TWM649461U - 氣體濃度測量裝置 - Google Patents
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Abstract
一種氣體濃度測量裝置包含氣體檢測腔、溫度感測元件、壓力感測元件、光源供應裝置及光感測裝置，用以量測待測氣體(如臭氧)之氣體濃度。溫度感測元件及壓力感測元件分別測量待測氣體之溫度與壓力。光源供應裝置採用UV-LED當作紫外光源，並提供具有不同臭氧吸光度之第一檢測光束及校正光束，再以分光元件使其分別分成有通過待測氣體之分光及無通過待測氣體之分光。光感測裝置可分別測量第一檢測光束及校正光束之含有臭氧的光強度以及不含臭氧的光強度。經由比較上述之光強度，即可藉由比爾-朗伯定律(Beer-Lambert law)計算臭氧氣體的濃度。
Description
本創作是有關於一種測量裝置，特別是有關於一種氣體濃度測量裝置。
隨著產業逐漸發展，各式各樣的氣體常被應用於各種產業或生活環境中。舉例而言，臭氧就常被應用在滅菌設備與半導體晶圓製造上，但是市面上用於測量臭氧濃度的儀器已經無法滿足準確、穩定及快速回饋臭氧濃度的要求。目前的臭氧濃度測量儀器雖然採用紫外光吸光度方法，藉由紫外光源發射紫外光穿透過石英玻璃管中的臭氧，並且使用光感測器量測光感測訊號後，再藉由比爾-朗伯定律(Beer-Lambert Equation)計算出臭氧的濃度。
然而，現有的臭氧濃度測量儀器主要採用低壓汞燈做為紫外光源，低壓汞燈雖然能提供接近臭氧吸收光譜的紫外光源，但是低壓汞燈技術有以下幾項長期存在且難以解決的缺點：(1)需要較長的預熱時間，導致需要隔一段時間才能再進行測量。(2)需要高壓電源，導致測量耗能。(3)紫外光源向四周發散，導致利用率低。(4)因為體積較大，一台裝置僅能有一顆固定波長的光源。當遇到臭氧濃度範圍差異過大時需要更換不同的裝置。(5)使用壽命較短。(6)會產生汞蒸氣。
除此之外，當石英玻璃的管壁在量測臭氧的過程中產生髒污或是沉積物時，都可能導致光感測器所量測之光感測訊號產生誤差。然而，現有的臭氧濃度測量儀器並無法針對此誤差提供即時回饋與即時校正。由此可知，現有的臭氧濃度測量儀器顯然不符合準確、穩定及快速回饋臭氧濃度的要求。
為了解決傳統技術在測量臭氧氣體的濃度時，使用低壓汞燈當作紫外光源所造成的預熱時間太長、啟動電壓太高、光源利用率太低，以及在傳統技術中使用單一波長造成偵測濃度範圍太小的問題。本創作之一目的就是在提供一種氣體濃度測量裝置，用以量測待測氣體之氣體濃度。
為達前述目的，本創作提出一種氣體濃度測量裝置，用以量測一待測氣體之一氣體濃度，至少包含：一氣體檢測腔，該氣體檢測腔連通於一氣體進出通道上，使得該氣體檢測腔之一腔室中具有該待測氣體；一溫度感測元件，設於該氣體進出通道上，用以偵測該待測氣體之一氣體溫度；一壓力感測元件，設於該氣體進出通道上，用以偵測該待測氣體之一氣體壓力；一光源供應裝置，設於該氣體檢測腔之一第一側，包含：至少一發光源，用以提供一第一檢測光束及一校正光束，其中該待測氣體對於該第一檢測光束之一吸光度大於該待測氣體對於該校正光束之一吸光度；以及一分光元件，用以將該第一檢測光束分成一第一檢測分光與一第二檢測分光以及將該校正光束分成一第一校正分光與一第二校正分光，其中該第一檢測分光與該第一校正分光有通過該氣體檢測腔及該氣體檢測腔中之該待測氣體，該第二檢測分光與該第二校正分光無通過該氣體檢測腔及該氣體檢測腔中之該待測氣體；以及一光感測裝置，該
光感測裝置至少包含一第一光感測元件及一第二光感測元件分別位於該氣體檢測腔之一第二側及該第一側，用以分別量測該第一檢測光束之該第一檢測分光之一光強度與該第二檢測分光之一光強度，藉以用於計算出該待測氣體之一第一檢測濃度，以及分別量測該校正光束之該第一校正分光之一光強度與該第二校正分光之一光強度，藉以用於計算出該待測氣體之一校正濃度，其中該第一檢測濃度扣除該校正濃度後獲得該待測氣體之該氣體濃度。
