發熱量計算式製作系統、發熱量計算式的製作方法、發熱量測定系統以及發熱量的測定方法

2023-05-27 03:33:51 1

專利名稱：發熱量計算式製作系統、發熱量計算式的製作方法、發熱量測定系統以及發熱量的測定方法
技術領域：
本發明涉及關於氣體檢查技術的發熱量計算式製作系統、發熱量計算式的製作方法、發熱量測定系統和發熱量的測定方法。
背景技術：
以往，在求混合氣體的發熱量的時候，需要昂貴的氣相色譜儀裝置等對混合氣體的成分進行分析。而且，還提案有通過測定混合氣體的熱傳導率和混合氣體中的音速，來計算混合氣體中包含的甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣(N2)和碳酸氣體(CO2)的成分比率，從而求得混合氣體的發熱量的方法(例如，參見專利文獻1)。
現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1特表2004-514138號公報

發明內容
發明所要解決的問題 但是，專利文獻1所揭示的方法中，除了需要測定熱傳導率的傳感器之外，還需要測定音速的昂貴的音速傳感器。因此，本發明的目的之一在於提供能夠容易地測定氣體的發熱量的發熱量計算式製作系統、發熱量計算式的製作方法、發熱量測定系統和發熱量的測定方法。
解決問題的手段根據本發明的實施方式，提供一種發熱量計算式製作系統，包括 (a)被注入多種混合氣體的容器；(b)設置於所述容器的發熱元件；(c)計測機構，其基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述多種混合氣體各自的散熱係數的值；和(d)計算式製作模塊，其基於所述多種混合氣體的已知發熱量的值和對於所述發熱元件的多個發熱溫度所計測得到的所述散熱係數的值，製作以相對於所述多種發熱溫度的散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式。
根據本發明的實施方式，一種發熱量計算式製作方法，包括(a)準備多種混合氣體；(b)基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述多種混合氣體各自的散熱係數的值；(c)基於所述多種混合氣體的已知發熱量的值和對於所述發熱元件的多個發熱溫度所計測得到的所述散熱係數的值，製作以相對於所述多種發熱溫度的散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式。
根據本發明的實施方式，提供一種發熱量測定系統，包括(a)被注入發熱量未知的計測對象混合氣體的容器；(b)設置於所述容器的發熱元件；(C)計測機構，其基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述多種混合氣體各自的散熱係數的值；(d)計算式存儲裝置，其存儲以相對於所述多個發熱溫度的所述散熱係數為獨立變量、 以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式；和(e)發熱量計算模塊，其將所述計測對象混合氣體的散熱係數的值代入所述發熱量計算式的散熱係數的獨立變量，計算所述計測對象混合氣體的發熱量的值。
根據本發明的實施方式，提供一種發熱量測定方法，包括(a)準備發熱量未知的計測對象混合氣體；(b)基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述計測對象混合氣體的散熱係數的值；(c)存儲以相對於所述多個發熱溫度的所述散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式；(d)將所述計測對象混合氣體的散熱係數的值代入所述發熱量計算式的散熱係數的獨立變量，計算所述計測對象混合氣體的發熱量的值。
根據本發明的實施方式，提供一種物性測定系統，包括(a)被注入氣體的容器； (b)設置於所述容器的發熱元件；和(c)計測機構，其基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測氣體的散熱係數的值。
根據本發明的實施方式，提供一種物性測定方法，包括(a)準備氣體；(b)基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測氣體的散熱係數的值。
發明效果 根據本發明，可提供能夠容易地測量氣體的發熱量的發熱量計算式製作系統、發熱量計算式的製作方法、發熱量測定系統和發熱量的測定方法。


圖1是本發明第一實施方式涉及的微晶片的立體圖。
圖2是本發明第一實施方式涉及的微晶片的從圖1的II-II方向觀察的截面圖。
圖3是本發明第一實施方式涉及的發熱元件的電路圖。
圖4是本發明第一實施方式涉及的測溫元件的電路圖。
圖5是顯示本發明第一實施方式涉及的發熱元件的溫度和氣體的散熱係數的關係的圖。
圖6是顯示本發明第一實施方式涉及的氣體物性值測定系統的第一示意圖。
圖7是顯示本發明第一實施方式涉及的氣體物性值測定系統的第二示意圖。
圖8是顯示本發明第一實施方式涉及的發熱量計算式的製作方法的流程圖。
圖9是顯示本發明第二實施方式涉及的氣體物性值測定系統的示意圖。
圖10是顯示本發明第二實施方式涉及的熱傳導率和散熱係數的關係的圖表。
圖11是顯示本發明第三實施方式涉及的氣體物性值測定系統的示意圖。
圖12是顯示本發明第三實施方式涉及的氣體的濃度和散熱係數的關係的圖表。
圖13是顯示本發明第四實施方式涉及的氣體物性值測定系統的示意圖。
圖14是顯示本發明第四實施方式涉及的發熱量的測定方法的流程圖。
圖15是顯示本發明實施方式的實施例1涉及的樣品混合氣體的組成和發熱量的表。
圖16是顯示本發明實施方式的實施例1涉及的樣品混合氣體的計算得到的發熱量和實際發熱量的圖表。
圖17是顯示本發明實施方式的實施例1涉及的樣品混合氣體的實際發熱量和計算得到的發熱量的關係的圖表。
具體實施例方式以下對本發明的實施方式進行說明。在以下附圖的記載中，相同或類似的部分以相同或類似的符號表示。但是，附圖為示意性的。因此，具體的尺寸等應該參考以下的說明進行判斷。又，很顯然的，附圖相互之間包含有相互的尺寸的關係、比例不同的部分。
(第一實施方式) 首先，參考作為立體圖的圖1以及作為從圖1的II-II方向看到的截面圖的圖2， 對第一實施方式涉及的氣體物性值測定系統中採用的微晶片8進行說明。微晶片8具有 設有空腔66的基板60和配置在基板60上以覆蓋空腔66的絕緣膜65。基板60的厚度例如為0. 5mm。又，基板60的長寬尺寸例如分別為1. 5mm左右。絕緣膜65的覆蓋空腔66的部分為隔熱性的膜片。另，微晶片8包括設置在絕緣膜65的膜片(夕7 7，A )部分的發熱元件61，夾著發熱元件61設置於絕緣膜65的膜片部分的第一測溫元件62和第二測溫元件63，設置於基板60上的保溫元件64。
發熱元件61設置在覆蓋空腔66的絕緣膜65的膜片部分的中心。發熱元件61例如是電阻器，被施加電力而發熱，對與發熱元件61接觸的氣氛氣體進行加熱。第一測溫元件62和第二測溫元件63例如是電阻器，檢測發熱元件61發熱前的氣氛氣體的氣體溫度。 又，可以僅用第一測溫元件62和第二測溫元件63中的某一個檢測氣體溫度。或，將第一測溫元件62檢測到的氣體溫度和第二測溫元件63檢測到的氣體溫度的平均值作為氣體溫度。下面，雖然對採用第一測溫元件62和第二測溫元件63所檢測到的氣體溫度的平均值作為氣體溫度的實例進行說明，但是不限於此。
