JP5192431B2 - Gas property measurement system - Google Patents
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Description
本発明はガス検査技術に係り、ガス物性値測定システムに関する。 The present invention relates to a gas inspection technique, and relates to a gas property value measurement system.
ガスを効率よく使用するためには、濃度変化等によるガス物性の変化を監視、制御する必要がある。そのため、ガスの物性を測定する測定装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。ガスの物性の一つである放熱係数を測定する際には、発熱抵抗体を発熱させ、発熱抵抗体と熱的に平衡になったガスの温度が計測される。
In order to use gas efficiently, it is necessary to monitor and control changes in gas properties due to changes in concentration. For this reason, measuring devices for measuring the physical properties of gas have been proposed (see, for example,
しかし、同一ガスの物性を計測しても、計測環境によって物性の計測値が変動する場合がある。よって本発明は、ガスの計測された物性値の正確な評価を可能にするガス物性値測定システムを提供することを目的の一つとする。 However, even if the physical properties of the same gas are measured, the measured values of the physical properties may vary depending on the measurement environment. Therefore, an object of the present invention is to provide a gas property value measurement system that enables accurate evaluation of measured property values of gas.
本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に電力が与えられていないときの発熱抵抗体の雰囲気ガスの参照温度の値を測定する測温素子と、発熱抵抗体に電力を与え、発熱抵抗体を発熱させる駆動回路と、発熱する発熱抵抗体と熱的に平衡な雰囲気ガスの平衡ガス温度の値に基づいて、雰囲気ガスの物性値を算出する算出部と、物性値及び参照温度の値を関連付けて保存する記憶装置と、を備えるガス物性値測定システムが提供される。ガスの物性値は、参照温度によって変動する場合がある。これに対し、本発明の態様に係るガス物性値測定システムによれば、参照温度が保存されるため、算出されたガスの物性値を正確に評価することが可能となる。 According to the aspect of the present invention, the heating resistor, the temperature measuring element that measures the reference temperature value of the atmospheric gas of the heating resistor when no power is applied to the heating resistor, and the power to the heating resistor. A driving circuit that generates heat from the heating resistor, a calculation unit that calculates a physical property value of the atmospheric gas based on an equilibrium gas temperature value of the atmospheric gas that is in thermal equilibrium with the heating resistor that generates heat, a physical property value, and There is provided a gas property value measurement system including a storage device that associates and stores a reference temperature value. The physical property value of the gas may vary depending on the reference temperature. On the other hand, according to the gas property value measurement system according to the aspect of the present invention, the reference temperature is stored, so that the calculated property value of the gas can be accurately evaluated.
本発明によれば、ガスの計測された物性値の正確な評価を可能にするガス物性値測定システムを提供可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a gas property value measurement system that enables accurate evaluation of measured property values of gas.
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
（第１の実施の形態）
まず、斜視図である図１、及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２を参照して、第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムに用いられるマイクロチップ８について説明する。マイクロチップ８は、キャビティ６６が設けられた基板６０、及び基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５を備える。基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。
(First embodiment)
First, the
さらにマイクロチップ８は、絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた発熱抵抗体６１と、発熱抵抗体６１を挟むように絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３と、基板６０上に設けられたガス温度センサ６４と、を備える。ガス温度センサ６４も電気抵抗素子等からなる。
Furthermore, the
発熱抵抗体６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５のダイアフラムの部分の中心に配置されている。発熱抵抗体６１は、電力を与えられて発熱し、発熱抵抗体６１に接する雰囲気ガスを加熱する。発熱抵抗体６１に隣接して設けられた第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、発熱抵抗体６１が発熱していないときの発熱抵抗体６１近傍の局所的な温度を、参照温度ＴRとして検出する。ガス温度センサ６４は、発熱抵抗体６１から第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３より遠方に配置されている。ガス温度センサ６４は、発熱した発熱抵抗体６１と熱的に平衡な雰囲気ガスのガス温度を、平衡ガス温度として検出する。ガス温度センサ６４は、絶縁膜６５を介して発熱抵抗体６１から隔離されて、熱伝導性の基板６０上に設けられている。そのため、第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３と比較して、ガス温度センサ６４は、発熱抵抗体６１の発熱から受ける影響が少ない。
The
基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。また発熱抵抗体６１、第１の測温抵抗素子６２、第２の測温抵抗素子６３、及びガス温度センサ６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
As a material of the
図３に示すように、発熱抵抗体６１の一端には、例えば、オペアンプ１７０の＋入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ１７０の＋入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子１６１が接続される。オペアンプ１７０の−入力端子は、直列に接続された抵抗素子１６２と抵抗素子１６３との間、直列に接続された抵抗素子１６３と抵抗素子１６４との間、直列に接続された抵抗素子１６４と抵抗素子１６５との間、又は抵抗素子１６５の接地端子に電気的に接続される。各抵抗素子１６２−１６５の抵抗値を適当に定めることにより、例えば５．０Ｖの電圧Ｖｉｎを抵抗素子１６２の一端に印加すると、抵抗素子１６３と抵抗素子１６２との間には、例えば２．４Ｖの電圧ＶL3が生じる。また、抵抗素子１６４と抵抗素子１６３との間には、例えば１．９Ｖの電圧ＶL2が生じ、抵抗素子１６５と抵抗素子１６４との間には、例えば１．４Ｖの電圧ＶL1が生じる。
As shown in FIG. 3, for example, a positive input terminal of an
抵抗素子１６２及び抵抗素子１６３の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ１が設けられており、抵抗素子１６３及び抵抗素子１６４の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗素子１６４及び抵抗素子１６５の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ３が設けられており、抵抗素子１６５の接地端子と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ４が設けられている。
A switch SW1 is provided between the
オペアンプ１７０の−入力端子に２．４Ｖの電圧ＶL3を印加する場合、スイッチＳＷ１のみが通電され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．９Ｖの電圧ＶL2を印加する場合、スイッチＳＷ２のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．４Ｖの電圧ＶL1を印加する場合、スイッチＳＷ３のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖの電圧ＶL0を印加する場合、スイッチＳＷ４のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は切断される。したがって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖ又は３段階の電圧のいずれかを印加可能である。そのため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、発熱抵抗体６１の発熱温度を３段階に設定可能である。
When a voltage V L3 of 2.4 V is applied to the negative input terminal of the
図１及び図２に示す発熱抵抗体６１は、温度によって抵抗値が変化する。発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHと、発熱抵抗体６１の抵抗値ＲHの関係は、下記（１）式で与えられる。