其中，該氣體進出通道之兩端分別為一通道進氣孔及一通道出氣孔，用以對應地導入及導出該待測氣體，該氣體檢測腔為具有該腔室之一中空腔體，該中空腔體之兩端分別具有一檢測進氣孔及一檢測出氣孔連通至該中空腔體之該腔室，其中該待測氣體連續流動通過該氣體檢測腔之該中空腔體之該腔室。
其中，氣體濃度測量裝置更包含一處理元件用以依據該待測氣體之該氣體溫度、該待測氣體之該氣體壓力、該第一檢測分光之該光強度、該第二檢測分光之該光強度、該待測氣體於該氣體檢測腔之該腔室中之一光程長度與該待測氣體之一吸收係數計算出該待測氣體之該第一檢測濃度，其中該處理元件更依據該待測氣體之該氣體溫度、該待測氣體之該氣體壓力、該第一校正分光之該光強度、該第二校正分光之該光強度、該待測氣體於該氣體檢測腔之該腔室中之該光程長度與該待測氣體之該吸收係數計算出該待測氣體之該校正濃度。
其中，該待測氣體為臭氧，該發光源所提供之該第一檢測光束與該校正光束為紫外光。
其中，該分光元件為傾斜式分光片，藉以使得該第一檢測分光與該第一校正分光具有相同之一第一光路徑，該第二檢測分光與該第二校正分光具有相同之一第二光路徑。
其中，該氣體檢測腔為石英玻璃管。
其中，該第一檢測光束之波長位於該待測氣體之一吸收波長範圍之內，該校正光束之波長位於該待測氣體之該吸收波長範圍之外，藉以用於校正該氣體檢測腔所產生之一光吸收干擾誤差。
其中，該光源供應裝置更包含一光源控制元件，用以控制該光源供應裝置之該發光源以一發光模式交替式提供該第一檢測光束及該校正光束。
其中，該發光模式為脈衝式或間隔式開啟與關閉提供該第一檢測光束及該校正光束。
其中，當該第一檢測濃度扣除該校正濃度後所獲得之該待測氣體之該氣體濃度低於一預設值時，該發光源提供至少一第二檢測光束取代該第一檢測光束，該第二檢測光束之波長及/或亮度不同於該第一檢測光束之波長及/或亮度。
其中，該發光源具有一或複數個發光元件，用以提供該第一檢測光束及該校正光束。
承上所述，本創作之氣體濃度測量裝置，具有以下功效：
(1)相較於採用低壓汞燈作為紫外光源之傳統技術，本創作之氣體濃度測量裝置採用體積小之發光二極體元件作為紫外光源(UV-LED)，能因應不同濃度範圍的臭氧氣體，因此不需要更換機台。
(2)本創作以發光二極體元件作為紫外光源不需要開機預熱時間，故能以脈衝式開關的方式提供紫外光源，達到即時校正的功效。
(3)本創作以發光二極體元件作為紫外光源可即時、準確且快速的量測連續流動之待測氣體之氣體濃度，以及不需要預熱、啟動電壓低、沒有汞蒸氣且使用壽命較長。
(4)本創作可因應不同濃度範圍的待測氣體而即時改變提供不同波長之檢測光束，藉此可提供即時校正與回饋。
(5)本創作可解決傳統技術因為石英玻璃管壁髒污導致測量誤差的問題。
茲為使鈞審對本創作的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。
10:氣體進出通道
12:通道進氣孔
14:通道出氣孔
20:氣體檢測腔
22:腔室
24:中空腔體
26:檢測進氣孔
28:檢測出氣孔
30:溫度感測元件
40:壓力感測元件
42:壓力感測進氣埠
50:光源供應裝置
51:罩體
52:發光源
52a:第一發光二極體元件
52b:第二發光二極體元件
52c:第三發光二極體元件
54:分光元件
55:第一檢測光束
55a:第一檢測分光
55b:第二檢測分光
56:校正光束
56a:第一校正分光
56b:第二校正分光
57:第二檢測光束
60:光感測裝置
62:第一光感測元件
64:第二光感測元件
70:處理元件
80:光源控制元件
100:氣體濃度測量裝置
200:待測氣體
S10、S12、S14、S16、S18、S20、S22:步驟
t1、t2:區間
圖1為本創作之氣體濃度量測方法之流程示意圖。
圖2為本創作之氣體濃度測量裝置之示意圖，其中發光源產生第一檢測光束。
圖3為本創作之氣體濃度測量裝置之示意圖，其中發光源產生校正光束。
圖4為本創作之氣體濃度測量裝置之示意圖，其中發光源產生第二檢測光束。
