DE112020001358T5

DE112020001358T5 - Konzentrationsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE112020001358T5
Application number: DE112020001358.8T
Authority: DE
Inventors: Susumu Kamiyama; Hajime Kano; Shinya Nakagawa; Hideyuki Nakao; Kenichi Handa; Takashi Kasai
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-12-09
Also published as: JPWO2020189677A1; JP7168069B2; WO2020189677A1; US20220136988A1; CN113518914A

Abstract

Es ist möglich, eine Abnahme der Genauigkeit der Messung der Konzentration eines Messzielgases selbst dann zu reduzieren, wenn in einem Gasgemisch ein Gas vorhanden ist, das sich von einem anderen Gas hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark unterscheidet. Die Konzentrationsmessvorrichtung umfasst einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, die Konzentration eines Messzielgases in einem Gasgemisch auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Messzielgases zu messen, wobei das Gasgemisch zwei oder mehr Komponenten enthält, und eine Heizeinheit, die dafür eingerichtet ist, das Gasgemisch zu erwärmen, so dass eine Konzentration des Messzielgases eindeutig in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konzentrationsmessvorrichtung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Strömungssensor wird verwendet, um eine Strömungsrate oder Strömungsrichtung eines Fluids zu detektieren. Der Strömungssensor umfasst zum Beispiel einen Sensor, der ein Heizelement auf einem Dünnfilm (einer Membran) und Thermosäulen, die so angeordnet sind, dass sie das Heizelement zwischen sich aufnehmen, aufweist. Wenn in einem Strömungssensor, der einen solchen Sensor umfasst, eine Wärmeverteilung, die durch das Heizelement generiert wird, das den Dünnfilm erwärmt, durch eine Fluidströmung gestört wird, so wird die Störung als eine Differenz der in der Thermosäule generierten thermoelektrischen Leistung gemessen.
Patentdokument 1 offenbart zum Beispiel einen Strömungssensor, der integral mit einem Strömungspfad ausgebildet ist, durch den ein Fluid strömt.
Patentliteratur 2 offenbart einen Strömungssensor, der von einem Strömungspfad getrennt ausgebildet ist und einen nach außen frei liegenden Sensor aufweist, wobei der Sensor eine Strömungsrate detektiert.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentpublikation Nr. 5652315
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentpublikation Nr. 6435389

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben eine Möglichkeit der Anwendung eines Strömungssensors auf eine Konzentrationsmessung eines Messzielgases in einem Gasgemisch gefunden und dessen Messgenauigkeit verifiziert. Gas, das kein Gasgemisch ist (das heißt ein Gas aus einer einzigen Art von Substanz), hat eine Wärmeleitfähigkeit, die linear mit Bezug auf die Temperatur variiert. Im Ergebnis der Verifizierung wurde jedoch das Problem festgestellt, dass die gewünschte Messgenauigkeit erreicht werden kann, wenn die Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur zwischen Gasen in einem Gasgemisch im Wesentlichen gleich ist, während die Konzentrationsmessgenauigkeit gering ist, wenn in einem Gasgemisch ein Gas vorhanden ist, das sich hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark von einem anderen Gas unterscheidet. Darüber hinaus wurde bei der Verifizierung festgestellt, dass es im Fall einer Messung der Wärmeleitfähigkeit eines Gases unter Verwendung einer Thermosäule und eines Heizelements nicht notwendig ist, mehrere Thermosäulen zu verwenden, und dass eine einzelne Thermosäule in der Nähe des Heizelements ausreichend ist.
Eine Aufgabe eines Aspekts der offenbarten Technologie ist die Bereitstellung einer Konzentrationsmessvorrichtung, die in der Lage ist, eine Abnahme der Genauigkeit der Messung einer Konzentration eines Messzielgases selbst dann zu reduzieren, wenn in einem Gasgemisch ein Gas vorhanden ist, das sich von einem anderen Gas hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark unterscheidet.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Aspekt der offenbarten Technologie wird beispielhaft durch die folgende Konzentrationsmessvorrichtung veranschaulicht. Die Konzentrationsmessvorrichtung umfasst einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, eine Konzentration eines Messzielgases in einem Gasgemisch auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Messzielgases zu messen, wobei das Gasgemisch zwei oder mehr Komponenten enthält, und eine Heizeinheit, die dafür eingerichtet ist, das Gasgemisch zu erwärmen, so dass eine Konzentration des Messzielgases eindeutig in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden kann.
Ein Gasgemisch ist ein Gas, das zwei oder mehr Komponenten enthält. Zu Beispielen eines Gasgemisch gehören ein Brenngas, wie zum Beispiel Stadtgas oder Flüssiggas (Liquefied Petroleum, LP-Gas), Luft und dergleichen. Das Messzielgas kann ein Gas sein, das nur eine einzige Komponente enthält, oder kann ein Gas sein, das zwei oder mehr Komponenten enthält. Anstelle der Wärmeleitfähigkeit kann der Sensor auch den spezifischen thermischen Widerstand verwenden, welcher der Kehrwert der Wärmeleitfähigkeit ist. In einem Gasgemisch, das ein Gas enthält, das sich hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit im Hinblick auf die Temperatur stark von einem anderen Gas unterscheidet, gibt es in Abhängigkeit von der Lufttemperatur einen Bereich, in dem eine Beziehung zwischen Wärmeleitfähigkeit und einer Konzentration nicht eins zu eins ist (zum Beispiel einen Bereich, in dem zwei Konzentrationen einer einzigen Wärmeleitfähigkeit entsprechen). Ein solcher Bereich wird zum Beispiel generiert, wenn das Gasgemisch eine niedrige Temperatur hat. In der offenbarten Technologie erwärmt eine Heizeinheit ein Gasgemisch, so dass eine Konzentration des Messzielgases eindeutig in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden kann, wodurch es möglich ist, eine Abnahme der Genauigkeit der Messung einer Konzentration des Messzielgases selbst dann zu reduzieren, wenn in einem Gasgemisch ein Gas vorhanden ist, das sich von einem anderen Gas hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark unterscheidet.
Die offenbarte Technologie kann die folgenden kennzeichnenden Merkmale aufweisen. Der Sensor umfasst ein Paar thermoelektromotorischer Vorrichtungen, in denen eine elektromotorische Kraft gemäß der Temperatur generiert wird, und eine Heizeinheit, die zwischen dem Paar thermoelektromotorischer Vorrichtungen angeordnet ist und Wärme gemäß einer angelegten Spannung generiert. Der Sensor misst die Strömungsrate des Gasgemischs gemäß der elektromotorischen Kraft, die in dem durch die Heizeinheit erwärmten Paar thermoelektromotorischer Vorrichtungen generiert wird, und umfasst des Weiteren einen Controller, der dafür eingerichtet ist, eine an die Heizeinheit angelegte Spannung zu steuern. Der Controller legt an die Heizeinheit eine zweite Spannung an, die höher ist als eine erste Spannung, die bei der Messung einer Strömungsrate des Gasgemischs angelegt wird, und veranlasst den Sensor, eine Konzentration des Gasgemischs zu messen.