保溫元件64例如是電阻器，被賦予電力而發熱，將基板60的溫度保持為一定。基板60的材料可採用矽(Si)等。絕緣膜65的材料可使用氧化矽(SiO2)等。空腔66通過各向異性蝕刻等形成。又，發熱元件61、第一測溫元件62、第二測溫元件63和保溫元件64 各自的材料中可使用白金(Pt)等，可通過光刻法等形成。
微晶片8通過設置在微晶片8的底面的隔熱部件18固定於填充有氣氛氣體的腔室等容器。通過介由隔熱部件18將微晶片8固定於腔室等，微晶片8的溫度不易受到腔室等的內壁的溫度變動的影響。由玻璃等構成的隔熱部件18的熱傳導率例如為1. 0ff/(m ·Κ)以下。
如圖3所示、發熱元件61的一端例如電氣連接到運算放大器170的負極㈠輸入端子，另一端接地。又，與運算放大器170的-輸入端子和輸出端子並列地連接有電阻元件 160。運算放大器170的正極(+)輸入端子電連接於串聯連接的電阻元件162和電阻元件 163之間、串聯連接的電阻元件163和電阻元件164之間、串聯連接的電阻元件164和電阻元件165之間、或者串聯連接的電阻元件165和電阻元件166之間。通過適當確定各電阻元件162 166的電阻值，例如對電阻元件162的一端施加5. OV的電壓Vin，則在電阻元件163和電阻元件162之間產生例如3. 4V的電壓Vu。又、在電阻元件164和電阻元件163 之間產生例如2. 4V的電壓\2、在電阻元件165和電阻元件164之間產生例如1. 5V的電壓 Vli。在電阻元件166和電阻元件165之間產生例如0. 2V的電壓VL0。
在電阻元件162和電阻元件163之間與運算放大器的+輸入端子之間設有開關 SW1，在電阻元件163和電阻元件164之間與運算放大器的+輸入端子之間設有開關SW2。 又，在電阻元件164和電阻元件165之間與運算放大器的+輸入端子之間設有開關SW3，在電阻元件165和電阻元件166之間與運算放大器的+輸入端子之間設有開關SW4。
對運算放大器170的+輸入端子施加3. 4V的電壓Vu時，僅開關SWl接通，開關 Sff2, Sff3, SW4為斷開。對運算放大器170的+輸入端子施加2. 4V的電壓時，僅開關SW2 接通，開關SW1，SW3，SW4為斷開。對運算放大器170的+輸入端子施加1. 5V的電壓Vu時， 僅開關SW3接通，開關SW1，SW2，SW4為斷開。對運算放大器170的+輸入端子施加0. 2V的電壓Vui時，僅開關SW4接通，開關SWl，Sff2, SW3為斷開。
從而，通過開關SWl，Sff2, Sff3, SW4的通斷，可以對運算放大器170的-輸入端子施加四種等級的電壓中的某一種。因此，通過開關SW1，Sff2, Sff3, SW4的通斷，可以將決定發熱元件61的溫度的施加電壓設定為四種等級。此處，設對運算放大器170的+輸入端子施加了 0. 2V的電壓Vui時的發熱元件61的溫度為Tm、對運算放大器170的+輸入端子施加了 1. 5V的電壓Vu時的發熱元件61的溫度為TH1。又，設對運算放大器170的+輸入端子施加了 2. 4V的電壓\2時的發熱元件61的溫度為Th2、對運算放大器170的+輸入端子施加了 3. 4V的電壓Vu時的發熱元件61的溫度為Th3。
對運算放大器170的+輸入端子施加了 0. 2V左右的弱電壓\0時，發熱元件61的溫度Tm與運算放大器170的+輸入端子上沒有施加電壓的情況相比幾乎沒有上升。因此， 發熱元件61的溫度Thci幾乎與氣氛氣體的溫度相同、或近似。而對運算放大器170的+輸入端子施加了電壓Vu，、，Vl3時，發熱元件61的溫度Thi，Th2，Th3比運算放大器170的+輸入端子上沒有施加電壓的情況相比有上升，其比氣氛氣體的溫度要高。
圖1和圖2所示的發熱元件61的電阻值隨著發熱元件61的溫度而變化。發熱元件61的溫度Th和發熱元件61的電阻值&的關係如下述(1)式所示。
Rh = RstdX [l+α (Th-Tstd) ]... (1) 此處，Tstd表示發熱元件61的標準溫度，例如20°C。表示標準溫度Tstd下預先計測得到的發熱元件61的電阻值。α是表示1次電阻溫度係數。又，發熱元件61的電阻值&由發熱元件61的驅動電力和發熱元件61的通電電流Ih根據下述( 式得到。
Rh = Ph/Ih2. . . (2) 或發熱元件61的電阻值&根據發熱元件61的電壓Vh和發熱元件61的通電電流Ih由下述⑶式得到。
Rh = Vh7Ih· · · (3) 此處，發熱元件61的溫度Th在發熱元件61和氣氛氣體之間達到熱平衡時穩定。 又，熱平衡狀態是指發熱元件61的發熱和發熱元件61對氣氛氣體的散熱相互平衡的狀態。 平衡狀態中，如下述(4)式所示，通過發熱元件61的驅動電力I3h除以發熱元件61的溫度 Th與氣氛氣體的溫度T1之差Δ Th，得到氣氛氣體的散熱係數唚。又，散熱係數M1的單位為
W/"C。
Mi = IV(Th-Ti) = Ph/ Δ Th…(4) 根據上述⑴式，發熱元件61的溫度Th如下述(5)式。
Th = (1/ α ) X [ (RhAstd) _1] +Tstd…(5) 從而，發熱元件61的溫度Th與氣氛氣體的溫度T1之差Δ Th由下述(6)式得到。
Δ Th = (1/ α ) X [ (RhAstd) -1]+Tstd-Ti... (6) 由於可計測發熱元件61的通電電流Ih和驅動電力I3h或電壓VH，因此可根據上述 (2)式或C3)式計算發熱元件61的電阻值&。又、氣氛氣體的溫度T1可通過圖1所示的第一測溫元件62和第二測溫元件63測定。從而，利用圖1和圖2所示的微晶片8，能夠根據下述(7)式計算氣氛氣體的散熱係數叫。
M1 = Ph/ Δ Th = ΡΗ/[(1/α) X [ (RhAstd) _1] +Tstd-Ti] ... (7) 但是，發熱元件61的溫度為標準溫度Tstd時的發熱元件61的電阻值I STD有時會由於經年變化等而偏離預先測定的值的情況。因此如果採用預先測定的電阻值I^std，根據(7) 式計算散熱係數M1，有時會產生誤差。
此處，根據上述(6)式，發熱元件61的溫度為Tm時的發熱元件61的電阻值1^由下述⑶式得到。
Rhi = [ ( Δ Thi-Tst^Ti) α +1] X Rstd ... (8) 又，發熱元件61的溫度為Tiro時的發熱元件61的電阻值Rm由下述(9)式得到。
Rho = [ ( Δ Tho-Tst^Ti) α +1] X Rstd... (9) 進一步的，下述(10)式所示，發熱元件61的溫度Tm與氣氛氣體的溫度T1近似時， 發熱元件61的溫度為Thci時的發熱元件61的電阻值Rm由(11)式得到。

Tho N T1-"(IO) Rho = [(UT1) α +1] XRstd…(11) 發熱元件61的電阻值Ι Η1相對發熱元件61的電阻值Rhq的比為下述(12)式。
RhiAho = [ [ ( Δ Thi-Tst^Ti) α +1] X RsJ / [ [ (UT1) α +1] X RsJ = [[(Δ Thi-Tst^Ti) α +1] ] / [ [ (-TstJTi) α +1] ]... (12) 根據(12)式，發熱元件61的溫度Tm與氣氛氣體的溫度T1之差Δ Thi由下述(13) 式得到。
