JPH11141U

JPH11141U - ガス中の微量水分測定装置

Info

Publication number: JPH11141U
Application number: JP962098U
Authority: JP
Inventors: 潤一西澤; 貴彦来島; エドワード・エフ・イーゼル; 晃槙原
Original assignee: 大阪酸素工業株式会社
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 1999-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は予め冷却をしない被測定ガスを、冷
却されている反射鏡に直接接触させて、反射鏡上に露ま
たは霜を発生させて、それの後、昇華点、積層凝固点を
測定することによって、露点、霜点を、ガス中の水分を
測定する。【構成】熱伝導性の良い材料から構成されているＡ室
と少なくとも１部が熱伝導性の良くない材料から構成さ
れているＢ室とからなる、Ａ室とＢ室の境界壁に穴が形
成され、Ｂ室内にその穴を被さるように反射鏡が設置さ
れている。被測定ガスはヒーターによって、常温に近い
適当な温度に制御されたＡ室に入り、反射鏡に接触し、
Ｂ室の出口から排出されるが、測定ガスが、Ａ室とＢ室
の間に設置された反射鏡面に十分に接触し、平衡に近い
状態で露及び／又は霜の変化を正確に検知される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、−８０℃以下の低温度の霜点をもつ非凝縮性微量水分含有ガスの水分量測定装置に関する。

【０００２】近年、技術のめざましい発展にともなって、微量水分量０．５ｐｐｍ以下（露点−８０℃以下）のようなＮ₂、Ａｒ、Ｈ₂、Ｈｅなどの不活性ガスの利用が増加している。特に半導体工業におけるエピタキシャル成長やＣＶＤの材料ガス、キャリアガスは、超高純度が要求されており、−８０℃以下の露点を正確に測定することが要求されるようになった。

【０００３】

【従来の技術】

特開昭６３−３０９８４６号には、常温から液体窒素温度までの温度を変えることが可能な反射鏡、その反射鏡に向けて配置された被測定ガス吹出しノズル、鏡面上の被測定ガスが吹きつけられる部分に放射される集光光線又はレーザー光発射装置、散乱光の急激な増加を検知する検知装置からなる露点計又は露点計を使用し、その方法は、（ａ）被測定ガスを反射鏡の温度近くまで冷却する工程、（ｂ）前記反射鏡に向けて前記ノズルからそのガスを吹きつける工程、（ｃ）その反射鏡面上に、露および／又は霜が形成される地点にできる限り集光させた光線又はレーザー光を反射させる工程、および（ｄ）散乱光の急激な増加を検出することにより、−８０℃以下液体窒素温度までの露点および／または霜点を測定することからなるガス中の微量水分測定方法が開示されている。

【０００４】しかし特開昭６３−３０９８４６号記載の考案において、被測定ガスを反射鏡に吹きつける前にかなり低温にまで冷却することを特徴としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、被測定ガスが反射鏡に接触する前に特にその被測定ガスが有する霜点の近くにまで冷却しないことを特徴としている。

【０００６】本考案は、−８０℃以下のガス中の特に、霜点を測定する装置であり、その装置は下記を含む： (i) 熱伝導性が良い材料から構成されているＡ室、 (ii) 被測定ガス用入口がＡ室に設けられ、 (iii) Ａ室の温度を調節するためのヒータと、温度センサーがＡ室に設けられ、 (iv) Ａ室に隣接してＢ室が設けられ、Ｂ室の少なくとも１部は熱伝導性のよくない材料から構成され、 (v) Ａ室とＢ室との境界の面部に穴又はノズルが設けられ、 (vi) Ｂ室にその穴又はノズルに被さるように温度センサーを有する反射鏡が設けられ、その反射鏡は室温から液体窒素の温度まで、自由に温度の変動が可能なように、冷凍源に熱的に接続されており、 (vii) Ｂ室にはガス出口が設けられ、 (viii)その穴又はノズルとその反射鏡との間にわずかな隙間が形成されており、 (ix) 反射鏡面上に放射される集光光線又はレーザ光線発射装置、 (x）反射鏡面上に形成された霜に向けて、集光光線又はレーザ光線を投射することにより散乱された光線の急激な変化を検知する受光装置、および、 (xi) 反射鏡面上に形成される霜が発生した温度を判断する検知装置に関する。

