CN102192923A - 发热量计算式制作系统、发热量计算式的制作方法、发热量测定系统以及发热量的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种能够容易地测定气体发热量的发热量测定系统。该发热量测定系统，包括：被注入气体的腔室(101)；包括设置于腔室(101)的发热元件和计测气体的温度的测温元件的微芯片(8)；基于发热元件的温度和测温元件的温度相等时的测温元件的电阻值，对发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部(301)；基于气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的气体的散热系数的计测值的计测机构(10)；保存以相对于多个发热温度的散热系数为独立变量、以发热量为从属变量的发热量计算式的计算式存储装置(402)；将气体的散热系数的计测值代入发热量计算式的散热系数的独立变量，计算气体的发热量的值的发热量计算模块(305)。
Description
技术领域
本发明涉及关于气体检查技术的发热量计算式制作系统、发热量计算式的制作方法、发热量测定系统和发热量的测定方法。
背景技术
以往，在求混合气体的发热量的时候，需要昂贵的气相色谱仪装置等对混合气体的成分进行分析。而且，还提案有通过测定混合气体的热传导率和混合气体中的音速，来计算混合气体中包含的甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和碳酸气体(CO2)的成分比率，从而求得混合气体的发热量的方法(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2004-514138号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，专利文献1所揭示的方法中，除了需要测定热传导率的传感器之外，还需要测定音速的昂贵的音速传感器。因此，本发明的目的之一在于提供一种能够容易地测定气体的发热量的发热量计算式制作系统、发热量计算式的制作方法、发热量测定系统和发热量的测定方法。
解决问题的手段
根据本发明实施方式，提供一种发热量计算式制作系统，包括：(a)被注入多种混合气体的容器；(b)设置于所述容器的发热元件；(c)设置于所述容器的、计测所述多种混合气体的各自的温度的测温元件；(d)基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部；(e)基于 所述多种混合气体的各自的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述多种混合气体的各自的散热系数的值的计测机构；(f)和基于所述多种混合气体的已知发热量的值和对于所述多种发热温度的所述散热系数的计测值，制作以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式的计算式制作模块。
根据本发明实施方式提供一种发热量计算式制作方法，包括：(a)准备多种混合气体；(b)以测温元件计测所述多种混合气体的各自的温度；(c)基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正；(d)基于所述多种混合气体的各自的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述多种混合气体的各自的散热系数的值；和(e)基于所述多种混合气体的已知发热量的值和对于所述多种发热温度的所述散热系数的计测值，制作以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式。
根据本发明的实施方式，提供一种发热量测定系统，包括：(a)被注入发热量未知的计测对象混合气体的容器；(b)设置于所述容器的发热元件；(c)设置于所述容器的、计测所述计测对象混合气体的温度的测温元件；(d)基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部；(e)基于所述计测对象混合气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述计测对象混合气体的散热系数的计测值的计测机构；(f)保存以相对于所述多种发热温度的所述散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式的计算式存储装置；和(g)将所述计测对象混合气体的所述散热系数的计测值代入所述发热量计算式的所述散热系数的独立变量，计算所述计测对象混合气体的发热量的值的发热量计算模块。
根据本发明实施方式，提供一种发热量测定方法，包括：(a)准备发热量未知的计测对象混合气体；(b)以测温元件计测所述计测对象混合气体的温度；(c)基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正；(d)基于所述计测对象混合气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述计测对象混合气体的散热系数的计测值；(e)准备以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式；(f)将所述计测对象混合气体的所述散热系数的计测值代入所述发热量计算式的所述散热系数的独立变量，计算所述计测对象混合气体的发热量的值。
根据本发明提供一种物性计测系统，包括：(a)被注入气体的容器；(b)设置于所述容器的发热元件；(c)设置于所述容器的、计测所述气体的温度的测温元件；(d)基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部；和(e)基于所述气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件发热时的所述计测对象混合气体的散热系数的值的计测机构。
发明效果
根据本发明，可提供能够容易地测量气体的发热量的发热量计算式制作系统、发热量计算式的制作方法、发热量测定系统和发热量的测定方法。
附图说明
图1是本发明第一实施方式涉及的微芯片的立体图。
图2是本发明第一实施方式涉及的微芯片的从图1的II-II方向观察的截面图。
图3是本发明第一实施方式涉及的发热元件的电路图。
图4是本发明第一实施方式涉及的测温元件的电路图。
图5是显示本发明第一实施方式涉及的发热元件的温度和气体的散热系数的关系的图表。
图6是显示本发明第一实施方式涉及的气体物性值测定系统的第一示意图。
图7是显示本发明第一实施方式涉及的气体物性值测定系统的第二示意图。
图8是显示本发明第一实施方式涉及的发热量计算式的制作方法的流程图。
图9是显示本发明第二实施方式涉及的气体物性值测定系统的示意图。
图10是显示本发明第二实施方式涉及的热传导率和散热系数的关系的图表。
图11是显示本发明第三实施方式涉及的气体物性值测定系统的示意图。
图12是显示本发明第三实施方式涉及的气体的浓度和散热系数的关系的图表。
图13是显示本发明第四实施方式涉及的气体物性值测定系统的示意图。
图14是显示本发明第四实施方式涉及的发热量的测定方法的流程图。
图15是显示本发明实施方式的实施例1涉及的样品混合气体的组成和发热量的表。
图16是显示本发明实施方式的实施例1涉及的样品混合气体的计算得到的发热量和实际发热量的图表。
图17是显示本发明实施方式的实施例1涉及的样品混合气体的实际发热量和计算得到 的发热量的关系的图表。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。在以下附图的记载中，相同或类似的部分以相同或类似的符号表示。但是，附图为示意性的。因此，具体的尺寸等应该参考以下的说明进行判断。又，很显然的，附图相互之间包含有相互的尺寸的关系、比例不同的部分。
(第一实施方式)
