DE102020121062A1 - Mischungsverhältnis-berechnungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Komponentenverhältnis einer Fluidmischung mit drei oder mehr Komponenten berechnet. Ein zweiter Wärmegenerator wird veranlasst, eine Temperaturdifferenz in der Fluidmischung zu erzeugen, der erste Wärmegenerator wird veranlasst, die Fluidmischung auf eine erste Temperatur zu erwärmen, ein vorbestimmter thermischer Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, wird auf der Basis eines Ausgangssignals von einem Temperaturdifferenzdetektor erhalten, in Bezug auf die auf die erste Temperatur erwärmte Fluidmischung wird der erste Wärmegenerator veranlasst, die Fluidmischung auf eine zweite Temperatur zu erwärmen, der thermische Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, wird auf der Grundlage einer Ausgabe des Temperaturdifferenzdetektors in Bezug auf die auf die zweite Temperatur erwärmte Fluidmischung erhalten, eine erste Beziehungsinformation erhalten wird, die eine Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der auf die erste Temperatur eingestellten Mischung von Fluiden und einem Mischungsverhältnis eines ersten Fluids definiert, eine zweite Beziehungsinformation erhalten wird, die eine Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der auf die zweite Temperatur eingestellten Mischung von Fluiden und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids definiert, und die Mischungsverhältnisse der Fluide zu der Mischung von Fluiden auf der Grundlage des thermischen Eigenschaftswertes der auf die erste Temperatur eingestellten Mischung von Fluiden, des thermischen Eigenschaftswertes der auf die zweite Temperatur eingestellten Mischung von Fluiden, der ersten Beziehungsinformation und der zweiten Beziehungsinformation berechnet werden.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
• Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-152361 , die am 22. August 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
• GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischungsverhältnis-Berechnu ngsvorrichtung.
• HINTERGRUND
• Vorrichtungen, die in der Lage sind, ein Komponentenverhältnis einer bestimmten Komponente zu einer Fluidmischung mit zwei oder mehr Komponenten anzugeben, sind bekannt (siehe z.B. JP 2017-090317 A und JP 2006-275608 A ).
• Alle diese Geräte sind jedoch für den Umgang mit einem Gemisch aus zwei Arten von Gasen ausgelegt.
• Für ein Gemisch aus zwei Arten von Gasen mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften wie etwa ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff (0% Argon) wie in 22A gezeigt, wird die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung auf der Grundlage der Sauerstoff-Konzentration eindeutig bestimmt. Deshalb ermöglicht das Detektieren der Wärmeleitfähigkeit, die eine thermische Eigenschaft ist, unter Verwendung eines thermischen Sensors, die Bestimmung der Sauerstoff-Konzentration aus einer Sensorausgabe in einer eindeutigen Beziehung.
• 22B zeigt jedoch: Für eine Gasmischung enthaltend drei Komponenten, die nicht bloß Sauerstoff und Stickstoff umfassen, sondern auch Argon, deren Konzentration unbekannt ist, wird die Sauerstoff-Konzentration, die der gleichen Sensorausgabe entspricht, selbst dann nicht eindeutig bestimmt, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung durch den Sensor detektiert wird, weil die Sauerstoff-Konzentration auch von der Argon-Konzentration abhängt. 22B zeigt eine Beziehung zwischen jeder Komponente einer Gasmischung enthaltend Sauerstoff, Stickstoff, und Argon und der Ausgabe des Sensors zum Detektieren der Wärmeleitfähigkeit, wobei die horizontale Achse die Sauerstoff-Konzentration zeigt und wobei die vertikale Achse die Sensorausgabe zeigt. Hier entspricht eine durchgezogene Linie, deren Datenwerte durch X gekennzeichnet sind, einem Fall, bei dem 0% Argon enthalten ist (das heißt, die Gasmischung enthält ausschließlich Sauerstoff und Stickstoff). Eine gestrichelte Linie, deren Datenwerte durch Dreiecke gekennzeichnet sind, entspricht einem Fall, bei dem 3% Argon enthalten sind. Ferner stellt eine zweifach-lang-zweifach-kurz gestrichelte Linie, deren Datenwerte durch Rauten gekennzeichnet sind, einen Fall dar, bei dem 4.17% Argon enthalten sind, und eine lang-gestrichelt kurz-gestrichelte Linie, deren Datenwerte durch Quadrate gekennzeichnet sind, entspricht einem Fall, bei dem 5% Argon enthalten ist. Wenn Sensorausgaben, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt, erhalten werden, variiert in 22B ein Wert auf der Abszisse eines Schnitts einer Kurve, die eine Beziehung zwischen der Sauerstoff-Konzentration und einer entsprechenden der gestrichelten Linien, das heißt, die Sauerstoff-Konzentration, angibt, in einer Weise, die von der Argon-Konzentration abhängt. In diesem Beispiel kann die Sauerstoff-Konzentration, die der Sensorausgabe entspricht, vier Werte a1, a2, a3 und a4 entsprechend der Argon-Konzentration annehmen, was ein eindeutiges Bestimmen der Sauerstoff-Konzentration verhindert.
• KURZZUSAMMENFASSUNG
• Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht worden, und es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, ein Komponentenverhältnis einer Fluidmischung, die drei oder mehr Arten von Komponenten enthält, zu berechnen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Lösen der oben beschriebenen Aufgaben eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung vorgesehen, die ausgestaltet ist, ein Mischungsverhältniss einer Fluidmischung, welche drei oder mehr Arten von Fluiden enthält, zu berechnen.
• Die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung umfasst
  einen ersten Wärmegenerator, welcher ausgestaltet ist, um die Fluidmischung zu erhitzen;
  einen Basisinformationsdetektor, welcher ausgestaltet ist, um Basisinformationen über einen vorbestimmten thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung zu detektieren; und
  einen Mischungsverhältnis-Berechner, welcher ausgestaltet ist, um Mischungsverhältnisse aus den drei oder mehr Arten von Fluiden zu den Fluidmischungen zu berechnen.
• Der Mischungsverhältnis-Berechner ist ausgestaltet, um:
• zu bewirken, dass der erste Wärmegenerator die Fluidmischung bzw. Mischung der Fluide auf eine erste Temperatur einstellt;
• den vorbestimmten thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung bei der ersten Temperatur, auf der Grundlage eines Detektions-Ergebnisses für die Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, des Basisinformationsdetektors zu erhalten;
• zu bewirken, dass der erste Wärmegenerator die Fluidmischung auf eine zweite Temperatur einstellt, die unterschiedlich zur ersten Temperatur ist;
• den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage eines Detektions-Ergebnisses für die Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, des Basisinformationsdetektors zu erhalten;
• erste Beziehungsdaten zu erhalten, die eine Beziehung definieren zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, und einem Mischungsverhältnis, zu der Fluidmischung, eines ersten Fluids, welches in der Fluidmischung enthalten ist;
• zweite Beziehungsdaten zu erhalten, die eine Beziehung definieren zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, welche auf die zweite Temperatur eingestellt ist, und einem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zu der Fluidmischung; und
• die Mischungsverhältnisse aus den drei oder mehr Arten von Fluiden zu der Fluidmischung auf der Grundlage des thermischen Eigenschaftswerts der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, des thermischen Eigenschaftswerts der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, der ersten Beziehungsdaten, und der zweiten Beziehungsdaten zu berechnen.
• Selbst wenn das Verhältnis zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung und dem Mischungsverhältnis des ersten in der Fluidmischung enthaltenen Fluids bei einer bestimmten Temperatur bekannt ist, variiert dieses Verhältnis selbst in einer Weise, die vom Mischungsverhältnis eines anderen in der Fluidmischung enthaltenen Fluids abhängt; daher schlägt selbst dann, wenn der thermische Eigenschaftswert der Fluidmischung erhalten wird, die Berechnung des Mischungsverhältnisses der Fluidmischung fehl. Unter der Voraussetzung jedoch, dass das Verhältnis zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids bei zwei verschiedenen Temperaturen bekannt ist,kann, da das Mischungsverhältnis des ersten Fluids bei beiden Temperaturen konstant ist, wenn die auf die beiden Temperaturen eingestellten thermischen Eigenschaftswerte der Fluidmischung erhalten werden, ein Verhältnis entsprechend eines Mischungsverhältnisses der anderen Fluide spezifiziert werden, unter der Bedingung, dass jeder thermische Eigenschaftswert dem konstanten Mischungsverhältnis des ersten Fluids entspricht. Daher werden das Mischungsverhältnis des ersten Fluids und das Mischungsverhältnis eines anderen Fluids, das eine solche Bedingung erfüllt, spezifiziert, und das Mischungsverhältnis (Komponentenverhältnis) der Fluidmischung, die die drei oder mehr Arten von Komponenten umfasst, die die letzte verbleibende Art von Fluid umfassen kann berechnet werden.
• Nach der vorliegenden Erfindung setzt der erste Wärmegenerator, der zur Erwärmung der Fluidmischung konfiguriert ist, die Fluidmischung auf eine erste Temperatur und eine zweite Temperatur, die sich von der ersten Temperatur unterscheidet. Als eine Struktur zum Erhalten des vorbestimmten thermischen Eigenschaftswertes der Fluidmischung werden dann der Basisinformationsdetektor, der so konfiguriert ist, dass er die Basisinformation über den vorbestimmten thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung erfasst, und der Mischungsverhältnis-Berechner bereitgestellt. Hier veranlasst der Mischungsverhältnis-Berechner den ersten Wärmegenerator, die Fluidmischung auf die erste Temperatur einzustellen, und erhält den thermischen Eigenschaftswert der auf die erste Temperatur eingestellten Fluidmischung auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses für die auf die erste Temperatur eingestellte Fluidmischung vom Basisinformationsdetektor. Ferner veranlasst der Mischungsverhältnis-Berechner den ersten Wärmegenerator, die Fluidmischung auf die zweite Temperatur einzustellen, und erhält den thermischen Eigenschaftswert der auf die zweite Temperatur eingestellten Fluidmischung auf der Grundlage des Detektionsergebnisses für die auf die zweite Temperatur eingestellte Fluidmischung vom Basisinformationsdetektor. Der Mischungsverhältnis-Berechner erhält im Voraus die erste Beziehungsinformation, die die Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert des auf die erste Temperatur eingestellten Fluidgemisches und dem Mischungsverhältnis des in dem Fluidgemisch enthaltenen ersten Fluids zu dem Fluidgemisch definiert, und die zweite Beziehungsinformation, die die Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert des auf die zweite Temperatur eingestellten Fluidgemisches und dem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zu dem Fluidgemisch definiert. Dann berechnet der Mischungsverhältnis-Berechner nach dem oben beschriebenen Prinzip die Mischungsverhältnisse der drei oder mehr Arten von Fluiden, die das erste Fluid in der Fluidmischung umfassen, auf der Grundlage des thermischen Eigenschaftswertes der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, des thermischen Eigenschaftswertes der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, der ersten Beziehungsinformation und der zweiten Beziehungsinformation. Hier ist der vorbestimmte thermische Eigenschaftswert ein Eigenschaftswert des Fluids, der sich in Abhängigkeit von der Wärme (Temperatur) ändert. Weiterhin ist die Basisinformation eine Information, die durch den Basisinformationsdetektor erfasst werden kann und als Basis für den thermischen Eigenschaftswert dient, auf der der vorbestimmte thermische Eigenschaftswert durch einen vorbestimmten Prozess auf dem Erfassungsergebnis des Basisinformationsdetektors unter Verwendung eines vorbestimmten Berechnungsausdrucks oder einer vorbestimmten Umrechnungstabelle erhalten werden kann. Ferner kann die vom Basisinformationsdetektor ermittelte Basisinformation als thermischer Eigenschaftswert verwendet werden.
• Nach der vorliegenden Erfindung kann die Fluidmischung drei Arten von Fluiden enthalten.
• Nach der vorliegenden Erfindung wird das Mischungsverhältnis der Fluidmischung, die drei oder mehr Arten von Fluiden enthält, berechnet, aber es ist möglich, die Konzentration jeder der drei Arten von Fluiden, die in der Fluidmischung enthalten sind, zu berechnen und so das Mischungsverhältnis der Fluidmischung zu berechnen.
• Nach der vorliegenden Erfindung kann die Fluidmischung vier oder mehr Arten von Fluiden enthalten und zwei oder mehr Arten der Fluide umfassen, die ein Pseudokomponenten-Fluid bilden, dessen Mischungsverhältnis als ein Mischungsverhältnis einer Fluidart in einer Pseudo-Weise berechnet werden kann, und die Fluidmischung kann drei Arten von Fluiden enthalten, welche die Fluide und das Pseudokomponenten-Fluid umfassen.
• Diese Zusammensetzung, bei der die Fluidmischung, die vier oder mehr Arten von Fluiden enthält, zwei oder mehr Arten von Fluiden umfasst, die ein Pseudokomponenten-Fluid bilden, dessen Mischungsverhältnis als das Mischungsverhältnis einer Art von Fluid in einer Pseudo-Weise berechnet werden kann, erlaubt es, die Fluidmischung als drei Arten von Fluiden zu behandeln, die zwei Arten von Fluiden und eine Art von Pseudokomponenten-Fluid enthalten, oder als drei Arten von Fluiden, die eine Art von Fluid und zwei Arten von Pseudokomponenten-Fluiden enthalten. Das heißt, es ist möglich, mit der Fluidmischung, die vier oder mehr Arten von Fluiden enthält, die als Fluidmischung behandelt wird, die drei Arten von Fluiden enthält, das Mischungsverhältnis der Fluidmischung zu berechnen. Die zwei oder mehr Arten von Fluiden, aus denen das Pseudokomponenten-Fluid besteht, sind nicht auf bestimmte Fluide beschränkt. Außerdem sind die Flüssigkeiten, aus denen das Pseudokomponenten-Fluid besteht, nicht auf diese beiden Arten von Flüssigkeiten beschränkt, und drei weitere Arten von Flüssigkeiten können eine Art von Pseudokomponenten-Fluid bilden.
• Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung das Pseudokomponenten-Fluid zwei oder mehr Arten von Fluiden umfassen, die identisch oder ähnlich zueinander sind in Bezug auf den thermischen Eigenschaftswert.
• Da das Pseudokomponenten-Fluid zwei oder mehr Arten von Fluiden enthält, die im thermischen Eigenschaftswert identisch oder einander ähnlich sind, ist es dementsprechend möglich, mit den zwei oder mehr Arten von Fluiden, die im thermischen Eigenschaftswert identisch oder einander ähnlich sind und als eine Art von Fluid behandelt werden, das Mischungsverhältnis der Fluidmischung in der gleichen Weise zu berechnen wie das Mischungsverhältnis der Fluidmischung, die drei Arten von Fluiden enthält.
• Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung das Pseudokomponenten-Fluid zwei oder mehr Arten der Fluide umfassen, die identisch oder einander ähnlich im Mischungsverhältnis zur Fluidmischung sind.
• Da das Pseudokomponenten-Fluid zwei oder mehrere Arten von Fluiden enthält, die im Mischungsverhältnis zu der Fluidmischung identisch oder ähnlich sind, ist es dementsprechend möglich, mit den zwei oder mehreren Arten von Fluiden, die im Mischungsverhältnis identisch oder ähnlich sind und als eine Art von Fluid behandelt werden, das Mischungsverhältnis der Fluidmischung in der gleichen Weise zu berechnen wie die Fluidmischung, die drei Arten von Fluiden enthält. Die Mischungsverhältnisse von zwei oder mehreren Arten von Fluiden, aus denen das Pseudokomponenten-Fluid besteht, können sich von den nach der vorliegenden Erfindung berechneten Werten unterscheiden und können Werte sein, die auf der Grundlage einer Spezifikation oder dergleichen erhalten werden.
• Ferner können nach der vorliegenden Erfindung vier oder mehr Arten der Fluide das Fluid umfassen, dessen Mischungsverhältnis zur Fluidmischung kleiner oder gleich als ein vorbestimmter Wert ist, und welches von den Fluiden ausgeschlossen ist, deren Mischungsverhältnisse berechnet werden.
• Dementsprechend ist es möglich, unter vier oder mehr Arten von Fluiden, die in der Fluidmischung enthalten sind, ein Fluid, dessen Mischungsverhältnis zur Fluidmischung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, von den Fluiden auszuschließen, deren Mischungsverhältnisse nach der vorliegenden Erfindung berechnet werden, und mit den anderen Fluiden, die als eine drei Arten von Fluiden enthaltende Fluidmischung behandelt werden, das Mischungsverhältnis der Fluidmischung zu berechnen. Der vorbestimmte Wert kann nach Belieben eingestellt werden. Dabei können die anderen Fluide drei Arten von Fluiden sein oder alternativ ein Fluid sein, das als drei Arten von Fluiden behandelt wird, die zwei oder mehr Arten von Fluiden umfassen, die das Pseudokomponenten-Fluid bilden. Wenn sich der Wert der thermischen Eigenschaften signifikant von den anderen in der Fluidmischung enthaltenen Fluiden unterscheidet, braucht das Fluid auch dann nicht von Fluiden, deren Mischungsverhältnisse berechnet werden, ausgeschlossen zu werden, wenn das Mischungsverhältnis des Fluids zu der Fluidmischung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Ferner kann sich das Mischungsverhältnis, bei dem bestimmt wird, ob das Mischungsverhältnis gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, von einem nach der vorliegenden Erfindung berechneten Wert unterscheiden und ein Wert sein, der auf der Grundlage einer Spezifikation oder dergleichen erhalten wird.
• Ferner umfasst der Basisinformationsdetektor nach der vorliegenden Erfindung
  einen Temperaturdifferenz-Detektor, welcher ausgestaltet ist, um ein Signal auszugeben, welches einer Temperaturdifferenz entspricht, die in der Fluidmischung erzeugt wird; und
  einen zweiten Wärmegenerator, welcher ausgestaltet ist, um die Temperaturdifferenz in der Fluidmischung zu erzeugen.
• Der Mischungsverhältnis-Berechner ist ausgestaltet, um:
• zu bewirken, dass der zweite Wärmegenerator die Temperaturdifferenz in der Fluidmischung erzeugt;
• den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage einer Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors, bezüglich der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur durch den ersten Wärmegenerator eingestellt ist, zu erhalten; und
• den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage einer Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors, bezüglich der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur durch den Wärmegenerator eingestellt ist, zu erhalten.
• Dementsprechend umfasst der Basisinformationsdetektor den zweiten Wärmegenerator, der so konfiguriert ist, dass er die Temperaturdifferenz in der Fluidmischung erzeugt, und den Temperaturdifferenzdetektor, der so konfiguriert ist, dass er ein Signal ausgibt, das der Temperaturdifferenz entspricht, die in der Fluidmischung in Übereinstimmung mit der thermischen Eigenschaft der Fluidmischung erzeugt wird. Dann veranlasst der Mischungsverhältnis-Berechner den zweiten Wärmegenerator, in einer lokalisierten Weise eine Temperaturdifferenz (Temperaturverteilung) in der durch den ersten Wärmegenerator auf die erste Temperatur eingestellten Fluidmischung zu erzeugen, und erhält den Wert der thermischen Eigenschaft der auf die erste Temperatur eingestellten Fluidmischung auf der Grundlage des Ausgangssignals des Temperaturdifferenzdetektors. Der Mischungsverhältnis-Berechner veranlasst ferner den zweiten Wärmegenerator, in einer lokalisierten Weise eine Temperaturdifferenz (Temperaturverteilung) in der durch den ersten Wärmegenerator auf die zweite Temperatur eingestellten Fluidmischung zu erzeugen, und erhält den thermischen Eigenschaftswert der auf die zweite Temperatur eingestellten Fluidmischung auf der Grundlage des Ausgangssignals des Temperaturdifferenzdetektors. Da der Temperaturdifferenzdetektor ein Signal ausgibt, das der in der Fluidmischung erzeugten Temperaturdifferenz entspricht, ist es möglich, eine auf die Temperaturverteilung bezogene Eigenschaft wie die Wärmeleitfähigkeit als thermische Eigenschaft der Fluidmischung zu verwenden.
• Ferner kann der Mischungsverhältnis-Berechner nach der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sein, um:
• Umwandlungsdaten zur Verwendung in einer Umwandlung der Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors in den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung zu erhalten;
• die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors in den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage der Umwandlungsdaten umzuwandeln; und
• die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors in den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage der Umwandlungsdaten umzuwandeln.
• Dementsprechend kann das Mischungsverhältnis der Fluidmischung auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids, das nicht von den Eigenschaften des Temperaturdifferenzdetektors abhängt, als erste Beziehungsdaten und als zweite Beziehungsdaten berechnet werden.
• Ferner kann der Mischungsverhältnis-Berechner nach der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sein, um:
• die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors bezüglich der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, als den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, zu verwenden; und
• die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors bezüglich der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, als den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, zu verwenden.
• Dadurch entfällt die Notwendigkeit von Informationen zur Verwendung bei der Umwandlung der Ausgabe des Temperaturdifferenzdetektors in einen anderen thermischen Eigenschaftswert, so dass die Kapazität der Speichervorrichtung für diese Informationen reduziert werden kann.
• Ferner können der erste Wärmegenerator, der zweite Wärmegenerator, und der Temperaturdifferenz-Detektor nach der vorliegenden Erfindung auf dem gleichen Chip gebildet sein.
• Dadurch können der erste Wärmegenerator und der zweite Wärmegenerator durch den gleichen Prozess geformt werden, was eine Senkung der Herstellungskosten ermöglicht. Da der erste Wärmegenerator, der zweite Wärmegenerator und der Temperaturdifferenzdetektor auf demselben Chip gebildet werden, ist es zudem möglich, die Größe zu reduzieren. Da die vom ersten Wärmegenerator und vom zweiten Wärmegenerator erzeugte Wärme nur auf eine minimal notwendige Fläche in der Nähe des Temperaturdifferenzdetektors aufgebracht wird, ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren.
• Ferner kann der zweite Wärmegenerator die Funktion des ersten Wärmegenerators übernehmen.
• Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Struktur und damit eine Reduzierung von Kosten und Größe.
• Ferner kann der Temperaturdifferenz-Detektor einen ersten Temperaturdifferenz-Detektor und einen zweiten Temperaturdifferenz-Detektor umfassen, welche an Positionen in unterschiedlicher Distanz zum zweiten Wärmegenerator angeordnet sind.