Die thermoelektromotorische Vorrichtung ist zum Beispiel eine Thermosäule. Die Thermosäule gibt thermoelektrische Energie gemäß der Umgebungstemperatur ab. Die Heizeinheit ist zum Beispiel ein Heizelement, das gemäß der angelegten Spannung Wärme generiert. Die Heizeinheit ist in der Nähe der thermoelektromotorischen Vorrichtung angeordnet. Die Konzentrationsmessvorrichtung hat das kennzeichnende Merkmal, dass eine Heizeinheit zwischen einem Paar thermoelektromotorischer Vorrichtungen angeordnet ist und daher als ein Strömungssensor verwendet werden kann, der eine Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids misst. Die Konzentrationsmessvorrichtung misst eine Konzentration des Messzielgases auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft, die durch die thermoelektromotorische Vorrichtung generiert wird. Es ist zu beachten, dass die Messung einer Konzentration eines Messzielgases nur auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft erfolgen muss, die in der einen oder der anderen thermoelektromotorischen Vorrichtung des Paares thermoelektromotorischer Vorrichtungen generiert wird. Zum Beispiel unterscheidet sich eine Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur zwischen mit Argon vermischtem Sauerstoff und Stickstoff stark. In einem Gasgemisch, das Gase enthält, die sich hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark voneinander unterscheiden, gibt es in Abhängigkeit von der Temperatur des Gasgemischs einen Bereich, in dem eine Beziehung zwischen der in einer thermoelektromotorischen Vorrichtung generierten elektromotorischen Kraft und einer Konzentration nicht eins zu eins ist (zum Beispiel einen Bereich, in dem zwei Konzentrationen einer einzelnen elektromotorischen Kraft entsprechen). Ein solcher Bereich wird zum Beispiel generiert, wenn das Gasgemisch eine niedrige Temperatur hat. In der Konzentrationsmessvorrichtung ist eine Spannung, die an die Heizeinheit angelegt wird, wenn die Konzentration des Messzielgases gemessen wird, die zweite Spannung, die höher ist als die erste Spannung. Das Anlegen der zweiten Spannung an die Heizeinheit erhöht die Temperatur der Luft um die Heizeinheit und bewirkt, dass eine Beziehung zwischen einer elektromotorischen Kraft, die in der einen oder der anderen thermoelektromotorischen Vorrichtung des Paares thermoelektromotorischer Vorrichtungen generiert wird, und der Konzentration eins zu eins ist. Daher kann die Konzentrationsmessvorrichtung eine Abnahme der Genauigkeit der Messung einer Konzentration eines Messzielgases selbst dann reduzieren, wenn in einem Gasgemisch ein Gas vorhanden ist, das sich von einem anderen Gas hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark unterscheidet.
Die offenbarte Technologie kann die folgenden kennzeichnenden Merkmale aufweisen. Die Konzentrationsmessvorrichtung umfasst des Weiteren ein Thermometer, das dafür eingerichtet ist, die Temperatur des Gasgemischs zu messen, wobei der Controller für jede Temperatur des Gasgemischs eine Entsprechung zwischen einem Bereich, in dem eine Konzentration des Gasgemischs auf der Grundlage der in der thermoelektromotorischen Vorrichtung generierten elektromotorischen Kraft eindeutig bestimmt werden kann, und einer an die Heizeinheit angelegten Spannung speichert, und der Controller die durch das Thermometer gemessene Temperatur des Gasgemischs erfasst und die zweite Spannung unter Bezug auf die Entsprechung auf der Grundlage der detektierten Temperatur bestimmt. Mit einem solchen kennzeichnenden Merkmal kann die Konzentrationsmessvorrichtung die zweite Spannung für jede Temperatur des Gasgemischs in geeigneter Weise steuern.
Die offenbarte Technologie kann die folgenden kennzeichnenden Merkmale aufweisen. Die Konzentrationsmessvorrichtung wird auf einen Konzentrator angewendet, der dafür eingerichtet ist, ein konzentriertes Gas zu generieren, in dem Konzentrationen von zwei oder mehr zuvor festgelegten Komponenten in Luft erhöht sind, wobei das Gasgemisch ein konzentriertes Gas ist, das durch den Konzentrator konzentriert wird, und das Messzielgas ein Gas ist, das die zwei oder mehr zuvor festgelegten Komponenten enthält, die in dem konzentrierten Gas enthalten sind.
Die Luft ist zum Beispiel ein Gasgemisch, das Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält. Eine Konzentrationsmessvorrichtung kann eine Konzentration eines Gases messen, das zwei oder mehr zuvor festgelegte Komponenten in dem konzentrierten Gas enthält, das durch den Konzentrator konzentriert wird. Wenn zum Beispiel die zwei oder mehr zuvor festgelegten Komponenten Sauerstoff und Argon sind, so kann die Konzentrationsmessvorrichtung eine Konzentration des Messzielgases, das Sauerstoff und Argon enthält, in durch den Konzentrator konzentriertem Gas messen.
Die offenbarte Technologie kann die folgenden kennzeichnenden Merkmale aufweisen. Der Konzentrator entfernt Stickstoff aus Luft, die Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält, um ein konzentriertes Gas zu generieren, in dem eine Konzentration von Sauerstoff und Argon erhöht ist, die zuvor festgelegte Komponente enthält Sauerstoff und Argon und der Sensor ist in einem Strömungspfad angeordnet, durch den der Konzentrator das konzentrierte Gas zuführt. Mit einem solchen kennzeichnenden Merkmal kann die Konzentrationsmessvorrichtung eine Konzentration eines Gasgemischs (eines Gasgemischs, das Sauerstoff und Argon enthält) in konzentriertem Gas, das durch den Konzentrator konzentriert wurde, messen. Das heißt, die Konzentrationsmessvorrichtung kann bestätigen, ob der Konzentrator Sauerstoff auf eine gewünschte Konzentration konzentrieren kann oder nicht.
AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
Die Konzentrationsmessvorrichtung kann eine Abnahme der Genauigkeit der Messung einer Konzentration eines Messzielgases selbst dann reduzieren, wenn in einem Gasgemisch ein Gas vorhanden ist, das sich von einem anderen Gas hinsichtlich einer Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark unterscheidet.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf einen Strömungssensor gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
3 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Hardwareausgestaltung eines Controllers zeigt.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Falls veranschaulicht, in dem der Strömungssensor gemäß der Ausführungsform auf einen Sauerstoffkonzentrator angewendet wird.
5 ist ein erstes Schaubild, das schematisch ein Verfahren zum Messen einer Strömungsrate durch den Strömungssensor veranschaulicht.
6 ist ein zweites Schaubild, das schematisch ein Verfahren zum Messen einer Strömungsrate durch den Strömungssensor veranschaulicht.
7 ist ein Schaubild, das schematisch eine Strömung von Argon-Sauerstoff-Gemisch in einem Fall veranschaulicht, in dem der Strömungssensor gemäß der Ausführungsform auf das Messen einer Konzentration eines Argon-Sauerstoff-Gemischs angewendet wird.
8 ist ein Schaubild, das schematisch und beispielhaft ein thermisches Ersatzschaltbild des Strömungssensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemischs und dem Mischungsverhältnis von Gasen in dem Gasgemisch veranschaulicht.
10A ist ein erstes Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemischs und einem Mischungsverhältnis von Gasen in dem Gasgemisch für jede Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen einem Gas A und einem Gas B vergleicht.
10B ist ein zweites Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemischs und einem Mischungsverhältnis von Gasen in dem Gasgemisch für jede Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen einem Gas A und einem Gas B vergleicht.
10C ist ein drittes Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemischs und einem Mischungsverhältnis von Gasen in dem Gasgemisch für jede Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen einem Gas A und einem Gas B vergleicht.
11 ist ein Schaubild, das beispielhaft die Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und die Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff veranschaulicht.
12 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Entsprechung zwischen einem Ausgabewert einer Thermosäule und einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in Bezug auf den mit Argon vermischten Sauerstoff veranschaulicht.
13 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit eines konzentrierten Gases veranschaulicht.
14 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Lufttemperatur und der Wärmeleitfähigkeit für jede der drei Arten von Gasen, und zwar Sauerstoff, Stickstoff und Argon, veranschaulicht.
15 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und einem Ausgabewert der in dem Strömungssensor enthaltenen Thermosäule gemäß der Ausführungsform in einem Fall veranschaulicht, in dem eine an ein Heizelement angelegte Spannung geändert wird.
16 ist ein Schaubild, das schematisch ein Beispiel der Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der an das Heizelement angelegten Spannung an einer Scheitelposition von in 15 beispielhaft dargestellten quadratischen Kurven veranschaulicht.
17 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Verarbeitungsflusses des Strömungssensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
18 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Strömungssensors veranschaulicht, der ein Thermometer umfasst.
19 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Strömungssensors veranschaulicht, der ein Heizelement umfasst, das ein konzentriertes Gas in der Nähe von Thermosäulen erwärmt.
20 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Strömungssensors veranschaulicht, bei dem - im Vergleich zur Ausführungsform - Thermosäulen an einer Position näher an einem Heizelement angeordnet sind.