首先，参考作为立体图的图1以及作为从图1的II-II方向看到的截面图的图2，对第一实施方式涉及的气体物性值测定系统中采用的微芯片8进行说明。微芯片8具有：设有空腔66的基板60和配置在基板60上以覆盖空腔66的绝缘膜65。基板60的厚度例如为0.5mm。又，基板60的长宽尺寸例如分别为1.5mm左右。绝缘膜65的覆盖空腔66的部分为隔热性的膜片。另，微芯片8包括：设置在绝缘膜65的膜片(ダイアフラム)部分的发热元件61，夹着发热元件61设置于绝缘膜65的膜片部分的第一测温元件62和第二测温元件63，设置于基板60上的保温元件64。
发热元件61设置在覆盖空腔66的绝缘膜65的膜片部分的中心。发热元件61例如是电阻器，被施加电力而发热，对与发热元件61接触的气氛气体进行加热。第一测温元件62和第二测温元件63例如是电阻器，检测发热元件61发热前的气氛气体的气体温度。又、可以仅用第一测温元件62和第二测温元件63中的某一个检测气体温度。或，将第一测温元件62检测到的气体温度和第二测温元件63检测到的气体温度的平均值作为气体温度。下面，虽然对采用第一测温元件62所检测到的气体温度的实例进行说明，但是不限于此。
保温元件64例如是电阻器，被赋予电力而发热、将基板60的温度保持为一定。基板60的材料可采用硅(Si)等。绝缘膜65的材料可使用氧化硅(SiO2)等。空腔66通过各向异性蚀刻等形成。又，发热元件61、第一测温元件62、第二测温元件63和保温元件64各自的材料中可使用白金(Pt)等，可通过光刻法等形成。又、发热元件61、第一测温元件62和第二测温元件63也可由同一部件构成。
微芯片8通过设置在微芯片8的底面的隔热部件18固定于填充有气氛气体的腔室等容器。通过介由隔热部件18将微芯片8固定于腔室等，微芯片8的温度不易受到腔室等的内壁的温度变动的影响。由玻璃等构成的隔热部件18的热传导率例如为1.0W/(m·K)以下。
如图3所示、发热元件61的一端例如电气连接到运算放大器170的负极(-)输入 端子，另一端接地。又，与运算放大器170的-输入端子和输出端子并列地连接有电阻元件160。运算放大器170的正极(+)输入端子电连接于串联连接的电阻元件162和电阻元件163之间、串联连接的电阻元件163和电阻元件164之间、串联连接的电阻元件164和电阻元件165之间、或者串联连接的电阻元件165和电阻元件166之间。通过适当确定各电阻元件162～166的电阻值，例如对电阻元件162的一端施加5.0V的电压Vin，则在电阻元件163和电阻元件162之间产生例如3.4V的电压VL3。又，在电阻元件164和电阻元件163之间产生例如2.4V的电压VL2、在电阻元件165和电阻元件164之间产生例如1.5V的电压VL1。在电阻元件166和电阻元件165之间产生例如0.2V的电压VL0。
在电阻元件162和电阻元件163之间与运算放大器的+输入端子之间设有开关SW1，在电阻元件163和电阻元件164之间与运算放大器的+输入端子之间设有开关SW2。又，在电阻元件164和电阻元件165之间与运算放大器的+输入端子之间设有开关SW3，在电阻元件165和电阻元件166之间与运算放大器的+输入端子之间设有开关SW4。
对运算放大器170的+输入端子施加3.4V的电压VL3时，仅开关SW1接通，开关SW2，SW3，SW4为断开。对运算放大器170的+输入端子施加2.4V的电压VL2时，仅开关SW2接通、开关SW1，SW3，SW4为断开。对运算放大器170的+输入端子施加1.5V的电压VL1时，仅开关SW3接通、开关SW1，SW2，SW4为断开。对运算放大器170的+输入端子施加0.2V的电压VL0时，仅开关SW4接通、开关SW1，SW2，SW3为断开。
从而，通过开关SW1，SW2，SW3，SW4的通断，可以对运算放大器170的一输入端子施加四种等级的电压中的某一种。因此，通过开关SW1，SW2，SW3，SW4的通断，可以将决定发热元件61的温度的施加电压设定为四种等级。此处，设对运算放大器170的+输入端子施加了0.2V的电压VL0时的发热元件61的温度为TH0、对运算放大器170的+输入端子施加了1.5V的电压VL1时的发热元件61的温度为TH1。又，设对运算放大器170的+输入端子施加了2.4V的电压VL2时的发热元件61的温度为TH2、对运算放大器170的+输入端子施加了3.4V的电压VL3时的发热元件61的温度为TH3。
对运算放大器170的+输入端子施加了0.2V左右的弱电压VL0时，发热元件61的温度TH0与运算放大器170的+输入端子上没有施加电压的情况相比几乎没有上升。因此，发热元件61的温度TH0几乎与气氛气体的温度相同、或近似。而对运算放大器170的+输入端子施加了电压VL1，VL2，VL3时，发热元件61的温度TH1，TH2，TH3比运算放大器170的+输入端子上没有施加电压的情况相比有上升，其比气氛气体的温度要高。
图1和图2所示的第一测温元件62如图4所示，构成电阻桥电路的一部分。电阻桥 电路具有与第一测温元件62串联连接的电阻元件181，与第一测温元件62和电阻元件181并联的电阻元件182，183。电阻桥电路连接有运算放大器171。图1和图2所示的第二测温元件63也构成电阻桥电路的一部分。
发热元件61的电阻值随着发热元件61的温度变化。发热元件61的温度TH和发热元件61的电阻值RH的关系如下述(1)式。
RH＝RH_STD×[1+α(TH-TH_STD)+β(TH-TH_STD)2]…(1)
此处，TH_STD表示发热元件61的标准温度，例如20℃。RH_STD表示标准温度TH_STD下预先计测得到的发热元件61的电阻值。α是表示1次电阻温度系数。β表示2次电阻温度系数。
发热元件61的电阻值RH根据发热元件61的驱动电力PH和发热元件61的通电电流IH由下述(2)式得到。
RH＝PH/IH 2…(2)
或发热元件61的电阻值RH根据发热元件61的电压VH和发热元件61的通电电流IH由下述(3)式得到。
RH＝VH/IH …(3)
此处，发热元件61的温度TH在发热元件61和气氛气体之间达到热平衡时稳定。又、热平衡状态是指发热元件61的发热和发热元件61对气氛气体的散热相互平衡的状态。平衡状态中，如下述(4)式所示，通过发热元件61的驱动电力PH除以发热元件61的温度TH与气氛气体的温度TI之差ΔTH，得到气氛气体的散热系数MI。又，散热系数MI的单位为W/℃。
MI＝PH/(TH-TI)
＝PH/ΔTH …(4)
根据上述(1)式，发热元件61的温度TH如下述(5)式。
TH＝(1/2β)×[-α+[α2-4β(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD …(5)
从而，发热元件61的温度TH与气氛气体的温度TI之差ΔTH由下述(6)式得到。
ΔTH＝(1/2β)×[-α+[α2-4β(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD-TI …(6)
由于可计测发热元件61的通电电流IH和驱动电力PH或电压VH，因此可根据上述(2)式或(3)式计算发热元件61的电阻值RH。又、气氛气体的温度TI可通过图1所示的第一测温元件62测定。从而，利用图1和图2所示的微芯片8，能够根据下述(7)式计算气氛气体的散热系数MI。
MI＝PH/ΔTH
＝PH/[(1/2β)×[-α+[α2-4β(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD-TI]…(7)
但是，为了使发热元件61高温发热而对发热元件61施加了高电压，因此发热元件61能够产生电迁移。因此会有发热元件61的温度为标准温度TH_STD时的发热元件61的电阻值RH_STD随着时间变化等而偏离预先测定的值的情况。因此，如果采用预先测定的电阻值RH_STD根据(7)式计算散热系数MI，则有时会产生误差。
设电迁移发生之后发热元件61的温度为标准温度TH_STD时的发热元件61的电阻值为RH_STD_D，发热元件6的电阻值RH_D由下述(8)式求的。
RH_D＝RH_STD_D×[1+α(TH-TH_STD)+β(TH-TH_STD)2]…(8)