【０００７】本考案の装置を図面によって説明する。その実施態様の１つを示した第１図について説明する。１は冷凍発生部である。２と２′はヒータ、３は冷凍面である。４はＡ室であり、Ａ室は例えば金、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケル又はクロム等からなる熱伝導の良い材料で構成されている。５はガラスなどの透光性材料製の窓である。６は被測定ガス用の入口である。７はＢ室であり、Ａ室４とＢ室７との境界の面部８に穴９が設けられている。穴９に被さるように熱伝導体２０の上に反射鏡１０が設けられている。この熱伝導体２０は、Ａ室４の材料と同様の熱伝導の良い材料で構成されている。１１は反射鏡１０と面部８との間の隙間である。隙間１１は小さい方が良いが、あまり小さく設計すると製造上の少しのミスで反射鏡１０と面部８とが接触してしまう可能性がある。そのためその隙間は０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。Ｂ室７の少なくとも１部はステンレス、銅−ニッケル合金、ガラス、セラミックス、プラスチック（フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂）のような熱伝導度の低い材料から構成されている。これは冷凍面３によりＡ室を、できるだけ冷却させないためである。余り極度にＡ室が冷却する場合には、Ａ室内で水分が吸着し、水分の全てが鏡面に凝縮しないで低い水分量を示すこともあり、１室の場合には、真空断熱の不良などで、セル全体が冷却する結果、セル内の材料の選択によっては、加熱時に、鏡面よりも低い部分に水分が凝固する結果、必ずしも再現性のよい値が得られにくい。１２はガス出口である。１３は集光レンズであり、１４は光源であって、例えば発光ダイオード等が用いられる。１５は集光レンズであり、１６は光検知装置である。１７、１８は光ファイバーである。１９と１９′とは熱電対又は抵抗温度計で、反射鏡とＡ室の温度をそれぞれ測定するために挿入されている。

【０００８】本考案の装置を用いてガス中の水分を測定するには、まず被測定ガスを入口６よりヒータ２′と温度センサー１９′とにより一定温度に制御されたＡ室４に導入し、そのガスは穴９から反射鏡１０に接触し、ガス中に含まれている微量の水分は反射鏡１０上に露又は霜を形成する。そのガスは隙間１１を通ってＢ室７の出口１２から放出される。隙間１１の隙間を小さくしたのでガスがＡ室４からＢ室７に穴を通って移動する際必ずガスは反射鏡と接触する。反射鏡上に形成された露又は霜に対して、光源１４と集光レンズ１３によって光をできるだけ反射鏡１０面上に集光させ、露又は霜による散乱光の急激な変化を集光レンズ１５及び検知装置１６で測定し、露点又は霜点を判定する。その時の温度を温度センサー１９により測定する。その後、冷凍機を停止し、ヒーター２により反射鏡１０を加熱する。一般に冷凍発生部はヘリウム冷凍機（図示せず）で行うが、液体窒素の冷凍源を利用することも可能である。

【０００９】第２図は本考案の別の実施例である。１０１は冷凍発生部である。１０２と１０２′はヒータである。１０３は冷凍面である。１０４はＡ室であり、Ａ室は、第１図の例と同様な熱伝導の良い材料で構成されている。１０６は被測定ガスの入口である。１０７はＢ室であり、Ａ室１０４とＢ室１０７との境界の面部１０８に穴１０９が設けられている。穴１０９に被さるように熱伝導体１２０の上に反射鏡１１０が設けられている。１１１は反射鏡１１０と面部１０８との間の隙間である。この隙間１１１及びＢ室１０７の材料は第１図の実施例と同様である。１１２はガス出口である。１１９と１１９′とは熱電対又は抵抗温度計で、反射鏡とＡ室の温度をそれぞれ測定し、別個に機能させるために挿入されている。即ち、第１図の実施例と同様に、温度センサー１１９は、霜点を測定するのが主な目的であるが、その他に、ヘリウム冷凍機の作動や、ヒータ１０２の作動を制御し、温度センサー１１９′は、ヒータ１０２′の作動によってＡ室の温度を自由に制御するためのものである。第１図と異なる点は、Ａ室には透光性の窓がなく、Ａ室内に設けられた集光レンズ付の発光ダイオードのような光源１１４と、散乱光を受光するための集光レンズ付の検知装置１１６によって反射光上に形成された露や霜への光の投射及び、それによって生ずる散乱光が受光され、露点計のセル外には、１１８，１１７の電気配線及び受発信のための電気回路１１９がある点だけが異なっている。