• Dementsprechend ist der erste Temperaturdifferenzdetektor in einem Tieftemperaturbereich entfernt vom zweiten Wärmegenerator angeordnet, und der zweite Temperaturdifferenzdetektor ist in einem Hochtemperaturbereich neben dem zweiten Wärmegenerator angeordnet, wodurch der erste Temperaturdifferenzdetektor und der zweite Temperaturdifferenzdetektor Daten bei zwei Temperaturen erhalten können. Dies erhöht die Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit. Da dadurch auch die Notwendigkeit entfällt, die Temperaturen des zweiten Wärmegenerators, der die Funktion des ersten Wärmegenerators hat, zu schalten, wird die Regelung einfach.
• Ferner kann der erste Wärmegenerator nach der vorliegenden Erfindung einen ersten Temperaturheizer, der ausgestaltet ist, um die Fluidmischung auf die erste Temperatur einzustellen, und einen zweiten Temperaturheizer, der ausgestaltet ist, um die Fluidmischung auf die zweite Temperatur einzustellen, umfassen.
• Dies ermöglicht es dem ersten Temperaturheizer und dem zweiten Temperaturheizer, gleichzeitig Daten bei der ersten und der zweiten Temperatur zu messen, erhöht die Reaktionsfähigkeit und Genauigkeit und macht das Umschalten der Heiztemperaturen des ersten Wärmegenerators überflüssig, wodurch die Steuerung einfach wird.
• Ein Temperaturdetektor, welcher ausgestaltet ist, um die Temperatur der Fluidmischung zu detektieren, kann enthalten sein.
• Dadurch wird verhindert, dass der erste Wärmegenerator durch die Erfassung der Temperatur unnötig Wärme erzeugt und ermöglicht so eine Reduzierung des Stromverbrauchs. Da zudem der erste Wärmegenerator keine unnötige Wärme erzeugt, wird die Lebensdauer des ersten Wärmegenerators verlängert. Da außerdem die Umgebungstemperatur des Temperaturdifferenzdetektors konstant gehalten werden kann, wird das Detektionsergebnis nicht durch die Umgebungstemperatur beeinflusst, wodurch die Kosten für die Temperaturkalibrierung entfallen.
• Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung der thermische Eigenschaftswert einer von Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Dielektrizitätszahl, oder Schallgeschwindigkeit sein.
• Der thermische Eigenschaftswert ist ein Eigenschaftswert, der in Abhängigkeit von der Wärme variiert; daher ist es möglich, den thermischen Eigenschaftswert unter Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante und Schallgeschwindigkeit unter Berücksichtigung von Faktoren wie Eigenschaften des Fluids und Unterschieden in den thermischen Eigenschaften der in der Fluidmischung enthaltenen Fluide auszuwählen.
• Ferner können nach der vorliegenden Erfindung die Fluide gasförmig oder flüssig sein.
• Somit kann nach der vorliegenden Erfindung das Mischungsverhältnis sowohl für Gas als auch für Fluid berechnet werden.
• Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung eine Argon-Konzentration als ein Mischungsverhältnis zu einer Gasmischung enthaltend Sauerstoff, Stickstoff, und Argon, in der Sauerstoff konzentriert ist, berechnet werden.
• Dementsprechend ist es in einem Sauerstoffkonzentrator, in dem Luft als Gasgemisch, das Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, durch einen Kompressor verdichtet wird und der Stickstoff aus der verdichteten Luft adsorbiert wird, um den Sauerstoff zu konzentrieren, möglich, auf der Grundlage der berechneten Argonkonzentration zu bestimmen, ob die Adsorption von Stickstoff geeignet ist, und den Sauerstoff auf eine geeignete Konzentration zu konzentrieren, indem der Druck des Kompressors so geregelt wird, dass die Adsorptionsmenge an Stickstoff optimiert wird.
• Ferner können nach der vorliegenden Erfindung die ersten Beziehungsdaten ein Koeffizient eines Relationsausdrucks sein, der die Beziehung definiert zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids zur Fluidmischung und die zweiten Beziehungsaten ein Koeffizient eines Relationsausdrucks sein, der die Beziehung definiert zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids zur Fluidmischung,
• Dementsprechend erlaubt nur die Verwendung des Koeffizienten des erhaltenen relationalen Ausdrucks, die Beziehungen zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der auf die erste Temperatur eingestellten Fluidmischung und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids sowie zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der auf die zweite Temperatur eingestellten Fluidmischung und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids durch Berechnung unter Verwendung des relationalen Ausdrucks zu erhalten, so dass die Kapazität des Speichers verringert werden kann.
• Fernerkönnen nach der vorliegenden Erfindung die ersten Beziehungsdaten einer Kurve entsprechen, die den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, mit dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids zur Fluidmischung in Beziehung setzt, und
  die zweiten Beziehungsdaten einer Kurve entsprechen, die den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, mit dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids zur Fluidmischung in Beziehung setzt.
• Dadurch kann die Berechnung zur Ermittlung der Beziehungen zwischen dem thermischen Eigenschaftswert bei der ersten Temperatur und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids und zwischen dem thermischen Eigenschaftswert bei der zweiten Temperatur und dem Mischungsverhältnis des ersten Fluids vereinfacht werden. Darüber hinaus wird durch die Verwendung einer bekannten Kurve die Lärmfestigkeit erhöht.
• Der erste Wärmegenerator kann dazu veranlasst werden, Wärme zu erzeugen, wenn das Mischungsverhältnis der Fluidmischung berechnet wird.
• Dies verhindert, dass der erste Wärmegenerator unnötig Wärme erzeugt und ermöglicht so eine Reduzierung des Stromverbrauchs. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung der Lebensdauer des ersten Wärmegenerators.
• Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Komponentenverhältnis der Fluidmischung, die drei oder mehr Arten von Komponenten enthält, zu berechnen.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein funktionales Blockdiagramm einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• 2 zeigt ein Flussdiagramm und illustriert einen Ablauf eines Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens nach dem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3A und 3B zeigen ein Detektionselement einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 4 zeigt ein funktionales Blockdiagramm der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 5A bis 5C zeigt das Prinzip einer Flussratenmessung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Ablaufes eines Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit einer Gasmischung und der Sauerstoff-Konzentration nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 8 zeigt die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoff-Konzentration nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 9 zeigt das Prinzip eines Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 10 zeigt die Komponenten und die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, deren Mischungsverhältnis berechnet wird, nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 11 zeigt ein Flussdiagramm eines Ablaufs eines Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens nach einer Modifikation ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 12 zeigt in Draufsicht ein Detektionselement einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 13 zeigt in Draufsicht ein Detektionselement einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 14 zeigt ein funktionales Blockdiagramm der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 15 zeigt in Draufsicht ein Detektionselement einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 16 zeigt in Draufsicht ein Detektionselement einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 17 zeigt ein schematisches Strukturdiagram eines SauerstoffKonzentrators nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 18A bis 18D zeigen, wie die Adsorption ein dem SauerstoffKonzentrator nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt;
• 19 zeigt eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit einer Gasmischung und der Sauerstoff-Konzentration nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 20 zeigt schematisch den Aufbau einer Messeinheit einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 21 zeigt schematisch den Aufbau einer Messeinheit einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
• 22A und 22B zeigen eine Beziehung zwischen einer Sensorausgabe und der Sauerstoff-Konzentration nach einem herkömmlichen Beispiel.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• (Anwendungsbeispiel)
• Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
• 1 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, das schematisch den Aufbau einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 1 zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird. 2 zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens schematisch darstellt.
• Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung zur Berechnung eines Mischungsverhältnisses einer Fluidmischung, die drei oder mehr Arten von Komponenten enthält. Ein Fall, in dem ein Mischungsverhältnis einer Fluidmischung, die drei Arten von Fluiden enthält, berechnet wird, wird im Folgenden als Beispiel beschrieben. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 1 umfasst in erster Linie eine Messeinheit 10, einen Controller 20, eine Speichereinheit 30, eine Eingabeeinheit 4, und eine Ausgabeeinheit 5. Messeinheit 10 umfasst einen Sensor 11, der eine Eigenschaft detektiert, die auf eine Art variiert, welche von der Erwärmung der Fluidmischung abhängt, eine Heizung 12, welche die Fluidmischung aufheizt, und einen Strömungsweg 17 für die Fluidmischung. Controller 20 umfasst zumindest einen Mischungsverhältnis-Berechner 22. Controller 20 umfasst insbesondere eine zentrale Recheneinheit (CPU) und Speichervorrichtungen, wie etwa einen Festwertspeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Das Laden eines im ROM o.ä. gespeicherten Programms in einen Arbeitsbereich wie den RAM und das Veranlassen der CPU, das Programm auszuführen, ermöglicht jede Funktion, die einen vorbestimmten Zweck wie die Berechnung des Mischungsverhältnisses erfüllt. Speichereinheit 30 umfasst eine erste Speichereinheit 31 und eine zweite Speichereinheit 32, die jeweils aus einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, wie einem löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), aufgebaut sind, und speichert Informationen, wie z.B. einen Parameter, der für das Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren erforderlich ist. Eingabeeinheit 4 ist eine Einheit, die Benutzereingaben empfängt, und die Ausgabeeinheit 5 Ausgabeeinheit 5 ist eine Einheit, die Informationen ausgibt.
• Bei einer Fluidmischung
  die zwei Arten von Fluiden enthält, die unterschiedliche Eigenschaften haben, die sich in Abhängigkeit von der Wärme verändern (im Folgenden auch als „thermische Eigenschaft“ bezeichnet), wird eine Beziehung zwischen der thermischen Eigenschaft und dem Mischungsverhältnis (Komponentenverhältnis) der Fluidmischung auf der Grundlage der Temperatur eindeutig in Bezug auf die Temperatur bestimmt. Unter der Voraussetzung, dass das Verhältnis zwischen der thermischen Eigenschaft und dem temperaturabhängigen Mischungsverhältnis der Fluidmischung im Voraus ermittelt wird, wird daher die durch den Strömungsweg 17 fließende Fluidmischung durch die Heizung 12 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und die thermische Eigenschaft der Fluidmischung durch den Sensor 11 erfasst, so dass das Mischungsverhältnis der Fluidmischung berechnet werden kann.
• Wenn die Fluidmischung andererseits drei Arten von Flüssigkeiten enthält, ist das Verhältnis zwischen der thermischen Eigenschaft und dem Mischungsverhältnis der Fluidmischung auf der Grundlage der Temperatur nicht eindeutig bestimmt. Das heißt, das Verhältnis zwischen der thermischen Eigenschaft der Fluidmischung und einem Mischungsverhältnis eines bestimmten Fluids, das in der Fluidmischung bei einer bestimmten Temperatur enthalten ist, variiert in einer Weise, die von einem Mischungsverhältnis irgendeines anderen Fluids abhängt, das in der Fluidmischung enthalten ist, so dass es nicht möglich ist, das Mischungsverhältnis des bestimmten Fluids nur durch Erfassung der thermischen Eigenschaft bei einer Temperatur zu berechnen. Wenn jedoch die thermische Eigenschaft der Fluidmischung, die auf eine von der oben beschriebenen Temperatur abweichende Temperatur eingestellt ist, festgestellt wird, ist das Mischungsverhältnis des spezifischen Fluids, das einem thermischen Eigenschaftswert der auf jede der Temperaturen eingestellten Fluidmischung entspricht, konstant, so dass die Verwendung dieser Beziehung es ermöglicht, zu bestimmen, welche der Beziehungen mit dem Mischungsverhältnis des spezifischen Fluids, das in der Fluidmischung enthalten ist, die in einer Weise variieren, die von jedem anderen Mischungsverhältnis von Fluiden abhängt, angemessen ist. Daher kann das Mischungsverhältnis des spezifischen Fluids aus dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung bei einer der Temperaturen berechnet werden.
• In der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 1, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, wird daher das Mischungsverhältnis der Fluidmischung, das drei Arten von Fluiden enthält, nach einem Verarbeitungsverfahren wie in 2 dargestellt berechnet.
• Zunächst wird die Fluidmischung in den Strömungsweg 17 eingeführt (Schritt S1).
• Dann wird die Fluidmischung bei einer auf T₁ eingestellten Temperatur von Heizung 12 erhitzt (Schritt S2).
• Dann berechnet Controller 20 einen thermische Eigenschaftswert y₁ der auf die Temperatur T₁ eingestellten Fluidmischung auf der Grundlage eines Ausgangs V₁ von Sensor 11 und eines in der ersten Speichereinheit 31 gespeicherten Parameters (Schritt S3).
• Anschließend wird mit der auf T₂ eingestellten Temperatur von Heizung 12 die Fluidmischung erhitzt (Schritt S4).
• Dann berechnet der Controller einen thermische Eigenschaftswert y₂ der auf die Temperatur T₂ eingestellten Fluidmischung auf der Grundlage einer Ausgabe V₂ von Sensor 11 und eines in der ersten Speichereinheit 31 gespeicherten Parameters (Schritt S5).
• Dann berechnet Controller 20 Komponenten der Fluidmischung auf der Grundlage der thermischen Eigenschaftswerte der auf die zwei Temperaturen T₁, T₂ eingestellten Fluidmischung, die in den Schritten S3 und S5 berechnet worden sind, und eines in der zweiten Speichereinheit 32 gespeicherten Parameters (Schritt S6).
• Dann wird das Mischungsverhältnis jedes in der Fluidmischung enthaltenen Fluids an die Ausgabeeinheit 5 ausgegeben (Schritt S7).
• Beispiele für das Fluid sind hier Gas und Flüssigkeit, und die Fluidmischung kann eine Gasmischung sein, in der Gase gemischt sind, oder eine Flüssigkeitsmischung, in der Flüssigkeiten gemischt.
• Ferner ist es vorzuziehen, dass die thermische Eigenschaft der Fluidmischung zwischen den im Fluidgemisch enthaltenen Fluiden weitgehend unterschiedlich ist. Daher ist es unter Berücksichtigung solcher Unterschiede und dergleichen möglich, die thermische Eigenschaft unter Wärmeleitfähigkeit, Schallgeschwindigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Permittivität und dergleichen zu wählen.
• Ferner wird bei dem oben beschriebenen Verfahren der thermische Eigenschaftswert der Fluidmischung auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sensors 11 berechnet, aber unter der Voraussetzung, dass im Voraus ein Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal des Sensors 11 und dem Mischungsverhältnis der Fluidmischung erhalten wird, kann das Mischungsverhältnis des Flüssigkeitsgemisches ohne Berechnung des thermischen Eigenschaftswertes berechnet werden.
• Obwohl eine Fluidmischung beschrieben worden ist, die drei Arten von Fluiden enthält, können zwei oder mehr Arten von Fluiden, die einander im Mischungsverhältnis oder im thermischen Eigenschaftswert identisch oder ähnlich sind, als eine Art von Fluid, d.h. eine Art von Komponente, in einer Pseudoweise für das Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren behandelt werden. Daher macht die Definition von zwei oder mehr Arten von Fluiden, die als eine Art von Fluid in einer Pseudo-Weise behandelt werden können, als Pseudo-Komponentenfluid und die Behandlung einer Fluidmischung einschließlich des Pseudo-Komponentenfluids als die Fluidmischung, die drei Arten von Fluiden enthält, die oben beschriebene Erfindung auf eine Mischung von Fluiden anwendbar, die drei oder mehr Arten von Fluiden enthält.
• [Erste Ausführungsform]
• Nachfolgend wird eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es wird eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 beschrieben, die ein Mischungsverhältnis einer Mischung von Fluiden berechnet, die drei Arten von Fluiden als eine grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
• <Aufbau der Vorrichtung>
• ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für ein Detektionselement 100 zeigt, das entsprechend der Ausführungsform in die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 eingebaut ist. ist eine Querschnittsansicht des Detektionselements, die einen schematischen Aufbau des Detektionselements zeigt. Die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen dient auch als Durchflussmessgerät, das in der Lage ist, den Durchfluss einer Fluidmischung zu messen, und ist z.B. in Industrieanlagen eingebaut, wie z.B. in einen Gassensor, einen Gasdurchflussmesser, einen Sauerstoffkonzentrator, ein Atemtestgerät und andere medizinische Geräte sowie in eingebettete Geräte. Die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 misst die Durchflussrate eines Fluids, die durch den Strömungsweg fließt, und berechnet ein Komponentenverhältnis der Fluidmischung.
• Wie aus hervorgeht, umfasst das Detektionselement 100 gemäß der Ausführungsform einen Detektions-Mikroheizung 110, eine erste Thermosäule 111 und eine zweite Thermosäule 112. Der Mikroheizer 110 ist z.B. ein Widerstand aus Polysilizium, der in der Mitte des Detektorelements 100 angeordnet ist. Eine dünne Isolationsschicht wird über die gesamte obere Fläche (auf der Vorderseite von der Detektions-Mikroheizung 110, des ersten Thermosteins 111 und des zweiten Thermosteins 112 gebildet, ist aber in nicht dargestellt. Das Detektionselement 100 umfasst ferner die Elektrodenpads 113, 113 und eine Leiterplatte 114. Wie in gezeigt, ist ein Hohlraum 114a in der Leiterplatte 114 unterhalb des ersten Thermosteins 111 und des zweiten Thermosteins 112 (auf der Rückseite von vorgesehen. Außerdem ist auf der gesamten Oberseite der Detektions-Mikroheizung 110, des ersten Thermosteins 111 und des zweiten Thermosteins 112 eine dünne Isolationsschicht 115 ausgebildet. Hier entspricht die Detektions-Mikroheizung 110 einem „zweiten Wärmegenerator‟ nach der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht die zweite Thermosäule 112 (und/oder die erste Thermosäule 111) einem „Temperaturdifferenzdetektor, der ein Signal ausgibt, das einer in der Fluidmischung erzeugten Temperaturdifferenz entspricht“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Dann entsprechen die Detektions-Mikroheizung 110 und die zweite Thermosäule 112 (und/oder die erste Thermosäule 111) einem „Basisinformationsdetektor“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht ein Ausgang der zweiten Thermosäule 112 (und/oder der ersten Thermosäule 111) einer „Basisinformation“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Hier wird ein zu messendes Gas gezwungen, parallel zu über die Oberseite des Detektionselements zu strömen. Das Detektionselement ist so angeordnet, dass sich die erste Thermosäule 111 in Gasströmungsrichtung stromaufwärts und die zweite Thermosäule 112 in Gasströmungsrichtung stromabwärts befindet.
• Entsprechend der Ausführungsform ist ein Heizwärmer 116 zur Erwärmung des zu messenden Gases getrennt von einem Chip, auf dem das Detektionselement 100 angeordnet ist, an einer geeigneten Stelle angeordnet, die sich stromaufwärts des in das Detektionselement eingeleiteten Gases befindet. Nach der Ausführungsform entspricht der Heizwärmer 116 einem „ersten Wärmegenerator“ nach der vorliegenden Erfindung.
• Bild 4 ist ein funktionales Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung.
• Eine Messeinheit 10 umfasst die erste Thermosäule 111, die zweite Thermosäule 112, die Detektions-Mikroheizung 110, den Heizwärmer 116 und einen Gasströmungsweg 117.
• Ein Controller 20 umfasst einen Strömungsratenberechner 21 und einen Mischungsverhältnis-Berechner 22. Der Controller 20 enthält eine Zentraleinheit (CPU) und ein Speichergerät wie einen Festwertspeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Das Laden eines im ROM oder dergleichen gespeicherten Programms in einen Arbeitsbereich wie den RAM und das Veranlassen der CPU, das Programm auszuführen, ermöglicht jede Funktion, die einen vorbestimmten Zweck erfüllt, wie unten beschrieben.
• Eine erste Speichereinheit 31 und eine zweite Speichereinheit 32 sind jeweils aus einem nichtflüchtigen Speichergerät wie einem löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) aufgebaut. Die erste Speichereinheit 31 und die zweite Speichereinheit 32 sind nicht auf physikalisch voneinander getrennte Speichergeräte beschränkt.
• Eine Eingabeeinheit 4 ist eine Einheit, die Benutzereingaben empfängt und z.B. aus einem Touchscreen-Display, einer Tastatur o.ä. aufgebaut ist.
• Eine Ausgabeeinheit 5 ist eine Einheit, die Informationen, wie z.B. ein Messergebnis ausgibt, und umfasst eine Anzeigeeinheit, wie z.B. einen Touchscreen-Bildschirm, der Informationen anzeigt und ausgibt, aber nicht auf eine solche Einheit beschränkt ist, und kann eine Kommunikationseinheit umfassen, die die Informationen an ein externes Gerät überträgt, um die Informationen auszugeben.
• < Prinzip der Flussratenmessung>
• Es wird ein Prinzip der Flussratenmessung mit dem Detektionselement 100 beschrieben. zeigt schematisch ein Beispiel der Temperaturverteilung, wenn die Detektions-Mikroheizung 110 mit Detektionselement in einem Zustand in Betrieb ist, in dem kein Gas durch den Gasströmungsweg 117 strömt, in dem ein Durchflusssensor installiert ist. ist ein thermisches Schaltbild, in dem ein Wärmestrom im Detektionselement durch eine Schaltung dargestellt wird. zeigt schematisch ein Beispiel der Temperaturverteilung, wenn die Detektions-Mikroheizung 110 in einem Zustand in Betrieb ist, in dem ein Gas durch den Gasströmungsweg 117 strömt, in dem der Durchflusssensor installiert ist.
• Vor der Beschreibung des Prinzips der Gasflussratenmessung mit einem thermischen Durchflusssensor, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, wird zunächst ein Prinzip der Gas-Wärmeleitfähigkeitsmessung unter Bezugnahme auf beschrieben.
• Hier wird eine vom Heizelement erzeugte Wärmemenge mit I bezeichnet, ein Wärmewiderstand der dünnen Isolationsschicht mit Rs, ein Wärmewiderstand der Thermosäule mit Rt, ein Wärmewiderstand des Gases mit Rg und eine Temperaturdifferenz über die Thermosäule mit ΔT bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt wird in der in gezeigten Schaltung ΔT durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt, wenn kein Gas fließt.
  [Math. 1] $$\Delta \text{T}=\frac{\text{I}}{2}\frac{1}{\frac{1}{\text{Rt}}+\frac{1}{\text{Rg}}}$$