此处，第一测温元件62的温度TI和第一测温元件62的电阻值RI的关系为下述(9)式得到。
RI＝RI_STD×[1+α(TI-TI_STD)+β(TI-TI_STD)2]…(9)
TI_STD表示第一测温元件62的标准温度、例如20℃。RI_STD为标准温度TI_STD下预先计测到的第一测温元件62的电阻值。根据上述(9)式，第一测温元件62的温度TI通过下述(10)式求得。
TI＝(1/2β)×[-α+[α2-4β(1-RI/RI_STD)]1/2]+TI_STD …(10)
第一测温元件62被施加自己不发热程度的弱电压而被使用，使得第一测温元件62的温度TI被视为与气氛气体的温度TI相同。因此，与发热元件61不同，第一测温元件62被施加高电压以高温发热的机会较少。从而，第一测温元件62的温度为标准温度TI_STD时的第一测温元件62的电阻值RI_STD由于经年变化从预先测定的值偏离的情况较少，可视为一定的。
此处，发热元件61产生电迁移之前的发热元件61的电阻值RH相对于第一测温元件62的电阻值RI的比γ1根据上述(1)和(9)式，由下述(11)式得到。
γ1＝RH/RI
＝[RH_STD×[1+α(TH-TH_STD)+β(TH-TH_STD)2]]/[RI_STD×[1+α(TI-TI_STD)+β(TI-TI_STD)2]] …(11)
对发热元件61和第一测温元件62施加发热元件61和第一测温元件62自己不发热程度的相同的弱电压时，发热元件61和第一测温元件62的温度与气氛气体的温度几乎相同。因此，在施加了自己不发热程度的弱的相同的驱动电力PH0时，如下述(12)式所示，发热元件61的温度TH和第一测温元件62温度TI相等。
TH＝TI …(12)
又，发热元件61的标准温度TH_STD和第一测温元件62的标准温度TI_STD都是20℃等相同温度时，根据上述(11)式导出下述(13)式。
γ1＝RH_STD/RI_STD …(13)
接着，发热元件61发生电迁移之后的发热元件61的电阻值RH_D相对于第一测温元件62的电阻值RI的比γ2，根据上述(8)和(9)式，由下述(14)式求得。
γ2＝RH_D/RI
＝[RH_STD_D×[1+α(TX-TH_STD)+β(TH-TH_STD)2]]/[RI_STD×[1+α(TI-TI_STD)+β(TI-TI_STD)2]] …(14)
又，根据上述(12)和(13)式，从(14)式导出下述(15)式。
γ2＝RH_STD_D/RI_STD …(15)
如下述(16)式所示，通过比γ2除以比γ1，可计算发生偏移时发热元件61的电阻值与初始值之间的变化率H。
H＝γ2/γ1＝RH_D/(RI×γ1)＝RH_STD_D/(RI_STD×γ1)＝RH_STD_D/RH_STD …(16)
发热元件61产生了电迁移情况下的气氛气体的散热系数MI由下述(17)式求得。
MI＝PH/[(1/2β)×[-α+[α2-4β(1-RH_D/RH_STD_D)]1/2]+TH_STD-TI] …(17)
根据上述(16)式，从(17)式导出下述(18)式。
MI＝PH/[(1/2β)×[-α+[α2-4β(1-RH_D/(H×RH_STD))]1/2]+TH_STD-TI] …(18)
通过采用(18)式，在发热元件61发生电迁移现象时，也可以正确计算气氛气体的散热系数MI。
又，通过由保温元件64将基板60的温度保持为一定，发热元件61发热之前的微芯片8附近的气氛气体的温度近似于基60的一定的温度。因此，可以抑制发热元件61发热之前气氛温度的变动。温度变动暂时得到抑制的气氛气体由发热元件61进一步加热，可以更加高的精度计算散热系数MI。
此处，气氛气体为混合气体，假设混合气体为由气体A、气体B、气体C和气体D四种气体组成。气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体积率VC和气体D的体积率VD的总和如下述(19)式所示那样为1。
VA+VB+VC+VD＝1 …(19)
又，设气体A的单位体积的发热量为KA、气体B的单位体积的发热量为KB、气体C的单位体积的发热量为KC、气体D的单位体积的发热量为KD的话，则混合气体的单位体 积的发热量Q为，各气体成分的体积率乘以各气体成分的单位体积的发热量所得到的值的总和。从而、混合气体的单位体积的发热量Q为下述(20)式所示。又，单位体积的发热量的单位例如是MJ/m3。
Q＝KA×VA+KB×VB+KC×VC+KD×VD …(20)
又，设气体A的散热系数为MA、气体B的散热系数为MB、气体C的散热系数为MC、气体D的散热系数为MD的话，则混合气体的散热系数MI为各气体成分的体积率乘以各气体成分的散热系数所得到的值的总和。从而，混合气体的散热系数MI由下述(21)式求得。
MI＝MA×VA+MB×VB+MC×VC+MD×VD …(21)
进一步的，气体的散热系数依存于发热元件61的温度TH，因此混合气体的散热系数MI作为发热元件61的温度TH的函数，如下述(22)式所示。
MI(TH)＝MA(TH)×VA+MB(TH)×VB+MC(TH)×VC+MD(TH)×VD …(22)
从而，发热元件61的温度为TH1时的混合气体的散热系数MI1(TH1)由下述(23)式求得。又，发热元件61的温度为TH2时的混合气体的散热系数MI2(TH2)由下述(24)式求得，发热元件61的温度为TH3时的混合气体的散热系数MI3(TH3)由下述(25)式求得。
MI1(TH1)＝MA(TH1)×VA+MB(TH1)×VB+MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD …(23)
MI2(TH2)＝MA(TH2)×VA+MB(TH2)×VB+MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD …(24)
MI3(TH3)＝MA(TH3)×VA+MB(TH3)×VB+MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD …(25)
此处，相对于发热元件61的温度TH，各气体成分的散热系数MA(TH)，MB(TH)，MC(TH)，MD(TH)有非线性关系时，上述(23)至(25)式具有线性独立的关系。又，相对于发热元件61的温度TH，各气体成分的散热系数MA(TH)，MB(TH)，MC(TH)，MD(TH)具有线性关系时，各气体成分的散热系数MA(TH)，MB(TH)，MC(TH)，MD(TH)相对于发热元件61的温度TH的变化率不同时，上述(23)至(25)式具有线性独立的关系。进一步的，(23)至(25)式具有线性独立的关系时，(19)和(23)至(25)式具有线性独立关系。
图5为显示包含于天然气体的甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)的散热系数和作为发热电阻体的发热元件61的温度的关系的图表。对于发热元件61的温度，甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)各个气体成分的散热系数具有线性关系。但是，散热系数相对于发热元件61的温度的变化率，甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)各不相同。因此，构成混合气体的气体成分为 甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)时，上述(23)至(25)式具有线性独立关系。
(23)至(25)式中的各气体成分的散热系数MA(TH1)，MB(TH1)，MC(TH1)，MD(TH1)，MA(TH2)，MB(TH2)，MC(TH2)，MD(TH2)，MA(TH3)，MB(TH3)，MC(TH3)，MD(TH3)的值可通过计测等预先获得。从而，解开(19)和(23)至(25)式的联立方程式的话，气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体积率VC和气体D的体积率VD分别如下述(26)至(29)式所示，作为混合气体的散热系数MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)的函数得到。又，下述(26)至(29)式中，n为自然数，fn是表示函数的符号。