Δ Tm = [[ (UT1) α +1] XRH1/RH0-1] X (1/ α ) +Tstd-Ti = [ (UT1) +1/ α ] X Rh1/Rho-1/ α +Tstd-Ti =UT1) RhiAho+ (1/ α ) X RhiAho-I/ α +TSTD-TI =1/α ) X (RH1/RH0-1) + (Ti-Tstd)Rh1/Rho+Tstd-Ti =l/α ) X (RH1/RH0-1) -Tstd (Rh1/Rho-D +TiRhiZRHO-Ti =1/α -Tstd) X (Rh1/RHO-1)+TiRhiZRho-Ti =1/ α -TSTD) X (RH1/RHO-1) +T1 (Rh1/RHO-D =1/ α -Tst^Ti) X (Rm/RHo-l) - (13) 根據(13)式，發熱元件61的溫度為Tm時，氣氛氣體的散熱係數M11由下述(14) 式得到。
M11 = Phi/ Δ Thi = Phi/ [ (1/ α -TstJTi) X (Rh1/RHO-1) ]... (14) 以(14)式計算氣氛氣體的散熱係數M11時，沒有必要採用在標準溫度Tstd下發熱元件61的預先測定的電阻值&TD。因此，如果採用(14)式，能夠校正標準溫度Tstd下發熱元件61的電阻值I STD變化的發熱元件61的電阻值的偏移，正確計算氣氛氣體的散熱係數 M11。
又，發熱元件61的溫度為Th2時，氣氛氣體的散熱係數M12由下述(15)式得到。發熱元件61的溫度為Th3時，氣氛氣體的散熱係數M13由下述(16)式得到。
M12 = ΡΗ2/ Δ Th2 = PH2/ [(1/α -TstJTi) X (RH2/RH0-1) ]... (15) M13 = ΡΗ3/ Δ Th3 = ΡΗ3/ [(1/α -TstJTi) X (RH3/RH0-1) ]... (16) 又，通過保溫元件64保持基板60的溫度一定，發熱元件61發熱前的微晶片8附近的氣氛氣體的溫度和基板60的一定溫度近似。因此，能夠抑制發熱元件61發熱前的氣氛氣體的溫度的變動。通過以發熱元件61進一步加熱溫度變動被暫時抑制的氣氛氣體，能夠以更高精度計算散熱係數M1。
圖1和圖2所示的第一測溫元件62如圖4所示，例如構成電阻橋電路的一部分。 電阻橋電路包括與第一測溫元件62串聯連接的電阻元件181、與第一測溫元件62和電阻元件181並聯連接的電阻元件182、183。電阻橋電路連接有運算放大器171。圖1和圖2 所示的第二測溫元件63例如也構成電阻橋電路的一部分。
此處，氣氛氣體為混合氣體，混合氣體假設由氣體A、氣體B、氣體C、和氣體D四種氣體成分構成。氣體A的體積率Va、氣體B的體積率Vb、氣體C的體積率V。、和氣體D的體積率Vd的總和如下述(17)式所示那樣為1。
VA+VB+VC+VD =1…(17) 又，設氣體A的單位體積的發熱量為Ka、氣體B的單位體積的發熱量為Kb、氣體C 的單位體積發熱量為K。、氣體D的單位體積的發熱量為KD，混合氣體的單位體積的發熱量Q 為各氣體成分的體積率乘上各氣體成分的單位體積的發熱量所得到值的總和。從而、混合氣體的單位體積的發熱量Q由下述(18)式求得。又，單位體積的發熱量的單位為MJ/m3。
Q = KaX Va+Kb X Vb+Kc X Vc+Kd XVd— (18) 又，設氣體A的散熱係數為Ma、氣體B的散熱係數為Mb、氣體C的散熱係數為M。、氣體D的散熱係數為Md的話，則混合氣體的散熱係數M1為，對各氣體成分的體積率乘以各氣體成分的散熱係數所得到的值的總和。從而，混合氣體的散熱係數M1由下述(19)式求得。
M1 = MaX Va+Mb X Vb+Mc X Vc+Md XVd— (19) 進一步的，氣體的散熱係數依存於發熱元件61的溫度TH，混合氣體的散熱係數M1 作為發熱元件61的溫度Th的函數由下述00)式求得。
M1 (Th) = Ma (Th) X Va+Mb (Th) X Vb+Mc (Th) X Vc+Md (Th) XVd … 從而，發熱元件61的溫度為Thi時的混合氣體的散熱係數M11 (Thi)由下述Ql)式求得。又，發熱元件61的溫度為Th2時的混合氣體的散熱係數M12 (Th2)由下述02)式求得，發熱元件61的溫度為Th3時的混合氣體的散熱係數M13(Th3)由下述求得。
M11 (Thi) = Ma(Thi) XVa+Mb(Thi) XVb+Mc(Th1) XVc+Md(Th1) XVd ... (21) M12(Th2) = Ma(Th2) XVa+Mb(TH2) XVb+Mc(TH2) XVc+Md(TH2) XVd ... (22) M13(Th3) = Ma(Th3) XVa+Mb(TH3) XVb+Mc(TH3) XVc+Md(Th3) XVd ... (23) 此處，相對發熱元件61的溫度TH，各氣體成分的散熱係數Ma(Th), Mb(Th), Mc(Th), Md(Th)有非線性關係時，上述至03)式為具有線性獨立關係。又，相對發熱元件61的溫度TH，各氣體成分的散熱係數Ma(Th)，Mb(Th)，Mc(Th)，Md(Th)具有線性關係時，相對於發熱元件61的溫度Th的各氣體成分的散熱係數Ma (Th)，Mb(Th)，Mc(Th) ,Md(Th)的變化率不同時， 上述至03)式具有線性獨立的關係。進一步的，至03)式具有線性獨立關係時，(17)和(21)至(23)式具有線性獨立關係。
圖5為顯示包含於天然氣的甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣汎)和二氧化碳(CO2) 的散熱係數和發熱元件61的溫度的關係的圖表。相對於發熱元件61的溫度，甲烷(CH4)、 丙烷(C3H8)、氮氣(N2)和二氧化碳(CO2)各個氣體成分的散熱係數具有線性關係。但是，相對於發熱元件61的溫度的散熱係數的變化率，甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣(N2)和二氧化碳(CO2)各不相同。因此，構成混合氣體的氣體成分為甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣怳)和二氧化碳(CO2)時，上述至03)式具有線性獨立關係。
(23)至(25)式中的各氣體成分的散熱係數 Ma(Thi), Mb(Thi), Mc(Tm), Md(Thi), Ma (Th2)，Mb (Th2)，Mc (Th2)，Md (Th2)，Ma (Th3)，Mb (Th3)，Mc (Th3)，Md (Th3)的值可通過計測等預先獲得。從而，解開(17)和至03)式的聯立方程式的話，氣體A的體積率VA、氣體B的體積率VB、氣體C的體積率VC和氣體D的體積率VD分別如下述04)至(XT)式所示，作為混合氣體的散熱係數(TH1), M12 (TH2), M13 (Th3)的函數得到。又，下述(24)至(27)式中，η為自然數，fn是表示函數的符號。
Va = [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ]... (24) Vb = f2 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ]... (25) Vc = f3 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ]... (26) Vd = f4 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ]... (27) 此處，通過將04)至(Xl)式代入上述(18)式，得到下述08)式。