圖5為本創作之氣體濃度測量裝置之光源供應裝置之運作示意圖。
為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。
關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本創作，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。
其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
為了解決傳統技術在測量臭氧氣體的濃度時，使用低壓汞燈當作紫外光源所造成的預熱時間太長、啟動電壓太高與光源利用率太低，以及在傳統技術中使用單一波長造成偵測濃度範圍太小的問題。本創作提出一種氣體濃度測量裝置與方法，用以測量待測氣體(例如連續流動之臭氧)之氣體濃度。本創作之光源供應裝置之發光源提供至少一種(含)以上的紫外光波長，以準確且快速
的測量臭氧濃度。本創作可解決傳統技術以低壓汞燈當作紫外光源的問題，以及解決傳統技術因為石英玻璃管壁髒污而導致測量誤差的問題。
請參閱圖1至圖5，圖1為本創作之氣體濃度量測方法之流程示意圖，圖2為本創作之氣體濃度測量裝置之示意圖，其中發光源產生第一檢測光束。圖3為本創作之氣體濃度測量裝置之示意圖，其中發光源產生校正光束。圖4為本創作之氣體濃度測量裝置之示意圖，其中發光源產生第二檢測光束。圖5為本創作之氣體濃度測量裝置之光源供應裝置之運作示意圖。
如圖1所示，並請同時參閱圖2至圖5所示，本創作之氣體濃度量測方法至少包含下列步驟：步驟S10，提供氣體檢測腔，其中氣體檢測腔連通於氣體進出通道上，使得氣體檢測腔之腔室中具有待測氣體；步驟S12，進行溫度偵測步驟，用以偵測待測氣體之氣體溫度；步驟S14，進行壓力偵測步驟，用以偵測待測氣體之氣體壓力；步驟S16，提供第一檢測光束及校正光束，其中待測氣體對於第一檢測光束之吸光度大於待測氣體對於校正光束之吸光度；步驟S18，進行分光步驟，用以將第一檢測光束分別分成有通過及無通過氣體檢測腔及其中之待測氣體之第一檢測分光與第二檢測分光以及將校正光束分別分成有通過及無通過氣體檢測腔及其中之待測氣體之第一校正分光與第二校正分光。步驟S20，進行一光強度量測步驟，用以分別量測第一檢測光束之第一檢測分光通過待測氣體後之光強度與第二檢測分光之光強度，其中上述光強度量測步驟中之光強度變化係由待測氣體及氣體檢測腔所造成，藉以用於計算出待測氣體之第一檢測濃度；以及步驟S22，進行校正步驟，用以分別量測校正光束之第一校正分光通過待測氣體後之光強度與第二校正分光之光強度，其中上述校正步驟中之光強度變化係由氣體檢測腔所造成，藉以用於計算出待測氣體之校正濃
度(即，氣體檢測腔所造成之誤差)，其中第一檢測濃度扣除校正濃度後可獲得待測氣體之氣體濃度。本創作雖以上列步驟順序舉例說明氣體濃度量測方法，然而本創作並不侷限於此，任何步驟順序排列，甚至是增加或刪減步驟，只要可用以獲得待測氣體之氣體濃度，均屬於本創作請求保護之範圍。
本創作之氣體濃度測量裝置100至少包含氣體檢測腔20、溫度感測元件30、壓力感測元件40、光源供應裝置50以及光感測裝置60。上述之氣體檢測腔20連通於氣體進出通道10上，使得氣體檢測腔20之腔室22中具有待測氣體200，藉以用於量測待測氣體200之氣體濃度。上述之氣體進出通道10之兩端分別為通道進氣孔12及通道出氣孔14，用以對應地導入及導出待測氣體200。本創作雖以臭氧作為待測氣體200舉例說明本創作之氣體濃度測量裝置與方法，但非用以侷限本創作，任何氣體只要適用於本創作之氣體濃度測量裝置與方法，皆屬於本創作請求保護之範圍。
氣體進出通道10之通道進氣孔12例如為連通至待測氣體供應源(未繪示)，藉以將待測氣體供應源所提供之待測氣體200導入至氣體進出通道10中。氣體進出通道10之通道出氣孔14則例如為連通至待測氣體應用端(未繪示)，例如但不限於滅菌設備或半導體晶圓製程室中。本創作之待測氣體200、待測氣體供應源及待測氣體應用端並不侷限於上述舉例，任何待測氣體之供應來源及所有可能實現之應用皆屬於本創作請求保護之範圍。