VA＝f1[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]…(26)
VB＝f2[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]…(27)
VC＝f3[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]…(28)
VD＝f4[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]…(29)
此处，通过将(26)至(29)式代入上述(20)式，得到下述(30)式。
Q＝KA×VA+KB×VB+KC×VC+KD×VD
＝KA×f1[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]
+KB×f2[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]
+KC×f3[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]
+KD×f4[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]…(30)
如上述(30)式所示，混合气体的单位体积的发热量Q通过以发热元件61的温度为TH1，TH2，TH3时的混合气体的散热系数MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)为变量的方程式求得。从而，混合气体的发热量Q由下述(31)式求出，g是表示函数的记号。
Q＝g[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)] …(31)
由此，关于由气体A、气体B、气体C和气体D构成的混合气体，发明人发现如果预先得到上述(31)式，则能够容易计算出气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体积率VC和气体D的体积率VD未知的检查对象混合气体的单位体积的发热量Q。具体的，计测发热元件61的发热温度为TH1，TH2，TH3时的检查对象混合气体的散热系数MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)，通过代入(31)式，可以唯一求得检查对象混合气体的发热量Q。
又，混合气体的气体成分不限定于四种。例如，混合气体由n种气体成分组成时，首先， 预先取得由下述(32)式给出的、将相对于发热元件61的至少n-1种温度TH1，TH2，TH3，…，THn-1的混合气体的散热系数MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)，…，MIn-1(THn-1)作为变量的方程式。然后，计测相对于发热元件61的n-1种温度TH1，TH2，TH3，…，THn-1的n种气体成分各自的体积率为未知的检查对象混合气体的散热系数MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)，…，MIn-1(THn-1)，通过代入(32)式，可唯一地求得检查对象混合气体的单位体积的发热量Q。
Q＝g[MI1(TH1)，MI2(TH2)，MI3(TH3)，…，MIn-1(THn-1)] …(32)
但是，混合气体的气体成分除了含有甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)之外，以j为自然数，还包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃(CjH2j+2)时，即使将甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃(CjH2j+2)视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，也不会对(32)式的计算造成影响。例如，也可如下述(33)至(36)式所示，分别将乙烷(C2H6)、丁烷(C4H10)、戊烷(C5H12)、己烷(C6H14)视作乘上了规定系数的甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，来计算(32)式。
C2H6＝0.5CH4+0.5C3H8 …(33)
C4H10＝-0.5CH4+1.5C3H8 …(34)
C5H12＝-1.0CH4+2.0C3H8 …(35)
C6H14＝-1.5CH4+2.5C3H8 …(36)
从而，设z为自然数，由n种气体成分构成的混合气体的气体成分除了含有甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)之外，还含有甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的z种烷烃(CjH2j+2)时，可以求得以至少n-z-1种温度下混合气体的散热系数MI为变量的方程式。
又，用于(32)式的计算的混合气体的气体成分的种类和单位体积的发热量Q为未知的检查对象混合气体的气体成分的种类相同时，可利用(32)式计算检查对象混合气体的发热量Q。进一步的，检查对象混合气体由种类比n种更少的气体成分组成，而且种类比n种少的气体成分，包含有(32)式的计算所用的混合气体中时，可利用(32)式。例如，用于(32)式的计算的混合气体包括甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)四种气体成分时，检查对象混合气体不包含氮气(N2)而仅包含甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)和二氧化碳(CO2)三种气体成分时，也可利用(32)式计算检查对象混合气体的发热量Q。
进一步的，在用于(32)式的计算的混合气体包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)作为气体成分时，检查对象混合气体即使包括用于(32)式的计算的混合气体中所不包含的烷烃 (CjH2j+2)，也可利用(32)式。这是因为，如上所述的，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃(CjH2j+2)可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，不影响采用(32)式对单位体积的发热量Q进行计算。
此处，图6所示的第一实施方式涉及的气体物性值测定系统20包括：填充有发热量Q的值为已知的样品混合气体的腔室101、使用图1和图2所示的发热元件61和第一测温元件62计测样品混合气体的多个散热系数MI的值的图6所示的计测机构10、基于发热元件61的温度和第一测温元件62的温度相等时的第一测温元件62的电阻值，校正发热元件61的电阻值的偏移的校正部301。进一步的，气体物性值测定系统还包括根据样品混合气体的已知的发热量Q的值和样品混合气体的多个散热系数MI的计测值制作发热量计算式的计算式制作模块303，该发热量计算式以相对于发热元件61的多个温度的气体的散热系数MI为独立变量，以气体的发热量Q为从属变量。又，样品混合气体包括多种气体成分。
计测机构10具有设置在注入有样品混合气体的腔室101内的、采用图1和图2说明了的微芯片8。微芯片8通过隔热部件18设置在腔室101内。腔室101连接有将样品混合气体输送到腔室101的流路102和，将样品混合气体从腔室101排出到外部的流路103。