Q = KAX VA+KB X VB+KC X VC+KD X VD =K4Xf1 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ] +KbX f2 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3)] +Kc X f3 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ] +Kd X f4 [M11 (Tm)，M12 (Th2)，M13 (Th3)]
. . (28) 如上述08)式所示，混合氣體的單位體積的發熱量Q通過以發熱元件61的溫度為TH1，Th2，Th3時的混合氣體的散熱係數M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3)為變量的方程式求得。從而，混合氣體的發熱量Q由下述09)式求得，g是表示函數的記號。
Q = g [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ]· · · (29) 由此，關於由氣體A、氣體B、氣體C和氣體D構成的混合氣體，發明人發現如果預先得到上述09)式，則能夠容易計算出氣體A的體積率Va、氣體B的體積率Vb、氣體C的體積率V。和氣體D的體積率Vd未知的檢查對象混合氣體的單位體積的發熱量Q。具體的，計測發熱元件61的發熱溫度為Tm，Th2，Th3時的檢查對象混合氣體的散熱係數M11 (Thi)，M12 (Th2)， M13(Th3),並將它們代入09)式，可以唯一求得檢查對象混合氣體的發熱量Q。
又，混合氣體的氣體成分不限定於四種。例如，混合氣體為η種氣體成分組成時， 首先預先取得由下述(30)式給出的、將相對於發熱元件61的至少η-1種溫度Tm，相對於 ΤΗ2，ΤΗ3, ... , Tttri 的混合氣體的散熱係數 M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13(Th3) , ... , Mllri (Tffiri)為變量的方程式。然後，計測相對於發熱元件61的η-1種溫度Tm，Th2，Th3，Tffiri的η種氣體成分各自的體積率未知的檢查對象混合氣體的散熱係數M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3),..., Mllri (Tffiri),通過代入(30)式，可唯一地求得檢查對象混合氣體的單位體積的發熱量Q。
Q = g [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) , ... , Mllri (Tffiri) ]... (30) 但是，混合氣體的氣體成分除了含有甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)之外，以j為自然數， 還包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烴(CjH2j+2)時，即使將甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烴(CjH2j+2)視為甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，也不會對(30)式的計算造成影響。例如，也可如下述(31)至(34)式所示，分別將乙烷(C2H6)、丁烷(C4Hltl)、戊烷(C5H12)、 己烷(C6H14)視作乘上了規定係數的甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，來計算(30)式。
C2H6 = 0. 5CH4+0. 5C3H8... (31) C4H10 = -0. 5CH4+1. 5C3H8. . . (32) C5H12 = -1. 0CH4+2. OC3H8. . . (33) C6H14 = -1. 5CH4+2. 5C3H8. . . (34) 從而，設ζ為自然數，由η種氣體成分構成的混合氣體的氣體成分除了含有甲烷 (CH4)、丙烷(C3H8)之外，還含有甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的ζ種烷烴(CjH2j+2)時，可以求得以至少n-z-1種溫度下混合氣體的散熱係數M1為變量的方程式。
又，用於(30)式的計算的混合氣體的氣體成分的種類和單位體積的發熱量Q為未知的檢查對象混合氣體的氣體成分的種類相同時，可利用(30)式計算檢查對象混合氣體的發熱量Q。進一步的，檢查對象混合氣體由種類比η種更少的氣體成分組成，而且種類比 η種少的氣體成分，包含有(30)式的計算所用的混合氣體中時，可利用(30)式。例如，用於 (30)式的計算的混合氣體包括甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣(N2)和二氧化碳(CO2)四種氣體成分時，檢查對象混合氣體不包含氮氣(N2)，而僅包含甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)和二氧化碳 (CO2)三種氣體成分時，也可利用(30)式計算檢查對象混合氣體的發熱量Q。
進一步的，用於(30)式的計算的混合氣體在包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)作為氣體成分時，檢查對象混合氣體即使包括用於(30)式的計算的混合氣體中所不包含的烷烴 (CjH2j+2)，也可利用(30)式。這是因為，如上所述的，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烴 (CjH2jt2)可視為甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，不影響採用(30)式對單位體積的發熱量Q進行計算。
此處，圖6所示的第一實施方式涉及的氣體物性值測定系統20包括填充有發熱量Q的值為已知的樣品混合氣體的腔室101、通過圖1和圖2所示的發熱元件61和第一測溫元件62和第二測溫元件63計測樣品混合氣體的多個散熱係數M1的值的圖6所示的計測機構10。進一步的，氣體物性值測定系統還包括根據樣品混合氣體的已知的發熱量Q的值和樣品混合氣體的多個散熱係數M1的計測值，製作以相對於發熱元件61的多個溫度的氣體的散熱係數M1為獨立變量、以氣體的發熱量Q為從屬變量的發熱量計算式的計算式製作模塊302。又，樣品混合氣體包括多種氣體成分。
計測機構10具有設置在注入樣品混合氣體的腔室101內的、採用圖1和圖2說明了的微晶片8。微晶片8通過隔熱部件18設置在腔室101內。腔室101連接有將樣品混合氣體輸送到腔室101的流路102和，將樣品混合氣體從腔室101排出到外部的流路103。
在採用發熱量Q不同的四種樣品混合氣體的情況下，如圖7所示，準備儲存第一樣品混合氣體的第一儲氣瓶50A、儲存第二樣品混合氣體的第二儲氣瓶50B、儲存第三樣品混合氣體的第三儲氣瓶50C和儲存第四樣品混合氣體的第四儲氣瓶50D。第一儲氣瓶50A通過流路91A連接有第一氣壓調節器31A，該第一氣壓調節器31A用於從第一儲氣瓶50A得到被調節為例如0. 2MPa等的低壓的第一樣品混合氣體。又，第一氣壓調節器31A通過流路 92A連接有第一流量控制裝置32A。第一流量控制裝置32A控制通過流路92A和流路102 輸送到氣體物性值測定系統20的第一樣品混合氣體的流量。