21 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen Temperatur und Wärmeleitfähigkeit für jedes von vier Arten von Gasen, und zwar Butan, Propan, Methan und Wasserstoff, veranschaulicht.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
<Ausführungsform>
Im Folgenden wird ein Strömungssensor gemäß einer Ausführungsform unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der Ausführungsform wird der Fall beschrieben, dass ein Strömungssensor, der eine Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids detektiert, auf einen Sauerstoffkonzentrator angewendet wird. Der Sauerstoffkonzentrator entfernt (reduziert) Stickstoff aus Luft, die Stickstoff, Sauerstoff und eine Spur von Argon enthält, und generiert dadurch ein konzentriertes Gas, das eine höhere Sauerstoffkonzentration aufweist als Luft. Das konzentrierte Gas, das durch Entfernen von Stickstoff aus Luft generiert wird, ist ein Gasgemisch aus Sauerstoff, einer Spur von Argon und Stickstoff, der nicht durch den Sauerstoffkonzentrator entfernt wurde. Im Folgenden - in der vorliegenden Beschreibung - wird ein Gasgemisch, das Sauerstoff und eine Spur von Argon enthält, als mit Argon vermischter Sauerstoff bezeichnet. Der Strömungssensor gemäß der Ausführungsform misst zum Beispiel eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in einem konzentrierten Gas. Sauerstoff und Argon sind Beispiele für „zuvor festgelegte Komponenten“.
1 ist eine Draufsicht auf den Strömungssensor gemäß der Ausführungsform und 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1. Im Folgenden - in der vorliegenden Beschreibung - ist eine Seite nahe einem Hauptkörper 21 eine untere Seite, und eine Seite nahe einer Membran 22 ist eine obere Seite. Ein in 1 beispielhaft dargestellter Strömungssensor 2 umfasst den Hauptkörper 21 und die Membran 22. In der Membran 22 sind ein Heizelement 23 und Thermosäulen 24, 24 in einer Linie angeordnet. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Richtung, in der das Heizelement 23 und die Thermosäulen 24, 24 in einer Linie angeordnet sind, auch als eine Y-Richtung bezeichnet, eine Richtung orthogonal zur Y-Richtung wird auch als eine X-Richtung bezeichnet und eine vertikale Richtung (Dickenrichtung) wird auch als eine Z-Richtung bezeichnet.
Der Strömungssensor 2 ist ein Sensor, der eine Strömungsgeschwindigkeit oder eine Strömungsrate eines Fluids (zum Beispiel eines Gases) misst. Der Strömungssensor 2 umfasst den Hauptkörper 21 und die Membran 22. Der Hauptkörper 21 hat eine hohle Form mit einer offenen Oberseite (eine Mörserform) und sein Material ist zum Beispiel Silizium. Wie in 2 beispielhaft dargestellt, ist die Membran 22 ein dünner Film, der eine Öffnung des Hauptkörpers 21 an einem oberen Rand des Hauptkörpers 21 verschließt. Die Membran 22 ist mit dem Heizelement 23 und den Thermosäulen 24, 24 versehen. Das Heizelement 23 und die Thermosäulen 24, 24 sind in einer Linie entlang der Y-Richtung angeordnet. Wenn die Thermosäulen 24, 24 voneinander unterschieden werden, so wird eine der Thermosäulen 24, 24 als eine Thermosäule 241 bezeichnet und eine andere der Thermosäulen 24, 24 wird als eine Thermosäule 242 bezeichnet. Der Strömungssensor 2 ist ein Beispiel einer „Konzentrationsmessvorrichtung“.
Das Heizelement 23 ist eine Heizelementvorrichtung, welche die Membran 22 erwärmt. Jede der Thermosäulen 24, 24 ist ein Thermopaar, das durch das Empfangen von Wärme von der Membran 22 thermoelektrische Energie generiert. Ein Ende 24a jeder der Thermosäulen 24, 24 in einer Breitenrichtung (Y-Richtung) ist auf dem Hauptkörper 21 angeordnet und ein anderes Ende 24b ist auf der Membran 22 nahe dem Heizelement 23 (in einer hohlen Region des Hauptkörpers 21) angeordnet. Das eine Ende 24a einer Thermosäule 24 ist zum Beispiel eine Kaltverbindung und das andere Ende 24b ist eine Warmverbindung. Jede der Thermosäulen 24, 24 gibt - als thermoelektrische Energie - eine Temperaturdifferenz zwischen der Kaltverbindung (einem Ende 24a) und der Warmverbindung (einem anderen Ende 24b) aus. An der Kaltverbindung wird die Temperatur im Wesentlichen dadurch konstant gehalten, dass die Kaltverbindung auf dem Hauptkörper 21 angeordnet ist. An der Warmverbindung wird Wärme von dem Heizelement 23 rasch über die Membran 22 aufgenommen, indem die Warmverbindung nahe dem Heizelement 23 angeordnet ist. Je größer die Temperaturdifferenz, desto mehr thermoelektrische Energie wird generiert. Wenn beide Thermosäulen 24, 24 die gleiche Temperatur haben, so generieren des Weiteren die Thermosäulen 24, 24 die gleiche thermoelektrische Energie. Der Strömungssensor 2 ist zum Beispiel ein thermischer Strömungssensor, der die Membran 22 unter Verwendung des Heizelements 23 erwärmt und eine Strömungsgeschwindigkeit oder eine Strömungsrate auf der Grundlage einer Differenz in der thermoelektrischen Energie zwischen den Thermosäulen 24, 24 misst, wobei die Differenz durch eine Differenz in einer Wärmeverteilung in der Membran 22 generiert wird. Der Strömungssensor 2 wird zum Beispiel durch mikroelektromechanische Systeme (Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) hergestellt. Der Strömungssensor 2 ist zum Beispiel ein oberflächenmontierter Strömungssensor, bei dem die mit dem Heizelement 23 und den Thermosäulen 24, 24 versehene Membran 22 nach außen frei liegt. Das Heizelement 23 ist ein Beispiel einer „Heizeinheit“. Die Thermosäule 24 ist ein Beispiel einer „thermoelektromotorischen Vorrichtung“. Der Strömungssensor 2 ist ein Beispiel eines „Sensors“.
Ein Controller 100 steuert eine durch das Heizelement 23 generierte Wärmemenge durch Steuern einer an das Heizelement 23 angelegten Spannung. Zum Beispiel legt das Controller 100 beim Messen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff an das Heizelement 23 eine zweite Spannung an, die höher ist als eine erste Spannung, die an das Heizelement 23 angelegt wird, wenn eine Strömung (eine Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit) eines Fluids gemessen wird. Das Controller 100 ist zum Beispiel ein Informationsprozessor, der einen Prozessor oder einen Speicher umfasst. 3 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Hardwareausgestaltung eines Controllers zeigt. Der Controller 100 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 101, einen Hauptspeicher 102, einen Hilfsspeicher 103, ein Display 104 und einen Verbindungsbus B1. Die CPU 101, der Hauptspeicher 102, der Hilfsspeicher 103 und das Display 104 sind über den Verbindungsbus B1 miteinander verbunden.
Die CPU 101 ist nicht auf einen einzelnen Prozessor beschränkt, sondern kann auch eine Mehrprozessorkonfiguration aufweisen. Die CPU 101 kann eine Kombination aus einem Prozessor und einem integrierten Schaltkreis sein, der beispielhaft durch eine Mikrocontroller-Einheit (Microcontroller Unit, MCU), ein System auf einem Chip (System on Chip, SoC), eine System-LSI, einen Chipsatz oder dergleichen veranschaulicht ist.
Der Hauptspeicher 102 und der Hilfsspeicher 103 sind Aufzeichnungsmedien, die durch der Controller 100 gelesen werden können. Der Hauptspeicher 102 ist beispielhaft als ein Speicher veranschaulicht, auf den die CPU 101 direkt zugreift. Der Hauptspeicher 102 umfasst einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Nurlesespeicher (ROM).
Der Hilfsspeicher 103 ist ein nicht-flüchtiger Speicher, der beispielhaft durch einen löschbaren programmierbaren ROM (Erasable Programmable ROM, EPROM), ein Festkörperlaufwerk (Solid State Drive, SSD), ein Festplattenlaufwerk (Hard Disk Drive, HDD) oder dergleichen veranschaulicht ist. Der Hilfsspeicher 103 speichert ein Programm A zum Steuern einer an das Heizelement 23 angelegten Spannung oder verschiedene Parameter, die zum Messen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff verwendet werden.
In dem Controller 100 lädt die CPU 101 das in dem Hilfsspeicher 103 gespeicherte Programm A in einen Arbeitsbereich des Hauptspeichers 102 und steuert eine an das Heizelement 23 angelegte Spannung oder misst eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff durch Ausführen eines Programms. Der Controller 100 ist ein Beispiel eines „Controllers“.