【００１０】さらに、第３図は本考案のもう一つ別の実施例を述べるためのものである。２０１は冷凍発生部であり、２００にヘリウム冷凍機が示されている。２０２と２０２′とはヒータである。２０３は冷凍面である。２０４はＡ室であり、２０６は被測定ガスの入口である。２０７はＢ室であり、Ａ室２０４とＢ室との境界は、穴でなく２０９のようなゆるやかなノズルが設けられている。ノズル２０９に被さるように熱伝導体２２０の上に反射鏡２１０が設けられている。２１１はノズル２０９と反射鏡２１０との隙間である。Ａ室の材料２０８及びＢ室の材料の１部２２１には、第１図と同様に熱伝導率の良い材料と、不良の材料が用いられており、２１２はガス出口である。２１９と２１９′とは熱電対又は抵抗温度計であり、２０２と２０２′はヒータである。２３０はケーシングであり、配管２３１を用いて、真空ポンプ（図示せず）を用いて２３２へケーシング２３０内の空気は真空断熱のため排気される。２０５と２０５′は透光性の良いガラス窓であって、発光ダイオードなどの光源から、光ファイバー２１７を通って、集光レンズ２１３で集光され、反射鏡２１１に投射され、鏡面上で散乱された光は、集光レンズ２１５を通り、光ファイバー２１８を経て光検知器（図示せず）に伝送される。

【００１１】図１に示された第一の実施例との差は、Ａ室とＢ室との間にノズルを用いている点だけであって、その他の作用については、何等異なる点はないので説明は省略する。

【００１２】一般に上記装置においてＡ室の空間は０．５〜５ｍｌであることが好ましい。又Ａ室の平面形状は、任意である。

【００１３】上記図面において本考案の装置はＡ室が上にＢ室が下に図示されている。しかし、Ｂ室が上でＡ室が下であっても良い。又Ａ室及びＢ室が並んで水平な状態であっても良い。

【００１４】第４図は本考案の一実施例を示し、この装置においては、露点又は霜点の測定がコンピューターで処理されている。反射鏡表面１０は、ヘリウム冷凍機１１１によって冷却される。この装置においては、発光ダイオード１０１からの光は光ファイバ１０２を介して集光レンズ１０３に伝送され該集光レンズ１０３によって集束された後反射鏡表面１０に集光されるように照射される。反射鏡表面１０に照射された光は反射鏡表面によって反射されるが、ごく一部は散乱光となって集光レンズ１０８及び光ファイバー１０２′を介して光検出器１１７によって検出される。

【００１５】測定ガスがガス入口６よりＡ室４から反射鏡表面１０に接触され該ガス中の微量水分が反射鏡表面１０上で結露すると、ミラー表面１０上の散乱光が急激に増加する。ガスは出口１２より放出される。該増加した散乱光は集光レンズ１０８によって集光され、光ファイバー１０２′を介して搬送されて光検出器１１７によって検知される。光検出器１１７の出力レベルは特に露点が比較的低い場合においては検出器の出力は極めて低いので、光検出器の出力は増幅器１４１に導入されて増幅される。該アンプ出力はインターフェース１４２を介してＣＰＵ１４３に供給される。発光ダイオード１０１がノイズを有すると、ノイズも又アンプ１４１によって増幅され、これは信号の見誤りを生ずる。そこで、ノイズ除去のために光検出器１１７′、アンプ１４１′及びノイズエリミネータ１００からなるフイードパック回路が設けてある。すなわち、発光ダイオード１０１の光エネルギーの一部を光検出器１１７と同等の光検出器１１７′に供給する。光検出器１１７′の出力は更にアンプ１４１と同等のアンプ１４１′に供給されて増幅され、該増幅出力はノイズエリミネータ１００に供給される。ノイズエリミネータ１００はノイズに対応する出力を発光ダイオード１０１にフイードバックすることによつて発光ダイオード１０１からノイズを除去する。この結果、散乱による出力のみを正確に取出すことができ、露点の検出限界を下げることができる。反射鏡表面１０の温度は温度センサー１０．９によって検出されサーモメータ１０９′及びインターフェース１４２を介してＣＰＵ１４３に供給される。ＣＰＵ１４３は温度センサ１０９からのミラー表面温度信号と光検出器１１７からの出力を計算し、デジタル指示器１４７、プリンタ１４８、アナグロデイスプレイ１５０及びデイスプレイ１４９に、それぞれの表示手段に合った信号を供給する。コントローラ１４４は測定装置の各エレメントを制御する。例えば、露点の測定が終了するとコントローラ１４４からの信号によってヘリウム冷却機１１１を停止すると共にヒータ１０６を作動させて反射鏡表面１０の露や霜を消失させる。また、コントローラ１１１は露点測定終了の際に警報装置１５１に信号を送り警報を発することもできる。好ましくは、反射鏡の表面はシリコンウェハーから構成される。