RH = RSTD×[1+α(TH-TSTD) + β(TH-TSTD)2] ・・・(1)
ここで、ＴSTDは標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲSTDは標準温度ＴSTDにおける予め計測された抵抗値を表す。αは１次の抵抗温度係数、βは２次の抵抗温度係数を表す。また、発熱抵抗体６１の抵抗値ＲHは、発熱抵抗体６１の駆動電力ＰHと、発熱抵抗体６１の通電電流ＩHから、下記（２）式で与えられる。
RH = PH / IH 2 ・・・(2)
あるいは発熱抵抗体６１の抵抗値ＲHは、発熱抵抗体６１にかかる電圧ＶHと、発熱抵抗体６１の通電電流ＩHから、下記（３）式で与えられる。
RH = VH / IH ・・・(3)
The resistance value of the
R H = R STD × [1 + α (T H -T STD ) + β (T H -T STD ) 2 ] (1)
Here, T STD represents a standard temperature, for example, 20 ° C. R STD represents a resistance value measured in advance at the standard temperature T STD . α represents a first-order resistance temperature coefficient, and β represents a second-order resistance temperature coefficient. Further, the resistance value R H of the
R H = P H / I H 2 (2)
Alternatively, the resistance value R H of the
R H = V H / I H (3)
ここで、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHは、発熱抵抗体６１と雰囲気ガスの間が熱的に平衡になったときに安定する。なお、熱的に平衡な状態とは、発熱抵抗体６１の発熱と、発熱抵抗体６１から雰囲気ガスへの放熱とが釣り合っている状態をいう。平衡状態において、下記（４）式に示すように、発熱抵抗体６１の駆動電力ＰHを、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHと雰囲気ガスの平衡ガス温度ＴOとの差で割ることにより、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが得られる。なお、放熱係数ＭOの単位は、例えばＷ／℃である。
MO = PH / (TH - TO) ・・・(4)
Here, the heating temperature TH of the
M O = P H / (T H -T O ) (4)
発熱抵抗体６１の通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（１）乃至（３）から発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHが算出可能である。また、雰囲気ガスの平衡ガス温度ＴOは、図１に示すガス温度センサ６４で測定可能である。したがって、図１及び図２に示すマイクロチップ８を用いて、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが算出可能である。
Energizing current I H of the
マイクロチップ８は、マイクロチップ８の底面に配置された断熱部材１８を介して、雰囲気ガスが充填されるチャンバ等に固定される。断熱部材１８を介してマイクロチップ８をチャンバ等に固定することにより、マイクロチップ８の温度が、チャンバ等の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。断熱部材１８の熱伝導率は、例えば１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
The
さらに、マイクロチップ８は、熱伝導性の基板６０の温度を一定に保つ補助ヒータを備えていてもよい。基板６０の温度を一定に保つことにより、発熱抵抗体６１が発熱する前のマイクロチップ８の近傍の雰囲気ガスの温度が、基板６０の一定の温度と近似する。そのため、発熱抵抗体６１が発熱する前の雰囲気ガスの温度の変動が抑制される。温度変動が一度抑制された雰囲気ガスを発熱抵抗体６１でさらに加熱することにより、より高い精度で放熱係数ＭOを算出することが可能となる。補助ヒータにも電気抵抗素子等が使用可能である。また、基板６０上に配置されたガス温度センサ６４が、補助ヒータを兼ねていてもよい。
Further, the
図４に示すように、ガス温度センサ６４は、抵抗ブリッジ回路の一部をなしている。抵抗ブリッジ回路は、ガス温度センサ６４と直列に接続された抵抗素子１８１と、ガス温度センサ６４及び抵抗素子１８１と並列に接続された抵抗素子１８２，１８３を備える。ここで、ガス温度センサ６４の抵抗値をＲｒ、抵抗素子１８１，１８２，１８３の固定された抵抗値をそれぞれＲ181，Ｒ182，Ｒ183とする。抵抗ブリッジ回路には、オペアンプ１７１が接続されている。ガス温度センサ６４を補助ヒータとして機能させる場合、抵抗素子１８１とガス温度センサ６４との間のブリッジ電圧Ｖ2aが、抵抗素子１８２と抵抗素子１８３との間のブリッジ電圧Ｖ2bと等しくなるよう、ブリッジ駆動電圧Ｖ1がフィードバック制御される。これにより、ガス温度センサ６４の抵抗値Ｒｒが一定となり、ガス温度センサ６４が補助ヒータとして一定の温度で発熱する。
As shown in FIG. 4, the
ただし、図２に示すキャビティ６６上のダイアフラムは、基板６０に接していない。そのため、補助ヒータを用いて基板６０の温度を一定に保っても、ダイアフラムに設けられた発熱抵抗体６１近傍の温度は、雰囲気ガスの温度に応じて変動しうる。図５は、チャンバ内に導入される雰囲気ガスの温度を−１０℃から５０℃まで変動させた場合の、第１の測温抵抗素子６２及び発熱抵抗体６１に対し第１の測温抵抗素子６２と対称な位置に配置された第２の測温抵抗素子６３で測定された発熱抵抗体６１近傍の温度の平均値の例を示す。なお、測温抵抗素子は必ずしも複数である必要はない。ただし、発熱抵抗体６１に対し対称に配置された第１の測温抵抗素子６２と第２の測温抵抗素子６３測温抵抗素子の平均値を採用することにより、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。例えば、外乱等により、発熱抵抗体６１で加熱された雰囲気ガスの温度が発熱抵抗体６１を中心として均等とならない場合には、発熱素子に対し対称に設置された複数の測温抵抗素子６２、６３の温度の平均値に基づいて被測定ガスの物性値を算出することにより、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。また、図５において、ガス温度センサ６４を補助ヒータとして６０℃で発熱させており、発熱抵抗体６１は発熱させていない。この例においては、雰囲気ガスの温度が１０℃変化すると、発熱抵抗体６１近傍の温度はおおむね０．５℃変化している。
However, the diaphragm on the
図６は、ガス温度センサ６４を補助ヒータとして６０℃で発熱させながら、雰囲気ガスの温度を−１０℃から５０℃まで変動させた場合に、図２に示す発熱抵抗体６１を用いて算出された放熱係数ＭOの例を示す。図６は、雰囲気ガスの温度が変動することにより、算出される放熱係数ＭOも変動することを示している。
FIG. 6 is calculated using the
図５及び図６に示した結果に基づいて作成した図７は、発熱前の発熱抵抗体６１近傍の温度変動が、算出される放熱係数ＭOの値に影響しうることを示している。そのため、雰囲気ガスの放熱係数ＭOを計測する場合には、発熱抵抗体６１を発熱させる前に、発熱抵抗体６１近傍の温度を参照温度ＴRとして記録することが好ましい。
5 and 7 were prepared based on the results shown in Figure 6, the
また、図７に示すように、ある雰囲気ガスについて、複数の参照温度ＴRに対する放熱係数ＭOを予め計測すれば、参照温度ＴRと放熱係数ＭOとの関係を示す近似式等を作成可能である。近似式は、一次、二次、又は高次の関数である。以下、近似式が、下記（５）式で与えられる一次関数である場合を説明する。
MO = s×TR + u ・・・(5)
（５）式において、ｓ、ｕは、最小自乗法等により算出された定数である。ここで、任意の参照温度ＴR_mにおける雰囲気ガスの放熱係数ＭO_mは、下記（６）式で与えられる。
MO_m = s×TR_m + u ・・・(6)
また、例えば６０℃等の所定の参照温度ＴR_sにおける放熱係数ＭO_sは、下記（７）式で与えられる。
MO_s = s×TR_s + u ・・・(7)
（６）式及び（７）式より、所定の参照温度ＴR_sにおける放熱係数ＭO_sは、下記（８）式で与えられる。
MO_s = MO_m - s (TR_m - TR_s) ・・・(8)
例えば、下記（９）式を用いて、任意の参照温度ＴR_mにおける雰囲気ガスの放熱係数ＭO_mの値を、参照温度が６０℃の場合における放熱係数ＭO_sの値に換算することが可能となる。
MO_s = MO_m - s (TR_m - 60) ・・・(9)
Further, as shown in FIG. 7, if a heat radiation coefficient M O for a plurality of reference temperatures T R is measured in advance for a certain atmospheric gas, an approximate expression or the like showing the relationship between the reference temperature T R and the heat radiation coefficient M O is created. Is possible. The approximate expression is a first-order, second-order, or higher-order function. Hereinafter, a case where the approximate expression is a linear function given by the following expression (5) will be described.
M O = s × T R + u (5)
In equation (5), s and u are constants calculated by the method of least squares or the like. Here, the radiation coefficient M O_m the atmospheric gas in any reference temperature T R_m is given by the following equation (6).
M O_m = s × T R_m + u (6)
Moreover, the radiation coefficient M O_s at a given reference temperature T R_s of example 60 ° C. and the like is given by the following equation (7).
M O_s = s × T R_s + u (7)
(6) and (7), the radiation coefficient M O_s at a given reference temperature T R_s, given by the following equation (8).
M O_s = M O_m -s (T R_m -T R_s ) (8)
For example, it is possible to convert the value of the heat release coefficient M O_m of the atmospheric gas at an arbitrary reference temperature T R_m to the value of the heat release coefficient M O_s when the reference temperature is 60 ° C. using the following equation (9). Become.