氣體檢測腔20連通於氣體進出通道10上，例如位於氣體進出通道10之兩端之間，其中氣體檢測腔20例如為包含石英玻璃等透明材質之石英玻璃管，其中石英玻璃管之至少上下兩端例如為石英玻璃等透明材質。氣體檢測腔20不限於石英玻璃，亦可為其他材質，只要對於檢測光束與校正
光束具有較低吸光度或無吸光度，即可適用於本創作中。氣體檢測腔20例如為具有腔室22之中空腔體24，中空腔體24之兩端分別具有檢測進氣孔26及檢測出氣孔28連通至中空腔體24之腔室22。待測氣體200例如為連續流動通過氣體檢測腔20之中空腔體24之腔室22。
溫度感測元件30例如設置於氣體進出通道10上，用以偵測待測氣體200之氣體溫度。壓力感測元件40例如設置於氣體進出通道10，且例如經由壓力感測進氣埠42連通至氣體進出通道10之內部，用以偵測氣體進出通道10之內部之待測氣體200之氣體壓力。惟，溫度感測元件30與壓力感測元件40之種類、型態與設置位置並無特別限定。在本創作之實施例中，溫度感測元件30與壓力感測元件40可為任何現有市售元件且可例如設置於氣體進出通道10、氣體檢測腔20及/或待測氣體供應源上，只要可用以偵測待測氣體200之氣體溫度與氣體壓力，皆可適用於本創作中。
本創作之氣體濃度測量裝置100之光源供應裝置50包含至少一發光源52以及分光元件(Beam Splitter)54。本創作可將光源供應裝置50之發光源52所發射出之光束，藉由分光元件54分成為兩道分光束，這兩道分光束分別為有通過及無通過氣體檢測腔20中之待測氣體200。然後，使用光感測裝置60分別量測這兩道分光束之強度。如果待測氣體200對於上述之光束具有較高之吸光度，則這兩道分光束之強度差異將來自於待測氣體200與氣體檢測腔20，意即光強度之衰減係由待測氣體200與氣體檢測腔20所造成。然而，當待測氣體200對於上述之光束具有較低之吸光度(吸光度越低越好，甚至不具有吸光度更佳)時，則這兩道分光束之強度差異將僅來自於氣體檢測腔20，意即光強度之衰減僅由氣體檢測腔20所造成，例如氣體檢測腔20之管壁髒污或沉積物所造成之光吸收干擾
誤差。換言之，本創作可藉由發光源52提供兩種不同波長之光束(即，分別為具有高待測氣體吸光度以及低待測氣體吸光度或無待測氣體吸光度)，並且藉由扣除氣體檢測腔20之管壁髒污或沉積物所造成之光吸收干擾誤差，就可準確檢測待測氣體200之氣體濃度。
在本創作之實施例中，光源供應裝置50例如設於氣體檢測腔20之第一側，用以利用發光源52在氣體檢測腔20之第一側分別提供第一檢測光束55及校正光束56。發光源52例如為發光二極體元件，藉以改善傳統紫外光源向四周發散，導致利用率低之問題。光源供應裝置50例如，但不限於，具有罩體51設於氣體檢測腔20之第一側，且發光源52以及分光元件54皆位於此罩體51之內部，然而上述之罩體51並不侷限於具有空心內部或實心內部。舉例而言，本創作可例如分別藉由第一發光二極體元件(LED)52a產生第一檢測光束55，以及藉由第二發光二極體元件52b產生校正光束56。惟，本創作不限於此，本創作亦可例如藉由單一發光二極體元件(LED)分別產生第一檢測光束55及校正光束56。本新型之一特色在於待測氣體200對於第一檢測光束55之吸光度較佳為大於待測氣體200對於校正光束56之吸光度，其中這兩個吸光度之差值越大越好。例如，第一檢測光束55之波長位於待測氣體200之吸收波長範圍之內，而校正光束56之波長可位於待測氣體200之吸收波長範圍之內或之外，只要待測氣體200對於第一檢測光束55之吸光度大於待測氣體200對於校正光束56之吸光度，皆可適用於本創作中。其中，校正光束56之波長較佳為位於待測氣體200之吸收波長範圍之外，意即當校正光束56穿過氣體檢測腔20之腔室22中之待測氣體200時，校正光束56不會被待測氣體200吸收，故可獲得氣體檢測腔20所造成之誤差。以待測氣體為臭氧舉例說明，第一檢測光束55與校正光束56例如為不同波長之紫外