Das Display 104 zeigt zum Beispiel durch die CPU 101 verarbeitete Daten oder in dem Hauptspeicher 102 gespeicherte Daten an. Zu Beispielen des Displays gehören eine Anzeigevorrichtung wie zum Beispiel eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), ein Plasmabildschirm (Plasma Display Panel, PDP), ein Elektrolumineszenz (EL)-Paneel oder ein organisches EL-Panel.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Falls veranschaulicht, in dem der Strömungssensor gemäß der Ausführungsform auf den Sauerstoffkonzentrator angewendet wird. Durch Entfernen von Stickstoff aus von außen zugeführter Luft generiert ein Sauerstoffkonzentrator 200 ein konzentriertes Gas, in dem Sauerstoff konzentriert ist. Der Strömungssensor 2 ist zum Beispiel im Inneren eines Strömungspfades angeordnet, durch den der Sauerstoffkonzentrator 200 ein konzentriertes Gas zuführt, das durch Konzentrieren von Sauerstoff erhalten wird, wodurch eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in dem durch den Sauerstoffkonzentrator generierten konzentrierten Gas gemessen wird.
5 und 6 sind Schaubilder, die schematisch ein Verfahren zum Messen einer Strömungsrate durch den Strömungssensor veranschaulichen. 5 veranschaulicht beispielhaft einen Zustand, in dem kein Wind um den Strömungssensor 2 weht. Für den Fall, dass kein Wind um den Strömungssensor 2 weht, ist die Temperatur an einer Position umso niedriger, je weiter die Position von dem Heizelement 23 entfernt ist, und wie durch eine Wärmeverteilung H1 beispielhaft veranschaulicht, ist eine Wärmeverteilung in der Membran 22 gleichmäßig auf den Heizelement 23 zentriert. Daher werden beide Thermosäulen 24, 24 durch das Heizelement 23 auf die gleiche Temperatur erwärm, und die durch die Thermosäulen 24, 24 detektierten Temperaturen sind gleich.
6 veranschaulicht beispielhaft einen Zustand, in dem Wind um den Strömungssensor 2 weht. Unter der Annahme, dass eine der Thermosäulen 24, 24 die Thermosäule 241 ist und eine andere der Thermosäulen 24, 24 die Thermosäule 242 ist, veranschaulicht 6 beispielhaft einen Zustand, in dem Wind von der Thermosäule 241 zur Thermosäule 242 weht. Eine stromaufwärtige Seite des Windes wird durch den Wind gekühlt und die Temperatur der stromaufwärtigen Seite sinkt. Daher verschiebt sich, wie durch eine Wärmeverteilung H2 beispielhaft veranschaulicht, die Wärmeverteilung in der Membran 22 zu einer stromabwärtigen Seite statt zur stromaufwärtigen Seite des Sensors 23 (die stromabwärtige Seite wird wärmer als die stromaufwärtige Seite). Daher ist eine Temperaturdifferenz, die durch die Thermosäule 242 detektiert wird, die auf der stromabwärtigen Seite des Heizelements 23 positioniert ist, höher als eine Temperaturdifferenz, die durch die Thermosäule 241 detektiert wird, die auf der stromaufwärtigen Seite des Heizelements 23 positioniert ist. Infolge dessen entsteht eine Differenz zwischen einer durch die Thermosäule 241 detektierten Temperaturdifferenz T₁ und einer durch die Thermosäule 242 detektierten Temperaturdifferenz T₂. Durch Messen einer Differenz ΔT₁ zwischen der durch die Thermosäule 241 detektierten Temperaturdifferenz T₁ und der durch die Thermosäule 242 detektierten Temperaturdifferenz T₂ (das heißt, T₂-T₁) kann der Strömungssensor 2 daher Windrichtung und Windstärke detektieren.
Für den Fall, dass ΔT1 positiv ist, ist die durch die Thermosäule 242 detektierte Temperaturdifferenz T2 größer als die durch die Thermosäule 241 detektierte Temperaturdifferenz T1. Daher kann der Strömungssensor 2 detektieren, dass der Wind in einer Richtung von der Thermosäule 241 zur Thermosäule 242 weht. Außerdem ist für den Fall, dass ΔT₁ negativ ist, die durch die Thermosäule 241 detektierte Temperaturdifferenz T₁ größer als die durch die Thermosäule 242 detektierte Temperaturdifferenz T₂. Daher kann der Strömungssensor 2 detektieren, dass der Wind in einer Richtung von der Thermosäule 242 zur Thermosäule 241 weht. Des Weiteren messen in einem Fall, wo ΔT1 gleich 0 (Null) ist, beide Thermosäulen 24, 24 dieselbe Temperaturdifferenz. Daher kann der Strömungssensor 2 detektieren, dass kein Wind weht (oder dass der wehende Wind schwächer ist als eine Untergrenze eines Detektionsbereichs). Des Weiteren ist der durch den Strömungssensor 2 detektierte Wind umso stärker, je größer der absolute Wert von ΔT₁ ist.
Für den Fall, dass der Strömungssensor 2 zum Messen einer Strömungsrate verwendet wird, wird der Strömungssensor 2 so platziert, dass der Wind in der Y-Richtung weht, wie in der oben beschriebenen 6 beispielhaft veranschaulicht. Für den Fall, dass der Strömungssensor 2 zum Messen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff verwendet wird, weht des Weiteren der Wind in einer anderen Richtung als der in 6 beispielhaft dargestellten Windrichtung. 7 ist ein Schaubild, das schematisch eine Strömung von Argon-Sauerstoff-Gemisch für den Fall veranschaulicht, dass der Strömungssensor gemäß der Ausführungsform auf das Messen einer Konzentration eines Argon-Sauerstoff-Gemischs angewendet wird. 7 ist eine Draufsicht auf den Strömungssensor 2. Wie in 7 beispielhaft dargestellt, wird der Strömungssensor 2 für den Fall, dass die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff gemessen wird, so platziert, dass der mit Argon vermischte Sauerstoff in der X-Richtung orthogonal zu einer Richtung strömt, in der das Heizelement 23 und die Thermosäule 24 in einer Linie (Y-Richtung) angeordnet sind. Um die Messgenauigkeit der Konzentrationsmessung zu erhöhen, ist es hier bevorzugt, die Strömungsgeschwindigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff so gering wie möglich (nahezu windstill) einzustellen.
8 ist ein Schaubild, das schematisch und beispielhaft ein thermisches Ersatzschaltbild des Strömungssensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. In 8 steht I für den thermischen Widerstand des Heizelements 23, R_t steht für den thermischen Widerstand einer Thermosäule und R_g steht für den thermischen Widerstand eines konzentrierten Gases. Darüber hinaus stellt ΔT eine Temperaturdifferenz ΔT dar, die durch eine Thermosäule 24 (das heißt entweder die Thermosäule 241 oder die Thermosäule 242) detektiert wird, wenn kein Wind weht. ΔT kann zum Beispiel wie folgt bestimmt werden.
[Mathematische Formel 1] $Δ T = \frac{1}{2} \frac{1}{\frac{1}{R_{t}} + \frac{1}{R_{g}}}$
In der obigen (mathematischen Formel 1) sind R_t und I bekannt. Daher kann R_g, was der thermische Widerstand eines konzentrierten Gases ist, durch Messen von ΔT durch den Strömungssensor 2 bestimmt werden. Der Hilfsspeicher 103 speichert eine Entsprechung zwischen der thermoelektrischen Energie der Thermosäule 24 und ΔT, eine Entsprechung zwischen der an das Heizelement 23 angelegten Spannung und der durch das Heizelement 23 generierten Wärmemenge, die obige (mathematische Formel 1) und den thermischen Widerstand R_t der Thermosäule. Die Entsprechung zwischen der thermoelektrischen Energie und ΔT und die Entsprechung zwischen der an das Heizelement 23 angelegten Spannung und der durch das Heizelement 23 generierten Wärmemenge sind zum Beispiel eine Tabelle, eine mathematische Formel oder dergleichen.
(Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und einem Mischungsverhältnis der Gase)
9 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemischs und dem Mischungsverhältnis von Gasen in dem Gasgemisch veranschaulicht. Das in 9 beispielhaft gezeigte Gasgemisch enthält ein Gas A und ein Gas B. Das Mischungsverhältnis von Gasen kann als eine Konzentration eines Gases bezeichnet werden. In 9 stellt eine vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit dar und die horizontale Achse stellt ein Mischungsverhältnis des Gases A zum Gas B in dem Gasgemisch dar. Da es eine Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Gas A und dem Gas B gibt, ändert sich die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs gemäß einem Mischungsverhältnis von Gas A zu Gas B. Das heißt, durch Messen der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs kann das Mischungsverhältnis von Gas A zu Gas B in dem Gasgemisch berechnet werden. Die Wärmeleitfähigkeit kann mit der obigen (mathematischen Formel 1) durch den Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform mit dem Erhalt von ΔT bestimmt werden. In der Ausführungsform ist zum Beispiel eines des Gases A und des Gases B Stickstoff und ein anderes des Gases A und des Gases B ist mit Argon vermischter Sauerstoff.
10A bis 10C sind Schaubilder, die eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemischs und einem Mischungsverhältnis von Gasen in dem Gasgemisch für jede Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen einem Gas A und einem Gas B vergleichen. In den Figuren stellt - wie in 9 - eine vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit dar und eine horizontale Achse stellt ein Mischungsverhältnis des Gases A zu dem Gas B in dem Gasgemisch, welches das Gas A und das Gas B enthält, dar. In den 10A bis 10C veranschaulicht 10A beispielhaft einen Zustand, in dem die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Gas A und dem Gas B groß ist, 10C veranschaulicht den Fall, dass die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Gas A und dem Gas B klein ist, und 10B veranschaulicht einen Zustand, in dem die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Gas A und dem Gas B in der Mitte der 10A und 10C liegt.
Wenn die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Gas A und dem Gas B groß ist, wie in 10A beispielhaft dargestellt, so ändert sich die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs, welches das Gas A und das Gas B enthält, deutlich gemäß dem Mischungsverhältnis des Gases A und des Gases B. Das heißt, die Differenz zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs, welches das Gas A und das Gas B enthält, in einem Zustand, in dem das Mischungsverhältnis des Gases A 100% beträgt, und der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs, welches das Gas A und das Gas B enthält, in einem Zustand, in dem das Mischungsverhältnis des Gases B 100% beträgt, wird größer. Das heißt, wie in den 10B und 10C beispielhaft dargestellt: wenn die Differenz zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Gases A und der Wärmeleitfähigkeit des Gases B kleiner wird, so verringert sich die Differenz zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs, welches das Gas A und das Gas B enthält, in einem Zustand, in dem das Mischungsverhältnis des Gases A 100 % beträgt, und der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs, welches das Gas A und das Gas B enthält, in einem Zustand, in dem das Mischungsverhältnis des Gases B 100 % beträgt. Das heißt, es ist bevorzugt, dass eine Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Gasen in einem Gasgemisch groß ist, um die Genauigkeit der Berechnung des Mischungsverhältnisses eines bestimmten Gases in dem Gasgemisch auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
11 ist ein Schaubild, das beispielhaft die Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und die Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff veranschaulicht. In 11 stellt eine vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit dar, und eine horizontale Achse stellt die Temperatur dar. Das heißt, 11 veranschaulicht beispielhaft die Änderung der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur. In den folgenden Zeichnungen kann mit Argon vermischter Sauerstoff als „O2 + Ar“ oder „O2Ar“ bezeichnet werden. Mit Bezug auf 11 ist zu erkennen, dass eine Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur zwischen mit Argon vermischtem Sauerstoff und Stickstoff stark verschieden ist. Daher ist die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen mit Argon vermischtem Sauerstoff und Stickstoff in einem Bereich, der von einer Region R1 (Hochtemperaturregion) umgeben ist, groß, während die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen mit Argon vermischtem Sauerstoff und Stickstoff in einem Bereich, der von einer Region R2 (Niedertemperaturregion) umgeben ist, klein ist. Außerdem ist in einem Bereich, in dem die Temperatur höher als die Temperatur der Region R2 ist, die Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff höher als die Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff, während in einem Bereich, in dem die Temperatur nicht höher ist als die Temperatur der Region R2 ist, die Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff niedriger als die Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff ist. Das heißt, in 11 gibt es einen Bereich, in dem sich die Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und die Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff in Bezug auf die Temperatur überschneiden und umgekehrt sind.
Das heißt, da eine Differenz zwischen der Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff in der Hochtemperaturregion groß ist, kann eine Mischungsrate von mit Argon vermischtem Sauerstoff in einem Gasgemisch, das mit Argon vermischten Sauerstoff und Stickstoff enthält, in geeigneter Weise auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs berechnet werden. Des Weiteren ist eine Differenz zwischen der Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff in der Niedertemperaturregion klein (oder die Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und die Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff in Bezug auf die Temperatur überschneiden sich und sind umgekehrt). Daher ist eine Mischungsrate von mit Argon vermischtem Sauerstoff in einem Gasgemisch, das mit Argon vermischten Sauerstoff und Stickstoff enthält, auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs schwer zu berechnen (die Berechnungsgenauigkeit ist geringer).
Ein Vergleich der 10A bis 10C mit 11 zeigt, dass es lediglich erforderlich ist, die Differenz zwischen der Wärmeleitfähigkeit von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff durch Erhöhen der Temperatur eines konzentrierten Gases zu vergrößern, um die Genauigkeit der Berechnung des Mischungsverhältnisses von mit Argon vermischtem Sauerstoff in einem konzentrierten Gas, das mit Argon vermischten Sauerstoff und Stickstoff enthält, zu erhöhen. Der Hilfsspeicher 103 speichert eine Entsprechung zwischen der Wärmeleitfähigkeit in einem konzentrierten Gas und einem Mischungsverhältnis von Stickstoff zu mit Argon vermischtem Sauerstoff für jede Temperatur des konzentrierten Gases.
Es wird nun eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines konzentrierten Gases und einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff näher beschrieben. 12 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Entsprechung zwischen einem Ausgabewert einer Thermosäule und einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in Bezug auf den mit Argon vermischten Sauerstoff veranschaulicht. In 12 stellt eine vertikale Achse die thermoelektrische Energie der Thermosäule 24 dar und die horizontale Achse stellt die Konzentration des mit Argon vermischten Sauerstoffs dar. 12 veranschaulicht beispielhaft den Fall, dass die Temperatur eines konzentrierten Gases 60 °C, 25 °C und minus 10 °C beträgt.
Mit Bezug auf 12 ist ersichtlich, dass ein Ausgabewert der Thermosäule 24 und die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff eine Entsprechung von eins zu eins aufweisen, wenn die Temperatur des konzentrierten Gases 60 °C beträgt. Daher kann eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff im Fall einer Temperatur von 60 °C eindeutig anhand des Ausgabewertes der Thermosäule 24 bestimmt werden. Für den Fall, dass die Temperatur des konzentrierten Gases 25 °C beträgt, beginnt jedoch die Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen dem Ausgabewert der Thermosäule 24 und der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff ungefähr dann zusammenzubrechen, wenn die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff 80 % übersteigt. Für den Fall, dass die Temperatur des konzentrierten Gases minus 10 °C beträgt, beginnt des Weiteren die Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen dem Ausgabewert der Thermosäule 24 und der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff ungefähr dann zusammenzubrechen, wenn die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff 50 % übersteigt. In einem Bereich, in dem die Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen dem Ausgabewert der Thermosäule 24 und der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff zusammenbricht, kann die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff nicht eindeutig anhand des Ausgabewertes der Thermosäule 24 bestimmt werden. Daher wird die Genauigkeit des Messens der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff mit dem Strömungssensor 2 verringert oder die Genauigkeit kann nicht gemessen werden.
13 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit eines konzentrierten Gases veranschaulicht. In 13 stellt eine vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit dar und die horizontale Achse stellt eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff dar. 13 veranschaulicht beispielhaft ein Simulationsergebnis einer Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit. Wie unter Bezug auf 13 zu sehen ist, bildet eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines konzentrierten Gases und der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff eine quadratische Kurve. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Effizienz der Wärmeleitfähigkeit zwischen verschiedenen Arten von Molekülen in einem Gasgemisch geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit zwischen derselben Art von Molekülen. In der quadratischen Kurve kehren sich Anstieg und Abnahme der Konzentration an einem Scheitelpunkt um. Daher entsprechen zwei Werte, die Konzentrationen angeben, einem einzelnen Wert, der die Wärmeleitfähigkeit angibt.