第二儲氣瓶50B通過流路91B連接有第二氣壓調節器31B。又，第二氣壓調節器 31B通過流路92B連接有第二流量控制裝置32B。第二流量控制裝置32B對通過流路92B， 93，102輸送到氣體物性值測定系統20的第二樣品混合氣體的流量進行控制。
第三儲氣瓶50C通過流路91C連接有第三氣壓調節器31C。又，第三氣壓調節器 3IC通過流路92C連接有第三流量控制裝置32C。第三流量控制裝置32C控制通過流路92C， 93，102輸送到氣體物性值測定系統20的第三樣品混合氣體的流量。
第四儲氣瓶50D通過流路91D連接有第四氣壓調節器31D。又，第四氣壓調節器 31D通過流路92D連接有第四流量控制裝置32D。第四流量控制裝置32D控制通過流路92D， 93，102輸送到氣體物性值測定系統20的第四樣品混合氣體的流量。
第一至第四樣品混合氣體例如分別是天然氣。第一至第四樣品混合氣體分別包括例如甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣(N2)和二氧化碳(CO2)四種氣體成分。
腔室101中填充第一樣品混合氣體之後，微晶片8的第一測溫元件62檢測和第二測溫元件63檢測第一樣品混合氣體的溫度1\。之後，發熱元件61被圖6所示的驅動電路 303賦予驅動電力PH0, PH1, PH2, PH3o這裡，驅動電力Pho較弱，如圖1和2所示的發熱元件61 的溫度Thci和氣氛氣體的溫度T1近似。相對的，在被賦予驅動電力IV，Ph2，Ph3時，發熱元件 61例如以IOO0C的溫度ThiU500C的溫度Th2和200°C的溫度Th3發熱。
從圖6所示的腔室101除去第一樣品混合氣體之後，第二至第四的樣品混合氣體依次填充入腔室101。第二至第四的樣品混合氣體分別填入腔室101之後，微晶片8分別檢測第二至第四樣品混合氣體各自的溫度1\。又，發熱元件61以100°C的溫度TH1、150°C的溫度Th2和200°C的溫度Th3發熱。
又，各樣品混合氣體包括η種氣體成分時、微晶片8的圖1和圖2所示的發熱元件61以至少n-1種不同的溫度發熱。但是，如上所述，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烴 (CjH2j.+2)可視為甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物。從而，Z為自然數，由η種氣體成分構成的樣品混合氣體除了包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)作為氣體成分以外，還包含ζ種烷烴 (CjH2jt2)時，發熱元件61以至少n-z-1種不同的溫度發熱。
圖6所示的計測機構10包括連接於微晶片8的散熱係數計算模塊301。散熱係數計算模塊301如上述(14)式所示，基於第一樣本混合氣體的溫度T1、圖1和圖2所示的發熱元件61的溫度為Tm時的發熱元件61的電阻值Rhci、和發熱元件61的溫度為Tm (此處為100°C )時的發熱元件61的電阻值I H1，計算與溫度Thi為100°C的發熱元件61熱平衡的第一樣本混合氣體的散熱係數M11的值。計測機構10計算與溫度Tm為100°C的發熱元件 61熱平衡的第二至第四樣本混合氣體各自的散熱係數M11的值。
又，圖6所示的散熱係數計算模塊301如上述(15)式所示，基於第一樣本混合氣體的溫度T1、圖1和圖2所示的發熱元件61的溫度為Thq時的發熱元件61的電阻值Rhq、和發熱元件61的溫度為TH2 (此處為150°C)時的發熱元件61的電阻值Rh2，計算與溫度Th2為 150°C的發熱元件61熱平衡的第一樣本混合氣體的散熱係數M12的值。計測機構10計算與溫度Th2為150°C的發熱元件61熱平衡的第二至第四樣本混合氣體各自的散熱係數M12的值。
進一步的，圖6所示的散熱係數計算模塊301如上述(16)式所示，基於第一樣本混合氣體的溫度T1、圖1和圖2所示的發熱元件61的溫度為Tm時的發熱元件61的電阻值 Rm、和發熱元件61的溫度為TH3 (此處為200°C )時的發熱元件61的電阻值&3，計算與溫度 Th3為200°C的發熱元件61熱平衡的第一樣本混合氣體的散熱係數M13的值。計測機構10 計算與溫度Th3為200°C的發熱元件61熱平衡的第二至第四樣本混合氣體各自的散熱係數 M13的值。
圖6所示的氣體物性值測定系統20進一步包括連接於CPU300的散熱係數存儲裝置401。散熱係數計算模塊301將計算得到的散熱係數Mn，M12，M13的值保存於散熱係數存儲裝置401。
計算式製作模塊302收集例如第一至第四樣品混合氣體各自的已知發熱量Q的值、發熱元件61的溫度為100°C時的氣體的散熱係數M11的值、發熱元件61的溫度為150°C 時氣體的散熱係數M12的值、和發熱元件61的溫度為200°C時氣體的散熱係數M13的值。進一步的，計算式製作模塊302基於所收集的發熱量Q和散熱係數Mn，M12，M13的值進行多變量分析，計算以發熱元件61的溫度為KKTC時的散熱係數Mn、發熱元件61的溫度為150°C 時散熱係數M12和發熱元件61的溫度為200°C時的散熱係數M13為獨立變量、以發熱量Q為從屬變量的發熱量計算式。
又，多變量分析是指A. J Smola 和 B. scholkopf 所著的《A Tutorial on Support VectorRegression》(NeuroCOLT Technical Report (NC-TR-98-030)、1998 年)所揭示的支持矢量回歸、多元回歸分析，以及日本專利公開平5-141999號公報所公開的模糊量化理論II類等。又，散熱係數計算模塊301和計算式製作模塊302包括在中央運算處理裝置 (CPU) 300 中。
氣體物性值測定系統20進一步具有連接於CPU300的計算式存儲裝置402。計算式存儲裝置402保存計算式製作模塊302製作的發熱量計算式。而且，CPU300連接有輸入裝置312和輸出裝置313。輸入裝置312可以使用例如鍵盤和滑鼠等指向裝置等。輸出裝置313可以使用液晶顯示器、監視器等圖像顯示裝置和印表機等。
接著，參考圖8的流程圖對第一實施方式涉及的發熱量計算式的製作進行說明。
(a)步驟SlOO中，保持圖7所示的第二至第四流量控制裝置32B-32D的閥閉合， 第一流量控制裝置32A的閥打開，將第一樣品混合氣體導入圖6所示的腔室101內。步驟 SlOl中，圖1和圖2所示的第一測溫元件62和第二測溫元件63，檢測第一樣品混合氣體的溫度1\。又，圖6所示的驅動電路303對微晶片8的圖1和圖2所示的發熱元件61施加弱的驅動電力PH(1。而且，圖6所示的驅動電路303對圖1和圖2所示的發熱元件61施加弱的驅動電力PH1，使得發熱元件61以100°C發熱。之後，圖6所示的散熱係數計算模塊301採用上述(14)式，計算發熱元件61的溫度為100°C時的第一樣品混合氣體的散熱係數M11的值。之後，散熱係數計算模塊301將發熱元件61的溫度為100°C時的第一樣品混合氣體的散熱係數M11的值保存在散熱係數存儲裝置401。
(b)步驟S102中，驅動電路303判定圖1和圖2所示的發熱元件61的溫度切換是否完成。如果至溫度150°C以及溫度200°C的切換未完成，則返回步驟S101，圖6所示的驅動電路303使得圖1和圖2所示的發熱元件61以150°C發熱。圖6所示的散熱係數計算模塊301採用上述(1 式，計算發熱元件61的溫度為150°C時的第一樣品混合氣體的散熱係數M12的值，保存於散熱係數存儲裝置401。
