WO1995020755A1

WO1995020755A1 - Analyseur d´oxygene

Info

Publication number: WO1995020755A1
Application number: PCT/JP1994/000102
Authority: WO
Inventors: Yoshiyasu Tanaka; Yoshiro Matsumoto
Original assignee: Osaka Sanso Kogyo Ltd.
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1995-08-03
Also published as: US6024922A; EP0744612B1; EP0744612A1; EP0744612A4; DE69433017D1

Description

明細書酸素分析計技術分野

本発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計に関する。背景技術

半導体の大規模集積化および超精密加工化が進み、その製造工程の中で、雰囲気ガス中の酸素濃度を P P b レベルからサブ p p b レベルまで、監視することが必要となってきた。かかる精密測定においては、従来なんら問題なく使用されてきた酸素分析計でも種々の問題が生じ、改良が求められた。

たとえば、検出器への入口ガス配管と出口ガス配管との間の圧力差による逆流の問題、出口ガス配管からの空気中の酸素の逆拡散の問題、装置内のデッドゾーンに起因する問題、さらには検出器へ補給される水中の溶存酸素の問題など、従来の酸素分析計においては問題とならなかった微量の酸素の存在により測定結果が影響を受けることがわかった。

本発明は、上記のような厳しい要求に応えるためになされたものであり、精密測定を可能とするために分析計に起因する種々の変動要因の探索を行い、その原因を見いだし、そしてその対策を講じたものである。すなわち、本発明で解決される課題自体が本発明者らによって発見された新規な課題である。なお、本明細書において、微量の酸素とは濃度 1 P P m以下程度の量をいう。発明の開示

本発明にかかる酸素分析計は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適するものであって、検出器へのガス供給配管とガス出口配管とを連結するバイパス配管、該バイパス配管の途中に設けられた逆流防止用弁、および前記ガス供給配管とガス出口配管との圧力差を検出する手段など種々の改良を施した酸素分析計である。また、本発明における酸素分析計は、ハーシヱ型ガルバ二電池タイブのものであり、検出器内部に特定の濃度範囲の水溶液（電解液）を有している。さらに検出器には測定ガス、ゼロガスおよびゲイン用ガスを供給可能であり、供給ガスは弁等の手段により切り替えることができる。本明細書において特記されていない部分については、公知の酸素分析計の各種部品および手段を適用することができる。図面の簡単な説明

図 1はバイパスラィンを持たない、従来の酸素分析計を示す図である。図 2はバイパスラインを有する、本発明の酸素分析計を示す図である。図 3は従来の分析計におけるライン構成とライン切り替えのために使用される弁の構成を示す図である。 '

図 4は集合弁を用いた場合の構成を示す図である。

図 5は水の自動補給装置を有し、検出器からの排出ガスで水タンクをパージする装置を有する酸素分析計の図である。発明を実施するための最良の形態

以下、各請求項に記載された発明について順次説明する。

請求項 1記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であつて、検出器へのガス供給配管とガス出口配管とを連結するバイパス配管、該バイパス配管の途中に設けられた逆流防止用弁、および前記ガス供給配管とガス出口配管との圧力差を検出する手段とを有することを特徴とする酸素分析計に関する。

従来は、検出器からの電解液の逆流を防止するための手段は何ら講じられていない場合が多く、またその対策としては逆流防止弁を設ける程度のことしか行われていなかった（図 1参照）。このような電解液の逆流は当然た分析結果の変動を招き、測定上好ましくない。対策として逆流防止弁を設けても、これだけでは完全に逆流を防止することが難しく、また弁の構造上ガスの溜まり部分が大きくなり、分析の際の応答性が悪化するという問題があった。

本発明者はかかる問題を解決するために、上記の酸素分析計を発明した。その構成を図 2に示す。圧力差検出手段により検出器の入口側と出口側の圧力差を検知し、これが所定量以上になった場合に逆流防止弁を開け、両者の圧力を均圧にするものである。本発明において逆流防止弁は検出器の入口側と出口側とのバイパスラィンに設けられているため、通常の測定時には測定ガスは逆流防止弁を通過せず、したがって前述の応答性の悪化という問題を引き起こす事がない。前記圧力差検出手段としては、圧力センサ一の他、流量センサーも使用でき、直接 ·間接に圧力差を検出できる手段が使用できる。