  

  
  die zeigt, dass die Temperaturdifferenz ΔT über die Thermosäule in einer Weise variiert, die vom Wärmewiderstand Rg des Gases abhängt. Daher ermöglicht die Verwendung der Thermosäule, die einen Wert proportional zur Temperaturdifferenz ΔT über die Thermosäule ausgibt, nicht nur die Berechnung des Wärmewiderstands des Gases, sondern auch der Wärmeleitfähigkeit des Gases.
• Als nächstes wird das Prinzip der Flussratenmessung mit einem thermischen Durchflusssensor beschrieben.
• Wenn kein Gas durch den Gasströmungsweg 117, in dem der Durchflusssensor installiert ist, strömt, diffundiert die von der Detektions-Mikroheizung 110 erzeugte Wärme symmetrisch aus der Detektions-Mikroheizung 110. Daher wird kein Unterschied zwischen den Ausgängen der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 erzeugt. Wenn andererseits das Gas durch den Gasströmungsweg 117 strömt, in dem der Durchflusssensor installiert ist, wird die von der Detektions-Mikroheizung 110 erzeugte Wärme durch die vom Pfeil angezeigte Gasströmung beeinflusst, wodurch verhindert wird, dass die Wärme symmetrisch aus der Detektions-Mikroheizung 110 diffundiert, und bewirkt, dass die Wärme zur stromabwärts gelegenen zweiten Thermosäule 112 diffundiert. Daher wird eine Differenz zwischen den Ausgängen der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 erzeugt. Außerdem ist die Differenz zwischen den Ausgängen der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 umso größer, je größer die Durchflussrate des Gases ist.
• Eine solche Beziehung zwischen der Durchflussrate des Gases und der Differenz zwischen den Ausgängen der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 wird z.B. durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.
  [Math. 2] $$\Delta \text{V}=\text{A}\left({\text{T}}_{\text{B}}-{\text{T}}_{\text{A}}\right)\sqrt[\text{b}]{{\text{V}}_{\text{f}}}$$