(c)在步驟S102中，判定圖1和圖2所示的發熱元件61的溫度的切換是否完成。 在沒有完成到溫度200°C的切換的時候，返回步驟S101，如圖6所示的驅動電路310使得圖 1和圖2所示的發熱元件61以200°C發熱。圖6所示的散熱係數計算模塊301採用上述 (16)式計算發熱元件61的溫度為200°C時的第一樣品混合氣體的散熱係數M13的值，並保存到散熱係數存儲裝置402。
(d)發熱元件61的溫度的切換完成時，從步驟S102進到步驟S103。步驟S103中， 判定樣品混合氣體的切換是否完成。至第二至第四樣品混合氣體的切換未完成時，返回步驟S100。步驟SlOO中，關閉圖7所示的第一流量控制裝置32A，維持第三至第四流量控制裝置32C-32D的閥關閉而打開第二流量控制裝置32B的閥，將第二樣品混合氣體導入圖6 所示的腔室101內。
(e)與第一樣品混合氣體一樣地，重複步驟SlOl至步驟S102的循環。散熱係數計算模塊301計算發熱元件61的溫度為100°C時的第二樣品混合氣體的散熱係數M11的值、 發熱元件61的溫度為150°C時的第二樣品混合氣體的散熱係數M12的值和發熱元件61的溫度為200°C時的第二樣品混合氣體的散熱係數M13的值。散熱係數計算模塊301將計算得到的第二樣品混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的值保存於散熱係數存儲裝置401。
(f)之後，重複步驟SlOO至步驟S103的循環。這樣，發熱元件61的溫度為100°C、 150°C、20(TC時第三樣品混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的值和發熱元件61的溫度為 100°C、15(TC、20(rC時第四樣品混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的值保存在散熱係數存儲裝置401中。步驟S104中，從輸入裝置312將第一樣品混合氣體的已知的發熱量Q的值、 第二樣品混合氣體的已知的發熱量Q的值、第三樣品混合氣體的已知的發熱量Q的值和第四樣品混合氣體的已知的發熱量Q的值輸入到計算式製作模塊302。又，計算式製作模塊 302從散熱係數存儲裝置401讀取發熱元件61的溫度為100°C、150°C、20(rC時第一至第四樣品混合氣體各自的散熱係數Mn，M12，M13的值。
(g)步驟S105中，計算式製作模塊302基於第一至第四樣品混合氣體的發熱量Q 的值，和發熱元件61的溫度為100°C、15(TC、20(rC時的第一至第四樣品混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的值，進行多元回歸分析。通過多元回歸分析，計算式製作模塊302計算以發熱元件61的溫度為100°C時的散熱係數Mn、發熱元件61的溫度為150°C時的散熱係數M12 和發熱元件61的溫度為200°C時的散熱係數M13為獨立變量、以發熱量Q為從屬變量的發熱量計算式。然後，在步驟S106中，計算式製作模塊302將所製作的發熱量計算式保存在計算式存儲裝置402中，完成第一實施方式涉及的發熱量計算式的製作方法。
如上所述，可以根據第一實施方式涉及的發熱量計算式的製作方法，製作能夠唯一地計算計測對象混合氣體的發熱量Q的值的發熱量計算式。
(第二實施方式) 圖9所示、第二實施方式涉及的氣體物性值測定系統20的CPU300連接有熱傳導率存儲裝置411。此處、圖10顯示發熱元件中流過2mA、2. 5mA和3mA的電流時的、混合氣體的散熱係數M1和熱傳導率的關係。如圖10所示，混合氣體的散熱係數M1和熱傳導率為一般的比例關係。然後，圖9所示的熱傳導率存儲裝置411以近似式或表格等形式預存導入腔室101的氣體的散熱係數M1和熱傳導率的對應關係。
第二實施方式涉及的CPU300進一步包括熱傳導率計算模塊322。熱傳導率計算模塊322從散熱係數存儲裝置402讀取散熱係數M1的值、從熱傳導率存儲裝置411讀取氣體的散熱係數M1和熱傳導率的對應關係。進一步的，熱傳導率計算模塊322基於氣體的散熱係數M1的值、和氣體的散熱係數M1和熱傳導率的對應關係計算導入腔室101的氣體的熱傳導率。
第二實施方式涉及的氣體物性值測定系統20的其他構成要素與第一實施方式相同，省略對其說明。根據第二實施方式涉及的氣體物性值測定系統20，可基於散熱係數M1, 計算氣體的正確的熱傳導率的值。
(第三實施方式) 如圖11所示，第三實施方式涉及的氣體物性值測定系統20的CPU300進一步連接濃度存儲裝置412。此處，圖12顯示氣體溫度1\為01、201和40°C時的丙烷氣體的散熱係數M1和濃度的關係。如圖12所示，氣體的散熱係數叫和氣體的濃度為一般的比例關係。 然後，圖11所示的濃度存儲裝置412以近似式或表格的形式預存導入腔室101的氣體的散熱係數M1和濃度之間的對應關係。第三實施方式涉及的CPU300進一步包括濃度計算模塊 323。濃度計算模塊323從散熱係數存儲裝置401讀取散熱係數M1的值，從濃度存儲裝置 412讀取氣體的散熱係數M1和濃度之間的對應關係。濃度計算模塊323基於氣體的散熱係數叫的值、氣體的散熱係數M1和濃度的對應關係，計算導入腔室101的氣體的濃度。第三實施方式涉及的氣體物性值測定系統20的其他構成要素和第一實施方式的相同，故省略其說明。根據第三實施方式涉及的氣體物性值測定系統20，可基於氣體的散熱係數M1,計算氣體的濃度的正確的值。
(第四實施方式) 如圖13所示，第四實施方式涉及的氣體物性值測定系統21包括填充有發熱量Q 的值為未知的計測對象混合氣體的腔室101，以及採用圖1和圖2所示的發熱元件61、第一
15測溫元件62和第二測溫元件63計測計測對象混合氣體的多個散熱係數M1的值的如圖13 所示的計測機構10。進一步的，氣體物性值測定系統21包括保存以相對於發熱元件61的多個發熱溫度的氣體的散熱係數M1為獨立變量、以發熱量Q為從屬變量的發熱量計算式的計算式存儲裝置402、以及將相對於發熱元件61的多個發熱溫度的計測對象混合氣體的散熱係數M1的測定值代入發熱量計算式的相對於發熱元件61的多個發熱溫度的氣體的散熱係數M1的獨立變量，計算計測對象混合氣體的發熱量Q的值的發熱量計算模塊305。
計算式存儲裝置402保存第一實施方式中說明的發熱量計算式。此處，例如，為了製作發熱量計算式，對採用包括甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣(N2)和二氧化碳(CO2)的天然氣作為樣品混合氣體的情況進行說明。又，發熱量計算式，以發熱元件61的溫度Thi為100°C 時的氣體的散熱係數Mn、發熱元件61的溫度Th2為150°C時的氣體的散熱係數M12、發熱元件61的溫度Th3為200°C時的氣體的散熱係數M13作為獨立變量。
第四實施方式中，例如，包括未知體積率的甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮氣汎)和二氧化碳(CO2)、且發熱量Q未知的天然氣作為計測對象混合氣體被導入腔室101。接著，圖 1和圖2所示的微晶片8的第一測溫元件62和第二測溫元件63檢測例如發熱元件61發熱之前計測對象混合氣體的溫度1\。又，發熱元件61被施加來自圖6所示的驅動電路310 的驅動電力PHQ，Pm, PH2，PH3°此時，驅動電力Pm較弱，圖1、圖2所示的發熱元件61的溫度 Tho與計測對象混合其他的溫度T1近似。在被施加驅動電力IV，PH2，Ph3時，發熱元件61以例如100°C的溫度TH1、150°C的溫度Th2和200°C的溫度Th3發熱。
