JP2004257790A - ガス物性値の測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された被測定ガスの物性値を測定可能とする測定方法を提供する。
【解決手段】サーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され（Ｓ２）、センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、計量温度を代入したときの計量センサ出力が求められ（Ｓ３、Ｓ４）、この決定された複数の計量センサ出力と実センサ出力とが比較され（Ｓ５、Ｓ６）、この比較結果に基づき、出力データをもっとも適確に表す計量線が決定され（Ｓ７、Ｓ８）、この決定された計量線を用いて、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ（Ｓ９）、この規格値と熱伝導率との関係が確定される（Ｓ１２）。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、被測定ガスの物性値が測定される。
【選択図】 図４
【解決手段】サーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され（Ｓ２）、センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、計量温度を代入したときの計量センサ出力が求められ（Ｓ３、Ｓ４）、この決定された複数の計量センサ出力と実センサ出力とが比較され（Ｓ５、Ｓ６）、この比較結果に基づき、出力データをもっとも適確に表す計量線が決定され（Ｓ７、Ｓ８）、この決定された計量線を用いて、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ（Ｓ９）、この規格値と熱伝導率との関係が確定される（Ｓ１２）。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、被測定ガスの物性値が測定される。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス物性値の測定方法に関し、特に、マイクロフローセンサを用いたガス物性値の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ガス提供事業としては、対電力提供事業とのコスト競争にともない、天然ガスのストレート供給及び託送の時代を迎えると、供給されるガスの成分及び熱量にかなりの変動がでることが予想される。そうなると、工業炉やバーナーの燃焼にも影響が出てきて、性能低下や製品不良が発生することも予想される。これを防止するための一方策としては、供給されるガスとガス器具との適応性を所定の指標を用いて判断する必要があるが、そのためには、熱伝導率やガス密度等のように、それぞれのガスに特有の物性値を正確に測定する必要がでてくる。
【０００３】
従来、ガス物性値を測定する方法又は装置としては、下記特許文献１又は特許文献２に記載のように、ダイヤフラム上に配置した薄膜抵抗体のガス種による抵抗値変化を熱伝導率として検出するようにしたものがある。これら従来技術では、被測定ガスの温度を常に一定に保つために、計測器内部の恒温槽中に流路を入れたうえに薄膜抵抗体の駆動用の定温度回路を使用することにより、熱伝導率に対する温度変動の影響を除去するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３８８２６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４０１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のガス物性値を測定する方法又は装置では、何れも装置や電気回路等の大型化、複雑化、これにともなう高コスト化を招くものであった。特に、恒温槽を設けることにより構造が複雑になり、また、恒温槽をヒータにより温度制御するために電力及び回路規模が大きくなるという問題があった。そのうえ、測定回路や定温度回路も必要であり、さらに回路規模や複雑化を招くという問題もあった。また、マイクロフローセンサを利用して、物性値を測定するという試みもあるが、図７に示すように、温度エージングにより、物性値を求めるためのセンサ出力が変動するという問題により、実用的ではなかった。なお、図７は、従来の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【０００６】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、マイクロフローセンサを利用しつつ、装置や電気回路等の大型化や複雑化を招くことなく、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された被測定ガスの物性値を測定可能とする測定方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガス物性値の測定方法は、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、所定の計量温度における前記センサ出力である実センサ出力データを取得する実センサ出力データ取得工