M O_s = M O_m -s (T R_m -60) (9)
次に、雰囲気ガスが混合ガスであり、混合ガスが、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤの４種類のガス成分からなっていると仮定する。ここで、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDの総和は、下記（１０）式で与えられるように、１である。
VA+VB+VC+VD=1 ・・・(10)
Next, it is assumed that the atmospheric gas is a mixed gas, and the mixed gas is composed of four types of gas components: gas A, gas B, gas C, and gas D. Here, the sum of the volume ratio V A of gas A , the volume ratio V B of gas B , the volume ratio V C of gas C , and the volume ratio V D of gas D is given by the following equation (10): 1.
V A + V B + V C + V D = 1 (10)
また、ガスＡの単位体積当たりの発熱量をＫA、ガスＢの単位体積当たりの発熱量をＫB、ガスＣの単位体積当たりの発熱量をＫC、ガスＤの単位体積当たりの発熱量をＫDとすると、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の単位体積当たりの発熱量を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（１１）式で与えられる。なお、単位体積当たりの発熱量の単位は、例えばＭＪ／ｍ3である。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD ・・・(11)
The calorific value per unit volume of gas A is K A , the calorific value per unit volume of gas B is K B , the calorific value per unit volume of gas C is K C , and the calorific value per unit volume of gas D is Is K D , the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is given by the sum of the volume ratio of each gas component multiplied by the calorific value per unit volume of each gas component. Therefore, the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is given by the following equation (11). The unit of the calorific value per unit volume is, for example, MJ / m 3 .
Q = K A × V A + K B × V B + K C × V C + K D × V D ... (11)
また、ガスＡの放熱係数をＭA、ガスＢの放熱係数をＭB、ガスＣの放熱係数をＭC、ガスＤの放熱係数をＭDとすると、混合ガスの放熱係数ＭIは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の放熱係数を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの放熱係数ＭIは、下記（１２）式で与えられる。
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD ・・・(12)
Moreover, the radiation coefficient M A gas A, the radiation coefficient of gas B M B, when the radiation coefficient of gas C M C, the radiation coefficient of the gas D and M D, the radiation coefficient M I of the mixed gas, the It is given as the sum of the volume fraction of the gas component multiplied by the heat dissipation coefficient of each gas component. Therefore, the heat dissipation coefficient M I of the mixed gas is given by the following equation (12).
M I = M A × V A + M B × V B + M C × V C + M D × V D ... (12)
さらに、ガスの放熱係数は発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHに依存するので、混合ガスの放熱係数ＭIは、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHの関数として、下記（１３）式で与えられる。
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ・・・(13)
Further, since the radiation coefficient of gas depends on the heating temperature T H of the
M I (T H ) = M A (T H ) × V A + M B (T H ) × V B + M C (T H ) × V C + M D (T H ) × V D・ ・ ・ ( 13)
したがって、発熱抵抗体６１の発熱温度がＴH1のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1）は下記（１４）式で与えられる。また、発熱抵抗体６１の発熱温度がＴH2のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH2）は下記（１５）式で与えられ、発熱抵抗体６１の発熱温度がＴH3のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH3）は下記（１６）式で与えられる。なお、発熱温度ＴH1、発熱温度ＴH2、発熱温度ＴH3は異なる温度である。
MI (TH1)= MA(TH1)×VA+ MB(TH1)×VB+ MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD ・・・(14)
MI (TH2)= MA(TH2)×VA+ MB(TH2)×VB+ MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD ・・・(15)
MI (TH3)= MA(TH3)×VA+ MB(TH3)×VB+ MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD ・・・(16)
Therefore, the heat release coefficient M I (T H1 ) of the mixed gas when the heat generation temperature of the
M I (T H1 ) = M A (T H1 ) × V A + M B (T H1 ) × V B + M C (T H1 ) × V C + M D (T H1 ) × V D・ ・ ・ ( 14)
M I (T H2 ) = M A (T H2 ) × V A + M B (T H2 ) × V B + M C (T H2 ) × V C + M D (T H2 ) × V D・ ・ ・ ( 15)
M I (T H3 ) = M A (T H3 ) × V A + M B (T H3 ) × V B + M C (T H3 ) × V C + M D (T H3 ) × V D・ ・ ・ ( 16)
ここで、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が非線形性を有する場合、上記（１４）乃至（１６）式は、線形独立な関係を有する。また、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が線形性を有する場合でも、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴHに対する各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH） の変化率が異なる場合は、上記（１４）乃至（１６）式は、線形独立な関係を有する。さらに、（１４）乃至（１６）式が線形独立な関係を有する場合、（１０）式及び（１４）乃至（１６）式は線形独立な関係を有する。
Here, the heat dissipation coefficients M A (T H ), M B (T H ), M C (T H ), and M D (T H ) of each gas component are nonlinear with respect to the heat generation temperature T H of the
図８は、天然ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の放熱係数と発熱抵抗体６１の発熱温度の関係を示すグラフである。発熱抵抗体６１の発熱温度に対して、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれのガス成分の放熱係数は線形性を有する。しかし、発熱抵抗体６１の発熱温度に対する放熱係数の変化率は、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれで異なる。したがって、混合ガスを構成するガス成分がメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）であるである場合、上記（１４）乃至（１６）式は、線形独立な関係を有する。
FIG. 8 shows the relationship between the heat release coefficient of the
（１４）乃至（１６）式中の各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH1），ＭB（ＴH1），ＭC（ＴH1），ＭD（ＴH1），ＭA（ＴH2），ＭB（ＴH2），ＭC（ＴH2），ＭD（ＴH2），ＭA（ＴH3），ＭB（ＴH3），ＭC（ＴH3），ＭD（ＴH3）の値は、計測等により予め得ることが可能である。したがって、（１０）式及び（１４）乃至（１６）式の連立方程式を解くと、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、下記（１７）乃至（２０）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられる。なお、下記（１７）乃至（２０）式において、ｎを自然数としてｆnは、関数を表す記号である。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(17)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(18)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(19)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(20)
The heat release coefficients M A (T H1 ), M B (T H1 ), M C (T H1 ), M D (T H1 ), M A (T H2 ) of each gas component in the equations (14) to (16) , M B (T H2 ), M C (T H2 ), M D (T H2 ), M A (T H3 ), M B (T H3 ), M C (T H3 ), M D (T H3 ) The value can be obtained in advance by measurement or the like. Accordingly, when the simultaneous equations of the equations (10) and (14) to (16) are solved, the volume ratio V A of the gas A , the volume ratio V B of the gas B , the volume ratio V C of the gas C , and the gas D Each of the volume ratios V D is expressed as a function of the heat radiation coefficient M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ) of the mixed gas as shown in the following equations (17) to (20). Given. In the following equations (17) to (20), n is a natural number and f n is a symbol representing a function.
V A = f 1 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (17)
V B = f 2 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (18)
V C = f 3 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (19)
V D = f 4 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (20)
ここで、上記（１１）式に（１７）乃至（２０）式を代入することにより、下記（２１）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]+KD×f4[MI (TH1), MI ( TH2), MI (TH3)] ・・・(21)
Here, the following equation (21) is obtained by substituting the equations (17) to (20) into the above equation (11).