圖13所示的散熱係數計算模塊301，如上述(14)式所示，計算與以溫度100°C發熱的發熱元件61熱平衡的計測對象混合氣體的散熱係數M11的值。又，散熱係數計算模塊 301計算與以溫度150°C發熱的發熱元件61熱平衡的計測對象混合氣體的散熱係數M12的值，以及與以溫度200°C發熱的發熱元件61熱平衡的計測對象混合氣體的散熱係數M13的值。散熱係數計算模塊302將計算得到的散熱係數Mn，M12，M13的值保存在散熱係數存儲裝置401中。
發熱量計算模塊305將計測對象混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的測定值代入發熱量計算式的氣體的散熱係數Mn，M12，M13的獨立變量，計算計測對象混合氣體的發熱量 Q的值。CPU300進一步連接發熱量存儲裝置403。發熱量存儲裝置403保存發熱量計算模塊305計算得到的計測對象混合氣體的發熱量Q的值。第四實施方式涉及的氣體物性值測定系統21的其他構成要件和圖6所說明的第一實施方式涉及的氣體物性值測定系統20相同，故省略說明。
接著參考圖14所示的流程圖對第四實施方式涉及的發熱量的測定方法進行說明。
(a)步驟S200中，將計測對象混合氣體導入圖13所示的腔室101內。步驟S201 中，圖1和圖2所示的第一測溫元件62和第二測溫元件63檢測計測對象混合氣體的溫度 1\。又，圖13所示的驅動電路303對微晶片8的圖1和圖2所示的發熱元件61施加較弱的驅動電力PHQ。進一步的，如圖13所示的驅動電力303對圖1和圖2所示的發熱元件61施加驅動電力Pm使得發熱元件61以100°C發熱。之後，圖13所示的散熱係數計算模塊301 採用上述(14)式，計算發熱元件61的溫度為100°C時的計測對象混合氣體的散熱係數M11 的值。進一步地，散熱係數計算模塊301將發熱元件61的溫度為100°C時的計測對象混合氣體的散熱係數M11的值保存於散熱係數存儲裝置401。
(b)步驟S202中，圖13所示的驅動電路303判斷圖1和圖2所示的發熱元件61 的溫度切換是否完成。當至溫度150°C和溫度200°C的切換沒有完成時，返回步驟S201，圖 13所示的驅動電路303使得圖1和圖2所示的發熱元件61以150°C發熱。圖13所示的散熱係數計算模塊301計算發熱元件61的溫度為150°C時的計測對象混合氣體的散熱係數 M12的值，並保存到散熱係數存儲裝置402。
(c)在步驟S202中，判定圖1和圖2所示的發熱元件61的溫度的切換是否完成。 在沒有完成到溫度200°C的切換的情況下，返回步驟S201，圖13所示的驅動電路303使得圖1和圖2所示的發熱元件61以200°C發熱。圖13所示的散熱係數計算模塊301計算發熱元件61的溫度在200°C時的計測對象混合氣體的散熱係數M13的值，保存到散熱係數存儲裝置401。
(d)在發熱元件61的溫度切換完成時，從步驟S202進到步驟S203。步驟S203 中，圖13所示的發熱量計算模塊305從計算式存儲裝置402，讀取以發熱元件61的溫度為 100°C、150°C和200°C時的氣體的散熱係數Mn，M12，M13為獨立變量的發熱量計算式。又，發熱量計算模塊305從散熱係數存儲裝置402讀取發熱元件61的溫度為100°C、15(TC和200°C 時的計測對象混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的計測值。
(e)步驟S204中，發熱量計算模塊305將計測對象混合氣體的散熱係數Mn，M12， M13的值代入發熱量計算式的散熱係數Mn，M12，M13的獨立變量，計算計測對象混合氣體的發熱量Q的值。之後，發熱量計算模塊305將計算得到的發熱量Q的值保存至發熱量存儲裝置403，以完成第四實施方式涉及的發熱量的測定方法。根據以上說明的第四實施方式涉及的發熱量計算方法，不採用昂貴的氣相色譜儀裝置和音速傳感器，就能夠根據計測對象混合氣體的散熱係數Mn，M12，M13的測定值，測定計測對象混合氣體的混合氣體的發熱量Q的值。
天然氣由於出產的氣田不同其烴的成分比率也不同。又，天然氣中除了烴之外，還包括有，氮氣(N2)或碳酸氣體(CO2)等。因此，由於不同的出產氣田，包含於天然氣的氣體成分的體積率不同，即使氣體成分的種類已知，天然氣體的發熱量Q未知的情況也很多。又， 即使是同一氣田來的天然氣，其發熱量Q也不一定是不變的，其可能隨著開採時期而變化。
以往，在徵收天然氣的使用費的時候，採用的是不是根據天然氣體的使用發熱量Q 而是根據使用體積來進行收費的方法。然而由於天然氣隨著出產氣田的不同其發熱量Q不同，因此根據使用體積來收費是不公平的。對此，根據第四實施方式涉及的發熱量計算方法，對氣體的成分種類為已知，但是氣體成分的體積率未知，因此發熱量Q未知的天然氣體等的混合氣體的發熱量Q可簡單地計算得到。因此，能夠公平地徵收使用費。
又，玻璃加工品製造業中，在對玻璃進行加熱加工時，為了將加工精度保持一定， 希望能夠提供具有一定發熱量Q的天然氣。因此，正研究能夠正確地掌握來自多種氣田的天然氣體各自的發熱量Q，調整使得全部的天然氣的發熱量Q相同，並在此基礎上對玻璃的加熱加工工程提供天然氣。對此，根據第四實施方式涉及的發熱量計算方法，能夠正確掌握來自多種氣田的天然氣體各自的發熱量Q，從而保證玻璃的加熱加工精度穩定。
進一步的，根據第四實施方式涉及的發熱量計算方法，能夠容易地得知天然氣體等的混合氣體的正確的發熱量Q，從而可適當地設定燃燒混合氣體時所需要的空氣量。由此，可削減無益的二氧化碳(CO2)的排出量。
(實施例1) 首先，如圖15所示，準備了發熱量Q的值為已知的觀種樣品混合氣體。觀種樣品混合氣體分別包括作為氣體成分的甲烷(CH4)、乙燒(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4Hltl)、氮氣 (N2)和二氧化碳(CO2)中的任意種或全部。例如似^的樣品混合氣體包括卯⑽丨^的甲烷、3vol%的乙烷、lvol%的丙烷、lvol%的丁烷、4vol%的氮氣和Ivol%的二氧化碳。又， No. 8的樣品混合氣體包括85vol%的甲烷、10vol%的乙烷、3vol%的丙烷和2vol%的丁烷，不包括氮氣和二氧化碳。又，No. 9的樣品混合氣體包括85V01%的甲烷、8V01%的乙烷、 2vol %的丙烷、Ivol %的丁烷、2vol %的氮氣和2vol %的二氧化碳。
接著二8種樣品混合氣體各自散熱係數M1的值，分別在發熱元件的溫度設定為 100°C、150°C和200°C時進行計測。另外，例如No. 7的樣品混合氣體包括6種氣體成分，如上所述，乙烷(C2H6)和丁烷(C4Hltl)可視為甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，這樣即使在三種溫度下計測散熱係數M1的值也沒有問題。之後，基於觀種樣品混合氣體的發熱量Q的值和計測得到的散熱係數M1的值，通過支持矢量回歸，製作以散熱係數^為獨立變量、發熱量Q為從屬變量的計算發熱量Q的1次方程式、2次方程式和3次方程式。
在製作計算發熱量Q的的1次方程式時，校準點可以3至5個為基準適當確定。製作得到的1次方程式由下述(3 式得到。觀種樣品混合氣體的發熱量Q以(3 式計算， 和實際發熱量Q比較，其最大誤差為2.1%。
