射之後，出射到測定胞1的內部之空間。
在此，將窗部(介質A)2的折射率設成nA ，將測定胞內的介質B之折射率設成nB ，將從窗部2朝向測定胞內介質的入射角設成θA ，將出射角(折射角)設成θB 的話，藉由斯奈爾定律，下述的關係會成立。尚且，下述式的nAB 為介質B相對於介質A的相對折射率； (SinθA /SinθB )=nB /nA =nAB 。
由上述式可知，出射角θB 會依據測定胞內介質的折射率nB 或者相對折射率nAB 而變化。因此，測定胞內介質的折射率nB 已變化時，例如，測定胞內從真空變成規定濃度的測定氣體時，在出射角θB 及測定胞內行進的光L1、L2之光路也會略微變化。在此，由於SinθB =nA ･SinθA /nB ，故出射角θB 隨著折射率nB 或者相對折射率nAB 愈大則愈小。
圖3為測定胞內從真空變化成丙酮/N2 氣體時的光路之變化的圖。將通過丙酮/N2 氣體的入射光及反射光設為L1’、L2’以虛線表示。又，圖4為表示窗部2的外側(透鏡側)為空氣(氮)，窗部為藍寶石玻璃，測定胞內的流路1c從真空變化成200torr的丙酮氣體時的光路之變化的圖。
相對於在真空的折射率為1.000000，0℃、1atm下的丙酮之折射率為約1.001079，N2 的折射率為約1.000298。尚且，Ar氣體之折射率為約1.000283，作為半導體製造程序中的乾蝕刻用氣體或清潔氣體而使用的SF6 氣體之折射率為約1.000769。又，在圖4，將空氣的折射率假設為1.000298，將藍寶石的折射率假設為1.75449(入射光的波長1060nm)，將200Torr的丙酮之折射率假設為1.000284，將朝向窗材的入射角假設為1°，然後計算出射角。
測定胞內從真空變成丙酮/N2 氣體的話，介質的折射率nB 會略微增加，故從窗部2入射到測定胞內介質時的光之折射角θB 會變小。又，作為反射構件使用在背面側設置反射層的透光性基板之情況，從測定胞內介質入射到反射構件4時的光之折射角及從反射構件4入射到測定胞內介質時的光之折射角也會配合測定胞內介質的折射率變化而略微變化。
結果，如在圖3以虛線L1’L2’所示，通過與真空時不同的光路，反射光L2’入射到光纜12。藉此，有可檢出的反射光強度會降低的情況，導致基於折射率變化的測定誤差產生。在真空時，以得到最大光量的方式設計光學系統時，有相對於測定胞內介質的真空之相對折射率愈大，則測定誤差愈大的傾向。尚且，由於光學系統的設計，也可能會由於測定胞內介質的折射率增加而導致測定誤差減少。
舉出具體範例的話，如圖4所示，以1.000000°(為了方便理解，圖4以較大的角度表示)之入射角入射到藍寶石製的窗部2之光會在窗部2的兩界面折射，在測定胞內為真空的情況，以1.000298°的出射角出射。相較之下，測定胞內充滿200Torr、100%體積濃度的丙酮時，以1.000014°的出射角出射。藉此，光檢出器24(參考圖1)檢出的光之強度有時即使氣體所致的吸收未發生也會略微變化。
如上述，由於測定胞內介質的折射率而導致測定誤差產生差異，但使用丙酮/N2 氣體般的混合氣體之情況，測定胞內介質的折射率會由於混合氣體中的丙酮之濃度而變化。更具體而言，有折射率高的丙酮之濃度愈高，則光路的偏移愈明顯，測定精確度也隨之降低的傾向。然而，在以丙酮濃度為100體積%時得到最大光量的方式設計光學系統之情況等，也有丙酮濃度愈降低，測定誤差愈增加的情況。
又，不僅氣體的濃度，氣體的壓力及溫度也與折射率有關。以下的數學式表示折射率的溫度依存及壓力依存； n(P、T)=1+(n(0℃、1atm)/(1+αT))×P/1.01325×105 。