  

  wobei ΔV die Differenz zwischen den Ausgängen der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112, T_A eine Umgebungstemperatur und T_B eine Heiztemperatur bezeichnet. Weiterhin ist v_f eine Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit und A und b sind Konstanten.
• In der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung, die je nach Ausführungsform auch als Durchflussmessgerät dient, wird das zu messende Gas in den Durchflusssensor eingeleitet und der Detektions-Mikroheizung 110 entsprechend einer Anweisung des Strömungsratenberechner 21 in Betrieb genommen. Dann werden die Ausgänge der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 erhalten, und die Durchflussrate des zu messenden Gases wird anhand der oben beschriebenen Gleichung berechnet.
• <Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren>
• Ein Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren wird unter Bezugnahme auf das in gezeigte Flussdiagramm beschrieben. In der folgenden Beschreibung gibt bei Bezugnahme auf eine sauerstoff- und argonhaltige Gasmischung, sofern nicht anders angegeben, die Sauerstoffkonzentration einen Sauerstoffgehalt im Verhältnis zum Gesamtvolumen der Gasmischung und die Argonkonzentration einen Argongehalt im Verhältnis zum Sauerstoffgehalt an.
• Zunächst werden vor Beginn des Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens für einige Argonkonzentrationen Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, die aus dem Ausgabewert der zweiten Thermosäule 112 berechnet werden, im Voraus ermittelt. Dann wird in der zweiten Speichereinheit 32 für jede der Argonkonzentrationen ein Parameter gespeichert, der das Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung definiert, die aus dem Ausgabewert der zweiten Thermosäule 112 berechnet wird. Der Parameter, der das Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, berechnet aus dem Ausgabewert der zweiten Thermosäule 112, definiert, entspricht erfindungsgemäß der „zweiten Beziehungsinformation“ nach der vorliegenden Erfindung. Beachten Sie, dass ein Parameter zur Verwendung bei der Berechnung der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung aus dem Ausgabewert der zweiten Thermosäule 112 in der ersten Speichereinheit 31 gespeichert ist. Hierin entspricht der Parameter zur Verwendung bei der Berechnung der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung aus dem Ausgang der zweiten Thermosäule 112 der „ersten Beziehungsinformation“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht die Wärmeleitfähigkeit nach der Verkörperung einer „thermischen Eigenschaft“ nach der vorliegenden Erfindung. Einige der oben beschriebenen Argonkonzentrationen sind nicht auf diskret variierende Argonkonzentrationen beschränkt, sondern können kontinuierlich variierende Argonkonzentrationen sein.
• Das oben beschriebene Verfahren, bei dem die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, die aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 für einige Argonkonzentrationen berechnet wird, erhalten wird und der Parameter, der den Beziehungsausdruck zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, die aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 für jede der Argonkonzentrationen berechnet wird, definiert, in der zweiten Speichereinheit gespeichert wird, wird bei zwei Temperaturen des Heizwärmers (hier T₁ und T₂) durchgeführt.
• So zeigt ein Beispiel für die Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, berechnet aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 für drei Argonkonzentrationen, die bei den beiden Temperaturen T₁ und T₂ des Heizwärmer 116 erhalten wurden. Hier gelten die Beziehungen für drei Argonkonzentrationen. Obwohl nur Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit gezeigt werden, ist die Anzahl der Argonkonzentrationen nicht auf eine solche Anzahl beschränkt.
• Hier ergeben sich Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, berechnet aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 für die Argonkonzentrationen z₁, z₂, z₃ bei den Temperaturen T₁ und T₂ des Heizwärmers 116. Eine durchgezogene Linie zeigt eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung bei der Argonkonzentration z₁% an, eine gepunktete Linie zeigt eine Beziehung bei z₂% an, und eine lange gestrichelte kurze gestrichelte Linie zeigt eine Beziehung bei Z3% an.
• Das Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren wird im Folgenden beschrieben.
• Zunächst führt der Mischungsverhältnis-Berechner 22 die Gasmischung in den Gasströmungsweg 117 ein, in dem der Durchflusssensor installiert ist (Schritt S11).
• Als nächstes nimmt der Mischungsverhältnis-Berechner 22 die Detektions-Mikroheizung 110 in Betrieb, um den Heizwärmer 116 auf die Temperatur T₁ zu erwärmen (Schritt S12). Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem die Fluidmischung (Gasmischung) durch den Heizwärmer 116 auf T₁, d.h. die erste Temperatur, und T₂, d.h. die zweite Temperatur, erwärmt wird, einschließlich der Beschreibungen der anderen Ausführungsformen. Wenn jedoch eine niedrigere Temperatur (z.B. T₁) der Temperaturen als die Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) definiert ist, kann der Heizwärmer 116 so gesteuert werden, dass er keine Wärme erzeugt, und so gesteuert werden, dass er nur für T₂ Wärme erzeugt.
• Dann erhält der Mischungsverhältnis-Berechner 22 den Ausgabewert V1 von der zweiten Thermosäule 112 und berechnet die Wärmeleitfähigkeit der auf die Temperatur T1 eingestellten Gasmischung auf der Grundlage des Ausgabewertes V1 und des in der ersten Speichereinheit 31 gespeicherten Parameters (Schritt S13). Die erste Speichereinheit 31 speichert einen Parameter, der für die zweite Thermosäule 112 einzigartig ist, wie z.B. einen Koeffizienten zur Verwendung bei der Umwandlung des Ausgabewertes von der zweiten Thermosäule 112 in die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung. Hier entspricht der in der ersten Speichereinheit 31 gespeicherte Parameter den „Umwandlungsdaten“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Die so berechnete Wärmeleitfähigkeit wird mit y₁ bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt entspricht, wie in dargestellt, nach den Angaben über den Zusammenhang zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der in der zweiten Speichereinheit 32 gespeicherten Sauerstoffkonzentration bei einer auf T₁ eingestellten Temperatur des Heizwärmers 116 bei der Argonkonzentration z₁% die Sauerstoffkonzentration x₁%, bei der Argonkonzentration z₂% die Sauerstoffkonzentration x₂% und bei der Argonkonzentration z₃% die Sauerstoffkonzentration x₃%. Das heißt, es ist nicht möglich, nur aus der Wärmeleitfähigkeit y₁ der Gasmischung mit der auf T₁ eingestellten Temperatur des Heizwärmers 116 die Sauerstoffkonzentration zu berechnen, die der Wärmeleitfähigkeit y₁ entspricht.
• Als nächstes heizt der Mischungsverhältnis-Berechner 22 den Heizwärmer 116 auf die Temperatur T₂, wobei die Detektions-Mikroheizung 110 in Betrieb ist (Schritt S14).
• Dann erhält der Mischungsverhältnis-Berechner 22 den Ausgangswert V₂ von der zweiten Thermosäule 112 und berechnet die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung auf der Grundlage des Ausgangswertes V₂ und des in der ersten Speichereinheit 31 gespeicherten Parameters. Die so berechnete Wärmeleitfähigkeit wird mit y₂ bezeichnet (Schritt S15).
• Hier werden bei auf T₂ eingestellter Temperatur des Heizwärmers 116 und den Argonkonzentrationen z₁, z₂, z₃ die aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 berechneten Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 aus der ersten Speichereinheit 31 abgerufen. Diese Beziehungen entsprechen drei Kurven, die auf der Oberseite von dargestellt sind.
• Anschließend berechnet der Mischungsverhältnis-Berechner 22 das Mischungsverhältnis der Gasmischung auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, die auf die beiden Temperaturen T₁ und T₂ eingestellt ist, und dem in der zweiten Speichereinheit 32 gespeicherten Parameter (Schritt S16).
• Zu diesem Zeitpunkt entspricht der in der zweiten Speichereinheit 32 gespeicherte Parameter dem in dargestellten Verhältnis zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der von der Argonkonzentration abhängigen Sauerstoffkonzentration bei den beiden Temperaturen T₁ und T₂. Da die der Wärmeleitfähigkeit y₁ der auf die Temperatur T₁ eingestellten Gasmischung entsprechende Sauerstoffkonzentration und die der Wärmeleitfähigkeit y₂ der auf die Temperatur T₂ eingestellten Gasmischung entsprechende Sauerstoffkonzentration gleich sind, wird, wie in 9 gezeigt, eine Kurve extrahiert, in der die der Wärmeleitfähigkeit y₂ der Gasmischung entsprechende Sauerstoffkonzentration, berechnet aus dem Ausgang der zweiten Thermosäule 112, x₂ ist, die der der Wärmeleitfähigkeit y₁ entsprechenden Sauerstoffkonzentration entspricht. Dann wird die dieser Kurve entsprechende Argonkonzentration z₂ als die Argonkonzentration in der zu messenden Gasmischung berechnet. Ferner wird x₂, bei dem die Wärmeleitfähigkeit bei der Temperatur T₁ y₁ und die Wärmeleitfähigkeit bei der Temperatur T₂ y₂ ist, als Sauerstoffkonzentration in der zu messenden Gasmischung berechnet. Wie oben beschrieben, kann das Mischungsverhältnis zum Gemisch der drei Gasarten berechnet werden.
• Wie oben beschrieben, ist es nach der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, wenn die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration für verschiedene Argonkonzentrationen und zwei Temperaturen gehalten wird, die auf die Temperaturen eingestellten Wärmeleitfähigkeiten der Gasmischung zu berechnen und die Sauerstoffkonzentrationen in der Gasmischung als Sauerstoffkonzentrationen zu berechnen, die die den Wärmeleitfähigkeiten entsprechenden Sauerstoffkonzentrationen einander gleich machen. Dann wird die Argonkonzentration, die einer Beziehung entspricht, die die Sauerstoffkonzentration gleich dem oben beschriebenen Wert in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung bei jeder Temperatur macht, als Argonkonzentration in der Gasmischung berechnet.
• Ein theoretischer Hintergrund des oben beschriebenen Verfahrens zur Berechnung des Mischungsverhältnisses der Mischung von drei Arten von Gasen wird im Folgenden beschrieben.
• Es wird angenommen, dass mit der mit x bezeichneten Sauerstoffkonzentration (%) und der mit y bezeichneten Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, berechnet aus dem Ausgang der zweiten Thermosäule 112, die Wärmeleitfähigkeit y₁ und die Wärmeleitfähigkeit y₂ bei der Temperatur T₁ bzw. der Temperatur T₂ des Heizwärmers 116 für die Gasmischung mit den drei Komponenten Sauerstoff, Argon und Stickstoff erhalten werden.
• Zu diesem Zeitpunkt werden die Beziehungen zwischen y₁, y₂ und x durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt.
  [Math. 3] $${\text{y}}_{\text{1}}={\text{a}}_{\text{1}}{\text{x}}^{\text{2}}+{\text{b}}_{\text{1}}\text{x}+{\text{c}}_{\text{1}}$$