Q = 39. 91-20. δθΧΜ^ΙΟΟ V )-0. 89XM1 (150 V )+19. 73XM1 (200 V ) . . (35) 在製作計算發熱量Q的2次方程式時，校準點可以8至9個為基準適當確定。以製作得到2次方程式計算觀種樣品混合氣體的發熱量Q，和實際發熱量Q相比，最大誤差為 1. 2至1. 4%。在製作計算發熱量Q的3次方程式時，校準點可以10至14個為基準適當確定。用製作得到的3次方程式計算觀種樣品混合氣體的發熱量Q，並與實際發熱量Q比較， 發現最大誤差不到1.2%。如圖16和圖17所示，取10個校準點製作的3次方程式計算得到的發熱量Q和實際發熱量Q近似良好。
符號說明 8微晶片 10計測機構 18隔熱部件 20，21氣體物性值測定系統 31Α, 31Β, 31C, 31D氣壓調節器 32Α，32Β, 32C，32D流量控制裝置 50A，50B，50C，50D 儲氣瓶 60基板 61發熱元件 62第一測溫元件 63第二測溫元件 64保溫元件 65絕緣膜 66 空腔 91A，91B，91C，91D，92A，92B，92C，92D，93，102，103 流路 101 腔室 161，162，163，164，165，181，182，183 電阻元件 170，171運算放大器 301散熱係數計算模塊 302計算式製作模塊 303驅動電路 305發熱量計算模塊 312輸入裝置 313輸出裝置 322熱傳導率計算模塊 323濃度計算模塊 401散熱係數存儲裝置 402計算式存儲裝置 403發熱量存儲裝置 411熱傳導率存儲裝置 412濃度存儲裝置。
權利要求
1.一種發熱量計算式製作系統，其特徵在於，包括 被注入多種混合氣體的容器；設置於所述容器的發熱元件；計測機構，其基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述多種混合氣體各自的散熱係數的值；和計算式製作模塊，其基於所述多種混合氣體的已知發熱量的值和對於所述發熱元件的多個發熱溫度所計測得到的所述散熱係數的值，製作以相對於所述多種發熱溫度的散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式。
2.如權利要求1所述的發熱量計算式製作系統，其特徵在於，所述多個發熱溫度的數量至少是從所述多種混合氣體各自所包括的氣體成分的數減去1的數。
3.如權利要求1或2所述的發熱量計算式製作系統，其特徵在於，所述計算式製作模塊採用支持矢量回歸製作所述發熱量計算式。
4.一種發熱量計算式製作方法，其特徵在於，包括 準備多種混合氣體；基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述多種混合氣體各自的散熱係數的值；基於所述多種混合氣體的已知發熱量的值和對於所述發熱元件的多個發熱溫度所計測得到的所述散熱係數的值，製作以相對於所述多種發熱溫度的散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式。
5.如權利要求4所述的發熱量計算式製作方法，其特徵在於，所述多個發熱溫度的數量至少是從所述多種混合氣體所包括的氣體成分的數減去1的數。
6.如權利要求4或5所述的發熱量計算式製作方法，其特徵在於，在製作所述發熱量計算式時，採用的是支持矢量回歸。
7.如權利要求4或5所述的發熱量計算式製作方法，其特徵在於，所述多種混合氣體分別為天然氣。
8.一種發熱量測定系統，其特徵在於，包括 被注入發熱量未知的計測對象混合氣體的容器； 設置於所述容器的發熱元件；計測機構，其基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述計測對象混合氣體的散熱係數的值；計算式存儲裝置，其存儲以相對於所述多個發熱溫度的所述散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式；和發熱量計算模塊，其將所述計測對象混合氣體的散熱係數的值代入所述發熱量計算式的散熱係數的獨立變量，計算所述計測對象混合氣體的發熱量的值。
9.如權利要求8所述的發熱量測定系統，其特徵在於，所述多個發熱溫度的數量至少是從所述計測對象混合氣體所包括的多種種類的氣體成分的數減去1的數。
10.如權利要求8或9所述的發熱量測定系統，其特徵在於，基於包含多種種類的氣體成分的多種樣本混合氣體的發熱量的值和在所述多個發熱溫度下所計測得到的所述多種樣本混合氣體的散熱係數的值，製作以所述多個發熱溫度下的散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式。
11.一種發熱量測定方法，其特徵在於，包括準備發熱量未知的計測對象混合氣體；基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測相對於所述發熱元件的多個發熱溫度的所述計測對象混合氣體的散熱係數的值；準備以相對於所述多個發熱溫度的所述散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式；將所述計測對象混合氣體的散熱係數的值代入所述發熱量計算式的散熱係數的獨立變量，計算所述計測對象混合氣體的發熱量的值。
12.如權利要求11所述的發熱量測定方法，其特徵在於，所述多個發熱溫度的數量至少是從所述計測對象混合氣體所包括的多種種類的氣體成分的數減去1的數。
13.如權利要求11或12所述的發熱量測定方法，其特徵在於，基於包含多種種類的氣體成分的多種樣本混合氣體的發熱量的值和在所述多個發熱溫度下所計測得到的所述多種樣本混合氣體的散熱係數的值，製作以所述多個發熱溫度下的散熱係數為獨立變量、以所述發熱量為從屬變量的發熱量計算式。
14.一種物性測定系統，其特徵在於，包括被注入氣體的容器；設置於所述容器的發熱元件；和計測機構，其基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件的溫度比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測所述氣體的散熱係數的值。
15.如權利要求14所述的物性計測系統，其特徵在於，進一步包括，基於所述計測得到的散熱係數的值，計算所述氣體的熱傳導率的熱傳導率計算模塊。
16.一種物性測定方法，其特徵在於，包括準備氣體；基於所述發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時的所述發熱元件的電阻值與所述發熱元件比所述氣氛溫度高時的所述發熱元件的電阻值的比，對所述發熱元件的電阻值的偏移進行校正，並計測所述氣體的散熱係數的值。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種能夠容易地測定氣體發熱量的發熱量測定系統。該發熱量測定系統包括被注入發熱量未知的計測對象混合氣體的腔室(101)；包括設置於腔室(101)的發熱元件的微晶片(8)；基於發熱元件的溫度和氣氛溫度近似時發熱元件的電阻值、與發熱元件的溫度比氣氛溫度高時的發熱元件的電阻值，對發熱元件的電阻值的偏移進行校正，計測相對於發熱元件的多個發熱溫度的計測對象混合氣體的散熱係數的值的計測機構(10)；保存以相對於多個發熱溫度的散熱係數為獨立變量、以發熱量為從屬變量的發熱量計算式的計算式存儲裝置(402)；將計測對象混合氣體的散熱係數的值代入發熱量計算式的散熱係數的獨立變量，計算計測對象混合氣體的發熱量的值的發熱量計算模塊(305)。
文檔編號G01N25/20GK102200521SQ20111002776
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月18日 優先權日2010年3月25日
發明者大石安治 申請人:株式會社山武