光，波長範圍介於約200nm~約370nm之間，或者是校正光束56在上述之波長範圍之外，其中第一檢測光束55之紫外光吸光度高於校正光束56之紫外光吸光度。臭氧的吸收光譜為約200nm~約370nm之間，最大吸收波長為約254nm。所以，本創作可例如選用具有臭氧氣體最大吸收之紫外光波長254nm之第一發光二極體元件52a產生第一檢測光束55，以及選用具有臭氧氣體極小吸收之紫外光波長385nm之第二發光二極體元件52b產生校正光束56。此外，本創作較佳為交替式(例如，間隔式或脈衝式等交錯方式)開啟與關閉第一發光二極體元件52a與第二發光二極體元件52b。以脈衝式為例，脈衝寬度可例如為介於0.1ms至5ms之間之任意數值，而週期可例如為介於0.1s至1s之間之任意數值，頻率則例如為介於100Hz至1Hz之間之任意數值。以間隔式為例，本創作可例如以規則的時間間隔重複打開和關閉第一檢測光束55與校正光束56。上述數據僅為舉例，並非用以限定本創作之範圍。如圖2與圖5所示，區間(t1)代表第一發光二極體元件52a為開啟狀態，而第二發光二極體元件52b為關閉狀態。如圖3與圖5所示，區間(t2)代表第一發光二極體元件52a為關閉狀態，而第二發光二極體元件52b為開啟狀態。上述之區間例如為時間區間。根據比爾-朗伯定律，本創作在Hartley-Huggins光譜吸收帶(200nm-370nm)皆可偵測到臭氧氣體。舉例而言，本創作可偵測之臭氧氣體濃度之最大值例如可為約400g/Nm3，其中g為克，Nm3為標準立方米。或者是，舉例而言，本創作可偵測之臭氧氣體濃度之範圍例如為介於1ppm~250ppm之間。
如同前述，本創作之分光元件54可將第一檢測光束55分成第一檢測分光55a與第二檢測分光55b(如圖2所示)，以及將校正光束56分成第一校正分光56a與第二校正分光56b(如圖3所示)，其中第一檢測分光55a與第一校正分光
56a有通過氣體檢測腔20及其中之待測氣體200，第二檢測分光55b與第二校正分光56b無通過氣體檢測腔20及其中之待測氣體200。分光元件54例如為傾斜式分光片，設置於發光源52與第二光感測元件64(如後所述)的中間，藉以使得第一檢測分光55a與第一校正分光56a具有相同之第一光路徑，第二檢測分光55b與第二校正分光56b具有相同之第二光路徑。
此外，本創作之氣體濃度測量裝置100之光感測裝置60至少包含第一光感測元件62及第二光感測元件64分別位於氣體檢測腔20之第二側及第一側。本創作之發光源52所提供之第一檢測光束55(紫外光)經過分光元件54後之第一檢測分光55a將沿著第一光路徑穿過石英玻璃材質之氣體檢測腔20後到達第一光感測元件62以建立含有待測氣體200(臭氧氣體)及氣體檢測腔20的光強度，而且，第一檢測光束55(紫外光)經過分光元件54後之第二檢測分光55b則沿著第二光路徑到達第二光感測元件64以建立不含待測氣體200(臭氧氣體)且不含氣體檢測腔20的光強度。同理，本創作亦可針對發光源52所提供之校正光束56之第一校正分光56a與第二校正分光56b分別建立含有待測氣體200(臭氧氣體)及氣體檢測腔20的光強度以及不含待測氣體200(臭氧氣體)且不含氣體檢測腔20的光強度。
依據本創作所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之比爾-朗伯定律，當光線穿透氣體時，光線的吸收度(或稱，吸光度，absorbance)會與吸收係數(absorption coefficient)、光程長度與氣體濃度三者成正比關係。因此，本創作可例如藉由比爾-朗伯定律計算出待測氣體200之第一檢測濃度及校正濃度，並且以第一檢測濃度扣除校正濃度後即可獲得待測氣體200之氣體濃度。