  

  
  [Math. 4] $${\text{y}}_2={\text{a}}_2{\text{x}}^{\text{2}}+{\text{b}}_2\text{x}+{\text{c}}_2$$

  
• Hier wird angenommen, dass, wenn die Sauerstoffkonzentration (%) 0 ist, die Wärmeleitfähigkeit y₀₁ bei der Temperatur T₁ des Heizwärmers 116 und die Wärmeleitfähigkeit y₀₂ bei der Temperatur T₂ erhalten wird. Durch Einsetzen von x = 0 in die obigen Gleichungen ergibt sich y₀₁ = c₁ und y₀₂ = c₂, so dass es fünf Unbekannte gibt: x, a₁, b₁, a₂ und b₂.
• Da jedoch a₁, b₁, a₂, b₂ alle Funktionen der Argonkonzentration z sind, wenn die Funktionen a₁ = f_a1(z), b₁ = f_b1(z), a₂ = f_a2(z) und b₂ = f_b2(z) jeweils im Voraus erhalten werden, ermöglicht das Lösen simultaner Gleichungen mit zwei Unbekannten x und z das Erhalten einer unbekannten Sauerstoffkonzentration und Argonkonzentration.
• Die Erfinder haben durch Studien herausgefunden, dass in dreiphasigem Gas, das Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, a₁, a₂ nahezu konstant sind, ohne von z abhängig zu sein, und b₁, b₂ in Bezug auf z linear angenähert werden können, wie durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) dargestellt. Das heißt,
  [Math. 5] $${\text{b}}_1={\text{h}}_{\text{1}}\text{z}+{\text{j}}_{\text{1}}$$

  

  
  [Math. 6] $${\text{b}}_2={\text{h}}_2\text{z}+{\text{j}}_2$$

  

  das Ersetzen dieser Gleichungen in die oben beschriebenen Gleichungen (3) und (4) in Bezug auf y₁, y₂ ergibt:
  [Math. 7] $$\text{x}=\frac{-\left({\text{h}}_2{\text{j}}_1-{\text{h}}_{\text{1}}{\text{j}}_2\right)\pm \sqrt{{\left({\text{h}}_2{\text{j}}_1-{\text{h}}_{\text{1}}{\text{j}}_2\right)}^2-4\left({\text{h}}_2{\text{a}}_1-{\text{h}}_{\text{1}}{\text{a}}_2\right)\left\{{\text{h}}_2\left({\text{c}}_{\text{1}}-{\text{y}}_1\right)-{\text{h}}_{\text{1}}\left({\text{c}}_2-{\text{y}}_2\right)\right\}}}{2\left({\text{h}}_2{\text{a}}_1-{\text{h}}_{\text{1}}{\text{a}}_2\right)}$$

  

  
  [Math. 8] $$\text{Z}=\frac{{\text{a}}_{\text{1}}{\text{x}}^{\text{2}}+{\text{j}}_{\text{1}}\text{x}+{\text{c}}_{\text{1}}-{\text{y}}_1}{-{\text{h}}_{\text{1}}\text{x}}$$

  