在上述式，n(P、T)為考量壓力及溫度的折射率、n(0℃、1atm)為0℃、1atm時的折射率、α為膨張率、T為溫度、P為壓力。如此一來，由於折射率也會隨著壓力而變化，故藉由基於壓力感測器5的測定結果進行校正，而可降低測定誤差。尚且，如上述式所示，由於折射率也會隨著溫度T而變化，故可追加進行配合溫度感測器6所得的測定溫度之校正。
圖5為表示測定胞內的氣體之壓力(Torr)、及光檢出器24檢出的光量之變化(將真空時作為1而正規化所得的值)之間的關係之圖表。又，圖6表示在圖5所示的圖表之資料中，假設溫度T保持23℃，基於上述式而求得折射率，將求得的折射率作為橫軸，得到折射率與光量的變化之間的關係之圖。
圖5表示針對N2 氣體、SF6 氣體、C4 F8 氣體的各者，測定光波長為300nm時及測定光波長為365nm時的壓力與光量的變化之間的關係。已確認N2 氣體、SF6 氣體、C4 F8 氣體皆不吸收300nm及365nm的波長之光。又，圖6表示針對N2 氣體及SF6 氣體，折射率與光量變化之間的關係。
從圖5及圖6可知，有測定胞內的氣體之壓力增加的同時，光量的變化也增大的傾向，同樣地，有折射率增加的同時，光量的變化也增大的傾向。又，可確認折射率與光量的變化之間的關係不受氣體種類或測定光波長影響而具有相同的傾向。如此一來，由於折射率與壓力之間有相關關係，故為了修正折射率的變化所致的測定誤差(光量變化)之增加，認為較佳為進行配合壓力的校正。
又，如上述，折射率也會隨著測定胞內的氣體之濃度的變化而改變。因此，藉由事先求得基於濃度及壓力的校正因子，再使用該校正因子校正濃度演算，而進行對應到折射率的變化之校正，可求得更正確的濃度。
圖7表示記錄與壓力P1~Pn及濃度n1~nn建立關聯的濃度之校正因子ΔCn的表格TB。如圖7所示，對應到濃度n1~nn、及壓力P1~Pn的多個校正因子ΔC11~ΔCnn被記錄在表格TB。如後述，測定測定胞內的氣體之濃度時，可測定反射光的光強度I，並且使用從表格TB讀出的校正因子ΔCn，藉由演算而求得濃度。藉此，可將並非氣體所致的吸收所產生的誤差、而是源自於折射率的光量變化所致的誤差換算成濃度予以校正，進而以更高的精確度測定濃度。
尚且，從已測定的壓力或者吸光度藉由演算而求得的濃度與壓力P1~Pn或者濃度n1~nn不同時，可選擇對應到最近的壓力及濃度之校正因子ΔCn。又，例如，壓力在P1與P2之間，並且濃度在n1與n2之間時，可從ΔC11、ΔC21、ΔC12、ΔC22的平均決定ΔCn等，再從表格TB所記載的校正因子ΔC11~ΔCnn藉由演算求得適當的校正因子。
以下，說明使用本實施形態的濃度測定裝置之濃度測定的順序。在圖1所示的測定胞1，於測定胞1的內部往返的光之光路長度可由窗部2與反射構件4之間的距離之2倍所規定。在濃度測定裝置100，入射到測定胞1，之後，由反射構件4所反射的波長λ之光會依照氣體的濃度而以不同程度被吸收。然後，演算電路28藉由針對來自光檢出器24的檢出訊號進行頻率解析，可測定在該波長λ的吸光度Aλ，進而基於以下的式(1)所示的朗伯比爾之定律，而可從吸光度Aλ算出莫爾濃度CM ； Aλ=－log10 (I/I0 )=α’LCM ･･･(1)。
在式(1)，I0 為入射到測定胞的入射光之強度，I為通過測定胞內之氣體中的光之強度、α’為莫爾吸光係數(m2 /mol)，L為光路長度(m)，CM 為莫爾濃度(mol/m3 )。莫爾吸光係數α’為由物質所決定的係數。I/I0 一般稱為穿透率，穿透率I/I0 為100%時，吸光度Aλ為0，穿透率I/I0 為0%時，吸光度Aλ成為無限大。尚且，針對上述式的入射光強度I0 ，在測定胞1內不存在吸光性的氣體時(例如，充滿不吸收紫外光的氣體時或抽成真空時)，可將藉由光檢出器24所檢出的光之強度視為入射光強度I0 。