程と、前記被測定ガスに対して想定される、前記センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、前記計量温度を代入したときの計量センサ出力を求める計量センサ出力計算工程と、前記計量センサ出力計算工程にて決定された複数の計量センサ出力と前記実センサ出力とを比較する比較工程と、前記比較工程による比較結果に基づき、前記実センサ出力データをもっとも適確に表す計量線を決定する計量線決定工程と、前記計量線決定工程にて決定された計量線を用いて、前記被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値を求める規格値計算工程と、前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガス物性値の測定方法は、請求項１記載のガス物性値の測定方法において、前記規格値を温度補正する補正規格値計算工程とを更に含み、前記確定工程では、この温度補正された規格値と熱伝導率との関係を確定する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガス物性値の測定方法は、請求項１又は２記載のガス物性値の測定方法において、前記規格値は、前記複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の前記計量線に基づいて求められる、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載のガス物性値の測定方法は、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、所定の計量温度における前記センサ出力である実センサ出力データを取得する実センサ出力データ取得工程と、予め定められた前記被測定ガスの温度補正式を用いて、前記実センサ出力データを温度補正した補正センサ出力を求める補正センサ出力計算工程と、前記補正センサ出力を用いて、前記被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値を求める規格値計算工程と、前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載のガス物性値の測定方法は、請求項４記載のガス物性値の測定方法において、前記規格値は、前記複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の前記補正センサ出力に基づいて求められる、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載のガス物性値の測定方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、前記物性値は、前記被測定ガスの熱伝導率との相関関係に基づいて計算される密度である、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項１及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、被測定ガスに対して想定される、センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、計量温度を代入したときの計量センサ出力が求められ、次に、この決定された複数の計量センサ出力と実センサ出力とが比較され、この比較結果に基づき、出力データをもっとも適確に表す計量線が決定され、次に、この決定された計量線を用いて、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、温度補正された規格値と熱伝導率との関係に基づいて被測定ガスの物性値が測定される。
【００１５】
また、請求項３記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の計量線に基づいて求められる。
【００１６】
また、請求項４及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、予め定められた被測定ガスの温度補正式を用いて、実センサ出力データが温度補正された補正センサ出力が求められ、次に、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定される。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定可能となる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の補正センサ出力に基づいて求められる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明において、ガス物性値の検出素子として使用されるマイクロフローセンサ１（１′）を例示する平面図である。このマイクロフローセンサ１は、Ｓｉ基板２、ダイヤフラム３、ダイヤフラム３上に形成された白金等からなるマイクロヒータ４、マイクロヒータ４の下流側でダイヤフラム３上に形成された下流側サーモパイル５、マイクロヒータ４に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子６Ａ、６Ｂ、マイクロヒータ４の上流側でダイヤフラム３上に形成された上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５から出力される第１温度検出信号を出力する第１出力端子７Ａ、７Ｂ、上流側サーモパイル８から出力される第２温度検出信号を出力する第２出力端子９Ａ、９Ｂ、を備える。