  
  wenn also die Wärmeleitfähigkeit y₁ und die Wärmeleitfähigkeit y₂ erhalten werden, kann die Sauerstoffkonzentration x und die Argonkonzentration z aus den Gleichungen (7) bzw. (8) erhalten werden.
• Wie oben beschrieben, können als Koeffizienten der Gleichungen zur Berechnung des Mischungsverhältnisses der Gasmischung aus der Wärmeleitfähigkeit die in der zweiten Speichereinheit 32 gespeicherten Parameter angegeben werden, die den Beziehungen zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration bei zwei von der Argonkonzentration abhängigen Temperaturen entsprechen.
• Weiterhin können die in der zweiten Speichereinheit 32 gespeicherten Parameter Kurven sein, die, wie in schematisch dargestellt, die Beziehungen zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration bei zwei Temperaturen, die von der Argonkonzentration abhängen, darstellen.
• Wie oben beschrieben, ermöglicht die Speicherung der Kurven, die die Beziehungen zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration bei zwei von der Argonkonzentration abhängigen Temperaturen darstellen, in der zweiten Speichereinheit 32 eine Vereinfachung der Verhältnisberechnung. Darüber hinaus macht die Verwendung einer bekannten Kurve diese widerstandsfähig gegen Rauschen.
• <Behandlung von Fluidmischungen, die vier oder mehr Arten von Flüssigkeiten enthalten>
• In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform, der grundlegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wurde die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 beschrieben, die das Mischungsverhältnis einer Fluidmischung berechnet, die drei Arten von Flüssigkeiten enthält.
• Die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2, die in der Lage ist, das Mischungsverhältnis einer Fluidmischung zu berechnen, die vier oder mehr Arten von Fluiden enthält, wird nachstehend beschrieben. Die Behandlung der Fluidmischung, die vier oder mehr Arten von Fluiden enthält, ist auf die folgenden Modifikationen und Ausführungsformen in gleicher Weise anwendbar. Der Aufbau der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 und das Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren sind derselbe wie bei der ersten Ausführungsform, und es wird keine Beschreibung des Aufbaus und des Verfahrens gegeben.
• Im Folgenden wird eine Beschreibung anhand eines Gases als Beispiel für ein Fluid gegeben.
• LP-Gas ist eine Gasmischung, die Propan und Butan enthält, und Stadtgas ist eine Gasmischung, die Methan und eine geringe Menge Ethan enthält. Wenn solche Gasmischungen zusätzlich Wasserstoff enthalten, werden die Gasmischungen zu einer Gasmischung, die insgesamt fünf Komponenten, d.h. fünf Arten von Gasen, enthält.
• zeigt Komponenten von Brenngasen (Flüssiggas und Stadtgas), die in dieser Gasmischung enthalten sind, sowie die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff. Diese Gasmischung enthält (i) Wasserstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, (ii) Stadtgas mit mittlerer Wärmeleitfähigkeit und (iii) LP-Gas mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Das heißt, unter der Annahme, dass zwei oder mehrere Arten von Gasen, die einander in der Wärmeleitfähigkeit identisch oder ähnlich sind, auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit pseudo als eine Gaskomponente angesehen werden, kann die Gasmischung, die fünf Gasarten enthält, als eine Gasmischung angesehen werden, die drei Gasarten enthält. Unter der Annahme, dass zwei oder mehrere Arten von Gasen, die pseudo als Einkomponentengas behandelt werden können, als Pseudokomponentengas definiert werden, dient das Stadtgas, das zwei Komponenten von Methan und Ethan enthält, als eine Art Pseudokomponentengas, und das LP-Gas, das zwei Komponenten von Propan und Butan enthält, dient ebenfalls als eine Art Pseudokomponentengas.
• Damit kann die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 das Mischungsverhältnis (Konzentration) von Wasserstoff mit der Gasmischung, die fünf Arten von Gasen enthält und als Gasmischung behandelt wird, die drei Arten von Gasen enthält, berechnen. Dies ermöglicht es der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 ferner, die Mischungsverhältnisse des Stadtgases und des LP-Gases zu berechnen, die als Pseudo-Komponentengase zur Unterscheidung zwischen Stadtgas und LP-Gas dienen.
• Das oben beschriebene Verfahren, mit dem die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 veranlasst wird, das Mischungsverhältnis mit der Gasmischung zu berechnen, die vier oder mehr Gasarten enthält und als Gasmischung behandelt wird, die drei Gasarten enthält, wird nicht nur auf den Fall angewendet, dass das Pseudo-Komponentengas zwei oder mehr Gasarten enthält, die in ihrer Wärmeleitfähigkeit identisch oder ähnlich sind, sondern auch in anderen Fällen.
• Zum Beispiel können zwei oder mehrere Arten von Gasen, die einander im Mischungsverhältnis (Komponentenverhältnis) identisch oder ähnlich sind, miteinander gemischt werden, um ein Pseudo-Komponentengas zu bilden.
• Darüber hinaus können selbst dann, wenn die Mischungsverhältnisse (Komponentenverhältnisse) voneinander verschieden sind, zwei oder mehrere Arten von Gasen, die einander in ihrem thermischen Eigenschaftswert, wie z.B. der Wärmeleitfähigkeit, identisch oder ähnlich sind, miteinander gemischt werden, um ein Pseudo-Komponentengas zu bilden.
• Weiterhin ist ein Gas, dessen Mischungsverhältnis (Komponentenverhältnis) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, für das Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren vernachlässigbar, es sei denn, ein thermischer Eigenschaftswert, wie z.B. eine Wärmeleitfähigkeit, ist extrem unterschiedlich. Der vorbestimmte Wert, der bei der Bestimmung der Größe des Mischungsverhältnisses verwendet wird, kann nach Belieben eingestellt werden.
• <Modifikation>
• Als nächstes wird eine Modifikation der ersten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Referenznummern bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird.
• Ein Detektionselement gemäß der Modifikation ist im Aufbau gleich wie das Detektionselement 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Gemäß der Modifikation wird der Heiwärmer 116 nur dann zur Wärmeerzeugung veranlasst, wenn die Konzentration der Gasmischung detektiert wird.
• Dadurch wird verhindert, dass der Heiwärmer 116 unnötig aufgeheizt wird, was eine Verringerung des Stromverbrauchs ermöglicht. Da der Heiwärmer 116 keine unnötige Wärme erzeugt, kann die Lebensdauer des Heiwärmers 116 verlängert werden.
• Die Steuerung des Heizwärmers 116 gemäß der Modifikation ist anwendbar auf Heizwärmer gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsformen, die später beschrieben werden.
• <Weitere Modifikation>
• Als nächstes wird eine weitere Modifikation der ersten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Referenznummern bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird.
• Ein Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahren entsprechend der Modifikation wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 11 beschrieben.
• Nach der ersten Ausführungsform wird die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 und dem in der ersten Speichereinheit 31 gespeicherten Parameter berechnet. Nach der Modifikation wird das Mischungsverhältnis der Gasmischung aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 ohne Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit berechnet. In diesem Fall braucht die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 2 nicht die erste Speichereinheit 31 zu enthalten, die den Parameter zur Verwendung bei der Berechnung der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung aus dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 speichert.
• Die Schritte S11 und S12 sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform. Danach erhält der Mischungsverhältnis-Berechner 22 entsprechend der Modifikation einen zweiten Thermosäulenausgangswert V1 (Schritt S23).
• Der folgende Schritt S14 ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
• Als nächstes erhält der Mischungsverhältnis-Berechner 22 einen zweiten Thermosäulenausgang V2 (Schritt S25).
• Dann berechnet der Mischungsverhältnis-Berechner 22 das Mischungsverhältnis der Gasmischung auf der Grundlage des zweiten Thermosäulenausgangs für die Gasmischung bei zwei Temperaturen und Parametern, die in der zweiten Speichereinheit 32 gespeichert sind (Schritt S26). Dabei speichert die zweite Speichereinheit 32 Parameter, die für die zweite Thermosäule 112 einzigartig sind, wie z.B. Koeffizienten zur Verwendung bei der Umwandlung des Ausgabewertes der zweiten Thermosäule 112 für die Gasmischung bei zwei verschiedenen Temperaturen in das Mischungsverhältnis der Gasmischung.
• Dann wird, wie in der ersten Ausführung, das Mischungsverhältnis der Gasmischung an die Ausgabeeinheit 5 ausgegeben (Schritt S17).
• Damit entfällt die Bereitstellung der ersten Speichereinheit 31 und es ist lediglich erforderlich, dass die zweite Speichereinheit 32 die Parameter wie z.B. Koeffizienten zur Verwendung bei der Umrechnung des Ausgabewertes aus der zweiten Thermosäule 112 für die Gasmischung bei zwei verschiedenen Temperaturen in das Mischungsverhältnis der Gasmischung speichert, so dass die Kapazität der Speichereinrichtung reduziert werden kann.
• [Zweite Ausführungsform]
• Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Referenzziffem bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird.
• Ein Detektionselement gemäß der Ausführungsform ist vom Aufbau her gleich wie das Detektionselement 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
• Gemäß der ersten Ausführungsform wird der Heizwärmer 116 getrennt von der Mikroheizung 110 des Detektionselements 100 vorgesehen, aber gemäß der Ausführungsform dient die Mikroheizung 110 als Heizwärmer. Das bedeutet, dass die Mikroheizung 110 zur Erwärmung des für die Durchflussmengenerfassung zu messenden Gases auch zur Erwärmung des für die Berechnung des Mischungsverhältnisses zu messenden Gases verwendet wird.
• Dadurch kann die Struktur des Detektionselements vereinfacht und damit Kosten und Größe reduziert werden. Darüber hinaus wird die Beheizung zum Einstellen des Gases auf unterschiedliche Temperaturen und die Beheizung für die Detektion von ein und derselben Heizung durchgeführt, was eine Reduzierung des Stromverbrauchs ermöglicht.
• [Dritte Ausführungsform]
• Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der ersten und zweiten Ausführungsform werden mit den gleichen Referenznummern bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird.
• Gemäß der dritten Ausführungsform dient wie in der zweiten Ausführungsform der Detektions-Mikroheizung 110 auch als Mikro-Heizgerät. Die Anordnung der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 relativ zur Detektions-Mikroheizung 110 wird gemäß der dritten Ausführungsform gegenüber der oben beschriebenen Modifikation geändert.
• 12 ist eine Draufsicht, die schematisch den Aufbau eines Detektionselements 200 entsprechend der Ausführungsform zeigt.
• Entsprechend der Ausführungsform sind der erste Thermosäule 111 und die zweite Thermosäule 112 an Positionen mit unterschiedlichem Abstand zur Detektions-Mikroheizung 110 angeordnet. Insbesondere sind die erste Thermosäule 111 und die zweite Thermosäule 112 so angeordnet, dass der Abstand zwischen der ersten Thermosäule 111 und der Detektions-Mikroheizung 110 größer ist als der Abstand zwischen der zweiten Thermosäule 112 und der Detektions-Mikroheizung 110. Das heißt, die zweite Thermosäule 112 ist in einem Hochtemperaturbereich neben der Detektions-Mikroheizung 110 angeordnet, und die erste Thermosäule 111 ist in einem Niedertemperaturbereich entfernt von der Detektions-Mikroheizung 110 angeordnet. Dementsprechend ermöglicht es die Nutzung der Wärmeverteilung des Detektionselements 200, Daten bei zwei Temperaturen von der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 zu erhalten. Nach der Ausführungsform entspricht der erste Thermosäule 111 einem „ersten Temperaturdifferenz-Detektor“ nach der vorliegenden Erfindung, und der zweite Thermosäule 112 entspricht einem „zweiten Temperaturdifferenz-Detektor“ nach der vorliegenden Erfindung.
• Dies ermöglicht es, Daten bei zwei Temperaturen gleichzeitig zu erhalten und damit die Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit zu erhöhen. Da es außerdem nicht notwendig ist, die Temperaturen der Detektions-Mikroheizung, die gleichzeitig als Mikro-Heizgerät dient, umzuschalten, wird die Regelung einfach. Da die Detektions-Mikroheizung 110 auch als Mikro-Heizgerät dient, kann der Aufbau des Durchflusssensors vereinfacht werden, wodurch Kosten und Größe reduziert werden können. Außerdem wird die Beheizung zum Einstellen des Gases auf verschiedene Temperaturen und die Beheizung für die Detektion von demselben Heizer durchgeführt, was eine Reduzierung des Stromverbrauchs ermöglicht.
• [Vierte Ausführungsform]
• In einem Detektionselement 300 ist gemäß der Ausführungsform auf demselben MEMS-Chip ein Mikro-Heizgerät zusammen mit einer Detektions-Mikroheizung vorgesehen.
• 13 ist eine Draufsicht, die schematisch den Aufbau des Detektionselements 300 entsprechend der Ausführungsform zeigt. ist ein funktionales Blockdiagramm einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 3 entsprechend der Ausführungsform. Die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird.
• Wie in 13 dargestellt, sind entsprechend der Ausführungsform die Detektions-Mikroheizung 110, eine Heizmikroheizung 118, die erste Thermosäule 111 und die zweite Thermosäule 112 auf demselben Chip vorgesehen. Das heißt, dass gemäß der Ausführungsform der Mikro-Heizgerät 118 auf dem MEMS-Chip nach dem gleichen Verfahren wie der Detektions-Mikroheizer gebildet wird. Wie in 14 dargestellt, umfasst die Messeinheit 10 in der Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung 3 gemäß der Ausführungsform die erste Thermosäule 111, die zweite Thermosäule 112, die Detektions-Mikroheizung 110, das Mikro-Heizgerät 118 und den Gasströmungsweg 117.
• Die Detektions-Mikroheizung 110 ist z.B. ein Widerstand aus Polysilizium, der in der Mitte des Detektionselements angeordnet ist. In ähnlicher Weise kann der Heizmikroheizer 118 ein Widerstand aus Polysilizium sein. Die Heizmikroheizungen 118, 118 sind so angeordnet, dass die Detektions-Mikroheizung 110 sandwichartig zwischen den Mikro-Heizgerät 118, 118 angeordnet ist. Ferner sind die Heiz-Mikro-Heizgeräte 118, 118 auf beiden Seiten der ersten Thermosäule 111 so angeordnet, dass die erste Thermosäule 111 zwischen den Mikro-Heizgeräten 118, 118 angeordnet ist. Die Mikro-Heizgeräte 118, 118 sind auf beiden Seiten der zweiten Thermosäule 112 so angeordnet, dass die zweite Thermosäule 112 zwischen den Mikro-Heizgeräten 118, 118 angeordnet ist. Ferner sind die erste Thermosäule 111 und die zweite Thermosäule 112 auf beiden Seiten der Detektions-Mikroheizung 110 so angeordnet, dass die Detektions-Mikroheizung 110 zwischen der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 angeordnet ist. Ein isolierender Dünnfilm ist auf allen oberen Oberflächen (auf der Vorderseite von 12) der Detektions-Mikroheizung 110, der Detektions-Mikroheizung 118, der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 ausgebildet, ist jedoch in 12 nicht dargestellt. Das Detektionselement enthält ferner die Elektrodenpads 113...113 und eine Leiterplatte 114. Wie in der ersten Ausführungsform ist in der Leiterplatte 114 unterhalb des ersten Thermosäule 111 und des zweiten Thermosäule 112 (auf der Rückseite von 12) ein Hohlraum vorgesehen.
• Hier wird ein zu messendes Gas gezwungen, parallel zu 12 über die obere Fläche des Detektorelements zu strömen. Das Detektorelement ist so angeordnet, dass die erste Thermosäule in Gasströmungsrichtung stromaufwärts, die zweite Thermosäule in Gasströmungsrichtung stromabwärts und die Mikro-Heizgeräte 118, 118, 118, 118, 118 in Gasströmungsrichtung stromaufwärts und stromabwärts angeordnet sind.
• Dadurch können die Detektions-Mikroheizung 110 und das Mikro-Heizgerät 118 durch den gleichen Prozess und zur gleichen Zeit gebildet werden, was eine Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht. Da das Mikro-Heizgerät 118 auf dem MEMS-Chip gebildet wird, ist es zudem möglich, die Größe zu reduzieren. Da die durch das Mikro-Heizgerät 118 erzeugte Wärme nur auf eine minimal notwendige Fläche in der Nähe der ersten Thermosäule 111 und der zweiten Thermosäule 112 aufgebracht wird, ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren.
• Nach der ersten Ausführungsform wird das Mischungsverhältnis die Gasmischung auf der Grundlage des Ausgangswertes der zweiten Thermosäule 112 berechnet, kann aber auch auf der Grundlage des Ausgangswertes der ersten Thermosäule 111 oder eines Mittelwertes berechnet werden, der aus dem Ausgangswert der ersten Thermosäule 111 und dem Ausgangswert der zweiten Thermosäule 112 berechnet wird.
• [Fünfte Ausführungsform]
• Es wird ein Detektionselement 400 nach einer fünften Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der vierten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten erfolgt.
• 15 ist eine Draufsicht, die schematisch den Aufbau des Detektionselements 400 entsprechend der Ausführungsform zeigt.
• Entsprechend der Ausführungsform sind auf dem MEMS-Chip die ersten Mikro-Heizgeräte 119, 119 und die zweiten Mikro-Heizgeräte 120, 120 ausgebildet. Dabei werden die auf der stromaufwärtigen Seite angeordneten ersten Mikro-Heizgeräte 119, 119 und die auf der stromabwärtigen Seite angeordneten zweiten Mikro-Heizgeräte 120, 120 veranlasst, Wärme mit unterschiedlichen Temperaturen, d.h. einer Temperatur T1 bzw. einer Temperatur T2, zu erzeugen, so dass gleichzeitig Wärmeleitfähigkeit bei der Temperatur T1 und Wärmeleitfähigkeit bei der Temperatur T2 erreicht wird. Dabei entsprechen die ersten Mikro-Heizgeräte 119, 119 jeweils einer „ersten Temperaturheizung“ nach der vorliegenden Erfindung, und die zweiten Mikro-Heizgeräte 120, 120 jeweils einer „zweiten Temperaturheizung“ nach der vorliegenden Erfindung.
• Dies ermöglicht es, Daten bei zwei Temperaturen gleichzeitig zu erhalten und damit die Ansprechempfindlichkeit zu erhöhen, und macht das Umschalten der Temperaturen des Mikro-Heizgeräts überflüssig und ermöglicht so eine Vereinfachung der Regelung.
• [Sechste Ausführungsform]
• Entsprechend der Ausführungsform sind Temperatursensoren 121, 122 vorgesehen, die die Temperatur des zu messenden Gases messen, und die Temperaturen der von den Mikro-Heizgeräten 119, 120 erzeugten Wärme werden entsprechend den Ausgaben der Temperatursensoren 121, 122 geregelt. Die gleichen Komponenten wie in der dritten Ausführungsform werden mit den gleichen Referenznummern bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird.
• 16 ist eine Draufsicht, die schematisch den Aufbau eines Detektionselements 500 entsprechend der Ausführungsform zeigt.
• Die Temperatursensoren 121, 122 sind auf einer Platine 114 zwischen den Elektrodenpads 113, 113 jedes der Mikro-Heizgeräte 119, 120 angeordnet. D.h. die Temperatursensoren 121, 121 sind zwischen den mit den ersten Mikro-Heizgeräten 119, 119 verbundenen Elektrodenpads 113, 113 angeordnet, und die Temperatursensoren 122, 122 sind zwischen den mit den zweiten Mikro-Heizgeräten 120, 120 verbundenen Elektrodenpads 113, 113 angeordnet. Dabei entsprechen die Temperatursensoren 121, 122 jeweils einem erfindungsgemäßen „Temperaturdetektor“.
• Dies ermöglicht die Steuerung des ersten Mikro-Heizgerätes 119 und des zweiten Mikro-Heizgerätes 120 auf der Grundlage der von den Temperatursensoren 121, 122 erfassten Temperaturen und ermöglicht so eine Reduzierung des Stromverbrauchs ohne unnötige Erwärmung. Da das erste Mikro-Heizgerät 119 und das zweite Mikro-Heizgerät 120 auf der Basis der von den Temperatursensoren 121, 122 erfassten Temperaturen gesteuert werden können, ist es möglich, die Lebensdauer des ersten Mikro-Heizgerätes 119 und die Lebensdauer des zweiten Mikro-Heizgerätes 120 ohne unnötiges Heizen zu erhöhen. Da die Temperatursensoren 121, 122 auf dem MEMS-Chip angeordnet sind und somit die Umgebungstemperatur des Sensors konstant gehalten wird, wird der Messwert nicht durch eine Änderung der Umgebungstemperatur beeinflusst, wodurch die Kosten für die Temperaturkalibrierung entfallen.