Q = K A × V A + K B × V B + K C × V C + K D × V D
= K A × f 1 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] + K B × f 2 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )]
+ K C × f 3 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] + K D × f 4 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] ... (21)
上記（２１）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3における混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を変数とする方程式で与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（２２）式で与えられる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(22)
As is clear from the above equation (21), the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is the heat release coefficient M I (T H1 ) of the mixed gas at the heat generation temperatures T H1 , T H2 , T H3 of the
Q = g [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (22)
よって、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤからなる混合ガスについて、予め上記（２２）式を得れば、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDが未知の検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを容易に算出可能であることを、発明者らは見出した。具体的には、発熱抵抗体６１の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3における検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を計測し、（２２）式に代入することにより、検査対象混合ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Therefore, if the above equation (22) is obtained in advance for a mixed gas composed of gas A, gas B, gas C, and gas D, the volume ratio V A of gas A , the volume ratio V B of gas B , and the gas C The inventors have found that the calorific value Q per unit volume of the gas to be inspected with unknown volume ratio V C and volume ratio V D of gas D can be easily calculated. Specifically, the heat release coefficients M I (T H1 ), M I (T H2 ), and M I (T H3 ) of the mixed gas to be inspected at the heating temperatures T H1 , T H2 , and T H3 of the
なお、混合ガスのガス成分は、４種類に限定されることはない。例えば、混合ガスがｎ種類のガス成分からなる場合、まず、下記（２３）式で与えられる、発熱抵抗体６１の少なくともｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を変数とする方程式を予め得る。そして、発熱抵抗体６１のｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する、ｎ種類のガス成分のそれぞれの体積率が未知の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を計測し、（２３）式に代入することにより、検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1)] ・・・(23)
The gas components of the mixed gas are not limited to four types. For example, when the mixed gas is composed of n types of gas components, first, at least n−1 types of heat generation temperatures T H1 , T H2 , T H3,. , T Hn-1, M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), ..., M I (T Hn-1 ) Get in advance. Then, the n-1 types of heat generation temperatures T H1 , T H2 , T H3 ,..., T Hn-1 of the
Q = g [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), ..., M I (T Hn-1 )] ... (23)
ただし、混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、ｊを自然数として、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（２３）式の算出には影響しない。例えば、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）を、下記（２４）乃至（２７）式に示すように、それぞれ所定の係数を掛けられたメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなして（２３）式を算出してもかまわない。
C2H6 = 0.5 CH4 + 0.5 C3H8 ・・・(24)
C4H10 = -0.5 CH4 + 1.5 C3H8 ・・・(25)
C5H12 = -1.0 CH4 + 2.0 C3H8 ・・・(26)
C6H14 = -1.5 CH4 + 2.5 C3H8 ・・・(27)
However, the mixed gas, methane (CH 4) as a gas component in addition to the propane (C 3 H 8), a j is a natural number, methane (CH 4) and other than propane (C 3 H 8) alkane (C j H 2j + 2 ), alkanes other than methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) (C j H 2j + 2 ), and mixtures of methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) Does not affect the calculation of equation (23). For example, ethane (C 2 H 6 ), butane (C 4 H 10 ), pentane (C 5 H 12 ), and hexane (C 6 H 14 ) are respectively represented by the following formulas (24) to (27): The equation (23) may be calculated by regarding the mixture as methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) multiplied by a predetermined coefficient.
C 2 H 6 = 0.5 CH 4 + 0.5 C 3 H 8 ... (24)
C 4 H 10 = -0.5 CH 4 + 1.5 C 3 H 8 ... (25)
C 5 H 12 = -1.0 CH 4 + 2.0 C 3 H 8 ... (26)
C 6 H 14 = -1.5 CH 4 + 2.5 C 3 H 8 ... (27)
したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなる混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、少なくともｎ−ｚ−１種類の発熱温度における混合ガスの放熱係数を変数とする方程式を求めてもよい。 Accordingly, the z as a natural number, a mixed gas consisting of n kinds of gas components methane (CH 4) as a gas component in addition to the propane (C 3 H 8), methane (CH 4) and propane (C 3 H 8 ) Other than z types of alkanes (C j H 2j + 2 ), an equation having at least the heat release coefficient of the mixed gas at the nz−1 types of heat generation temperatures as variables may be obtained.
なお、（２３）式の算出に用いられた混合ガスのガス成分の種類と、単位体積当たりの発熱量Ｑが未知の検査対象混合ガスのガス成分の種類が同じ場合に、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（２３）式を利用可能であることはもちろんである。さらに、検査対象混合ガスがｎ種類より少ない種類のガス成分からなり、かつ、ｎ種類より少ない種類のガス成分が、（２３）式の算出に用いられた混合ガスに含まれている場合も、（２３）式を利用可能である。例えば、（２３）式の算出に用いられた混合ガスが、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む場合、検査対象混合ガスが、窒素（Ｎ2）を含まず、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の３種類のガス成分のみを含む場合も、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（２３）式を利用可能である。 In addition, when the type of the gas component of the mixed gas used for the calculation of the equation (23) is the same as the type of the gas component of the mixed gas to be inspected whose calorific value Q per unit volume is unknown, Of course, the equation (23) can be used to calculate the calorific value Q. Furthermore, when the inspection target mixed gas is composed of less than n types of gas components and less than n types of gas components are included in the mixed gas used in the calculation of equation (23), Equation (23) can be used. For example, the mixed gas used in the calculation of the equation (23) includes four types of gas components, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ). In some cases, the mixed gas to be inspected does not contain nitrogen (N 2 ) but contains only three kinds of gas components, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and carbon dioxide (CO 2 ). The equation (23) can be used for calculating the calorific value Q of the inspection target mixed gas.
さらに、（２３）式の算出に用いられた混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を含む場合、検査対象混合ガスが、（２３）式の算出に用いられた混合ガスに含まれていないアルカン（ＣjＨ2j+2）を含んでいても、（２３）式を利用可能である。これは、上述したように、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（２３）式を用いた単位体積当たりの発熱量Ｑの算出に影響しないためである。 Further, when the mixed gas used for calculating the equation (23) includes methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as gas components, the inspection target mixed gas is used for calculating the equation (23). Even if the alkane (C j H 2j + 2 ) not contained in the mixed gas is contained, the equation (23) can be used. This is because, as described above, the methane (CH 4) and propane (C 3 H 8) other than the alkane (C j H 2j + 2) , a mixture of methane (CH 4) and propane (C 3 H 8) Even if it considers, it is because it does not affect calculation of the emitted-heat amount Q per unit volume using (23) Formula.
ここで、図９に示す第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０は、発熱量の値が既知のサンプル混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、複数の異なる発熱温度で発熱する図１及び図２に示す発熱抵抗体６１を用いて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する図９に示す計測機構１０と、を備える。さらに、ガス物性値測定システムは、発熱抵抗体６１が発熱していないときの発熱抵抗体６１近傍のサンプル混合ガスの参照温度ＴRに基づいて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数の値を補正する補正モジュール３２１と、サンプル混合ガスの既知の発熱量の値、及び補正された複数の放熱係数の値に基づいて、発熱抵抗体の複数の発熱温度における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュール３０２とを備える。なお、サンプル混合ガスは、複数種類のガス成分を含む。
Here, the gas property
計測機構１０は、サンプル混合ガスが注入されるチャンバ１０１内に配置された、図１及び図２を用いて説明したマイクロチップ８を備える。マイクロチップ８は、断熱部材１８を介してチャンバ１０１内に配置されている。チャンバ１０１には、サンプル混合ガスをチャンバ１０１に送るための流路１０２と、サンプル混合ガスをチャンバ１０１から外部に排出するための流路１０３と、が接続されている。
The
それぞれ発熱量が異なる４種類のサンプル混合ガスが使用される場合、図１０に示すように、第１のサンプル混合ガスを貯蔵する第１のガスボンベ５０Ａ、第２のサンプル混合ガスを貯蔵する第２のガスボンベ５０Ｂ、第３のサンプル混合ガスを貯蔵する第３のガスボンベ５０Ｃ、及び第４のサンプル混合ガスを貯蔵する第４のガスボンベ５０Ｄが用意される。第１のガスボンベ５０Ａには、流路９１Ａを介して、第１のガスボンベ５０Ａから例えば０．２ＭＰａ等の低圧に調節された第１のサンプル混合ガスを得るための第１のガス圧調節器３１Ａが接続されている。また、第１のガス圧調節器３１Ａには、流路９２Ａを介して、第１の流量制御装置３２Ａが接続されている。第１の流量制御装置３２Ａは、流路９２Ａ及び流路１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第１のサンプル混合ガスの流量を制御する。
When four types of sample mixed gases having different calorific values are used, as shown in FIG. 10, the
第２のガスボンベ５０Ｂには、流路９１Ｂを介して、第２のガス圧調節器３１Ｂが接続されている。また、第２のガス圧調節器３１Ｂには、流路９２Ｂを介して、第２の流量制御装置３２Ｂが接続されている。第２の流量制御装置３２Ｂは、流路９２Ｂ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第２のサンプル混合ガスの流量を制御する。
A second
第３のガスボンベ５０Ｃには、流路９１Ｃを介して、第３のガス圧調節器３１Ｃが接続されている。また、第３のガス圧調節器３１Ｃには、流路９２Ｃを介して、第３の流量制御装置３２Ｃが接続されている。第３の流量制御装置３２Ｃは、流路９２Ｃ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第３のサンプル混合ガスの流量を制御する。
A third
第４のガスボンベ５０Ｄには、流路９１Ｄを介して、第４のガス圧調節器３１Ｄが接続されている。また、第４のガス圧調節器３１Ｄには、流路９２Ｄを介して、第４の流量制御装置３２Ｄが接続されている。第４の流量制御装置３２Ｄは、流路９２Ｄ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第４のサンプル混合ガスの流量を制御する。
A fourth gas pressure regulator 31D is connected to the
第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えば天然ガスである。第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えばメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む。 Each of the first to fourth sample mixed gases is, for example, natural gas. Each of the first to fourth sample mixed gases includes four kinds of gas components, for example, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ).