【００１９】
また、マイクロフローセンサ１は、マイクロヒータ４に対してガスの流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、第３温度検出信号を出力する右側サーモパイル１１、この右側サーモパイル１１から出力される第３温度検出信号を出力する第３出力端子１２Ａ、１２Ｂ、マイクロヒータ４に対してガスの流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、第４温度検出信号を出力する左側サーモパイル１３、この左側サーモパイル１３から出力される第４温度検出信号を出力する第４出力端子１４Ａ、１４Ｂ、ガスの温度を得るための抵抗１５、１６、この抵抗１５、１６からのガスの温度信号を出力する出力端子１７Ａ、１７Ｂを備える。
【００２０】
上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ＋＋￣Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。また、Ｓｉ基板２上に形成されたダイヤフラム３には、マイクロヒータ４、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３のそれぞれの温接点が形成されている。
【００２１】
このような構成のマイクロフローセンサ１において、マイクロヒータ４が外部からの駆動電流により過熱された際の上記第１温度検出信号及び第２温度検出信号は、例えば所定の流路を通過する被測定ガスの流速を求めるために利用され、上記第３温度検出信号及び／又は第４温度検出信号は、例えばこの被測定ガスの物性値等を求めるために利用される。マイクロフローセンサ１を用いた流速計測方法は、周知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。また、このマイクロフローセンサ１を被測定ガスの密度や熱伝導率の検出素子として利用した例は、本出願人らにより、特願２００２−２９２０４９及び特願２００２−２９２０５０にて出願されている。そこでは、左側又は右側サーモパイルの出力と密度や熱伝導率とは略直線性の関係があることが着目され、次の図２に示すように、マイクロフローセンサが密度や熱伝導率の検出素子として利用されている。
【００２２】
すなわち、図２（Ａ）に示すように、被測定ガスが通過するガス流路２０の内壁に凹形状に形成され、ガス流路２０の通じる開口部２１Ａを有するポケット部２１が形成されている。このポケット部２１内には、密度センサとして、図１で示した構成のマイクロフローセンサ１′が取り付けられている。ガス流路２０には、周知のように、マイクロフローセンサ１′と同一構成の流量センサとしてのマイクロフローセンサ１が取り付けられていてもよい。また、このマイクロフローセンサ１の設置箇所に基づいて、ガス流路２０の断面を均等に分割するように、複数の整流格子２２がそれぞれ等間隔かつ平行になるように配置されていてもよい。更に、この整流格子２２を上流側Ｐ及び下流側Ｑからそれぞれ挟み込むように、メッシュ２３Ａ〜２３Ｃ及びメッシュ２３Ｄが、ガス流路２０の途中に配置されていてもよい。
【００２３】
図２（Ｂ）に示すように、ポケット部２１は、例えば、略円筒形をしており、上部には、測定面が下を向くようにして、マイクロフローセンサ１′が取り付けられている。また、ポケット部２１の下部には、ガス流路２０の通じる略円形状の開口部２１Ａが形成されている。この開口部２１Ａの口径は、ガス流路２０を通過する被測定ガスによる流れの影響を受けないように、ポケット部２１の容積に対して十分小さくしている。
【００２４】
なお、流量用センサとしてのマイクロフローセンサ１は、本発明では必ずしも必要ではない。また、ガス流のない状態で密度や熱伝導率を測定する際には、ポケット部２１は必ずしも必要ではない。但し、本発明では、図２に示すような構成を前提として説明を続ける。また、本明細書中、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５をサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２とよび、右側サーモパイル１１、左側サーモパイル１３をサーモパイルＴＰ３、ＴＰ４とよぶこともある。
【００２５】
上記ポケット部２１に取り付けられた密度センサとしてのマイクロフローセンサ１′に接続される検出回路部について図３を用いて説明する。図３に示すように、この検出回路部においては、マイクロフローセンサ１′の下流側サーモパイル５、上流側サーモパイル８、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３にはそれぞれ、増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、増幅器ＡＭＰ３及び増幅器ＡＭＰ４が接続されている。増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、増幅器ＡＭＰ３及び増幅器ＡＭＰ４は、下流側サーモパイル５、上流側サーモパイル８、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からそれぞれ供給される第１温度検出信号、第２温度検出信号、第３温度検出信号及び第４温度検出信号を増幅して加算回路３０に出力する。