• Hier sind die Temperatursensoren 121, 122 für das Detektionselement vorgesehen, einschließlich der ersten Mikro-Heizgeräte 119, 119 und der zweiten Mikro-Heizgeräte 120, 120, die Wärme mit unterschiedlichen Temperaturen wie in der dritten Ausführungsform erzeugen, oder alternativ kann ein Temperatursensor in einer Konfiguration vorgesehen werden, in der die Mikro-Heizgeräte 118, 118, 118, 118, 118 Wärme mit der gleichen Temperatur wie in der zweiten Ausführungsform erzeugen.
• [Siebte Ausführungsform]
• Die Ausführungsform entspricht einem Sauerstoffkonzentrator mit einer Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung.
• 17 ist ein Diagramm, das schematisch den Aufbau eines Sauerstoffkonzentrators 600 entsprechend der Ausführungsform zeigt.
• Der Sauerstoffkonzentrator 600 wird z.B. von einem Patienten verwendet, der an einer Atemwegserkrankung leidet. Der Sauerstoffkonzentrator 600 umfasst z.B. einen Kompressor 601, der die von außerhalb des Systems angesaugte Luft verdichtet, und ein Siebbett 602, das die vom Kompressor 601 verdichtete Luft unter Druck setzt oder entspannt, um hochkonzentrierten Sauerstoff zu erzeugen. Der Sauerstoffkonzentrator 600 umfasst ferner einen Sauerstofftank 603, der den so erzeugten hochkonzentrierten Sauerstoff speichert, und ein Durchflussraten-Steuermagnetventil 604, das die Durchflussrate einer Gasmischung steuert, das den vom Sauerstofftank 603 dem Patienten zugeführten hochkonzentrierten Sauerstoff enthält. Der Sauerstofftank 603 ist mit einem Manometer 605 ausgestattet, das den Druck im Sauerstofftank erfasst. Ferner ist stromabwärts des Magnetventils 604 zur Steuerung der Durchflussrate ein Konzentrationsdetektor 606 angeordnet, der eine Argonkonzentration der über das Magnetventil 604 zur Steuerung der Durchflussrate zugeführten Gasmischung erfasst. Nach dem Konzentrationserfassungsgerät 606 ist ein Manometer 607 vorgesehen, das eine Argonkonzentration der Gasmischung erfasst. Das Druckmessgerät 607 erfasst den Druck der dem Patienten zugeführten Gasmischung. Wenn der an einer Atemwegserkrankung leidende Patient beispielsweise Sauerstoff aus dem Sauerstoffkonzentrator 600 einatmet, kann festgestellt werden, ob der Patient normal atmet, oder die Intensität der Einatmung des Patienten oder ähnliches bestimmt werden.
• Es kann davon ausgegangen werden, dass die vom Kompressor 601 verdichtete Luft eine Gasmischung ist, die drei Komponenten Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält. Im Siebbett 602, dem die verdichtete Luft zugeführt wird, wird Stickstoff aus der Luft adsorbiert, um Sauerstoff zu konzentrieren. Der Grad der leichten Adsorption im Siebbett 602 liegt in der Größenordnung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Daher variiert ein Komponentenverhältnis der aus dem Siebbett 602 dem Sauerstoffbehälter 603 zugeführten Gasmischung in Abhängigkeit davon, ob die Adsorption durch das Siebbett 602, d.h. der Druck durch den Kompressor 601, in geeigneter Weise aufgebracht wird. Die , und zeigen Beispiele für das Komponentenverhältnis der Gasmischung bei übermäßiger Adsorption, optimaler Adsorption bzw. unzureichender Adsorption. In den , und stellt ein durch Gitterlinien dargestellter Anteil das Komponentenverhältnis von Stickstoff, ein durch diagonale Linien dargestellter Anteil das Komponentenverhältnis von Sauerstoff und ein durch Punkte dargestellter Anteil das Komponentenverhältnis von Argon dar. Wenn der vom Kompressor aufgebrachte Druck niedrig ist, um die Adsorption unzureichend zu machen, verbleibt nicht adsorbierter Stickstoff in der Gasmischung, die vom Siebbett in den Sauerstofftank geleitet wird (siehe ). In einem solchen Zustand, in dem Stickstoff nicht in geeigneter Weise adsorbiert wurde, werden weder Sauerstoff noch Argon adsorbiert, so dass das Verhältnis von Argon zu Sauerstoff 4,45% beträgt, was dem Verhältnis zu normaler Luft entspricht. Wenn die Adsorption durch das Siebbett 602 optimal angewendet wird, wird Stickstoff in geeigneter Weise adsorbiert, und der Stickstoff, der in der Gasmischung verbleibt, das vom Siebbett in den Sauerstofftank geleitet wird, ist vernachlässigbar gering (siehe . Zu diesem Zeitpunkt wird der Sauerstoff nicht durch das Siebbett adsorbiert, so dass das Verhältnis von Argon zu Sauerstoff ebenfalls 4,45% beträgt. Wenn jedoch der vom Kompressor aufgebrachte Druck hoch ist, um die Adsorption übermäßig hoch zu machen, wird nicht nur Stickstoff, sondern auch Sauerstoff durch das Siebbett adsorbiert (siehe . Zu diesem Zeitpunkt wird in der Gasmischung, das vom Siebbett in den Sauerstofftank geleitet wird, der Sauerstoff im Verhältnis zu Argon reduziert, so dass das Verhältnis von Argon zu Sauerstoff so erhöht wird, dass es gleich oder größer als 4,45% ist.
• Wie oben beschrieben, kann das Konzentrationsdetektionsgerät 606 die Argon- oder Sauerstoffkonzentration in der zugeführten Gasmischung detektieren, um zu bestimmen, ob die Adsorption durch das Siebbett 602 in geeigneter Weise angewendet wird, so dass es möglich ist, den Patienten durch Steuerung des Kompressors 601 auf der Grundlage des Detektionsergebnisses des Konzentrationsdetektionsgerätes 606 mit Sauerstoff in einer geeigneten Konzentration zu versorgen.
• Im Folgenden wird die Erfassung der Sauerstoffkonzentration in der Konzentrationserfassungseinrichtung 606, d.h. die Berechnung des Mischungsverhältnisses, beschrieben.
• Da, wie oben beschrieben, die Zusammensetzung der Gasmischung zwischen dem Fall einer unzureichenden Adsorption und dem Fall einer übermäßigen Adsorption unterschiedlich ist, wird angenommen, dass eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung bei unzureichender Adsorption von einer Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung bei übermäßiger Adsorption verschieden ist. Zum Beispiel wird angenommen, dass die Sauerstoffkonzentration und die Wärmeleitfähigkeit eine Beziehung haben, wie in 18D dargestellt. In 18D ist eine Kurve R1, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung bei unzureichender Adsorption darstellt, durch eine durchgezogene Linie und eine Kurve R2, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung bei übermäßiger Adsorption darstellt, durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt stellt ein Schnittpunkt R3 der Kurve R1 und der Kurve R2 den Zustand der optimalen Adsorption dar.
• Wenn gezeigt wird, dass die Sauerstoffkonzentration und die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung eine der Beziehungen haben, die durch so unterschiedliche Kurven dargestellt werden, ist es möglich zu bestimmen, ob die durch das Siebbett aufgebrachte Adsorption unzureichend oder übermäßig ist.
• Die Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung im Zustand unzureichender Adsorption, dem Zustand optimaler Adsorption und dem Zustand übermäßiger Adsorption werden im Voraus ermittelt. Die durch die Kurven dargestellten Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung können in der zweiten Speichereinheit 32 gespeichert werden, oder alternativ können Koeffizienten von Näherungsausdrücken, die die Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung darstellen, in der zweiten Speichereinheit 32 gespeichert werden.
• 19 zeigt die Beziehungen R11, R12 zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, wenn die Temperatur des Heizwärmers T1 ist, und die Beziehungen R21, R22 zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung, wenn die Temperatur des Heizwärmers T2 ist. Hier stellt eine Kurve R11, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt wird, eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung (die Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält) in einem Zustand dar, in dem die Temperatur des Heizwärmers T1 beträgt und die Adsorption unzureichend ist. Eine Kurve R12, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, stellt eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung (die Sauerstoff und Argon enthält) in einem Zustand dar, in dem die Temperatur des Heizwärmers T1 ist und die Adsorption übermäßig hoch ist. Ferner stellt eine Kurve R21, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt wird, eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung (die Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält) in einem Zustand dar, in dem die Temperatur des Heizwärmers T2 beträgt und die Adsorption unzureichend ist. Eine Kurve R22, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, stellt eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung (die Sauerstoff und Argon enthält) in einem Zustand dar, in dem die Temperatur des Heizwärmers T2 ist und die Adsorption übermäßig hoch ist.
• Wenn bei einer Temperatur des Heizwärmers von T1 y1 als Wert der Wärmeleitfähigkeit des zu messenden Gases erhalten wird und die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration mit der durch die Kurve R11 dargestellten Beziehung übereinstimmt, wird die Sauerstoffkonzentration x1. Wenn die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration mit der durch die Kurve R12 dargestellten Beziehung übereinstimmt, wird die Sauerstoffkonzentration x2.
• Wenn dann, wenn bei einer Temperatur des Heizwärmers von T2, y2 als Wert der Wärmeleitfähigkeit des zu messenden Gases erhalten wird, wird gezeigt, dass die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration durch die Kurven R11 und R21 dargestellt wird. Daher ist das zu messende Gas die Gasmischung, die Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält, und x1, bei dem die Wärmeleitfähigkeit y1 in der Kurve R11 ist, ist die Sauerstoffkonzentration zu diesem Zeitpunkt. Wenn y2' als Wert der Wärmeleitfähigkeit des zu messenden Gases erhalten wird, wenn die Temperatur des Heizwärmers T2 ist, wird gezeigt, dass die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung und der Sauerstoffkonzentration durch die Kurven R12 und R22 dargestellt wird. Daher ist das zu messende Gas die Gasmischung aus Sauerstoff und Argon, und x2, bei der die Wärmeleitfähigkeit y2 in der Kurve R12 beträgt, ist die Sauerstoffkonzentration zu diesem Zeitpunkt. Wenn ferner gezeigt wird, dass die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Sauerstoffkonzentration durch eine der Kurven R11 und R12 (Kurven R21 und R22) dargestellt wird, wird die Konzentration von Argon relativ zum Sauerstoff bestimmt, und die Argonkonzentration wird ebenfalls zusammen mit der Sauerstoffkonzentration entsprechend bestimmt.
• Wie oben beschrieben, ermöglicht die Steuerung des vom Kompressor 601 angelegten Konzentrationsdrucks zur Optimierung der Stickstoffadsorptionsmenge auf der Grundlage des Detektions-Ergebnisses der Argonkonzentration oder der Sauerstoffkonzentration aus der Konzentrationserfassungseinrichtung 606 im Sauerstoffkonzentrator 600 die Beseitigung eines unwirksamen Betriebs des Kompressors 601 und damit eine Reduzierung des Stromverbrauchs. Außerdem ermöglicht die Steuerung des vom Kompressor 601 angewandten Konzentrationsdrucks zur Optimierung der Stickstoffadsorptionsmenge auf der Grundlage des Detektions-Ergebnisses der Argonkonzentration oder der Sauerstoffkonzentration von der Konzentrationserfassungsvorrichtung 606 im Sauerstoffkonzentrator 600 die Beseitigung der unwirksamen Adsorption im Siebbett 602 und damit die Verlängerung der Lebensdauer eines Filters des Siebbetts 602
• [Achte Ausführungsform]
• Als nächstes wird eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer achten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Referenzziffern bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird. Der Aufbau mit Ausnahme der Messeinheit 10 und des Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens ist derselbe wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen, so dass keine Beschreibung des Aufbaus und des Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens gegeben wird.
• Nach jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Komponentenverhältnis der Gasmischung durch Messung der Wärmeleitfähigkeit und dergleichen bei zwei verschiedenen Temperaturen unter Verwendung der Wärmeleitfähigkeit oder der Leistung der Thermosäule als thermische Eigenschaft der Gasmischung berechnet. Je nach Ausführung wird auf die Schallgeschwindigkeit als thermische Eigenschaft der Gasmischung geachtet und die Schallgeschwindigkeit in der Gasmischung bei zwei verschiedenen Temperaturen gemessen.
• 20 zeigt schematisch den Aufbau einer Messeinheit 10 nach der Ausführungsform. Dabei enthält die Messeinheit 10 in einem von der Gasmischung durchströmten Gasströmungsweg 17 einen Heizwärmer 130, der die Gasmischung erwärmt. Die Messeinheit 10 enthält ferner einen Ultraschallsensor 131, der die Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) einer sich in der Gasmischung ausbreitenden Ultraschallwelle misst. Der Heizwärmer 130 entspricht nach der Ausführungsform einem „ersten Wärmeerzeuger“ nach der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht der Ultraschallsensor 131 nach der Ausführungsform einem „Basisinformationsdetektor“ nach der vorliegenden Erfindung. Der Ultraschallsensor 131 ist relativ zum Gasströmungsweg 17 so angeordnet, dass er eine Änderung der Schallgeschwindigkeit in der durch den Gasströmungsweg 17 strömenden Gasmischung erfasst. Der Ultraschallsensor 131 kann beispielsweise einen Ultraschallwellensender und einen Ultraschallwellenempfänger enthalten, die so angeordnet sind, dass der Gasströmungsweg 17 zwischen dem Ultraschallwellensender und dem Ultraschallwellenempfänger liegt, und ist in der Lage, die Schallgeschwindigkeit in der Gasmischung auf der Grundlage der Zeit, die zwischen der Aussendung der Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensender und dem Empfang der Ultraschallwelle durch den Ultraschallwellenempfänger verstrichen ist, und des Abstands zwischen dem Ultraschallwellensender und dem Ultraschallwellenempfänger zu erfassen.
• Man erhält im Voraus eine Beziehung zwischen dem Komponentenverhältnis der Gasmischung und der Schallgeschwindigkeit bei jeder Temperatur, legt aus zwei bei zwei verschiedenen Temperaturen gemessenen Schallgeschwindigkeiten fest, welchem der Komponentenverhältnisse eine Beziehung zwischen dem Komponentenverhältnis und der durch die Gasmischung zu erfüllenden Schallgeschwindigkeit entspricht, und berechnet dann das Komponentenverhältnis in Bezug auf die unter der festgelegten Beziehung gemessene Schallgeschwindigkeit.
• Damit ist es ferner möglich, das Mischungsverhältnis einer Gasmischung, die Gase mit geringen Unterschieden in der Wärmeleitfähigkeit enthält, auch dann zu berechnen, wenn ein Unterschied in der Schallgeschwindigkeit besteht.
• [Neunte Ausführungsform]
• Als nächstes wird eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einer neunten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass keine Beschreibung der Komponenten gegeben wird. Der Aufbau mit Ausnahme der Messeinheit 10 und des Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens ist derselbe wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen, so dass keine Beschreibung des Aufbaus und des Mischungsverhältnis-Berechnungsverfahrens gegeben wird.
• In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Mischungsverhältnis für die Gasmischung berechnet, aber das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf Gas, sondern auch auf Flüssigkeit anwendbar. Nach der Ausführungsform wird das Mischungsverhältnis eines Flüssigkeitsgemisches, das drei Komponenten enthält, wie im Falle der Gasmischung berechnet. Dabei kann die Wärmeleitfähigkeit als eine Eigenschaft verwendet werden, die in Abhängigkeit von der Temperatur einer im Flüssigkeitsgemisch enthaltenen Flüssigkeit variiert, oder alternativ kann für Flüssigkeit die elektrische Leitfähigkeit oder die Permittivität verwendet werden.
• 21 zeigt schematisch den Aufbau einer Messeinheit 10 entsprechend der Ausführungsform. Hier enthält die Messeinheit 10 in einem Strömungsweg 117, durch den das Flüssigkeitsgemisch strömt, einen Detektionsheizer 132, der gleichzeitig als Heizwärmer dient, der das Flüssigkeitsgemisch erwärmt. Die Messeinheit 10 enthält ferner einen Sensor 133, der die Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder Permittivität des Flüssigkeitsgemischs erfasst. Der Ausführungsform entsprechend entspricht der Nachweisheizer 132 einem „ersten Wärmegenerator“ und „zweiten Wärmegenerator“ nach der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht der Sensor 133 einem „Temperaturdifferenz-Detektor“ nach der vorliegenden Erfindung.
• Eine Beziehung zwischen dem Komponentenverhältnis und der Wärmeleitfähigkeit, elektrischen Leitfähigkeit oder Dielektrizitätskonstante des Flüssigkeitsgemisches bei jeder Temperatur wird im Voraus ermittelt, es wird aus zwei bei zwei verschiedenen Temperaturen erfassten Wärmeleitfähigkeiten, elektrischen Leitfähigkeiten oder Dielektrizitätskonstanten festgelegt, welchem der Komponentenverhältnisse eine Beziehung zwischen dem Komponentenverhältnis und der durch das Flüssigkeitsgemisch zu erfüllenden Wärmeleitfähigkeit, elektrischen Leitfähigkeit oder Dielektrizitätskonstante entspricht, und dann wird das Komponentenverhältnis in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder Dielektrizitätskonstante, die unter der festgelegten Beziehung erfasst werden, berechnet.
• Damit ist es weiterhin möglich, das Mischungsverhältnis des Flüssigkeitsgemisches zu berechnen.
• Um einen Vergleich zwischen der Konfigurationsanforderung der vorliegenden Erfindung und der Konfiguration jeder der Ausführungsformen zu ermöglichen, wird die Konfigurationsanforderung der vorliegenden Erfindung mit den in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen beschrieben.
• <Erste Erfindung>
• Eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung (2, 3), die ausgestaltet ist, um ein Mischungsverhältnis einer Fluidmischung, welche drei oder mehr Arten von Fluiden enthält, zu berechnen, umfasst:
• einen ersten Wärmegenerator (116, 118), welcher ausgestaltet ist, um die Fluidmischung zu erhitzen;
• einen Basisinformationsdetektor, welcher ausgestaltet ist, um
• Basisinformationen über einen vorbestimmten thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung zu detektieren; und
  einen Mischungsverhältnis-Berechner (22), welcher ausgestaltet ist um Mischungsverhältnisse aus den drei oder mehr Arten von Fluiden zu der Fluidmischung zu berechnen,
  zu bewirken, dass ein zweiter Wärmegenerator (110) eine Temperaturdifferenz in der Fluidmischung erzeugt;
  zu bewirken, dass der erste Wärmegenerator (116, 118) die Fluidmischung auf eine erste Temperatur erhitzt;
  den vorbestimmten thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage einer Ausgabe des Basisinformationsdetektors (110, 111, 112) bezüglich der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, zu erhalten;
  zu bewirken, dass der erste Wärmegenerator (116, 118) die Fluidmischung auf eine zweite Temperatur erhitzt, die unterschiedlich zur ersten Temperatur ist;
  den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage einer Ausgabe des Basisinformationsdetektors (110, 111, 112) bezüglich der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, zu erhalten,
  erste Beziehungsdaten zu erhalten, die eine Beziehung definieren zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, und einem Mischungsverhältnis, zu der Fluidmischung, eines ersten Fluids, welches in der Fluidmischung enthalten ist;
  zweite Beziehungsdaten zu erhalten, die eine Beziehung definieren zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, welche auf die zweite Temperatur eingestellt ist, und einem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zu derr Fluidmischung; und
  die Mischungsverhältnisse aus den drei oder mehr Arten von Fluiden zu der Fluidmischung auf der Grundlage des thermischen Eigenschaftswerts der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, des thermischen Eigenschaftswerts der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, der ersten Beziehungsdaten, und der zweiten Beziehungsdaten zu berechnen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2019152361 [0001]
• JP 2017090317 A [0003]
• JP 2006275608 A [0003]