又，濃度測定裝置100可構成為也考量流經測定胞1的氣體之壓力及溫度，而求得氣體的濃度。以下，說明具體例。上述的朗伯比爾之式(1)成立，但上述的莫爾濃度CM 為每單位體積的氣體之物質量，故可表示為CM =N/V。在此，N為氣體的物質量(mol)也就是莫爾數，V為體積(m3 )。然後，測定對象為氣體，故從理想氣體的狀態方程式PV=NRT，導出莫爾濃度CM =N/V=P/RT，再代入朗伯比爾之式，又，應用－ln(I/I0 )=ln(I0 /I)的話，可得到下述之式(2)； ln(I0 /I)=αL(P/RT)　　･･･(2)。
在式(2)，R為氣體常數=0.0623(Torr･m3 /K/mol)，P為壓力(Torr)，T為溫度(K)。又，式(2)的莫爾吸光係數為相對於穿透率的自然對數之α，相較於式(1)的α’，滿足α’=0.434α的關係。
在此，壓力感測器可檢出的壓力為包含測定氣體及載體氣體的混合氣體之全壓Pt(Torr)。另外，與吸收相關的氣體僅為測定氣體，上述之式(2)的壓力P對應到測定氣體的分壓Pa。於是，使用將測定氣體的分壓Pa，藉由氣體全體中的測定氣體濃度Cv(體積%)及全壓Pt而表示之式也就是Pa=Pt･Cv表示式(2)的話，使用考量壓力及溫度的測定氣體之濃度(體積%)與吸光度之間的關係可使用測定氣體的吸光係數αa ，而以下述之式(3)表示； ln(I0 /I)=αa L(Pt･Cv/RT)　　･･･(3)。
又，將式(3)變形的話，可得到下述之式(4)； Cv=(RT/αa LPt)･ln(I0 /I)　　･･･(4)。
因此，若依照式(4)，則可基於各測定值(氣體溫度T、全壓Pt、及穿透光強度I)，而藉由演算求得測定光波長的測定氣體濃度(體積%)。如此一來，可考量氣體溫度或氣體壓力而求得混合氣體中的吸光氣體之濃度。尚且，測定氣體的吸光係數αa 可從既知濃度(例如100%濃度)的測定氣體流動時的測定值(T、Pt、I)，依照式(3)或者(4)而預先求得。以這種方式求得的吸光係數αa 被收納在記憶體，基於式(4)而進行未知濃度的測定氣體之濃度演算時，可將吸光係數αa 從記憶體讀出使用。
然而，如上述所說明，由光檢出器24而檢出的穿透光強度I被視為包含藉由測定胞內的介質之折射率的變化所產生的光量之變化分量。基於該折射率的光量之變化並非由於氣體所致的吸收所產生，故欲求得更正確的吸光度及濃度時，較佳為校正折射率之變化所致的光量之變化分量。考量折射率n的濃度Cv’之式如同以下之式(5)； Cv’=(RT/αa LPt)･ln(I0 /I(n))　　･･･(5)。 在此，I(n)表示考量測定胞內的介質之折射率的穿透光強度，I(n)=I+ΔI(n)，也就是說，對應到光檢出器已檢出的穿透光強度I、與折射率所致的光強度變化分量之和。
將基於該折射率變化的光強度之變化分量ΔI(n)所生的濃度測定的變化分量(誤差分量)設成ΔCn的話，考量折射率變化而求得濃度之式如同下述之式(6)； Cv+ΔCn =(RT/αa LPt)･ln(I0 /(I+ΔI(n))) =(RT/αa LPt)･ln(I0 /I)+ΔCn　　･･･(6)。
因此，基於上述式(4)而算出校正前的濃度Cv，並且將表示折射率分量的光強度變化之ΔCn，參考圖7所示的表格TB予以確定，藉此，可求得折射率的變化被補償的濃度。表格TB所記載的ΔCn係如上述由壓力及濃度所決定，並且將使測定氣體的濃度及測定胞內壓力變化時的光強度變化(光檢出器24之輸出的變化)，使用測定氣體不吸收的波長之光測定而得到。