【００１６】シリコンウェハーは、反射鏡としては表面の平滑さに於て優れているが、光の吸収率が大きい。この欠点を解消するために行ったのが、シリコンウェハー上へのアルミニウムの蒸着或はスパッタリングすることである。しかし、アルミニウム膜を形成したシリコンウェハー反射鏡では、短時間で反射率が低下する可能性がある。これは、ノイズから吹付けられるガス中に含まれる硬度の高い微細なアルミナやシリカ並びに配管から出て来るＦｅ、Ｆｉ、Ｃｒ、Ｃｕなどの酸化物パーテイクルや、氷の微細な結晶に対して、アルミニウムのような柔らかい金属では平滑性を失うからである。

【００１７】この問題を解決するためには、アルミ薄膜上を透明で硬度の高い窒化アルミニウムで覆うことである。この場合、ＬＥＤの６３３ｎｍの波長では、アルミニウム薄膜の９８％程度、又半導体レーザーを光源とした場合の７８０ｎｍの波長でも９３％程度と、アルミニウム薄膜よりは多少は低下するものゝ、充分に大きいＳＮ比をとることが出来、しかも、１０，０００時間以上の連続使用に耐えることを確認した。アルミニウム薄膜上に窒化アルミニウム薄膜を積層するには、シリコン結晶のへきかい面の１１１面か１００面を充分に研磨したシリコンウエハー表面に真空中でアルミニウムを蒸着させるか、又は、減圧アルゴン中で、スパッタリングによって被覆させたアルミニウム薄膜上に、さらにＮ₂中でアルミニウムのスパッタリングを行うことにより製作することが出来る。このようにして作成した反射鏡の表面は、窒化アルミニウム薄膜の硬度が高く、しかも透明度が優れていることから、理想的な反射鏡表面の保護膜としての性能を示した。−８０℃以下の露点をもった非常に微量の水分を露点で測定するのに有効な方法としては、集光された光を該鏡面の、被測定ガスがノズルで吹付けられる箇所に向けて照射することが絶対条件であり、考案者等の実験によれば、光の入射角について種々の条件に於て測定した結果、該鏡面に垂直に近い程、散乱光の急激な変化を読みとるのに感度がよいことがわかった。光源に発光ダイオードを用いた結果では、該鏡面に垂直に近い程よく、このことは、垂直に近い程、該鏡面上に、よりよく集光されて照射されている結果であることを示している。

【００１８】本考案では被測定ガスを反射鏡に接触する前に低温の接ガス表面に接触することにより、ガス中の水分が吸着あるいは相変化し、それによって低い目の露点、霜点を測定することのないことが特徴である。それがため本考案ではガス中の水分を正確に測定できるように、ガスの温度を自由に制御できる。

【００１９】

【実施例−１】セル（Ａ室）の温度を２０℃とした場合（本考案）とセルの温度を−１００℃ とした場合（従来法）の露点の比較を行なった、その結果を以下に示す。セルの温度を０℃ならびに、３０℃で実験した結果は、何れも下記の２０℃での結果と殆んど差は見られなかった。