簡言之，本創作之光感測裝置60之第一光感測元件62及第二光感測元件64可分別量測第一檢測光束55之第一檢測分光55a之光強度與第二檢測分光55b之光強度，藉以例如用於計算出待測氣體200之第一檢測濃度，以及分別量測校正光束56之第一校正分光56a之光強度與第二校正分光56b之光強度，藉以用於計算出待測氣體200之校正濃度，其中第一檢測濃度扣除校正濃度後即可獲得待測氣體200之氣體濃度。
根據比爾-朗伯定律計算各種氣體之濃度
之公式：
。以待測氣體200為臭氧為例，I為含有臭氧氣體
的UV光強度(第一光路徑)之數值，I0為不含臭氧氣體的UV光強度(第二光路徑)之數值，α為臭氧氣體的吸收係數，P為臭氧氣體之氣體壓力，T為臭氧氣體之氣體溫度(以度K為單位)，psi為壓力(單位為磅每平方英寸(絕對))，l為臭氧氣體之光程長度。
詳言之，本創作之氣體濃度測量裝置100可例如更包含處理元件70，處理元件70例如電性連接光感測裝置60、溫度感測元件30與壓力感測元件40，處理元件70可例如為處理控制元件。處理元件70例如將待測氣體200之氣體溫度、待測氣體200之氣體壓力、第一檢測分光55a之光強度、第二檢測分光55b之光強度、待測氣體200於氣體檢測腔20之腔室22中之光程長度與待測氣體200之吸收係數帶入比爾-朗伯定律所揭示之計算各種氣體之濃度
之公式中以計算出待測氣體200之第一檢測濃度
，其中處理元件70更例如將待測氣體200之氣體溫度、待測氣體200之氣體壓力、第一校正分光56a之光強度、第二校正分光56b之光強度、待測氣體200於氣體檢測腔20之腔室22中之光程長度與待測氣體200之吸收係數帶入比爾-朗伯定律計算臭氧濃度
之公式中計算出待測氣
體200之校正濃度
。其中，第一檢測濃度
扣除校正濃度
後即可獲得
待測氣體200之氣體濃度
(即，
)。
本創作之光源供應裝置50更選擇性包含光源控制元件80，用以控制光源供應裝置50之發光源52以一發光模式交替式提供第一檢測光束55及校正光束56。舉例而言，光源控制元件80例如，但不限於，紫外光源脈衝控制器。上述的處理元件70可例如電性連接光源控制元件80。其中，上述之發光模式例如為脈衝式或間隔式開啟與關閉提供第一檢測光束55及校正光束56。此外，發光源52例如為具有一或複數個發光元件，用以提供第一檢測光束55及校正光束56。舉例而言，本創作可例如分別藉由多個發光元件，例如第一發光二極體元件52a與第二發光二極體元件52b，提供第一檢測光束55及校正光束56。第一發光二極體元件52a例如產生第一檢測光束55，第二發光二極體元件52b例如產生校正光束56。然而，本創作不限於此，由於單一發光二極體元件(LED)亦可能含有多個不同波長之固態發光二極體晶粒，因此本創作亦可例如藉由單一發光元件(如發光二極體元件)分別產生第一檢測光束55及校正光束56。除此之外，本創作亦可例如藉由光源控制元件80調整第一檢測光束55及校正光束56之亮度及/或波長。
此外，本創作之另一特色在於，當上述測得之第一檢測濃度
扣除校正濃度
後所獲得之待測氣體200之氣體濃度
低於一預設值時，發光源52可提供至少一第二檢測光束57取代第一檢測光束55之角色，如圖4所示。其中，分光元件54同樣會將第二檢測光束57分成第三檢測分光57a與第四檢測分光57b，藉以如同第一檢測光束55般獲得第一檢測濃度
，其中第二檢測光束57之波長及/或亮度不同於第一檢測光束55之波長及/或亮度。其中，第一檢測濃
度
扣除校正濃度
後即可獲得待測氣體200之氣體濃度
(即，
)。本創作不限於以手動模式或自動模式更改檢測光束之波長或
亮度。以自動模式更改檢測光束之波長為例，當偵測到待測氣體200(如，臭氧)之氣體濃度低於某一預設值，例如低於預設刻度(例如，滿刻度)的10%時，則光源控制元件80可例如控制發光源52即時或後續改以第三發光二極體元件52c提供第二檢測光束57，其中此第三發光二極體元件52c例如為低濃度的臭氧吸收光源。惟，本創作不限於此，本創作亦可例如藉由單一發光二極體元件(LED)產生第二檢測光束57取代第一檢測光束55。第二檢測光束57與校正光束56間之發光模式例如相同於第一檢測光束55及校正光束56間之發光模式。