【００２６】
加算回路３０では、基本的に、第１〜第４検出信号を加算してゼロ点調整回路４０に出力する。但し、必ずしも、第１〜第４検出信号の全てを使用する必要はない。すなわち、第１〜第４温度検出信号の少なくともいずれかひとつを使用してもよいし、第１〜第４検出信号のうちのいずれか２つ以上を使用するようにしてもよい。その組み合わせ方も任意であり、例えば、第１検出信号と第２検出信号との組み合わせ、第３検出信号と第４検出信号の組み合わせ等であってもよい。これにより、複数の温度検出信号のうちで良好な温度検出信号を採用することが可能になり、最終的にセンサ出力を向上させることができるようになる。また、ポケット部の渦流量の影響も除去することができるようになる。
【００２７】
ゼロ点調整回路４０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｘ、可変抵抗器ＶＲ１、増幅定数変更スイッチＳＷ１及び増幅器ＡＭＰ５を含んで構成され、その入力端が加算回路３０に接続され、出力端がスパン調整回路５０に接続されている。そして、増幅定数変更スイッチＳＷ１を切り替え制御することにより、増幅器ＡＭＰ５の増幅率を調整することが可能である。
【００２８】
スパン調整回路５０は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒｙ、可変抵抗器ＶＲ２、増幅定数変更スイッチＳＷ２及び増幅器ＡＭＰ６を含んで構成され、その入力端がゼロ点調整回路４０に接続され、出力端がＡ／Ｄ変換回路６０に接続されている。そして、増幅定数変更スイッチＳＷ２を切り替え制御することにより、増幅器ＡＭＰ６の増幅率を調整することが可能である。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換回路６０は、スパン調整回路５０の増幅器ＡＭＰ６から供給される増幅されたアナログ値であるセンサ出力をディジタル値に変換する。このディジタル値は制御部７０を介してディジタル出力端子７１から直接、出力するようにしてもよいし、制御部７０にて、パルス変換して出力するようにしてもよいし、周波数変換して出力するようにしてもよいし、或いは、通信電文に変換して出力するようにしてもよい。
【００３０】
制御部７０は、ヒータ駆動回路９０を指令して、マイクロヒータ４を最適な温度に制御したり、センサ出力を所定のディジタル出力に変換してディジタル出力端子７１から出力させる。また、この制御部７０はガス物性値測定用ロジック７０１を含む。このロジック７０１に関しては、図４及び図５を用いて後述する。
【００３１】
Ｄ／Ａ変換回路８０は、制御部７０から供給されるディジタル出力値を、必要なアナログ規格値に適合する範囲内のアナログ信号に変換して、アナログ出力端子８１から出力する。出力方法としては、例えば４−２０ｍＡの定電流信号や、１−５Ｖの定電圧信号等が適用可能である。
【００３２】
ヒータ駆動回路９０は、例えばトランジスタ回路で構成され、制御部７０に指令されて、マイクロヒータ４の温度制御を行う回路である。駆動方法としては、公知の定電圧駆動、定電流駆動、定電力駆動、定温度駆動、或いは、定温度差駆動等が適用可能である。
【００３３】
続いて、図４及び図５を用いて、本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る処理手順について説明する。すなわち、第１実施形態を示す図４のステップＳ１においては、例えば、制御部に７０に含まれるタイマ機能を利用してサンプリング時刻が待機されている（ステップＳ１のＮ）。ここで、サンプリング時刻になると（ステップＳ１のＹ）、ステップＳ２に進んで、計量温度Ｔと、この計量温度Ｔにおける実センサ出力Ｖ１２、Ｖ３４データが取得される。ここで、実センサ出力Ｖ１２は、この計量温度ＴにおけるサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力の和を示し、実センサ出力Ｖ３４は、この温度におけるサーモパイルＴＰ３、ＴＰ４のセンサ出力の和を示す。なお、ステップＳ２は、請求項中の実センサ出力データ取得工程に対応する。
【００３４】
次に、ステップＳ３及びステップＳ４において、上記ガス温度Ｔを想定される全計量線ｙ１２（ｉ）、ｙ３４（ｉ）に代入して、計量センサ出力ｙ′１２（ｉ）が求められる。詳しくは、出荷時に設定した特定ガスによるサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力に対応する計量線ｙ１２をｙ１２＝ａｘ＋（ｂ±Δｂ）と想定し、同様に、サーモパイルＴＰ３、ＴＰ４のセンサ出力に対応する温度計量線ｙ３４をｙ３４＝ａ′ｘ＋（ｂ′±Δｂ′）と想定し、ｎ本の計量線について、ｙ（ｎ−１）（ｎ）＝ａｘ＋（ｂ±（ｎ／２）＊Δｂ）と想定する。ここで、ａ、ｂ、ａ′、ｂ′は計量線の係数、ｘは計算式（計量線）上のガス温度データ、ｙ（ｎ−１）（ｎ）は計算式（計量線）より求めたセンサ出力を示す。そして、想定されたｉ（ｉは０〜ｎ）本の全計量線ｙ１２（ｉ）、ｙ３４（ｉ）に対して、それぞれガス温度Ｔを計算式上のガス温度データｘとして代入して、計量センサ出力ｙ′１２（ｉ）、ｙ′３４（ｉ）を求める。なお、ステップＳ３及びステップＳ４は、請求項中の計量センサ出力計算工程に対応する。