図９に示すマイクロチップ８の図１及び図２に示す第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、第１のサンプル混合ガスがチャンバ１０１内に充填された後、発熱抵抗体６１が発熱していないときの、発熱抵抗体６１の近傍の温度を参照温度ＴRとして測定する。ここで、発熱抵抗体６１が発熱していないときとは、例えば、発熱抵抗体６１を発熱させる直前である。なお、第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３のいずれか一方のみを用いて、参照温度ＴRを計測してもよい。発熱抵抗体６１に対し対称に配置された第１の測温抵抗素子６２と第２の測温抵抗素子６３測温抵抗素子の参照温度ＴRとして平均値を採用することにより、参照温度ＴRの精度をより高めることが可能となる。例えば、外乱等により、発熱抵抗体６１で加熱された雰囲気ガスの温度が発熱抵抗体６１を中心として均等とならない場合には、発熱素子に対し対称に設置された複数の測温抵抗素子６２、６３の温度の平均値に基づいて参照温度ＴRを算出することにより、参照温度ＴRの算出精度をより高めることが可能となる。
1 and 2 of the
発熱抵抗体６１は、図９に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１は、例えば、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。マイクロチップ８のガス温度センサ６４は、１００℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=100、１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=150、２００℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=200を検出する。
The
図９に示すチャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８の図１及び図２に示す第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、発熱抵抗体６１を発熱させる直前の発熱抵抗体６１の近傍の温度を参照温度ＴRとして測定する。また、マイクロチップ８は、第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの、発熱抵抗体６１の発熱温度１００℃，１５０℃，２００℃に対する平衡ガス温度ＴOH=100，ＴOH=150，ＴOH=200を検出する。
After the first sample mixed gas is removed from the
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱抵抗体６１は、少なくともｎ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱抵抗体６１は、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。
In addition, when each sample mixed gas contains n types of gas components, the
さらに図９に示す計測機構１０は、マイクロチップ８に接続された放熱係数算出モジュール３０１を備える。放熱係数算出モジュール３０１は、上記（４）式に示すように、図１及び図２に示すマイクロチップ８の発熱抵抗体６１の第１の駆動電力ＰH1を、発熱抵抗体６１の第１の発熱温度ＴH（ここでは１００℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの平衡ガス温度ＴOH=100との差で割る。これにより、発熱温度１００℃の発熱抵抗体６１と熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
Furthermore, the
また、図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱抵抗体６１の第２の駆動電力ＰH2を、発熱抵抗体６１の第２の発熱温度ＴH（ここでは１５０℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの平衡ガス温度ＴOH=150との差で割る。これにより、発熱温度１５０℃の発熱抵抗体６１と熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
Further, the heat dissipation
さらに、図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱抵抗体６１の第３の駆動電力ＰH3を、発熱抵抗体６１の第３の発熱温度ＴH（ここでは２００℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの平衡ガス温度ＴOH=200との差で割る。これにより、発熱温度２００℃の発熱抵抗体６１と熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
Further, the heat dissipation
図９に示すガス物性値測定システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された放熱係数記憶装置４０１をさらに備える。放熱係数算出モジュール３０１は、算出した放熱係数ＭIの値に、図１及び図２に示す第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３が測定した、発熱抵抗体６１が発熱する前の発熱抵抗体６１の近傍の参照温度ＴRの値を関連付け、放熱係数記憶装置４０１に保存する。上述したように、参照温度ＴRに応じて、図９に示す放熱係数算出モジュール３０１によって算出される放熱係数ＭIの値は変動しうる。これに対し、第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、算出した放熱係数ＭIの値に参照温度ＴRの値が関連付けられて保存されるため、算出した放熱係数ＭIの値を正確に評価することが可能となる。
The gas property
図９に示すＣＰＵ３００には、補正条件記憶装置４００がさらに接続されている。補正条件記憶装置４００は、予め取得された放熱係数と参照温度との関係を保存する。例えば、補正条件記憶装置は、予め取得された放熱係数と参照温度との関係を表す式として、上記（８）式に示す、任意の参照温度ＴR_mにおける放熱係数ＭO_sを、所定の参照温度ＴR_sにおける放熱係数ＭO_sに換算する補正式を保存する。補正モジュール３２１は、例えば放熱係数記憶装置４０１に保存されている放熱係数ＭIの値と参照温度ＴRの値とを上記（８）式の変数ＭO_m，ＴR_mに代入し、放熱係数の値を、６０℃等の一定の参照温度における放熱係数の値に換算する。これにより、チャンバ１０１に導入されたサンプル混合ガスの温度に依存する放熱係数の測定値の変動を補正することが可能となる。以後、換算された放熱係数を、補正された放熱係数と呼ぶ。
A correction
式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、発熱温度１００℃における補正された放熱係数の値、発熱温度１５０℃における補正された放熱係数の値、及び発熱温度２００℃における補正された放熱係数の値を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量及び放熱係数の値に基づいて、Ａ． Ｊ Ｓｍｏｌａ及びＢ． Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ著の「Ａ Ｔｕｔｏｒｉａｌ ｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ」（ＮｅｕｒｏＣＯＬＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ （ＮＣ−ＴＲ−９８−０３０）、１９９８年）に開示されているサポートベクトル回帰、重回帰分析、及び特開平５−１４１９９９号公報に開示されているファジィ数量化理論ＩＩ類等を含む多変量解析により、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を算出する。なお、放熱係数算出モジュール３０１及び式作成モジュール３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
For example, the
ガス物性値測定システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された式記憶装置４０２をさらに備える。式記憶装置４０２は、式作成モジュール３０２が作成した発熱量算出式を保存する。さらにＣＰＵ３００には、入力装置３１２及び出力装置３１３が接続される。入力装置３１２としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置３１３には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。
The gas property
次に、図１１に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法について説明する。なお、以下の例では、第１乃至第４のサンプル混合ガスを準備し、図９に示すマイクロチップ８の発熱抵抗体６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
Next, a method for creating a calorific value calculation formula according to the first embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. In the following example, a case will be described in which first to fourth sample mixed gases are prepared and the
（ａ）ステップＳ１００で、図１０に示す第２乃至第４の流量制御装置３２Ｂ−３２Ｄの弁を閉じたまま、第１の流量制御装置３２Ａの弁を開き、図９に示すチャンバ１０１内に第１のサンプル混合ガスを導入する。次に、ステップＳ１０１で、図１及び図２に示す第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、発熱前の電力が与えられていない発熱抵抗体６１の近傍の温度を、参照温度ＴRとして測定する。
(A) In step S100, with the valves of the second to fourth flow
（ｂ）ステップＳ１０２で、図９に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱抵抗体６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱抵抗体６１を１００℃で発熱させる。発熱抵抗体６１が１００℃で発熱している間、ガス温度センサ６４は、発熱抵抗体６１と熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=100を検出する。検出された平衡ガス温度ＴOH=100に基づき、図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を、参照温度ＴRに関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
(B) In step S102, the
（ｃ）ステップＳ１０３で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、参照温度ＴRを測定する。次にステップＳ１０２で、図９に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１を１５０℃で発熱させる。図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、参照温度ＴRに関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１に対する駆動電力の供給を停止する。
(C) In step S103, the
（ｄ）再びステップＳ１０３で、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、参照温度ＴRを測定する。次にステップＳ１０２で、図９に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１を２００℃で発熱させる。図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度２００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、参照温度ＴRに関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１に対する駆動電力の供給を停止する。
(D) In step S103 again, it is determined whether or not the switching of the heating temperature of the
（ｅ）発熱抵抗体６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４で、サンプル混合ガスの切り替えが完了したか否かを判定する。第２乃至第４のサンプル混合ガスへの切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１００で、図１０に示す第１の流量制御装置３２Ａを閉じ、第３乃至第４の流量制御装置３２Ｃ−３２Ｄの弁を閉じたまま第２の流量制御装置３２Ｂの弁を開き、図９に示すチャンバ１０１内に第２のサンプル混合ガスを導入する。
(E) When switching of the heat generation temperature of the