在采用发热量Q不同的四种样品混合气体的情况下，如图7所示，准备储存第一样品混合气体的第一储气瓶50A、储存第二样品混合气体的第二储气瓶50B、储存第三样品混合气体的第三储气瓶50C和储存第四样品混合气体的第四储气瓶50D。第一储气瓶50A通过流路91A连接有第一气压调节器31A，该第一气压调节器31A用于从第一储气瓶50A得到被调节为例如0.2MPa等的低压的第一样品混合气体。又，第一气压调节器31A通过流路92A连接有第一流量控制装置32A。第一流量控制装置32A控制通过流路92A和流路102输送到气体物性值测定系统20的第一样品混合气体的流量。
第二储气瓶50B通过流路91B连接有第二气压调节器31B。又，第二气压调节器31B通过流路92B连接有第二流量控制装置32B。第二流量控制装置32B对通过流路92B，93，102输送到气体物性值测定系统20的第二样品混合气体的流量进行控制。
第三储气瓶50C通过流路91C连接有第三气压调节器31C。又，第三气压调节器31C通过流路92C连接有第三流量控制装置32C。第三流量控制装置32C控制通过流路92C，93，102输送到气体物性值测定系统20的第三样品混合气体的流量。
第四储气瓶50D通过流路91D连接有第四气压调节器31D。又，第四气压调节器31D通过流路92D连接有第四流量控制装置32D。第四流量控制装置32D控制通过流路92D，93，102输送到气体物性值测定系统20的第四样品混合气体的流量。
第一至第四样品混合气体例如分别是天然气。第一至第四样品混合气体分别包括例如甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)四种气体成分。
图6所示的第一实施方式涉及的气体物性值测定系统20还包括校正信息存储装置401。校正信息存储装置401存储，以上述(13)式计算得到的、发热元件61产生电迁移前的发热元件61的电阻值RH相对于第一测温元件62的电阻值RI的比γ1的预先获得的值。
图1和图2所示的发热元件61和第一测温元件62分别由图6所示的驱动电路310施加不会导致自己发热的程度的较弱的驱动电力PH0。校正部301根据上述(2)式，计算施加自己不发热程度的驱动电力PH0时的发热元件61的电阻值RH_D，和施加自己不发热程度的驱动电力PH0时的第一测温元件62的电阻值RI。又，校正部301从校正信息存储装置401读取比γ1的预先取得的值。校正部301，如上述(16)式所示，使发热元件61的电阻值RH_D除以第一测温元件62的电阻值RI和比γ1的预先得到的值的乘积，计算相对偏移发生时的发热元件61的电阻值的初始值的变化率H。又进一步的，校正部301取标准温度TH_STD下预先计测得到发热元件61的电阻值RH_STD和变化率H的乘积，计算标准温度TH_STD下发热元件61的被校正得到电阻值H×RH_STD。
接着，腔室101中填充第一样品混合气体之后，图1和图2所示的微芯片8的第一测温元件62检测第一样品混合气体的温度TI。之后，图1和图2所示的发热元件61被图6所示的驱动电路310赋予驱动电力PH1，PH2，PH3。被赋予驱动电力PH1，PH2，PH3时，发热元件61例如以100℃的温度TH1、150℃的温度TH2和200℃的温度TH3发热。
从图6所示的腔室101除去第一样品混合气体之后，第2至第4的样品混合气体依次填充入腔室101。第2至第4的样品混合气体分别填入腔室101之后，图1和图2所示的微芯片8的第一测温元件62分别检测第2至第4样品混合气体各自的温度TI。又，发热元件61以100℃的温度TH1、150℃的温度TH2和200℃的温度TH3发热。
又，各样品混合气体包括n种气体成分时，微芯片8的图1和图2所示的发热元件61以至少n-1种不同的温度发热。但是，如上所述，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃(CjH2j+2)可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物。从而，z为自然数，由n种气体成分构成的样品混合气体除了包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)作为气体成分以外，还包含z种烷烃(CjH2j+2)时，发热元件61以至少n-z-1种不同的温度发热。
图6所示的计测机构10具有连接于微芯片8的散热系数计算模块302。散热系数计算模块302采用上述(18)式，基于图1和图2所示的发热元件61的温度为TH1(此处为100℃)时的发热元件61的电阻值RH1_D、标准温度TH_STD下发热元件61的被校正得到电阻值 H×RH_STD、以及第一样品混合气体的温度TI，计算与温度TH1为100℃的发热元件61热平衡的第一样品混合气体的散热系数MI1的值。计测机构10还分别计算与温度TH1为100℃的发热元件61热平衡的第二至第四样品混合气体各自的散热系数MI1的值。
又，图6所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，基于图1和图2所示的发热元件61的温度为TH2(此处为150℃)时发热元件61的电阻值RH2、标准温度TH_STD下发热元件61的被校正后的电阻值H×RH_STD和第一样品混合气体的温度TI，计算与温度TH2为150℃的发热元件61热平衡的第一样品混合气体的散热系数MI2的值。计测机构10还分别计算与温度TH2为150℃的发热元件61热平衡的第二至第四样品混合气体各自的散热系数MI2的值。
进一步的，图6所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，基于图1和图2所示的发热元件61的温度为TH3(此处为200℃)时发热元件61的电阻值RH3、标准温度TH_STD下发热元件61的被校正后电阻值H×RH_STD和第一样品混合气体的温度TI，计算与温度TH3为200℃的发热元件61热平衡的第一样品混合气体的散热系数MI3。计测机构10还分别计算与温度TH3为200℃的发热元件61热平衡的第二至第四样品混合气体各自的散热系数MI3的值。
图6所示的气体物性值测定系统20进一步包括连接于CPU300的散热系数存储装置402。散热系数计算模块302将计算得到的散热系数MI1，MI2，MI3的值保存于散热系数存储装置402。
计算式制作模块303收集，例如第一至第四样品混合气体各自的已知发热量Q的值、发热元件61的温度为100℃时的气体的散热系数MI1的值、发热元件61的温度为150℃时气体的散热系数MI2的值、和发热元件61的温度为200℃时气体的散热系数MI3的值。进一步的，计算式制作模块303基于所收集的发热量Q和散热系数MI1，MI2，MI3的值进行多变量分析，算出以发热元件61的温度为100℃时的散热系数MI1、发热元件61的温度为150℃时的散热系数MI2和发热元件61的温度为200℃时的散热系数MI3为独立变量、以发热量Q为从属变量的发热量计算式。
又，多变量分析是指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归、多元回归分析，以及日本专利公开平5-141999号公报所公开的模糊量化理论II类等。又，散热系数计算模块302和计算式制作模块303包括在中央运算处理装置(CPU)300中。
气体物性值测定系统20进一步具有连接于CPU300的计算式存储装置403。计算式存储装置403保存计算式制作模块303制作的发热量计算式。而且，CPU300连接有输入装置312和输出装置313。输入装置312可以使用例如键盘和鼠标等指向装置等。输出装置313可以使用液晶显示器、监视器等图像显示装置和打印机等。
接着，参考图8的流程图对第一实施方式涉及的发热量技术式的制作进行说明。