Mit Bezug auf 13 ist ersichtlich, dass eine Position des Scheitelpunktes der quadratischen Kurve gemäß einer Temperaturänderung des konzentrierten Gases variiert. In 13 ist zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit des konzentrierten Gases im Fall einer Temperatur von minus 10 °C im Wesentlichen gleich, wenn eine Konzentration von mit Argon vermischtem Gas 80 % beträgt und wenn eine Konzentration von mit Argon vermischtem Gas 40 % beträgt. Wenn einer der Werte, die zwei Konzentrationen angeben, außerhalb eines Messbereichs liegt (zum Beispiel außerhalb eines Bereichs von 0 % oder mehr und 100 % oder weniger, wobei der Bereich ein Varianzbereich eines Wertes ist, der eine Konzentration angibt), so kann eine genaue Konzentration gemessen werden, indem der Wert verworfen wird. Das heißt, wenn die Position des Scheitelpunktes außerhalb des Bereichs, für den eine Konzentration gemessen wird, festgelegt wird, so kann eine Entsprechung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Konzentration in dem Bereich, für den die Konzentration gemessen wird, eins zu eins betragen. Des Weiteren ist mit Bezug auf 13 ersichtlich, dass der Bereich, in dem eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Konzentration des Gasgemischs keine Eins-zu-eins-Beziehung ist, in dem Maße größer wird, wie die Temperatur des konzentrierten Gases abnimmt, und der Bereich, in dem eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff eine Eins-zu-eins-Beziehung ist, in dem Maße größer wird, wie die Temperatur des konzentrierten Gases steigt.
14 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen der Lufttemperatur und der Wärmeleitfähigkeit für jede der drei Arten von Gasen, und zwar Sauerstoff, Stickstoff und Argon, veranschaulicht. In 14 stellt eine vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit dar und eine horizontale Achse stellt die Lufttemperatur dar. Mit Bezug auf 14 ist ersichtlich, dass die Wärmeleitfähigkeit von Argon im Vergleich zur Wärmeleitfähigkeit von Stickstoff und Sauerstoff sehr gering ist, weshalb eine Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Sauerstoff und Stickstoff durch die Beimischung von Argon selbst in einer kleinen Menge abnimmt.
Da ein durch den Sauerstoffkonzentrator generiertes konzentriertes Gas ein Gasgemisch ist, das Sauerstoff und eine Spur von Argon enthält, wie oben beschrieben, erhöht der Strömungssensor 2 gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt die Genauigkeit des Messens der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff, was ein Gasgemisch ist, in dem konzentrierten Gas.
15 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und einem Ausgabewert der in dem Strömungssensor enthaltenen Thermosäule gemäß der Ausführungsform in einem Fall veranschaulicht, in dem eine an ein Heizelement angelegte Spannung geändert wird. In 15 stellt eine vertikale Achse die thermoelektrische Energie (Ausgabewert) der Thermosäule 24 dar und die horizontale Achse stellt die Konzentration des mit Argon vermischten Sauerstoffs dar.
15 veranschaulicht beispielhaft die Position eines Scheitelpunktes jeder der quadratischen Kurven mit einem „x“. Jede der quadratischen Kurven bezeichnet eine sich quadratisch verändernde Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und einem Ausgabewert der Thermosäule, die in dem Strömungssensor gemäß der Ausführungsform enthalten ist.
Wie unter Bezug auf 15 ersichtlich, bewegt sich die Position des Scheitelpunktes einer quadratischen Kurve, wenn die an das Heizelement 23 angelegte Spannung auf 0 V, 1 V, 2 V, 3 V und 4 V erhöht wird, zu einer Position, wo der Ausgabewert der Thermosäule 24 niedrig ist, entlang der vertikalen Achse und bewegt sich in einer Richtung, welche die Konzentration von 100 % angibt, entlang der horizontalen Achse. Infolge dessen vergrößert sich der Bereich, in dem sich der Ausgabewert der Thermosäule 24 und die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff eins zu eins entsprechen, in dem Maße, wie die an das Heizelement 23 angelegte Spannung zunimmt. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die Temperatur von Luft nahe der Thermosäule 24 durch Erhöhen der an das Heizelement 23 angelegten Spannung steigt.
16 ist ein Schaubild, das schematisch ein Beispiel einer Beziehung, an einer Scheitelposition der quadratischen Kurven, zwischen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und einer an das Heizelement angelegten Spannung veranschaulicht, wie in 15 beispielhaft dargestellt. In 16 stellt eine vertikale Achse die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff dar und die horizontale Achse stellt die an das Heizelement 23 angelegte Spannung dar. 16 veranschaulicht beispielhaft einen Fall, in dem die Temperatur des Gasgemischs 60 °C, 25 °C und minus 10 °C beträgt.
Mit Bezug auf 16 ist ersichtlich, dass die Konzentration an einer Position eines Scheitelpunktes der quadratischen Kurven in jedem der Fälle von 60 °C, 25 °C und minus 10 °C im Wesentlichen proportional zu der an das Heizelement 23 angelegten Spannung ist. Außerdem ist mit Bezug auf 16 ersichtlich, dass die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff an der Scheitelpunktposition einer quadratischen Kurve in dem Maße zunimmt, wie die an das Heizelement 23 angelegte Spannung steigt. In 16 beträgt zum Beispiel, wenn die an das Heizelement 23 angelegte Spannung auf 1,5 V eingestellt ist, die Konzentration an der Position des Scheitelpunktes 60 %, wenn die Temperatur des Gasgemischs minus 10 °C beträgt, und die Konzentration an der Position des Scheitelpunktes beträgt 100 %, wenn die Temperatur des Gasgemischs 25 °C beträgt. Das heißt, als ein Ergebnis der Bewegung des Scheitelpunktes der quadratischen Kurve durch einen Anstieg der Temperatur des konzentrierten Gases, das mit Argon vermischten Sauerstoff und Stickstoff enthält, kann eine Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Stickstoff und mit Argon vermischtem Gas in der Region R1, die eine Hochtemperaturregion ist, wie unter Bezug auf die 10A bis 10C beschrieben, erhöht werden, wodurch die Genauigkeit des Messens eines Mischungsverhältnisses (Konzentration) des mit Argon vermischten Sauerstoffs durch den Strömungssensor 2 erhöht werden kann.
17 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Verarbeitungsflusses des Strömungssensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. In dem in 17 beispielhaft dargestellten Verarbeitungsfluss misst der Strömungssensor 2 eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in einem konzentrierten Gas, das durch den Sauerstoffkonzentrator 200 konzentriert wird. Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verarbeitungsflusses des Strömungssensors 2 gemäß der Ausführungsform unter Bezug auf 17 beschrieben.
In Schritt S1 wird das durch den Sauerstoffkonzentrator 200 generierte konzentrierte Gas nahe einer Thermosäule 24 des Strömungssensors 2 eingeleitet. In Schritt S2 legt der Controller 100 eine Spannung an das Heizelement 23 an, um zu bewirken, dass das Heizelement 23 Wärme generiert. Das konzentrierte Gas, das nahe der Thermosäule 24 eingeleitet wird, wird durch Wärme von dem Heizelement 23 erwärmt.
In Schritt S3 erfasst der Controller 100 thermoelektrische Energie in der Thermosäule 24. Der Controller 100 bestimmt ΔT auf der Grundlage einer Entsprechung zwischen der thermoelektrischen Energie und ΔT, wobei die Entsprechung in dem Hilfsspeicher 103 gespeichert wird. Darüber hinaus erfasst der Controller 100 aus dem Hilfsspeicher 103 den thermischen Widerstand R_t der Thermosäule 24 und eine durch das Heizelement 23 generierte Wärmemenge, wobei die Wärmemenge der in Schritt S2 angelegten Spannung entspricht. Der Controller 100 berechnet den thermischen Widerstand des konzentrierten Gases durch Anwenden des thermischen Widerstands der Thermosäule und der durch das Heizelement 23 generierte Wärmemenge, die aus dem Hilfsspeicher 103 erfasst wurden, auf die in dem Hilfsspeicher 103 gespeicherte (mathematische Formel 1).