本創作利用同一個待測氣體(如臭氧)對於不同波長之光線會有不同吸收度的特性，以及利用同一個波長的光線的吸收度與待測氣體(如臭氧)的氣體濃度成對應關係的特性，能夠即時地準確檢測待測氣體之氣體濃度。本創作雖以待測氣體為臭氧舉例說明，然而本創作不限於此，任何氣體只要對於不同光線波長具有不同吸光度，皆可運用本創作之氣體濃度測量裝置與方法量測此氣體之氣體濃度。本創作不僅可用於量測流動或非流動狀態之待測氣體並進行校正，甚至可用於量測連續流動之待測氣體並即時進行校正，例如可用於回饋待測氣體供應源(如臭氧產生器或滅菌設備)使其產生足夠濃度的臭氧氣體。舉例而言，如果待測氣體供應源為連續流動地供應待測氣體，則本創作還可達到即時、準確且快速的量測連續流動之待測氣體之氣體濃度之功效，並且可例如因應不同濃度範圍的待測氣體即時更換使用具有對應波長之檢測光束，還能提供即時校正之功效。本創作之氣體濃度測量裝置與方法可運用於滅菌設備、半導
體晶圓製造或臭氧產生器等需要一種能準確、穩定且快速回饋臭氧濃度的裝置之待測氣體應用端上。
綜上所述，本創作之氣體濃度測量裝置，具有以下功效：
(1)相較於採用低壓汞燈作為紫外光源之傳統技術，本創作之氣體濃度測量裝置採用體積小之發光二極體元件作為紫外光源，能因應不同濃度範圍的臭氧氣體，因此不需要更換機台。
(2)本創作以發光二極體元件作為紫外光源不需要開機預熱時間，故能以脈衝式開關的方式提供紫外光源，達到即時校正的功效。
(3)本創作以發光二極體元件作為紫外光源可即時、準確且快速的量測連續流動之待測氣體之氣體濃度，以及不需要預熱、啟動電壓低、沒有汞蒸氣且使用壽命較長。
(4)本創作可因應不同濃度範圍的待測氣體而即時改變提供不同波長之檢測光束，藉此可提供即時校正與回饋。
(5)本創作可解決傳統技術因為石英玻璃管壁髒污導致測量誤差的問題。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10:氣體進出通道
12:通道進氣孔
14:通道出氣孔
20:氣體檢測腔
22:腔室
24:中空腔體
26:檢測進氣孔
28:檢測出氣孔
30:溫度感測元件
40:壓力感測元件
42:壓力感測進氣埠
50:光源供應裝置
51:罩體
52:發光源
52a:第一發光二極體元件
52b:第二發光二極體元件
52c:第三發光二極體元件
54:分光元件
55:第一檢測光束
55a:第一檢測分光
55b:第二檢測分光
60:光感測裝置
62:第一光感測元件
64:第二光感測元件
70:處理元件
80:光源控制元件
100:氣體濃度測量裝置
200:待測氣體
Claims (11)
- 一種氣體濃度測量裝置，用以量測一待測氣體之一氣體濃度，至少包含：一氣體檢測腔，該氣體檢測腔連通於一氣體進出通道上，使得該氣體檢測腔之一腔室中具有該待測氣體；一溫度感測元件，設於該氣體進出通道上，用以偵測該待測氣體之一氣體溫度；一壓力感測元件，設於該氣體進出通道上，用以偵測該待測氣體之一氣體壓力；一光源供應裝置，設於該氣體檢測腔之一第一側，包含：至少一發光源，用以提供一第一檢測光束及一校正光束，其中該待測氣體對於該第一檢測光束之一吸光度大於該待測氣體對於該校正光束之一吸光度；以及一分光元件，用以將該第一檢測光束分成一第一檢測分光與一第二檢測分光以及將該校正光束分成一第一校正分光與一第二校正分光，其中該第一檢測分光與該第一校正分光有通過該氣體檢測腔及該氣體檢測腔中之該待測氣體，該第二檢測分光與該第二校正分光無通過該氣體檢測腔及該氣體檢測腔中之該待測氣體；以及一光感測裝置，該光感測裝置至少包含一第一光感測元件及一第二光感測元件分別位於該氣體檢測腔之一第二側及該第一側，用以分別量測該第一檢測光束之該第一檢測分光之一光強度與該第二檢測分光之一光強度，藉以用於計算出該待測氣體之一第一檢測濃度，以及分別量測該校正光 束之該第一校正分光之一光強度與該第二校正分光之一光強度，藉以用於計算出該待測氣體之一校正濃度，其中該第一檢測濃度扣除該校正濃度後獲得該待測氣體之該氣體濃度。