以上，已說明依照本發明的實施形態之濃度測定裝置，但本發明並非由上述實施形態限定解釋，在不脫離本發明的主旨之範圍，可進行各種變更。例如，作為測定所用的光，配合氣體的種類，也可利用紫外區域以外的波長區域之光。 [產業上的可利用性]
本發明的實施形態之濃度測定裝置被用於半導體製造裝置等，並且適合用於測定各種氣體的濃度。
1:測定胞 2:窗部 3:準直儀 3A:凸透鏡 4:反射構件 5:壓力感測器 6:溫度感測器 10:流體單元 11:光纜(入射用) 12:光纜(出射用) 20:電氣單元 22:光源 24:光檢出器 26:參考光檢出器 28:演算電路 100:濃度測定裝置
[圖1]為表示本發明的實施形態之濃度測定裝置的全體構成之模式圖。 [圖2]為表示濃度測定裝置的測定胞之光學系統的圖。 [圖3]為表示測定胞內的介質之折射率已變化時的測定胞之光學系統的圖。 [圖4]為表示測定胞內的介質之折射率已變化時的窗部附近的光路之變化的圖。 [圖5]為表示測定胞內的氣體壓力(測定胞壓力)與光量變化之間的關係之圖表。 [圖6]為表示測定胞內的氣體之折射率與光量變化之間的關係之圖表。 [圖7]為表示記載氣體的濃度及壓力所決定的濃度校正因子之表格的圖。
1:測定胞
1a:流入口
1b:流出口
1c:流路
2:窗部
3:準直儀
4:反射構件
5:壓力感測器
6:溫度感測器
10:流體單元
11:光纜(入射用)
12:光纜(出射用)
20:電氣單元
22:光源
23a:發光元件
23b:發光元件
23c:半透鏡
23d:球狀透鏡
24:光檢出器
26:參考光檢出器
28:演算電路
100:濃度測定裝置
G:(未出現在說明書中)

Claims (2)

  1. 一種濃度測定裝置，其具備：電氣單元，其具有光源及光檢出器；流體單元，其具有測定胞；第1光傳送構件，其用於將來自前述光源的光傳送到前述測定胞；第2光傳送構件，其用於將來自前述測定胞的光傳送到前述光檢出器；透鏡，其被設於前述流體單元，並且配置成將來自前述第1光傳送構件的光入射到與前述透鏡的光軸不同的第1位置，且/或從與前述透鏡的光軸不同的第2位置將光出射到前述第2光傳送構件；壓力感測器，其測定流經前述測定胞的流體之壓力；及演算電路，其連接到前述光檢出器，檢出流經前述測定胞的流體之濃度，前述演算電路構成為：為了校正對應到前述流體的折射率之測定誤差，基於前述光檢出器的輸出、及與前述壓力感測器輸出的壓力及前述流體的濃度建立關聯的校正因子，而藉由演算求得前述流體的濃度，前述演算電路具有記憶體，其儲存記載與前述壓力感測器輸出的壓力及前述流體的濃度建立關聯的校正因子之表格，使用從前述表格讀出的校正因子而測定濃度。
  2. 如請求項1的濃度測定裝置，其中， 濃度測定裝置還具有溫度感測器，其測定流經前述測定胞的氣體之溫度，前述演算電路構成為：使用與測定氣體建立關聯的吸光係數αa，基於下述式而求得混合氣體中的測定氣體之體積濃度Cv+△Cn，在下述式，I0為入射到前述測定胞的入射光之強度，I為通過前述測定胞的光之強度，R為氣體常數，T為前述測定胞內的氣體溫度，L為光路長度，Pt為前述測定胞內的氣體壓力，I(n)為基於折射率變化的光量變化，△Cn為基於(RT/αaLPt)．ln(I0/I)及前述氣體壓力所決定的校正因子；Cv+△Cn=(RT/αaLPt)．ln(I0/I+I(n))=(RT/αaLPt)．ln(I0/I)+△Cn。
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