（ｆ）第１のサンプル混合ガスと同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３のループが繰り返される。放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値、発熱温度１５０℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度２００℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出する。さらに放熱係数算出モジュール３０１は、算出した放熱係数の値に参照温度ＴRを関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
(F) The loop of step S101 to step S103 is repeated similarly to the first sample mixed gas. The heat dissipation
（ｇ）その後、ステップＳ１００乃至ステップＳ１０４のループが繰り返される。これにより、発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第３のサンプル混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値が、参照温度ＴRに関連付けられて、放熱係数記憶装置４０１に保存される。
(G) Thereafter, the loop from step S100 to step S104 is repeated. Accordingly, the value of the heat dissipation coefficient of the third sample mixed gas at each of the exothermic temperatures of 100 ° C., 150 ° C., and 200 ° C. and the heat dissipation of the fourth sample mixed gas at each of the exothermic temperatures of 100 ° C., 150 ° C., and 200 ° C. values of the coefficients are associated with the reference temperature T R, are stored in the radiation
（ｈ）ステップＳ１０５で、補正モジュール３２１は、補正条件記憶装置４００から、例えば上記（８）式を読み出す。次に、補正モジュール３２１は、放熱係数記憶装置４０１に保存されている放熱係数ＭIの値と参照温度ＴRの値とを上記（８）式に代入し、放熱係数の値を、６０℃等の一定の参照温度における補正された放熱係数の値に換算する。ステップＳ１０６で、入力装置３１２から式作成モジュール３０２に、第１のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、第２のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、第３のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、及び第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値を入力する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第１乃至第４のサンプル混合ガスの補正された放熱係数の値を読み出す。
(H) In step S105, the
（ｉ）ステップＳ１０７で、第１乃至第４のサンプル混合ガスの発熱量の値、及び発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第１乃至第４のサンプル混合ガスの補正された放熱係数の値に基づいて、式作成モジュール３０２は、重回帰分析を行う。重回帰分析により、式作成モジュール３０２は、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を算出する。その後、ステップＳ１０８で、式作成モジュール３０２は作成した発熱量算出式を式記憶装置４０２に保存する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数を補正する際の一定の参照温度の値も式記憶装置４０２に保存し、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を終了する。
(I) In step S107, the heat generation values of the first to fourth sample mixed gases and the corrected heat dissipation of the first to fourth sample mixed gases at the heating temperatures of 100 ° C., 150 ° C., and 200 ° C., respectively. Based on the coefficient value, the
以上示したように、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法によれば、発熱量の値が未知の計測対象混合ガスの放熱係数を複数の発熱温度に対して計測し、計測対象混合ガスの発熱量の値を一意に算出可能な発熱量算出式を作成することが可能となる。また、発熱量算出式を作成する際に用いられる放熱係数の値は、発熱前の発熱抵抗体６１近傍の温度によって変動する場合がある。これに対し、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法によれば、算出された放熱係数の値を、一定の参照温度における放熱係数の値に補正する。そのため、発熱前の発熱抵抗体６１近傍の温度に依存せず、正確な発熱量算出式を作成することが可能となる。
As described above, according to the method for creating the calorific value calculation formula according to the first embodiment, the heat dissipation coefficient of the measurement target mixed gas whose calorific value is unknown is measured for a plurality of heat generation temperatures, It is possible to create a calorific value calculation formula that can uniquely calculate the calorific value of the measurement target mixed gas. In addition, the value of the heat dissipation coefficient used when creating the calorific value calculation formula may vary depending on the temperature in the vicinity of the
（第２の実施の形態）
図１２に示すように、第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のＣＰＵ３００には、熱伝導率記憶装置４１１が接続されている。ここで、図１３は、発熱抵抗体に２ｍＡ、２．５ｍＡ、及び３ｍＡの電流を流した際の、混合ガスの放熱係数と熱伝導率の関係を示す。図１３に示すように、混合ガスの放熱係数と熱伝導率は一般に比例関係にある。そこで、図１２に示す熱伝導率記憶装置４１１は、チャンバ１０１に導入されるガスの放熱係数と熱伝導率との対応関係を、近似式あるいはテーブル等で予め保存する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 12, a thermal
第２の実施の形態に係るＣＰＵ３００は、熱伝導率算出モジュール３２２をさらに含む。熱伝導率算出モジュール３２２は、放熱係数記憶装置４０１から補正された放熱係数の値を読み出し、熱伝導率記憶装置４１１からガスの放熱係数と熱伝導率との対応関係を読み出す。さらに熱伝導率算出モジュール３２２は、ガスの補正された放熱係数の値と、ガスの放熱係数と熱伝導率との対応関係とに基づいて、チャンバ１０１に導入されたガスの熱伝導率を算出する。
The
第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、補正された放熱係数に基づいて、ガスの正確な熱伝導率の値を算出することが可能となる。
Since the other components of the gas property
（第３の実施の形態）
図１４に示すように、第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のＣＰＵ３００には、濃度記憶装置４１２がさらに接続されている。ここで、図１５は、ガス温度ＴOが０℃、２０℃、及び４０℃のときのプロパンガスの放熱係数と濃度との関係を示す。図１５に示すように、ガスの放熱係数とガスの濃度とは、一般に比例関係にある。そこで、図１４に示す濃度記憶装置４１２は、チャンバ１０１に導入されるガスの放熱係数と濃度との対応関係を、近似式あるいはテーブル等で予め保存する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 14, a
第３の実施の形態に係るＣＰＵ３００は、濃度算出モジュール３２３をさらに含む。濃度算出モジュール３２３は、放熱係数記憶装置４０１から補正された放熱係数の値を読み出し、濃度記憶装置４１２からガスの放熱係数と濃度との対応関係を読み出す。さらに濃度算出モジュール３２３は、ガスの補正された放熱係数の値と、ガスの放熱係数と濃度との対応関係とに基づいて、チャンバ１０１に導入されたガスの濃度を算出する。
The
第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、ガスの補正された放熱係数に基づいて、ガスの濃度の正確な値を算出することが可能となる。
Since the other components of the gas property
（第４の実施の形態）
図１６に示すように、第４の実施の形態に係るガス物性値測定システム２１は、発熱量の値が未知の計測対象混合ガスが充填されるチャンバ１０１、複数の異なる発熱温度で発熱する、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１を用いて、計測対象混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する、図１６に示す計測機構１０と、を備える。さらに、ガス物性値測定システム２１は、発熱抵抗体６１が発熱していないときの発熱抵抗体６１近傍の計測対象混合ガスの参照温度ＴRに基づいて、計測対象混合ガスの複数の放熱係数の値を補正する補正モジュール３２１、複数の発熱温度における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２、及び発熱量算出式の複数の発熱温度における放熱係数の独立変数に、計測対象混合ガスの補正された放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュール３０５を備える。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 16, the gas property
式記憶装置４０２は、第１の実施の形態で説明した発熱量算出式を保存する。ここでは、例として、発熱量算出式の作成のために、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む天然ガスがサンプル混合ガスとして使用された場合を説明する。また、発熱量算出式は、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数としているものとする。
The
第４の実施の形態においては、例えば、未知の体積率でメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む、発熱量が未知の天然ガスが、計測対象混合ガスとして、チャンバ１０１に導入される。図１６に示すマイクロチップ８の図１及び図２に示す第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、計測対象混合ガスがチャンバ１０１内に充填された後、発熱抵抗体６１が発熱していないときの、発熱抵抗体６１の近傍の温度を参照温度ＴRとして測定する。
In the fourth embodiment, for example, the calorific value is unknown, including methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ) at an unknown volume ratio. Natural gas is introduced into the
発熱抵抗体６１は、図１６に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１は、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。マイクロチップ８のガス温度センサ６４は、１００℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=100、１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=150、２００℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=200を検出する。
The
図１６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、上記（１）乃至（４）式で説明した方法に従って、発熱温度１００℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。また、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度２００℃で発熱する発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。放熱係数算出モジュール３０１は、算出した放熱係数ＭIの値に、参照温度ＴRの値を関連付け、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