【００３５】
次に、ステップＳ５、ステップＳ５ａ及びステップＳ６、ステップＳ６ａにおいて、上述のようにして求めた全ての計量センサ出力ｙ′１２（ｉ）及びｙ′３４（ｉ）と、ステップＳ２において取得された実センサ出力Ｖ１２及びＶ３４データとが比較される。なお、ステップＳ５、ステップＳ５ａ及びステップＳ６、ステップＳ６ａは、請求項中の比較工程に対応する。
【００３６】
次に、ステップＳ７及びステップＳ８において、上記ステップＳ５及びステップＳ６での比較結果に基づき、採用する計量線ｙ１２及びｙ３４が決定される。この決定法は、例えば、実センサ出力Ｖ１２及びＶ３４データがどの計量線の範囲内（±Δｂ／２）にあるのかに基づく。なお、ステップＳ７及びステップＳ８は、請求項中の計量線決定工程に対応する。
【００３７】
次に、ステップＳ９においては、規格値γ１が求められる。この規格値γ１は、例えば、ステップＳ７及びステップＳ８にて決定された計量線ｙ１２及びｙ３４の比率ｙ１２／ｙ３４とする。なお、ステップＳ９は、請求項中の規格値計算工程に対応する。
【００３８】
一方、ステップＳ１０においては、温度補正値αが求められる。この温度補正値αは、出荷時の規格値に対して設定されたもので、ｓｘ２＋ｔｘ＋ｕと表される。ここで、ｓ、ｔ、ｕは共に、規格値γの温度補正係数であり、ｘは上述の通りである。そして、上記ガス温度Ｔをガス温度データｘとして上式に代入して、全ガス共通の温度補正値αが求められる。
【００３９】
次に、ステップＳ１１においては、ステップＳ９にて求めた規格値γ１から上記温度補正値αを減ずることにより、補正規格値γγ１が求められる。そして、ステップＳ１２において、補正規格値γγ１と熱伝導率ρとの間に温度補正された直線関係が導かれる。なお、ステップＳ１０、Ｓ１１及びステップＳ１２はそれぞれ、請求項中の補正規格値計算工程及び確定工程に対応する。
【００４０】
そして、ステップＳ１３においてゼロ点調整が行われ、ステップＳ１４においてスパン調整が行われる。これらゼロ点調整及びスパン調整は、上述したように、ゼロ点調整回路４０及びスパン調整回路５０を用いて実行可能である。
【００４１】
このように第１実施形態によれば、上述のように確定された規格値と熱伝導率との直線関係に基づいて、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。また、ステップＳ１１において、温度補正された規格値と熱伝導率との関係に基づいて被測定ガスの物性値が測定されるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００４２】
また、第２実施形態を示す図５のステップＳ２１及びステップＳ２２においては、上記第１実施形態中のステップＳ１及びステップＳ２と同様、所定のサンプリング時刻になると、ガス温度Ｔにおける実センサ出力Ｖ１２、Ｖ３４データが取得される。なお、ステップＳ２２は、請求項中の実センサ出力データ取得工程に対応する。
【００４３】
次に、ステップＳ２３及びステップＳ２４においては、温度補正値ｑ１２及びｑ３４が求められる。ここで、温度補正値ｑ１２は上記実センサ出力Ｖ１２に対応する温度補正値であり、温度補正値ｑ３４は上記実センサ出力Ｖ３４に対応する温度補正値である。これら温度補正値ｑ１２及びｑ３４はいずれも、ｓ′ｘ２＋ｔ′ｘ＋ｕ′と表される。ここで、ｓ′、ｔ′、ｕ′は共に、上記第１実施形態で説明したｓ、ｔ、ｕに準じる温度補正係数であるが、但しその値が異なる。ｘは上述の通りである。そして、上記ガス温度Ｔをガス温度データｘとして上式に代入して、全ガス共通の温度補正値ｑ１２及びｑ３４が求められる。次に、ステップＳ２５及びステップＳ２６においては、ステップＳ２２にて取得された実センサ出力Ｖ１２及びＶ３４データから上記温度補正値ｑ１２及びｑ３４をそれぞれ減ずることにより、補正センサ出力ｙ″１２及びｙ″３４が求められる。補正センサ出力ｙ″１２及びｙ″３４は、図６に示すように、センサ出力に与える温度エージングの影響をほぼ除去していることがわかる。なお、ステップＳ２３〜ステップＳ２６は、請求項中の補正センサ出力計算工程に対応する。
【００４４】
次に、ステップＳ２７においては、規格値γ２が求められる。この規格値γ２は、上記ステップＳ２５及びステップＳ２６にて求められた補正センサ出力ｙ″１２及びｙ″３４の比率ｙ″１２／ｙ″３４とする。場合によっては、ステップＳ２８にて再度温度補正が行われて、補正規格値γγ２が求められる。但し、再度温度補正が不要である場合にはステップＳ２８はスキップされ、便宜上、規格値γ２をそのまま補正規格値γγ２としてステップＳ２９に進んで、補正規格値γγ２と熱伝導率ρとの間に温度補正された直線関係が導かれる。なお、ステップＳ２７及びステップＳ２９はそれぞれ、請求項中の補正センサ出力計算工程及び確定工程に対応する。
【００４５】
そして、ステップＳ３０においてゼロ点調整が行われ、ステップＳ３１においてスパン調整が行われる。これらゼロ点調整及びスパン調整は、上述したように、ゼロ点調整回路４０及びスパン調整回路５０を用いて実行可能である。
【００４６】