In Schritt S4 berechnet der Controller 100 die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in dem konzentrierten Gas auf der Grundlage des in Schritt S3 berechneten thermischen Widerstands. Der Controller 100 berechnet die Wärmeleitfähigkeit des konzentrierten Gases auf der Grundlage des in Schritt S3 berechneten thermischen Widerstands des konzentrierten Gases. Der Controller 100 benutzt eine Entsprechung zwischen der in dem Hilfsspeicher 103 gespeicherten Wärmeleitfähigkeit des konzentrierten Gases und einem Mischungsverhältnis von Stickstoff und mit Argon vermischtem Sauerstoff und bestimmt das Mischungsverhältnis (Konzentration) von mit Argon vermischtem Sauerstoff, In Schritt S5 veranlasst der Controller 100 das Display 104, die in Schritt S4 bestimmte Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff anzuzeigen.
(Funktion und Auswirkung des Strömungssensors)
Wie mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben, bricht eine Eins-zu-eins-Beziehung zwischen der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und der Wärmeleitfähigkeit in einer niedrigen Temperaturregion (zum Beispiel nahe minus 10 °C) zusammen. Indem der Controller 100 die an das Heizelement 23 angelegte Spannung erhöht, kann der Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform einen Bereich vergrößern, in dem der Ausgabewert der Thermosäule 24 und die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff sich eins zu eins entsprechen.
Wenn der Strömungssensor 2 die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff misst, so legt der Controller 100 in dem Strömungssensor 2 gemäß der Erfindung an das Heizelement 23 die zweite Spannung an, die höher ist als die erste Spannung, die an das Heizelement 23 angelegt wird, wenn eine Strömungsrate oder eine Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids gemessen wird. Durch Erhöhen der an das Heizelement 23 angelegten Spannung wird die Genauigkeit des Messens der Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff erhöht. Das heißt, die Genauigkeit der Konzentrationsmessung kann auch für mit Argon vermischten Sauerstoff erhöht werden, der sich hinsichtlich der Änderungsrate der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die Temperatur stark von Stickstoff unterscheidet. Ein solcher Effekt ist auch dann wirksam, wenn dem Strömungssensor 2 ein konzentriertes Gas mit niedriger Temperatur zugeführt wird.
<Abwandlungen>
Der Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform kann ein Thermometer umfassen, das die Temperatur eines konzentrierten Gases misst. 18 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Strömungssensors veranschaulicht, der ein Thermometer umfasst. Ein in 18 beispielhaft dargestellter Strömungssensor 2a umfasst ein Thermometer 25, das die Temperatur eines konzentrierten Gases misst. Für eine Position, an der das Thermometer 25 angeordnet wird, bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange die Position dort ist, wo die Temperatur des konzentrierten Gases gemessen werden kann.
Der Strömungssensor 2a speichert in dem Hilfsspeicher 103 des Controllers 100 an einer Scheitelposition der quadratischen Kurven eine Konzentrations-Spannungs-Beziehung zwischen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff und einer an das Heizelement 23 angelegten Spannung, wie in 16 beispielhaft dargestellt. Das heißt, der Hilfsspeicher 103 kann eine Entsprechung zwischen einem Bereich, in dem eine Konzentration eines Gasgemischs anhand des Ausgabewertes (thermoelektrische Energie) der Thermosäule 24 und einer Spannung des Heizelements 23 für jede an das Heizelement 23 angelegte Spannung eindeutig bestimmt werden kann, speichern. Für das Datenformat zum Speichern einer Konzentrations-Spannungs-Beziehung in dem Hilfsspeicher 103 bestehen keine besonderen Einschränkungen. Der Hilfsspeicher 103 kann eine Konzentrations-Spannungs-Beziehung zum Beispiel in Form einer Funktion, einer Tabelle oder dergleichen speichern. Mit einer solchen Ausgestaltung kann der Controller 100 beim Erfassen der Lufttemperatur von dem Thermometer 25 unter Bezug auf die in dem Hilfsspeicher 103 gespeicherte Konzentrations-Spannungs-Beziehung die Spannung bestimmen, was das Messen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff ermöglicht, und kann die bestimmte Spannung an das Heizelement 23 anlegen.
In der Ausführungsform wird das Heizelement 23, das zum Erwärmen der Membran 22 verwendet wird, auch zum Erwärmen eines konzentrierten Gases verwendet. Der Strömungssensor kann jedoch auch ein separates Heizelement umfassen, das ein konzentriertes Gas nahe der Thermosäulen 24, 24 erwärmt. 19 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Strömungssensors veranschaulicht, der ein Heizelement umfasst, das ein konzentriertes Gas in der Nähe von Thermosäulen erwärmt. 19 ist eine Draufsicht auf einen Strömungssensor 2b. Der in 19 beispielhaft veranschaulichte Strömungssensor 2b umfasst nahe jeder der Thermosäulen 24, 24 ein Heizelement 23a.
Auch mit einer solchen Ausgestaltung kann konzentriertes Gas nahe den Thermosäulen 24, 24 erwärmt werden und daher kann die Genauigkeit des Messens der Konzentration von Argon vermischtem Sauerstoff erhöht werden. Darüber hinaus können durch Anordnen des Heizelements 23 und des Heizelements 23a auf einem durch ein MEMS hergestellten Strömungssensor das Heizelement 23 und das Heizelement 23a gleichzeitig gebildet werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Da das Heizelement 23 und das Heizelement 23a auf demselben MEMS-Strömungssensor angeordnet sind, wird außerdem eine Verkleinerung des Strömungssensors ermöglicht.
Die Thermosäulen 24, 24 können an Positionen angeordnet sein, die im Vergleich zu dem Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform näher an dem Heizelement 23 liegen. 20 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Strömungssensors veranschaulicht, bei dem - im Vergleich zur Ausführungsform - Thermosäulen an einer Position näher an einem Heizelement angeordnet sind. 20 ist eine Draufsicht auf einen Strömungssensor 2c. In 20 sind Positionen der Thermosäulen 24 in dem Strömungssensor 2 gemäß der in 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform beispielhaft durch Strichlinien veranschaulicht. Bei dem in 20 beispielhaft dargestellten Strömungssensor 2c sind die Thermosäulen 24, 24 im Vergleich zu dem Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform näher an dem Heizelement 23 angeordnet. Durch Anordnen der Thermosäulen 24, 24 an solchen Positionen kann ein konzentriertes Gas nahe den Thermosäulen 24, 24 durch das Heizelement 23 effizienter zu erwärmen werden als in der Ausführungsform.
In der obigen Beschreibung wird der Strömungssensor 2 auf das Messen einer Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff angewendet. Der Strömungssensor 2 kann jedoch auch auf das Messen einer Konzentration eines anderen Gases als mit Argon vermischtem Sauerstoff angewendet werden. Im Folgenden wird - als ein Beispiel - ein Modus beschrieben, bei dem der Strömungssensor 2 auf das Messen einer Konzentration von in ein Brenngas eingemischtem Wasserstoff, wie zum Beispiel Flüssiggas und Stadtgas, angewendet wird. Hauptbestandteile von Flüssiggas sind Propan und Butan und ein Hauptbestandteil von Stadtgas ist Methan. Wasserstoff kann einem Brenngas beigemischt werden, um das bei der Verbrennung des Brenngases entstehende Kohlendioxid zu reduzieren oder um das Brenngas als eine Wasserstoffquelle für eine Brennstoffzelle zu nutzen.
21 ist ein Schaubild, das beispielhaft eine Beziehung zwischen Temperatur und Wärmeleitfähigkeit für jedes von vier Arten von Gasen, und zwar Butan, Propan, Methan und Wasserstoff, veranschaulicht. In 21 stellt die horizontale Achse die Temperatur des Gases dar. Darüber hinaus stellt in 21 eine vertikale Achse auf einer linken Seite die Wärmeleitfähigkeit von Butan, Propan und Methan (im Folgenden gemeinsam als C_xH_y bezeichnet) dar und eine vertikale Achse auf einer rechten Seite stellt die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff dar. Mit Bezug auf 21 ist ersichtlich, dass bei Erwärmung eines Gasgemischs, das C_xH_y und Wasserstoff enthält, die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit zwischen C_xH_y und Wasserstoff größer wird. Das heißt, dass durch Erwärmen des Gasgemischs, das C_xH_y und Wasserstoff enthält, die Wärmeleitfähigkeit und die Konzentration von Wasserstoff in eine Eins-zu-eins-Entsprechung gebracht werden können.