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，其中該氣體進出通道之兩端分別為一通道進氣孔及一通道出氣孔，用以對應地導入及導出該待測氣體，該氣體檢測腔為具有該腔室之一中空腔體，該中空腔體之兩端分別具有一檢測進氣孔及一檢測出氣孔連通至該中空腔體之該腔室，其中該待測氣體連續流動通過該氣體檢測腔之該中空腔體之該腔室。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，更包含一處理元件用以依據該待測氣體之該氣體溫度、該待測氣體之該氣體壓力、該第一檢測分光之該光強度、該第二檢測分光之該光強度、該待測氣體於該氣體檢測腔之該腔室中之一光程長度與該待測氣體之一吸收係數計算出該待測氣體之該第一檢測濃度，其中該處理元件更依據該待測氣體之該氣體溫度、該待測氣體之該氣體壓力、該第一校正分光之該光強度、該第二校正分光之該光強度、該待測氣體於該氣體檢測腔之該腔室中之該光程長度與該待測氣體之該吸收係數計算出該待測氣體之該校正濃度。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，其中該待測氣體為臭氧，該發光源所提供之該第一檢測光束與該校正光束為紫外光。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，其中該分光元件為傾斜式分光片，藉以使得該第一檢測分光與該第一校正分光具有相同之一第一光路徑，該第二檢測分光與該第二校正分光具有相同之一第二光路徑。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，其中該氣體檢測腔為石英玻璃管。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，其中該第一檢測光束之波長位於該待測氣體之一吸收波長範圍之內，該校正光束之波長位於該待測氣體之該吸收波長範圍之外，藉以用於校正該氣體檢測腔所產生之一光吸收干擾誤差。
- 如請求項1所述之氣體濃度測量裝置，其中該光源供應裝置更包含一光源控制元件，用以控制該光源供應裝置之該發光源以一發光模式交替式提供該第一檢測光束及該校正光束。
- 如請求項8所述之氣體濃度測量裝置，其中該發光模式為脈衝式或間隔式開啟與關閉提供該第一檢測光束及該校正光束。
- 如請求項1或8所述之氣體濃度測量裝置，其中當該第一檢測濃度扣除該校正濃度後所獲得之該待測氣體之該氣體濃度低於一預設值時，該發光源提供至少一第二檢測光束取代該第一檢測光束，該第二檢測光束之波長及/或亮度不同於該第一檢測光束之波長及/或亮度。
- 如請求項10所述之氣體濃度測量裝置，其中該發光源具有一或複數個發光元件，用以提供該第一檢測光束及該校正光束。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW112210095U TWM649461U (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 氣體濃度測量裝置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| TW (1) | TWM649461U (zh) |
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2023
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| JP3245144U (ja) | 2023-12-28 |
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