【００２０】測定サンプル１２３４従来 −１０７．４℃ −１０８．３℃ −１１９．８℃ 検知せず本考案新 −９８．６℃ −９９．７℃ −１１１．２℃ −１１９．７℃ 差８．５℃ ８．６℃ ８．６℃

【００２１】

【実施例−２】セルＡ室の温度を２０℃とした場合と、−５０℃とした場合とを比較すると、夫々、−１１２．５℃と−１１０．５℃を示し、−５０℃の場合が２℃高い値を示した。このことは、Ａ室の温度を−５０℃程度にした場合がもっとも露点（核形成露点）は高い値を示すことが見られた。

【００２２】

【実施例−３】セルＡ室の温度２０℃、−１０℃、−５０℃で、昇華点測定を行なった結果、夫々−１０５．０℃、−１０４．３℃、−１０４．７℃を示したので、昇華点或は、積層凝固には殆んどＡ室の影響はないことがわかった。

【００２３】

【本考案の実施の態様】

温度を変えることができる反射鏡、前記反射鏡に被測定ガスを接触させる手段、前記反射鏡に集光光線及び／又はレーザー光を放射する手段、その反射鏡上に形成された露及び／霜に基づく散乱光及び／又は反射光の変化を検知する手段を含む光学式露点計を使用し、その方法は前記反射鏡に被測定ガスを接触させ、そのガスが接触する反射鏡の部分に前記集光光線又はレーザー光を放射し、その反射鏡とそのガスとを接触前又はその反射鏡とそのガスとを接触させながらその反射鏡の温度を徐々に低下させ、その反射鏡上に露及び／又は霜を形成させ、結露点及び／又は結霜点付近で反射鏡の温度を徐々に加熱しそして冷却する操作を少なくとも１回繰返し、それによって散乱光及び／又は反射光の強さの最大となる温度及び散乱光及び／又は反射光の強さが最小となる温度を検出し、その最大温度及びその最小温度をそのガスの露点及び／又は霜点とすることを含む微量水分を含むガスの露点又は霜点を決定する方法に関する。

【００２４】前記反射鏡の温度を徐々に加熱又は冷却は式Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（Ｔｏ）［Ｐ′（Ｔ）／Ｐ′（Ｔｏ）］ⁿ・・・・・（１）描かれた曲線に概略沿って間歇式又は連続式に加熱又は冷却速度をさせながら行なわれる請求項１の方法：式Ｔは反射鏡の温度（Ｋ）Ｔｏは室温から液体窒素の温度までの任意に選べる特定な温度（Ｋ）Ｒ（Ｔ）はその反射鏡の温度（Ｋ）での冷却及び／又は加熱速度Ｐ′（Ｔ）は温度（Ｔ）を変数として求められる氷の飽和蒸気圧の値Ｐ′（Ｔｏ）は特定の温度Ｔｏでの水の飽和蒸気圧の値、及びｎは固定した温度インターバル△Ｔにわたっての反射光及び／又は散乱光の変化の測定のため２以上の実質上一定の信号対ノイズを得るための選ばれた値である。

【００２５】今この原理を第５図によって説明する。図５において反射鏡の温度を低下させる。イ点で結露または結霜が生じる。しかし過冷却となっているので、この点は正確な露点又は霜点ではない。さらに温度を低下させロ点から温度を上昇させる。当然この状態では過冷却になっているので、氷は成長し続ける。散乱光及び／又は反射光の強さが最大となった点を昇華点とする。この時の反射鏡の温度をＴｓとする。次いで反射鏡を加熱する。そこで氷は溶け初め、次いで反射鏡を冷却するとホの点で散乱光及び／又は反射光の強さは最小となる。この時の温度はＴｓとなる。この場合Ｔｓがそのガスの正しい露点又は霜点ということができる。さらに反射鏡を加熱又は冷却を続けると散乱光及び／又は反射光のカーブも又放物線を描いて変化する。昇華点と積層凝固点は繰返し生ずる。

【００２６】この時の冷却温度及び加熱温度のプロフィール１例は次の通りである。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】上記式（１）は曲線となる。加熱及び冷却速度は低温になる程速度は速くなる。例えば２０℃から−７０℃の冷却速度は上記の例では１０．０℃／分であるのに対し、−１３０℃から−１３５℃までの冷却速度は０．０１６℃／分である。上記（１）の曲線に従って冷却又は加熱を行なうと仮定すると、低温になる程度加熱又は冷却速度を遅くしなければならず、これを実施するために完全なコンピューター制御を行なわなければならない。しかしこれは経済的ではない。