The heat dissipation
図１６に示す補正モジュール３２１は、放熱係数記憶装置４０１に保存されている計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値と参照温度ＴRの値とを上記（８）式に代入し、放熱係数の値を、６０℃等の一定の参照温度における補正された放熱係数の値に換算する。発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の放熱係数の独立変数に、計測対象混合ガスの補正された放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する。
ＣＰＵ３００には、発熱量記憶装置４０３がさらに接続されている。発熱量記憶装置４０３は、発熱量算出モジュール３０５が算出した計測対象混合ガスの発熱量の値を保存する。第４の実施の形態に係るガス物性値測定システム２１のその他の構成要件は、図９で説明した第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０と同様であるので、説明は省略する。
A heat generation amount storage device 403 is further connected to the
次に、図１７に示すフローチャートを用いて、第４の実施の形態に係る発熱量の算出方法について説明する。なお、以下の例では、図１６に示すマイクロチップ８の発熱抵抗体６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
Next, a calorific value calculation method according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the following example, a case where the
（ａ）ステップＳ２００で、図１６に示すチャンバ１０１内に計測対象混合ガスを導入する。ステップＳ２０１で、図１及び図２に示す第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、発熱前の発熱抵抗体６１の近傍の温度を参照温度ＴRとして測定する。次に、ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱抵抗体６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱抵抗体６１を１００℃で発熱させる。発熱抵抗体６１が１００℃で発熱している間、ガス温度センサ６４は、発熱抵抗体６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの平衡ガス温度ＴOH=100を検出し、図１６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を、参照温度ＴRに関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
(A) In step S200, the measurement target mixed gas is introduced into the
（ｂ）ステップＳ２０３で、図１６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、参照温度ＴRを測定する。次にステップＳ２０２で、図１６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１を１５０℃に発熱させる。図１６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出し、参照温度ＴRに関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１に対する駆動電力の供給を停止する。
(B) In step S203, the
（ｃ）再びステップＳ２０３で、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、第１の測温抵抗素子６２及び第２の測温抵抗素子６３は、参照温度ＴRを測定する。次にステップＳ２０２で、図１６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１を２００℃に発熱させる。図１６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度２００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出し、参照温度ＴRに関連付けて、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１に対する駆動電力の供給を停止する。
(C) In step S203 again, it is determined whether or not the switching of the heating temperature of the
（ｄ）発熱抵抗体６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４で、補正モジュール３２１は、式記憶装置４０２に保存されている、発熱量算出式を作成する際に用いられた参照温度の値を読み出す。次に、補正モジュール３２１は、放熱係数記憶装置４０１に保存されている放熱係数ＭIの値と参照温度ＴRの値とを上記（８）式に代入し、放熱係数の値を、発熱量算出式を作成する際に用いられた参照温度における放熱係数の値に補正する。ステップＳ２０５で、図１６に示す発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２から、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃における放熱係数を独立変数とする発熱量算出式を読み出す。また、発熱量算出モジュール３０５は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃のそれぞれにおける計測対象混合ガスの補正された放熱係数の値を読み出す。
(D) When the switching of the heat generation temperature of the
（ｅ）ステップＳ２０６で、発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の独立変数に発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃のそれぞれにおける計測対象混合ガスの補正された放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する。その後、発熱量算出モジュール３０５は、算出した発熱量の値を発熱量記憶装置４０３に保存し、第４の実施の形態に係る発熱量の算出方法を終了する。
(E) In step S206, the heat generation
以上説明した第４の実施の形態に係る発熱量算出方法によれば、高価なガスクロマトグラフィ装置や音速センサを用いることなく、計測対象混合ガスの放熱係数の測定値から、計測対象混合ガスの混合ガスの発熱量の値を測定することが可能となる。 According to the calorific value calculation method according to the fourth embodiment described above, the mixing of the measurement target mixed gas can be performed from the measured value of the heat dissipation coefficient of the measurement target mixed gas without using an expensive gas chromatography device or a sonic sensor. The value of the calorific value of the gas can be measured.
天然ガスは、産出ガス田によって炭化水素の成分比率が異なる。また、天然ガスには、炭化水素の他に、窒素（Ｎ2）や炭酸ガス（ＣＯ2）等が含まれる。そのため、産出ガス田によって、天然ガスに含まれるガス成分の体積率は異なり、ガス成分の種類が既知であっても、天然ガスの発熱量は未知であることが多い。また、同一のガス田由来の天然ガスであっても、発熱量が常に一定であるとは限らず、採取時期によって変化することもある。 Natural gas has a different component ratio of hydrocarbons depending on the gas field. Natural gas includes nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) and the like in addition to hydrocarbons. Therefore, the volume ratio of the gas component contained in the natural gas differs depending on the output gas field, and even if the type of the gas component is known, the calorific value of the natural gas is often unknown. Moreover, even if it is the natural gas derived from the same gas field, the calorific value is not always constant, and may change depending on the sampling time.
そのため、従来は、天然ガスの使用料金を徴収する際には、天然ガスの使用発熱量でなく、使用体積に応じて課金する方法がとられていた。しかし、天然ガスは由来する産出ガス田によって発熱量が異なるため、使用体積に課金するのは公平でない。これに対し、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法を用いれば、ガス成分の種類が既知であるが、ガス成分の体積率が未知であるために発熱量が未知の天然ガス等の混合ガスの発熱量を、簡易に算出することが可能となる。そのため、公平な使用料金を徴収することが可能となる。 For this reason, conventionally, when collecting the usage fee of natural gas, a method has been adopted in which charging is made according to the volume used, not the calorific value of natural gas used. However, since natural gas has a calorific value that varies depending on the production gas field from which it is derived, it is not fair to charge the volume used. On the other hand, if the calorific value calculation method according to the fourth embodiment is used, the type of gas component is known, but since the volume ratio of the gas component is unknown, the calorific value is not known. The calorific value of the mixed gas can be easily calculated. Therefore, it becomes possible to collect a fair usage fee.
また、ガラス加工品の製造業においては、ガラスを加熱加工する際、加工精度を一定に保つために、一定の発熱量を有する天然ガスが供給されることが望まれている。そのためには、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれの発熱量を正確に把握し、総ての天然ガスの発熱量が同一になるよう調整した上で、ガラスの加熱加工工程に天然ガスを供給することが検討されている。これに対し、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法を用いれば、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれ発熱量を正確には把握することが可能となるため、ガラスの加熱加工精度を一定に保つことが可能となる。 In the manufacturing industry of processed glass products, it is desired that natural gas having a constant calorific value is supplied in order to keep processing accuracy constant when heat-processing glass. To do so, accurately determine the calorific value of each natural gas from multiple gas fields, adjust the calorific value of all natural gas to be the same, and then add natural gas to the glass heating process. Supply is under consideration. On the other hand, if the calorific value calculation method according to the fourth embodiment is used, it is possible to accurately grasp the calorific value of natural gas derived from a plurality of gas fields. Can be kept constant.