請求項 2記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、検出器へのガス供給配管とガス出口配管の両者に弁を有し、ガスの供給停止時には出口配管の弁を閉じた直後に供給配管の弁を閉じ、ガスの供給再開.時には出口配管を開いた後に供給配管を開ける制御回路を有することを特徴とする酸素分析計に関する。

分析が中断され、長時間経過後に分析を再開した場合、分析結果が安定するまでに長時間を要していたが、この原因は停止中に検出器の出口側配管から逆拡散した空気中の酸素であることを発見した。この空気中の酸素の逆拡散を防止するために検出器からの出口側配管に弁を設けるとともに、ガス供給配管にも弁を設け、さらに分析の停止時および再開時の弁の開閉を制御することにより停止時、停止中、および再開時のいずれの段階においても検出器への空気の拡散、逆流のを防止し、その影響を排除することが可能になった。

請求項 3記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、測定ガスを精製器または検出器へ供給するための切り替え弁、およびストップ弁を一体成形加工した集合弁を使用することを特徴とする酸素分析計に関する。

微量酸素の濃度を測定する場合には、装置内部にデッドゾーンが存在すると、そのために応答性が悪化してしまう。このデッドゾーンを極少化するために検討を加えた結果、従来は数個の弁を使用していた上記箇所について、これらの弁を一体加工し、弁を接銃するための管および継ぎ手を省くことにより良好な結果が得られることを見いだした。さらに、上記のような一体加工された弁を使用すると省スペースにもなり、装置の小型化も達成することができた。

図 3に、従来の分析計におけるラィン搆成とラィン切り替えのために使用される弁の構成を示す。図からわかるように、従来は多くの弁を使用していたため、接統のための管や継ぎ手のためにデッドゾーンが生じていた。図 4に本発明にかかる分析計において、集合弁を用いた場合の構成を示す。図示された集合弁において、それぞれ Aは検出ガスの入口、 Bは検出ガスの出口であり、 Cは精製器入口、 Dは精製器出口、 Eは検出器入口、 Fは検出器出口とを結ぶ配管である。

図 4に示すような構成の集合弁を使用することにより、装置内部のデッドゾ

—ンの極小化と装置の小型化を達成できたのである。

請求項 4記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、検出器の液面検知器、およびこれと連動する水タンク出口弁を有し、液面が所定レベルより低くなった時に所定レベルまで自動的に水を検出器に補給することを特徴とする酸素分析計に関する。

測定中に検出器の電解液から水分が徐々に蒸発するために、検出器中の電解液面は徐々に低下する。そのため、長期間の測定においては途中で水を補給する必要がある。本発明にかかる酸素分析計においては、水の補給に際して人為的なミスを防止するとともに、夜間など無人の場合においても適宜水を補給して最適な分析条件を保証するために自動的に水を補給する分析計を提供するものである。請求項 5記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、水タンク内の水と測定ガス、検出器からの排出ガス、または酸素非含有ガスを接触させ、補給される水の溶存酸素を除去することを特徴とする酸素分析計に関する。

請求項 6記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、水タンクから検出器への水供給配管が酸素非透過性材料で作られることを特徵とする酸素分析計に関する。

請求項 5および 6記載の発明は、いずれも、補給される水に含まれる溶存酸素のために測定結果が影響を受けることを防止することを目的とする。すなわち、タンク内の水に含まれる溶存酸素の除去と、水供給配管を通しての空気中の酸素の溶解の防止によりタンク内の水に含まれる酸素が除去される。微量の酸素分析の場合には検出器に補給される水に含まれる酸素によっても分析結果が影響を受けるのである。

請求項 5記載の発明においては、水タンク内に測定ガス、検出器からの排出ガスまたは酸素非含有ガスを導入し、パブリングなどの手段によりタンク内の水とガスとを接触させ、水中の溶存酸素を除去する。

請求項 6記載の発明で使用される酸素非透過性材料としては、金属が好まレく使用される。

図 5に、請求項 4から 6にかかる分析計の一例を示す。挨出器には液面検出センサ一が設けられ、これと連動するバルブが水タンクから検出器に水を供給する配管の途中に設けられている。