【００３０】上記の表に示すように間歇的に温度を下げていくのが一般的である。例えば５ ℃ごとに冷却又は加熱速度を変化させるのである。

【００３１】上述の式（１）で描かれた曲線に概略沿って間歇的に加熱又は冷却速度を変化させるとは、上述に表に示されるようなことを述べている。

【００３２】図６は同様な実験について反射鏡の温度と散乱光及び／又は反射光との関係をグラフにしたものである。

【００３３】反射鏡の加熱及び冷却の操作を繰返すと、図６に示されるように散乱光及び／又は反射光の強さは、放物線を描いて、環状に変化する。

【００３４】図７は具体的なガスについて霜の蒸気圧と散乱光の変化の割合を示すグラフである。図６において、反射鏡の温度を変化させると散乱光及び／又は反射光の強さはチ、リ、ヌとカーブを描いて変化する。チ、リ、ヌのカーブを微分して直線として表わしたのが、図７である。図７においてチ′、リ′及びヌ′は図６におけるチ、リ及びヌに対応する。このガスの水分含有量は１．３０ｐｐｂであるということができる。この場合の実験条件は次の通りである。

【００３５】Ｔｏ＝−９０℃ Ｒ（Ｔｓ）＝約４℃／分ｎ＝約０．６７ △Ｔ＝約０．４℃ ２秒間に１回のサンプル測定さらに本考案の特徴は一般にこのような測定にノイズは必ず生ずる。散乱光及び／又は反射光の強度の上昇点を結露又は結霜点とするとノイズのため正確な点を読むことができない場合がある。しかしながら、本考案のように山型の頂点および谷型の頂点から結露又は結霜点を見つける場合、たとえノイズが発生していても、実際の点を外挿することが容易であり、頂点である結露又は結霜点を容易に見つけることができる。

【００３６】図８は従来の方法における結露又は結霜の形成点（ＮＯ）から散乱光及び／又は反射光の強さが最大となる点（Ｓ）とＳから結露又は結霜が消える点である。従来の方法では長時間かかる。

【００３７】図９は本考案の昇華点（Ｓ₁，Ｓ₂）と積層凝固点（Ａ）との関係を示す本考案ではその時間が非常に短縮されることは明白である。

【００３８】アプリケーション低温光学露点計を用いて、いくつかの測定例を以下に示した。

【００３９】チューブのクリーンアップ現象大気に放置された1/4インチのＥＰチューブにゲッター精製器で精製されたＮ₂ ガスを流通した時のチューブのクリーンアップ現象を測定した。結露点（N1）と平衡点を測定するための３点（S2，N3，S4）の温度を時間の経過とともに測定したものを（図１０）に示した。これは、平衡点は水分温度に換算したもの、結露点は便宜的に氷の蒸気圧曲線より換算した値をプロットしたものである。これによると平衡点は、ほぼリニアに減少しており、チューブの表面に吸着している水分の脱着現象をうまくとらえている。それに対し、結露点は平衡点に比べて、低い値を示す。

【００４０】Ｏ₂バッシベーション処理の効果前述のＯ₂バッシベーション処理したチューブと処理を施していないチューブとの比較を実施した。図１１に測定を実施した系を示したが、測定には LN₂を蒸発させた超低露点Ｎ₂ガスを用いた。このガスをMFCで流量制御し、測定対象チューブに流通して、クリーンアップの速度を測定したものである。測定対象チューブは外径 3/8インチのものと１インチのものを用いた。

【００４１】また、外径 3/8インチのチューブについては、Ｏ₂バッシベーション処理を施した時の、温度の異なったチューブについても測定を実施した。これによると、クリーンアップの速度は、処理を施していないＥＰチューブが最も遅く、４００ −５００℃で処理したものが最も良いことがわかる。また処理温度の違いにより、チューブ内面よりの放出水分の挙動が異なり、逆に、最適処理温度が放出水分の挙動から決定できることがわかる。