さらに、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法によれば、天然ガス等の混合ガスの正確な発熱量を容易に知ることが可能となるため、混合ガスを燃焼させる場合に必要な空気量を適切に設定することが可能となる。そのため、無駄な二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を削減することも可能となる。 Furthermore, according to the calorific value calculation method according to the fourth embodiment, it is possible to easily know the accurate calorific value of the mixed gas such as natural gas, so that the air necessary for burning the mixed gas is used. The amount can be set appropriately. Therefore, it is possible to reduce the amount of wasteful carbon dioxide (CO 2 ) emissions.
（実施例）
まず、図１８に示すように発熱量の値が既知の２８種類のサンプル混合ガスを用意した。２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれは、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のいずれか又は全部を含んでいた。例えば、Ｎｏ．７のサンプル混合ガスは、９０ｖｏｌ％のメタン、３ｖｏｌ％のエタン、１ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、４ｖｏｌ％の窒素、及び１ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。また、Ｎｏ．８のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、１０ｖｏｌ％のエタン、３ｖｏｌ％のプロパン、及び２ｖｏｌ％のブタンを含み、窒素及び二酸化炭素を含んでいなかった。また、Ｎｏ．９のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、８ｖｏｌ％のエタン、２ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、２ｖｏｌ％の窒素、及び２ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。次に、２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃で計測した。なお、例えばＮｏ．７のサンプル混合ガスは６種類のガス成分を含んでいるが、上述したように、エタン（Ｃ2Ｈ6）とブタン（Ｃ4Ｈ10）は、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうるので、放熱係数の値を３種類の発熱温度で計測しても問題ない。その後、２８種類のサンプル混合ガスの発熱量の値と、計測された放熱係数の値に基づいて、サポートベクトル回帰により、放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする、発熱量を算出するための１次方程式、２次方程式、及び３次方程式を作成した。
(Example)
First, as shown in FIG. 18, 28 kinds of sample mixed gases with known calorific value values were prepared. Each of the 28 kinds of sample mixed gases includes methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), nitrogen (N 2 ), and It contained any or all of carbon dioxide (CO 2 ). For example, no. The sample gas mixture of 7 contained 90 vol% methane, 3 vol% ethane, 1 vol% propane, 1 vol% butane, 4 vol% nitrogen, and 1 vol% carbon dioxide. No. The sample mixed gas of 8 contained 85 vol% methane, 10 vol% ethane, 3 vol% propane, and 2 vol% butane, and did not contain nitrogen and carbon dioxide. No. Nine sample gas mixtures contained 85 vol% methane, 8 vol% ethane, 2 vol% propane, 1 vol% butane, 2 vol% nitrogen, and 2 vol% carbon dioxide. Next, the value of the heat release coefficient of each of the 28 sample mixed gases was measured at exothermic temperatures of 100 ° C., 150 ° C., and 200 ° C. For example, No. The sample mixed gas of No. 7 contains six kinds of gas components. As described above, ethane (C 2 H 6 ) and butane (C 4 H 10 ) are methane (CH 4 ) and propane (C 3 H). 8 ) Since it can be regarded as a mixture, there is no problem even if the value of the heat dissipation coefficient is measured at three different exothermic temperatures. After that, based on the calorific value of the 28 sample mixed gases and the measured heat dissipation coefficient value, the calorific value is calculated with the heat dissipation coefficient as an independent variable and the calorific value as a dependent variable by support vector regression. A linear equation, a quadratic equation, and a cubic equation were created.
発熱量を算出するための１次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、３乃至５個を目安に、適宜決定できる。作成された１次方程式は下記（２８）式で与えられた。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を（２８）式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は２．１％であった。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃) ・・・(28)
When creating a linear equation for calculating a calorific value, the calibration points can be determined as appropriate using 3 to 5 calibration points. The created linear equation was given by the following equation (28). The calorific value of 28 kinds of sample mixed gas was calculated by the equation (28), and compared with the true calorific value, the maximum error was 2.1%.
Q = 39.91-20.59 × M I (100 ° C)-0.89 × M I (150 ° C) + 19.73 × M I (200 ° C) ・ ・ ・ (28)
発熱量を算出するための２次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、８乃至９個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を作成された２次方程式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は１．２乃至１．４％であった。 When creating a quadratic equation for calculating the calorific value, 8 to 9 calibration points can be determined as appropriate. The calorific value of 28 kinds of sample mixed gas was calculated by the prepared quadratic equation, and compared with the true calorific value, the maximum error was 1.2 to 1.4%.
発熱量を算出するための３次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、１０乃至１４個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を作成された３次方程式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は１．２％未満であった。図１９及び図２０に示すように、１０個のキャリブレーション・ポイントを取って作成された３次方程式で算出された発熱量は、真の発熱量に良好に近似した。 When creating a cubic equation for calculating the calorific value, 10 to 14 calibration points can be appropriately determined. When the calorific values of 28 kinds of sample mixed gases were calculated by the prepared cubic equation and compared with the true calorific value, the maximum error was less than 1.2%. As shown in FIGS. 19 and 20, the calorific value calculated by the cubic equation created by taking 10 calibration points closely approximated the true calorific value.
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１及び第４の実施の形態においては、発熱抵抗体の複数の発熱温度における混合ガスの放熱係数の値を用いたが、代わりに、混合ガスの複数の発熱温度における熱伝導率を用いて、発熱量算出式の作成及び発熱量の算出を行ってもよい。また、上記（８）式に示した補正式は、ガス種ごとに用意されることが好ましいが、混合ガスの場合は、ガス成分ごとの補正式を平均化した補正式を用いてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, embodiments, and operation techniques should be apparent to those skilled in the art. For example, in the first and fourth embodiments, the value of the heat dissipation coefficient of the mixed gas at a plurality of heat generation temperatures of the heating resistor is used, but instead, the thermal conductivity of the mixed gas at a plurality of heat generation temperatures is used. The calorific value calculation formula may be created and the calorific value calculated. The correction formula shown in the above formula (8) is preferably prepared for each gas type, but in the case of a mixed gas, a correction formula obtained by averaging the correction formula for each gas component may be used. Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein.
８ マイクロチップ
１０ 計測機構
１８ 断熱部材
２０，２１ ガス物性値測定システム
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ ガス圧調節器
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ ガスボンベ
６０ 基板
６１ 発熱抵抗体
６２ 第１の測温抵抗素子
６３ 第２の測温抵抗素子
６４ ガス温度センサ
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，９３，１０２，１０３ 流路
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１８１，１８２，１８３ 抵抗素子
１７０，１７１ オペアンプ
３０１ 放熱係数算出モジュール
３０２ 式作成モジュール
３０３ 駆動回路
３０５ 発熱量算出モジュール
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
３２１ 補正モジュール
４０１ 放熱係数記憶装置
４０２ 式記憶装置
４０３ 発熱量記憶装置
8
Claims (10)
前記発熱抵抗体に電力が与えられていないときの前記発熱抵抗体の雰囲気ガスの参照温度の値を測定する測温素子と、
前記発熱抵抗体に電力を与え、前記発熱抵抗体を発熱させる駆動回路と、
発熱する前記発熱抵抗体と熱的に平衡な前記雰囲気ガスの平衡ガス温度の値に基づいて、前記雰囲気ガスの物性値を算出する算出部と、
前記物性値及び前記参照温度の値を関連付けて保存する記憶装置と、
予め取得された前記参照温度と前記物性値との関係に基づいて、前記測定された値の参照温度における物性値を、所定の値の参照温度における物性値に換算する補正部と、
を備えるガス物性値測定システム。 A heating resistor;
A temperature measuring element for measuring a reference temperature value of an atmospheric gas of the heating resistor when power is not applied to the heating resistor;
A drive circuit for applying electric power to the heating resistor and generating heat in the heating resistor;
A calculation unit for calculating a physical property value of the atmospheric gas based on a value of an equilibrium gas temperature of the atmospheric gas thermally balanced with the heating resistor that generates heat;
A storage device that associates and stores the physical property value and the reference temperature value;
Based on the relationship between the reference temperature and the physical property value acquired in advance, a correction unit that converts the physical property value at the reference temperature of the measured value into a physical property value at a reference temperature of a predetermined value;
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