また、図 5において点線で示されたラインは、それぞれ測定ガス、 '検出器からの排出ガス、酸素非含有ガスの水タンクへの供給ラィンを表す。

請求項 7記載の発明は、微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、以下の操作手順でゼロ点調整およびゲイン調整を自動的に行うことを特徴とする酸素分析計に関し、

1 ) 精製器により測定ガス中の酸素を除去して得られるゼロガスを検出器に供給して測定を行い、一定時間内の検出値の最大値と最小値との差がフルスケ —ルの所定量以下になるまで測定を行い、ゼロ点調整を行う操作、および

2 ) 前記ゼロガスと水の電気分解ガスを混合させ、ゲイン調整用ガスを作り、そのガスを検出器に供給して測定を行い、一定時間内の検出値の最大値と最小値との差がフルスケールの所定量以下になるまで測定を行い、ゲイン調整を行う操作を自動的に行う酸素分析計に関する。

従来の装置では本発明のような自動的にゼロ点調整およびゲイン調整を行える制御回路がなく、手動でガスの導入および切り替えを行い、また指示の安定を人が確認し、指示をそれぞれの値に手動で調整していた。そのため、安定の確認および値の調整に際して個人誤差があり、調整のバラツキがあった。本発明の装置によりかかる問題点が解決され、より信頼性の高いデ—タが得られる, 検出値について判断を行う上記の「一定時間」は、希望により任意に決定することができる力;、典型的には約 1 5分である。また、安定を判断する際の「フルスケールの所定量」についても任意に決定することができるが、一般的には ± 5〜土 0 . 2 5 %程度である。例えば、ゼロ点調整の場合、ゼロガスを検出器に供給して測定を行い、 1 5分間の測定値について、その最大値と最低値の差を算出し、その差がフルスケールの土 0 . 2 5 %以内であれば安定したと判断し、その値がゼロでない場合には補正を行い、ゼロ点調整を終了するのである。

また、ゲイン調整の際には、ゼロガスと水の電気分解ガスを混合させてゲイン調整用ガスを作り、そのガスを検出器に供給して測定を行う。両者の混合比を調節することにより所望の酸素濃度を有するゲイン調整用ガスを得ることができる。ゲイン調整の操作手順は基本的にはゼロ点調整の操作手順と同様である。

Claims

請求の範囲

1 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、検出器へのガス供給配管とガス出口配管とを連結するバイパス配管、該バイパス配管の途中に設けられた逆流防止用弁、および前記ガス供給配管とガス出口配管との圧力差を検出する手段とを有することを特徵とする酸素分析計。

2 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、検出器へのガス供給配管とガス出口配管の両者に弁を有し、ガスの供給停止時には出口配管の弁を閉じた直後に供給配管の弁を閉じ、ガスの供給再開時には出口配管を開いた後に供給配管を開ける制御回路を有することを特徵とする酸素分析計。

3 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、測定ガスを精製器または検出器へ供給するための切り替え弁、およびス卜ップ弁を一体成形加工した集合弁を使用することを特徴とする酸素分析計。

4 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、検出器の液面検知器、およびこれと連動する水タンク出口弁を有し、液面が所定レべルより低くなつた時に所定レベルまで自動的に水を検出器に補給することを特徴とする酸素分析計。

5 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、水タンク内の水と測定ガス、検出器からの排出ガス、または酸素非含有ガスを接触させ、水タンク内の水の溶存酸素を除去することを特徴とする酸素分析計。

6 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、水タンクから検出器への水供給配管が酸素非透過性材料で作られることを特徵とする酸素分析計。

7 . 微量の酸素を含むガスの酸素分析に適する酸素分析計であって、以下の操作手順でゼロ点調整およびゲイン調整を自動的に行うことを特徴とする酸素分析計、

1 ) 精製器により測定ガス中の酸素を除去して得られるゼロガスを検出器に供給して測定を行い、一定時間内の検出値の最大値と最小値との差がブルスケールの所定量以下になるまで測定を行い、ゼロ点調整を行う操作、および

2 ) 前記ゼロガスと水の電気分解ガスを混合させ、ゲイン調整用ガスを作り，そのガスを検出器に供給して測定を行い、一定時間内の検出値の最大値と最小値との差がフルスケールの所定量以下になるまで測定を行い、ゲイン調整を行う操作。