【００４２】露点と水分濃度について露点と水分濃度が互いに換算可能であることは、よく知られた事実であり、現に水分量の表示方法として〔℃〕や〔ppm〕等の単位が混在して用いられている。そこで、ここでは、その換算について述べる。水分計は、その性質より水分量を測定し、露点に換算する。一方、露点計は露点を測定して水分量に換算している。これらの換算は、水の飽和蒸気圧を用いて、分圧と全圧の比でもって実施する。又、飽和蒸気圧は、温度の関数であるので、ある程度における分圧と全圧の比を求めれば、簡単に露点と水分濃度の関数を求めることができる。そこで一般的には、露点は大気圧における相変化点、すなわち結露（結霜）点であるので、全圧は大気圧をとる。しかし、この方法を用いる場合、いくつかの注意する点があるので、以下に示す。水の飽和蒸気圧曲線は多数報告されており、各々、少しづづ異なっている点飽和蒸気圧を用いるため、完全に平衡、すなわち飽和となった状態を測定した場合のみ換算が可能という点これらの留意点を考慮した上で、露点と水分濃度の換算が可能となる。JIS KO51 2 （水素）の中には、−１００℃までの露点と水分濃度の換算表が示されているが、−１００℃以下の換算表を規定したものはない。そこで、前述のように水の飽和蒸気圧曲線の外挿線を用いて、換算することになる。現在、最も信頼できる式としては、以下の式がある。

【００４３】

【化１】

【００４４】この式を用いることにより、〔ppb〕から〔ppt〕レベルのような非常に低い露点域においても、換算が可能となる。

【００４５】図１２は標準ガス（水分含有量が知られている）の霜点と本考案に従って測定された平衡点（℃）の関係を示し、そして図１３は標準ガスの水分と現実にＥＰ（平衡点）測定水分との関係を示す。

【００４６】図１２及び１３から本考案の方法では非常にガス中の水分を正確に測定できることが明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の好ましい装置のフローシートである。

【図２】本考案の好ましい装置のフローシートである。

【図３】本考案の好ましい装置のフローシートである。

【図４】光検知器の回路を示す。

【図５】反射鏡の温度と散乱光及び／又は反射光の強さ
の関係を示すグラフ。

【図６】図１と関連して反射光の強さと散乱光及び／又
は反射光の強さの関係を示すグラフ。

【図７】図２の関係を微分して直線化したグラフ。

【図８】核形成−昇華サイクル時間とタイムインターバ
ルの関係（従来技術）を示すグラフ。

【図９】昇華−積層凝固点サイクル時間を示すグラフ
（本考案）。

【図１０】チューブのクリーンアップ現象のグラフ。

【図１１】チューブクリーンアップ速度の測定系。

【図１２】標準ガスの霜点と測定された平衡点の関係を
示すグラフ。

【図１３】標準ガス水分とＥＰ測定水分との関係を示す
グラフ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】 −８０℃以下のガス中の露点又は霜点を
測定する装置であり、その装置は下記を含む： (i) 熱伝導性が良い材料から構成されているＡ室、 (ii) 被測定ガス用入口がＡ室に設けられ、 (iii) Ａ室の温度を調節するためのヒータと、温度セン
サーが設けられ、 (iv) Ａ室に隣接してＢ室が設けられ、Ｂ室の少なくと
も１部は熱伝導性のよくない材料から構成され、 (v）Ａ室とＢ室との境界の面部に穴又はノズルが設け
られ、 (vi) Ｂ室に穴またはノズルに被さるように、温度セン
サーを有する反射鏡が設けられ、その反射鏡は温室から
−８０℃以下の温度まで、自由に温度変動が可能なよう
に冷凍源に熱的に接続されており、 (vii) Ｂ室にはガス出口が設けられ、（viiｉ) その穴又はノズルと、その反射鏡との間にわ
ずかな隙間が形成されており、 (ix) 反射鏡面上に反射される集光光線又はレーザー光
発射装置が具備されており、 (x) 反射鏡面上に形成された霜に向けて、集光光線又
はレーザー光線を、投射することにより、散乱光及び／
又は反射光の変化を検知する受光装置、および、 (xi) 反射鏡上に形成される露及び／又は霜が発生した
温度を判断する検知装置。