(a)步骤S100中，保持图7所示的第二至第四流量控制装置32B-32D的阀闭合，第一流量控制装置32A的阀打开，将第一样品混合气体导入图6所示的腔室101内。步骤S101中，校正部301计算标准温度TH_STD下发热元件61的被校正后的电阻值H×RH_STD。接着，第一测温元件62检测第一样品混合气体的温度TI。之后，图6所示的驱动电路310对图1和图2所示的发热元件61施加驱动电力PH1，使得发热元件61以100℃发热。进一步的，图6所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，计算发热元件61的温度为100℃时的第一样品混合气体的散热系数MI1的值。又，散热系数计算模块302将发热元件61的温度为100℃时的第一样品混合气体的散热系数MI1的值保存在散热系数存储装置402。
(b)步骤S102中，驱动电路310判定图1和图2所示的发热元件61的温度切换是否完成。如果至温度150℃以及温度200℃的切换未完成，则返回步骤S101，图6所示的驱动电路310使得图1和图2所示的发热元件61以150℃发热。图6所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，计算发热元件61的温度为150℃时的第一样品混合气体的散热系数MI2的值，保存于散热系数存储装置402。
(c)在步骤S102中，判定图1和图2所示的发热元件61的温度的切换是否完成。在没有完成到温度200℃的切换的时候，返回步骤S101，如图6所示的驱动电路310使得图1和图2所示的发热元件61以200℃发热。图6所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式计算发热元件61的温度为200℃时的第一样品混合气体的散热系数MI3的值，并保存到散热系数存储装置402。
(d)发热元件61的温度的切换完成时，从步骤S102进到步骤S103。步骤S103中，判定样品混合气体的切换是否完成。至第二至第四样品混合气体的切换未完成时，返回步骤S100。步骤S100中，关闭图7所示的第一流量控制装置32A，维持第三至第四流量控制装置32C～32D的阀关闭而打开第二流量控制装置32B的阀，将第二样品混合气体导入图6所示的腔室101内。
(e)与第一样品混合气体一样地，重复步骤S101至步骤S102的循环。散热系数计算 模块302计算发热元件61的温度为100℃时的第二样品混合气体的散热系数MI1的值，发热元件61的温度为150℃时的第二样品混合气体的散热系数MI2的值和发热元件61的温度为200℃时的第二样品混合气体的散热系数MI3的值。散热系数计算模块302将计算得到的第二样品混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的值保存于散热系数存储装置402。
(f)之后，重复步骤S100至步骤S103的循环。这样，发热元件61的温度为100℃、150℃、200℃时第三样品混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的值和发热元件61的温度为100℃、150℃、200℃时第四样品混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的值都保存在散热系数存储装置402中。步骤S104中，从输入装置312将第一样品混合气体的已知的发热量Q的值、第二样品混合气体的已知的发热量Q的值、第三样品混合气体的已知的发热量Q的值和第四样品混合气体的已知的发热量Q的值输入到计算式制作模块303。又，计算式制作模块303从散热系数存储装置402读取发热元件61的温度为100℃、150℃、200℃时第一至第四样品混合气体各自的散热系数MI1，MI2，MI3的值。
(g)步骤S105中，计算式制作模块303基于第一至第四样品混合气体的发热量Q的值、发热元件61的温度为100℃、150℃、200℃时的第一至第四样品混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的值，进行多元回归分析。通过多元回归分析，计算式制作模块303算出以发热元件61的温度为100℃时的散热系数MI1、发热元件61的温度为150℃时的散热系数MI2和发热元件61的温度为200℃时的散热系数MI3为独立变量、以发热量Q为从属变量的发热量计算式。然后，在步骤S106中，计算式制作模块303将所制作的发热量计算式保存在计算式存储装置403中，完成第一实施方式涉及的发热量计算式的制作方法。
如上所述，可以根据第一实施方式涉及的发热量计算式的制作方法，制作能够唯一地计算计测对象混合气体的发热量Q的值的发热量计算式。
(第二实施方式)
如图9所示，第二实施方式涉及的气体物性值测定系统20的CPU300连接有热传导率存储装置411。此处，图10显示发热元件中流过2mA、2.5mA和3mA的电流时的、混合气体的散热系数MI和热传导率的关系。如图10所示，混合气体的散热系数MI和热传导率为一般的比例关系。然后，图9所示的热传导率存储装置411以近似式或表格等形式预存导入腔室101中的气体的散热系数MI和热传导率的对应关系。
第二实施方式涉及的CPU300进一步包括热传导率计算模块322。热传导率计算模块322从散热系数存储装置402读取散热系数MI的值、从热传导率存储装置411读取气体的散热系数MI和热传导率的对应关系。进一步的，热传导率计算模块322基于气体的散热系 数MI的值、和气体的散热系数MI和热传导率的对应关系计算导入腔室101的气体的热传导率。
第二实施方式涉及的气体物性值测定系统20的其他构成要素与第一实施方式相同，省略对其说明。根据第二实施方式涉及的气体物性值测定系统20，可基于散热系数MI，计算气体的正确的热传导率的值。
(第三实施方式)
如图11所示，第三实施方式涉及的气体物性值测定系统20的CPU300进一步连接有浓度存储装置412。此处，图12显示气体温度TI为0℃、20℃和40℃时的丙烷气体的散热系数MI和浓度的关系。如图12所示，气体的散热系数MI和气体的浓度为一般的比例关系。然后，图11所示的浓度存储装置412以近似式或表格的形式预存导入腔室101的气体的散热系数MI和浓度之间的对应关系。
第三实施方式涉及的CPU300进一步包括浓度计算模块323。浓度计算模块323从散热系数存储装置402读取散热系数MI的值，从浓度存储装置412读取气体的散热系数MI和浓度之间的对应关系。浓度计算模块323基于气体的散热系数MI的值、气体的散热系数MI和浓度的对应关系，计算导入腔室101的气体的浓度。
第三实施方式涉及的气体物性值测定系统20的其他构成要素和第一实施方式的相同，故省略其说明。根据第三实施方式涉及的气体物性值测定系统20，可基于气体的散热系数MI，计算气体的浓度的正确的值。
(第四实施方式)
如图13所示，第四实施方式涉及的气体物性值测定系统21包括：填充有发热量Q的值为未知的计测对象混合气体的腔室101、以及采用图1和图2所示的发热元件61和第一测温元件62计测计测对象混合气体的多个散热系数MI的值的图13所示的计测机构10。进一步的，气体物性值测定系统21包括：保存以相对于发热元件61的多个发热温度的气体的散热系数MI为独立变量、以发热量Q为从属变量的发热量计算式的计算式存储装置403，以及将相对于发热元件61的多个发热温度的计测对象混合气体的散热系数MI的测定值代入发热量计算式的相对于发热元件61的多个发热温度的气体的散热系数MI的独立变量，计算计测对象混合气体的发热量Q的值的发热量计算模块305。
计算式存储装置403保存第一实施方式中说明的发热量计算式。此处，例如，为了制作发热量计算式，对采用包括甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)的天然气体作为样品混合气体的情况进行说明。又，发热量计算式，以发热元件61的温 度TH1为100℃时的气体的散热系数MI1、发热元件61的温度TH2为150℃时的气体的散热系数MI2、发热元件61的温度TH3为200℃时的气体的散热系数MI3作为独立变量。