Der Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform kann auf das Messen einer Wasserstoffkonzentration angewendet werden, indem die Temperatur des Gasgemischs, das C_xH_y und Wasserstoff enthält, durch Erwärmen so eingestellt wird, dass die Temperatur in einen Bereich fällt, in dem die Wasserstoffkonzentration in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit eindeutig bestimmt werden kann. Somit kann der Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform auf das Messen einer Konzentration verschiedener Messzielgase angewendet werden, indem ein Gasgemisch so erwärmt wird, dass die Temperatur des Gasgemischs so eingestellt wird, dass sie in einen Bereich fällt, in dem die Konzentration des Messzielgases in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit eindeutig bestimmt werden kann.
In der Ausführungsform und den Abwandlungen, die oben beschrieben wurden, wurde ein thermischer Strömungssensor, der mit einer Thermosäule 24 arbeitet, als ein Beispiel eines Strömungssensors beschrieben. Die offenbarte Technologie ist jedoch nicht auf einen thermischen Strömungssensor beschränkt. Die offenbarte Technologie kann auch auf einen anderen Strömungssensor als einen thermischen Strömungssensor angewendet werden, solange zum Beispiel ein Ausgabewert gemäß der Wärmeleitfähigkeit (oder dem spezifischen thermischen Widerstand) des Fluids variiert. Zu Beispielen eines solchen Sensors gehören ein Widerstandstemperaturdetektor, ein Strahlungsthermometer und dergleichen. Zu weiteren Beispielen des Strahlungsthermometers gehören ein Bolometer, ein pyroelektrischer Sensor und dergleichen.
Der Controller 100 kann eine an das Heizelement 23 angelegte Spannung so steuern, dass die durch das Heizelement 23 generierte Wärmemenge konstant ist. Temperaturschwankungen eines konzentrierten Gases nahe den Thermosäulen 24, 24 werden dadurch reduziert (konstant gehalten), dass die Wärmegenerierungsmenge durch das Heizelement 23 auf diese Weise gesteuert wird. Dadurch wird der Einfluss der Umgebung auf die von den Thermosäulen 24, 24 abgegebene thermoelektrische Energie reduziert. Daher kann die Kalibrierung zum Zeitpunkt des Messens einer Konzentration vereinfacht werden oder entfallen. Außerdem kann von einer längeren Lebensdauer des Heizelements 23 ausgegangen werden.
Bei dem Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform kann das Heizelement 23 mit Strom versorgt werden, wenn der Sauerstoffkonzentrator 200 ein konzentriertes Gas generiert, und die Stromversorgung des Heizelements 23 kann gestoppt werden, wenn der Sauerstoffkonzentrator 200 kein konzentriertes Gas generiert. Durch die Verwendung einer solchen Konfiguration wird Strom für den Strömungssensor 2 gespart und es kann von einer längeren Lebensdauer des Heizelements 23 ausgegangen werden.
Der Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform misst eine Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff in einem durch den Sauerstoffkonzentrator 200 konzentrierten Gas. Das Ziel des Messens durch den Strömungssensor 2 ist jedoch nicht auf mit Argon vermischten Sauerstoff in einem konzentrierten Gas beschränkt. Der Strömungssensor 2 kann eine Konzentration einer zuvor festgelegten Komponente in einem Gasgemisch messen, das mehrere Gase enthält.
Der Strömungssensor 2 gemäß der Ausführungsform enthält zwei Thermosäulen 24. Eine Thermosäule 24 ist jedoch ausreichend, solange die Konzentration von mit Argon vermischtem Sauerstoff ohne Messen einer Strömungsgeschwindigkeit oder einer Strömungsrate von Fluid gemessen wird.
<Ergänzende Anmerkung 1>
Eine Konzentrationsmessvorrichtung (2), die einen Sensor (2, 22, 23, 24) umfasst, der dafür eingerichtet ist, eine Konzentration eines Messzielgases (Sauerstoff, Argon, Wasserstoff) in einem Gasgemisch auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Messzielgases zu messen, wobei das Gasgemisch zwei oder mehr Komponenten enthält, und eine Heizeinheit (23) umfasst, die dafür eingerichtet ist, das Gasgemisch zu erwärmen, so dass eine Konzentration des Messzielgases eindeutig in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden kann.
<Ergänzende Anmerkung 2>
Eine Konzentrationsmessvorrichtung (2), die dafür eingerichtet ist, auf einen Konzentrator (200) angewendet zu werden, der dafür eingerichtet ist, ein konzentriertes Gas zu generieren, in dem eine Konzentration von zwei oder mehr zuvor festgelegten Komponenten (Sauerstoff, Argon) in Luft erhöht ist, und die umfasst: einen Sensor (2, 22, 23, 24), der dafür eingerichtet ist, eine Konzentration eines Gasgemischs in einem Gasgemisch, das die zwei oder mehr zuvor festgelegten Komponenten in dem konzentrierten Gas enthält, auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs zu messen, sowie eine Heizeinheit (23), die dafür eingerichtet ist, das Gasgemisch zu erwärmen, so dass eine Konzentration des Gasgemischs eindeutig in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden kann.
Die Ausführungsform und die Abwandlungen, die oben beschrieben wurden, können miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

2, 2a, 2b, 2c: Strömungssensor
21: Hauptkörper
22: Membran
23, 23a: Heizelement
24, 241, 242: Thermosäule
24a: ein Ende
24b: ein anderes Ende
25: Thermometer
100: Controller
101: CPU
102: Hauptspeicher
103: Hilfsspeicher
200: Sauerstoffkonzentrator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5652315 [0004]

Claims

Konzentrationsmessvorrichtung, umfassend: einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, eine Konzentration eines Messzielgases in einem Gasgemisch auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des Messzielgases zu messen, wobei das Gasgemisch zwei oder mehr Komponenten enthält; und eine Heizeinheit, die dafür eingerichtet ist, das Gasgemisch zu erwärmen, so dass die Konzentration des Messzielgases in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit eindeutig bestimmt werden kann.
Konzentrationsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor umfasst: ein Paar thermoelektromotorische Vorrichtungen, in denen eine elektromotorische Kraft gemäß der Temperatur generiert wird, sowie eine Heizeinheit, die zwischen dem Paar thermoelektromotorischer Vorrichtungen angeordnet ist und Wärme gemäß einer angelegten Spannung generiert, und eine Strömungsrate des Gasgemischs gemäß der elektromotorischen Kraft misst, die in dem durch die Heizeinheit erwärmten Paar thermoelektromotorischer Vorrichtungen generiert wird, der Sensor außerdem einen Controller umfasst, der dafür eingerichtet ist, eine an die Heizeinheit angelegte Spannung zu steuern, und der Controller an die Heizeinheit eine zweite Spannung anlegt, die höher ist als eine erste Spannung, die bei der Messung einer Strömungsrate des Gasgemischs angelegt wird, und den Sensor veranlasst, eine Konzentration des Messzielgases zu messen.
Konzentrationsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Konzentrationsmessvorrichtung des Weiteren ein Thermometer umfasst, das dafür eingerichtet ist, die Temperatur des Gasgemischs zu messen, wobei der Controller für jede Temperatur des Gasgemischs eine Entsprechung zwischen einem Bereich, in dem die Konzentration des Messzielgases auf der Grundlage der in der thermoelektromotorischen Vorrichtung generierten elektromotorischen Kraft eindeutig bestimmt werden kann, und einer an die Heizeinheit angelegten Spannung speichert, und der Controller eine durch das Thermometer gemessene Temperatur des Gasgemischs erfasst und die zweite Spannung unter Bezug auf die Entsprechung auf der Grundlage der erfassten Temperatur bestimmt.
Konzentrationsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Konzentrationsmessvorrichtung dafür eingerichtet ist, auf einen Konzentrator angewendet zu werden, der dafür eingerichtet ist, ein konzentriertes Gas zu generieren, in dem Konzentrationen von zwei oder mehr zuvor festgelegten Komponenten in Luft erhöht sind, wobei das Gasgemisch ein konzentriertes Gas ist, das durch den Konzentrator konzentriert wird, und das Messzielgas ein Gas ist, das die zwei oder mehr zuvor festgelegte Komponenten enthält, die in dem konzentrierten Gas enthalten sind.
Konzentrationsmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Konzentrator Stickstoff aus Luft entfernt, die Stickstoff, Sauerstoff und Argon enthält, um ein konzentriertes Gas zu generieren, in dem Konzentrationen von Sauerstoff und Argon erhöht sind, die zuvor festgelegte Komponente Sauerstoff und Argon enthält, und der Sensor in einem Strömungspfad angeordnet ist, durch den der Konzentrator das konzentrierte Gas zuführt.