Claims (20)

1. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, um ein Mischungsverhältnis einer Fluidmischung, welche drei oder mehr Arten von Fluiden enthält, zu berechnen, wobei die Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung umfasst: einen ersten Wärmegenerator, welcher ausgestaltet ist, um die Fluidmischung zu erhitzen; einen Basisinformationsdetektor, welcher ausgestaltet ist, um Basisinformationen über einen thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung zu detektieren, wobei der thermische Eigenschaftswert vorbestimmt ist; und einen Mischungsverhältnis-Berechner, welcher ausgestaltet ist, um Mischungsverhältnisse aus den drei oder mehr Arten von Fluiden zu Fluidmischung zu berechnen, wobei der Mischungsverhältnis-Berechner ausgestaltet ist, um: zu bewirken, dass der erste Wärmegenerator die Fluidmischung auf eine erste Temperatur einstellt; den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage eines Detektions-Ergebnisses des Basisinformationsdetektors für die Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, zu erhalten; zu bewirken, dass der erste Wärmegenerator die Fluidmischung auf eine zweite Temperatur einstellt, die unterschiedlich zur ersten Temperatur ist; den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage eines Detektions-Ergebnisses des Basisinformationsdetektors für die Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist; zu erhalten erste Beziehungsdaten zu erhalten, die eine Beziehung definieren zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist und einem Mischungsverhältnis, zu der Fluidmischung, aus einem ersten Fluid, wobei das erste Fluid in der Fluidmischung enthalten ist; zweite Beziehungsdaten zu erhalten, die eine Beziehung definieren zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, welche auf die zweite Temperatur eingestellt ist, und einen Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zur Fluidmischung; und die Mischungsverhältnisse aus den drei oder mehr Arten von Fluiden zur Fluidmischung auf der Grundlage des thermischen Eigenschaftswerts der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, des thermischen Eigenschaftswerts der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, der ersten Beziehungsdaten, und der zweiten Beziehungsdaten zu berechnen.
2. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidmischung drei Arten von Fluiden enthält.
3. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidmischung vier oder mehr Arten von Fluiden enthält und wobei die Fluidmischung zwei oder mehr Arten der Fluide umfasst, die ein Pseudokomponenten-Fluid bilden, dessen Mischungsverhältnis als ein Mischungsverhältnis einer Fluidart in einer Pseudo-Weise berechnet werden kann, und wobei die Fluidmischung drei Arten von Fluiden enthält, welche die Fluide umfassen und das Pseudokomponenten-Fluid.
4. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Pseudokomponenten-Fluid zwei oder mehr Arten von Fluiden umfasst, die identisch oder ähnlich zueinander in Bezug auf den thermischen Eigenschaftswert sind.
5. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Pseudokomponenten-Fluid zwei oder mehr Arten der Fluide umfasst, die identisch oder ähnlich zueinander im Mischungsverhältnis zur Fluidmischung sind.
6. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei vier oder mehr Arten der Fluide das Fluid umfassen, dessen Mischungsverhältnis zur Fluidmischung kleiner oder gleich als ein vorbestimmter Wert ist, und welches von den Fluiden ausgeschlossen ist, deren Mischungsverhältnisse berechnet werden.
7. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Basisinformationsdetektor umfasst: einen Temperaturdifferenz-Detektor, welcher ausgestaltet ist, um ein Signal, welches einer Temperaturdifferenz entspricht, die in der Fluidmischung erzeugt wird, auszugeben; und einen zweiten Wärmegenerator, welcher ausgestaltet ist, um die Temperaturdifferenz in der Fluidmischung zu erzeugen, wobei der Mischungsverhältnis-Berechner ausgestaltet ist, um: zu bewirken, dass der zweite Wärmegenerator die Temperaturdifferenz in der Fluidmischung erzeugt; den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage einer Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors, bezüglich der Fluidmischung, auf die erste Temperatur durch den ersten Wärmegenerator eingestellt ist, zu erhalten; und den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage einer Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors, bezüglich der Fluidmischung, die durch den Wärmegenerator auf die zweite Temperatur eingestellt ist, zu erhalten.
8. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Mischungsverhältnis-Berechner ausgestaltet ist, um: Umwandlungsdaten zur Verwendung in einer Umwandlung der Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors in den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung zu erhalten; die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors in den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage der Umwandlungsdaten umzuwandeln; und die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors in den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, auf der Grundlage der Umwandlungsdaten umzuwandeln.
9. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Mischungsverhältnis-Berechner ausgestaltet ist, um: die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors bezüglich der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, als den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung die auf die erste Temperatur eingestellt ist, zu verwenden; und die Ausgabe des Temperaturdifferenz-Detektors bezüglich der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, als den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, zu verwenden.
10. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der erste Wärmegenerator, der zweite Wärmegenerator, und der Temperaturdifferenz-Detektor auf dem gleichen Chip gebildet sind.
11. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der zweite Wärmegenerator die Funktion des ersten Wärmegenerators übernimmt.
12. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Temperaturdifferenz-Detektor einen ersten Temperaturdifferenz-Detektor und einen zweiten Temperaturdifferenz-Detektor umfasst, welche an Positionen in unterschiedlicher Distanz zum zweiten Wärmegenerator angeordnet sind.
13. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch10, wobei der erste Wärmegenerator umfasst: einen ersten Temperaturheizer, der ausgestaltet ist, um die Fluidmischung auf die erste Temperatur einzustellen, und einen zweiten Temperaturheizer, der ausgestaltet ist, um die Fluidmischung auf die zweite Temperatur einzustellen.
14. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend einen Temperaturdetektor, welcher zum Detektieren der Temperatur der Fluidmischung ausgestaltet ist.
15. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der thermische Eigenschaftswert einer von Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Dielektrizitätszahl, oder Schallgeschwindigkeit ist.
16. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Fluide gasförmig oder flüssig sind.
17. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine Argon-Konzentration als ein Mischungsverhältnis einer Gasmischung mit Sauerstoff konzentriert aus einer Gasmischung, welche Sauerstoff, Stickstoff, und Argon enthält, berechnet wird.
18. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die ersten Beziehungsdaten ein Koeffizient eines Relationsausdrucks sind, der die Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, und dem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zur Fluidmischung definiert, und wobei die zweiten Beziehungsdaten ein Koeffizient eines Relationsausdrucks sind, der die Beziehung zwischen dem thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, und dem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zur Fluidmischung definiert.
19. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die ersten Beziehungsdaten einer Kurve entsprechen, die den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die erste Temperatur eingestellt ist, mit dem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zur Fluidmischung in Beziehung setzt, und die zweiten Beziehungsdaten einer Kurve entsprechen, die den thermischen Eigenschaftswert der Fluidmischung, die auf die zweite Temperatur eingestellt ist, mit dem Mischungsverhältnis aus dem ersten Fluid zur Fluidmischung in Beziehung setzt.
20. Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der erste Wärmegenerator angeregt wird, Wärme zu erzeugen, wenn das Mischungsverhältnis der Fluidmischung berechnet wird.

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