第四实施方式中，例如，包括未知体积率的甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)、且发热量Q未知的天然气作为计测对象混合气体被导入腔室101。发热元件61和第一测温元件62分别从图6所示的驱动电路310被施加自己不发热的程度的弱驱动电力PH0。校正部301根据上述(2)式，计算施加自己不发热的程度的驱动电力PH0时的发热元件61的电阻值RH_D，和施加自己不发热的程度的驱动电力PH0时的第一测温元件62的电阻值RI。又，校正部301从校正信息存储装置401读取比γ1的预先得到的值。校正部301如上述(16)式所示，对发热元件61的电阻值RH_D除以第一测温元件62的电阻值RI和比γ1的预先取得的值的乘积，计算偏移发生时的发热元件61的电阻值偏离初始值的变化率H。进一步的，校正部301求得标准温度TH_STD下预先计测得到发热元件61的电阻值RH_STD和变化率H的乘积，计算标准温度TH_STD下发热元件61的被校正得到的电阻值H×RH_STD。
接着，图1和图2所示的微芯片8的第一测温元件62检测计测对象混合气体的温度TI。又，发热元件61被施加来自图6所示的驱动电路310的驱动电力PH1，PH2，PH3。在被施加驱动电力PH1，PH2，PH3时，发热元件61以例如100℃的温度TH1、150℃的温度TH2和200℃的温度TH3发热。
图13所示的散热系数计算模块302，采用上述(18)式，基于图1和图2所示的发热元件61的温度为TH1(此处为100℃)时发热元件61的电阻值RH1_D、标准温度TH_STD下发热元件61的被校正得到的电阻值H×RH_STD和计测对象混合气体的温度TI，计算与以温度100℃发热的发热元件61热平衡的计测对象混合气体的散热系数MI1的值。又，散热系数计算模块302计算，与以温度150℃发热的发热元件61热平衡的计测对象混合气体的散热系数MI2的值，以及与以温度200℃发热的发热元件61热平衡的计测对象混合气体的散热系数MI3的值。散热系数计算模块302将计算得到的散热系数MI1，MI2，MI3的值保存在散热系数存储装置402中。
发热量计算模块305将计测对象混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的测定值代入发热量计算式的气体的散热系数MI1，MI2，MI3的独立变量，计算计测对象混合气体的发热量Q的值。CP U 300进一步连接有发热量存储装置404。发热量存储装置404保存发热量计算模块305计算得到的计测对象混合气体的发热量Q的值。第四实施方式涉及的气体物性值测定系统21的其他构成要件和图6所说明的第一实施方式涉及的气体物性值测定系统 20相同，故省略其说明。
接着参考图14所示的流程图对第四实施方式涉及的发热量的测定方法进行说明。
(a)步骤S200中，将计测对象混合气体导入图13所示的腔室101内。步骤S201中，校正部301计算标准温度TH_STD下发热元件61的被校正得到电阻值H×RH_STD。接着，第一测温元件62检测计测对象混合气体的温度TI。之后，图13所示的驱动电路310对图1和图2所示的发热元件61施加驱动电力PH1，使发热元件61以100℃发热。进一步的，图13所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，计算发热元件61的温度为100℃时的计测对象混合气体的散热系数MI1的值。又，散热系数计算模块302将发热元件61的温度为100℃时的计测对象混合气体的散热系数MI1的值保存于散热系数存储装置402中。
(b)步骤S202中，图13所示的驱动电路310判断图1和图2所示的发热元件61的温度切换是否完成。当至温度150℃和温度200℃的切换没有完成时，返回步骤S201，图13所示的驱动电路310使得图1和图2所示的发热元件61以150℃发热。图13所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，计算发热元件61的温度为150℃时的计测对象混合气体的散热系数MI2的值，并保存到散热系数存储装置402。
(c)再次在步骤S202中，判定图1和图2所示的发热元件61的温度的切换是否完成。在没有完成至温度200℃的切换的情况下，返回步骤S201，图13所示的驱动电路310使得图1和图2所示的发热元件61以200℃发热。图13所示的散热系数计算模块302采用上述(18)式，计算发热元件61的温度在200℃时的计测对象混合气体的散热系数MI3的值，保存到散热系数存储装置402中。
(d)在发热元件61的温度切换完成时，从步骤S202进到步骤S203。步骤S203中，图13所示的发热量计算模块305从计算式存储装置403读取以发热元件61的温度为100℃、150℃和200℃时的气体的散热系数MI1，MI2，MI3为独立变量的发热量计算式。又，发热量计算模块305从散热系数存储装置402读取发热元件61的温度为100℃、150℃和200℃时的计测对象混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的计测值。
(e)步骤S204中，发热量计算模块305将计测对象混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的计测值代入发热量计算式的散热系数MI1，MI2，MI3的独立变量，计算计测对象混合气体的发热量Q的值。之后，发热量计算模块305将计算得到的发热量Q的值保存至发热量存储装置404，以完成第四实施方式涉及的发热量的测定方法。
根据以上说明的第四实施方式涉及的发热量计算方法，不采用昂贵的气相色谱仪装置和音速传感器，就能够根据计测对象混合气体的散热系数MI1，MI2，MI3的计测值，测定计 测对象混合气体的混合气体的发热量Q的值。
天然气由于出产的气田不同其烃的成分比率也不同。又，天然气中除了烃之外，还包括有，氮气(N2)或碳酸气体(CO2)等。因此，由于不同的出产气田，包含于天然气的气体成分的体积率不同，即使气体成分的种类已知，天然气的发热量Q未知的情况也很多。又，即使是同一气田来的天然气，其发热量Q也不一定是不变的，其可能随着开采时期而变化。
以往，在征收天然气的使用费的时候，采用的是不是根据天然气的使用发热量Q而是根据使用体积来进行收费的方法。然而由于天然气随着生产气田的不同其发热量Q不同，因此根据使用体积来收费是不公平的。对此，根据第四实施方式涉及的发热量计算方法，对气体成分的种类为已知，但是气体成分的体积率未知，因此发热量Q未知的天然气等的混合气体的发热量Q可简单地计算得到。因此，能够公平地征收使用费。
又，玻璃加工品制造业中，在对玻璃进行加热加工时，为了将加工精度保持一定，希望能够提供具有一定发热量Q的天然气。因此，正研究能够正确地掌握来自多种气田的天然气各自的发热量Q，调整使得全部的天然气的发热量Q相同，并在此基础上对玻璃的加热加工工程提供天然气的方案。对此，根据第四实施方式涉及的发热量计算方法，能够正确掌握来自多种气田的天然气各自的发热量Q，从而能够将玻璃的加热加工精度保持为一定。
进一步的，根据第四实施方式涉及的发热量计算方法，能够容易地得知天然气等的混合气体的正确的发热量Q，从而可适当地设定燃烧混合气体时所需要的空气量。由此，可削减无益的二氧化碳(CO2)的排出量。
(实施例1)
首先，如图15所示，准备了发热量Q的值为已知的28种样品混合气体。28种样品混合气体分别包括甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)中的任意种或全部作为气体成分。例如No.7的样品混合气体包括：90vol％的甲烷、3vol％的乙烷、1vol％的丙烷、1vol％的丁烷、4vol％的氮气和1vol％的二氧化碳。又，No.8的样品混合气体包括：85vol％的甲烷、10vol％的乙烷、3vol％的丙烷和2vol％的丁烷，不包括氮气和二氧化碳。又，No.9的样品混合气体包括85vol％的甲烷、8vol％的乙烷、2vol％的丙烷、1vol％的丁烷、2vol％的氮气和2vol％的二氧化碳。
接着，28种样品混合气体各自散热系数MI的值，分别在发热元件的温度设定为100℃、150℃和200℃时进行计测。另外，例如No.7的样品混合气体包括6种气体成分，如上所述，乙烷(C2H6)和丁烷(C4H10)可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，这样即 使在三种温度下计测散热系数MI的值也没有问题。之后，基于28种样品混合气体的发热量Q的值和计测得到的散热系数MI的值，通过支持矢量回归，制作以散热系数MI为独立变量、以发热量Q为从属变量的计算发热量Q的1次方程式、2次方程式和3次方程式。
在制作计算发热量Q的的1次方程式时，校准点可以3至5个为基准适当确定。制作得到的1次方程式由下述(37)式得到。28种样品混合气体的发热量Q以(37)式计算，和实际发热量Q比较，其最大误差为2.1％。
Q＝39.91-20.59×MI(100℃)-0.89×MI(150℃)+19.73×MI(200℃) …(37)
在制作技术发热量Q的2次方程式时，校准点可以8至9个为基准适当确定。以制作得到2次方程式计算28种样品混合气体的发热量Q，和实际发热量Q相比，最大误差为1.2至1.4％。
在制作计算发热量Q的3次方程式时，校准点可以10至14个为基准适当确定。用制作得到的3次方程式计算28种样品混合气体的发热量Q，并与实际发热量Q比较，发现最大误差不到1.2％。如图16和图17所示的，取10个校准点制作的3次方程式计算得到的发热量Q和实际发热量Q近似良好。
符号说明
8微芯片
10计测机构
18隔热部件
20，21气体物性值测定系统
31A，31B，31C，31D气压调节器
32A，32B，32C，32D流量控制装置
50A，50B，50C，50D储气瓶
60基板
61发热元件
62第一测温元件
63第二测温元件
64保温元件
65绝缘膜
66空腔
91A，91B，91C，91D，92A，92B，92C，92D，93，102，103流路
101腔室
160，161，162，163，164，165，166，181，182，183电阻元件
170，171运算放大器
301校正部
302散热系数计算模块
303计算式制作模块
305发热量计算模块
310驱动电路
312输入装置
313输出装置
322热传导率计算模块
323浓度计算模块
401校正信息存储装置
402散热系数存储装置
403计算式存储装置
404发热量存储装置
411热传导率存储装置
412浓度存储装置
Claims (18)
1.一种发热量计算式制作系统，其特征在于，包括：
被注入多种混合气体的容器；
设置于所述容器的发热元件；
设置于所述容器的、计测所述多种混合气体的各自的温度的测温元件；
基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部；
基于所述多种混合气体的各自的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述多种混合气体的各自的散热系数的值的计测机构；和
基于所述多种混合气体的已知发热量的值和对于所述多种发热温度的所述散热系数的计测值，制作以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式的计算式制作模块。
2.如权利要求1所述的发热量计算式制作系统，其特征在于，所述发热元件和所述测温元件由同一部件构成。
3.如权利要求1或2所述的发热量计算式制作系统，其特征在于，所述发热元件的多个发热温度的数量至少是从所述多种混合气体各自所包含的气体成分的数量减去1的数。
4.一种发热量计算式制作方法，其特征在于，包括：
准备多种混合气体；
以测温元件计测所述多种混合气体的各自的温度；
基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正；
基于所述多种混合气体的各自的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述多种混合气体的各自的散热系数的值；和
基于所述多种混合气体的已知发热量的值和对于所述多种发热温度的所述散热系数的计测值，制作以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式。
5.如权利要求4所述的发热量计算式制作方法，其特征在于，所述发热元件和所述测温元件由同一部件构成。
6.如权利要求4或5所述的发热量计算式制作方法，其特征在于，所述发热元件的多个发热温度的数量至少是从所述多种混合气体各自所包含的气体成分的数量减去1的数。
7.如权利要求4或5所述的发热量计算式制作方法，其特征在于，在制作所述发热量计算式时，采用的是支持矢量回归。
8.一种发热量测定系统，其特征在于，包括：
被注入发热量未知的计测对象混合气体的容器；
设置于所述容器的发热元件；
设置于所述容器的、计测所述计测对象混合气体的温度的测温元件；
基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部；
基于所述计测对象混合气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述计测对象混合气体的散热系数的计测值的计测机构；
保存以相对于所述多种发热温度的所述散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式的计算式存储装置；和
将所述计测对象混合气体的所述散热系数的计测值代入所述发热量计算式的所述散热系数的独立变量，计算所述计测对象混合气体的发热量的值的发热量计算模块。
9.如权利要求8所述的发热量测定系统，所述发热元件和所述测温元件由同一部件构成。
10.如权利要求8或9所述的发热量测定系统，其特征在于，所述多个发热温度的数量至少是从包含于所述多种混合气体的多种气体成分的数量减去1的数。
11.一种发热量测定方法，其特征在于，包括：
准备发热量未知的计测对象混合气体；
以测温元件计测所述计测对象混合气体的温度；
基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正；
基于所述计测对象混合气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件以多种发热温度发热时的所述计测对象混合气体的散热系数的计测值；
准备以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式；
将所述计测对象混合气体的所述散热系数的计测值代入所述发热量计算式的所述散热系数的独立变量，计算所述计测对象混合气体的发热量的值。
12.如权利要求11所述的发热量测定方法，所述发热元件和所述测温元件由同一部件构成。
13.如权利要求11或12所述的发热量测定方法，其特征在于，所述多个发热温度的数量至少是从包含于所述多种混合气体的多种气体成分的数量减去1的数。
14.如权利要求11或12所述的发热量测定方法，其特征在于，基于包括多种气体成分的多种样品混合气体的发热量的值和相对于所述多种发热温度的所述多种样品混合气体的散热系数的值，制作以相对于所述多种发热温度的散热系数为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计算式。
15.如权利要求14所述的发热量测定方法，其特征在于，为了制作所述发热量计算式而采用支持矢量回归。
16.一种物性计测系统，其特征在于，包括：
被注入气体的容器；
设置于所述容器的发热元件；
设置于所述容器的、计测所述气体的温度的测温元件；
基于所述发热元件的温度和所述测温元件的温度相等时的所述测温元件的电阻值，对所述发热元件的电阻值的偏移进行校正的校正部；和
基于所述气体的被计测到的温度，计测使得所述发热元件发热时的所述气体的散热系数的值的计测机构。
17.如权利要求16所述的物性计测系统，其特征在于，进一步包括：基于所述被计测到的散热系数的值，计算所述气体的热传导率的热传导率计算模块。
18.如权利要求17所述的物性计测系统，其特征在于，进一步包括：基于所述被计测到的散热系数的值，计算所述气体的浓度的浓度计算模块。
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