このように第２実施形態によれば、上述のように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、ソフト的に温度補正するだけの非常に簡易な方法により、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。
【００４７】
以上のように、本発明の実施形態によれば、従来のように装置や電気回路等の大型化や複雑化を招くことなく、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された被測定ガスの物性値を測定可能とする測定方法が提供される。この結果、測定装置及び方法の簡素化並びにこれにともなう低コスト化が達成される。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記規格値は各実施形態にて例示した式以外であってもよい。また、測定すべきガス物性値しては、密度のみならず、熱伝導率、比熱、粘性等であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、被測定ガスに対して想定される、センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、計量温度を代入したときの計量センサ出力が求められ、次に、この決定された複数の計量センサ出力と実センサ出力とが比較され、この比較結果に基づき、出力データをもっとも適確に表す計量線が決定され、次に、この決定された計量線を用いて、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。
【００５０】
また、請求項２記載の発明によれば、温度補正された規格値と熱伝導率との関係に基づいて被測定ガスの物性値が測定されるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００５１】
また、請求項３記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の計量線に基づいて求められるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００５２】
また、請求項４及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、予め定められた被測定ガスの温度補正式を用いて、実センサ出力データが温度補正された補正センサ出力が求められ、次に、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定される。すなわち、ソフト的に温度補正するだけの非常に簡易な方法により、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定可能となる。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。
【００５３】
また、請求項５記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の補正センサ出力に基づいて求められるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にて使用されるマイクロフローセンサの構成図である。
【図２】図２（Ａ）はガス物性値の測定部近傍の概略断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のポケット部の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回路構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【図７】従来の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【符号の説明】
１′ マイクロフローセンサ（密度センサ）
２０ 流路
２１ ポケット部
３０ 加算回路
４０ ゼロ点調整回路
５０ スパン調整回路
６０ Ａ／Ｄ変換回路
７０ 制御部
７１ ディジタル出力端子
８０ Ｄ／Ａ変換回路
８１ アナログ出力端子
９０ ヒータ駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス物性値の測定方法に関し、特に、マイクロフローセンサを用いたガス物性値の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ガス提供事業としては、対電力提供事業とのコスト競争にともない、天然ガスのストレート供給及び託送の時代を迎えると、供給されるガスの成分及び熱量にかなりの変動がでることが予想される。そうなると、工業炉やバーナーの燃焼にも影響が出てきて、性能低下や製品不良が発生することも予想される。これを防止するための一方策としては、供給されるガスとガス器具との適応性を所定の指標を用いて判断する必要があるが、そのためには、熱伝導率やガス密度等のように、それぞれのガスに特有の物性値を正確に測定する必要がでてくる。
【０００３】
従来、ガス物性値を測定する方法又は装置としては、下記特許文献１又は特許文献２に記載のように、ダイヤフラム上に配置した薄膜抵抗体のガス種による抵抗値変化を熱伝導率として検出するようにしたものがある。これら従来技術では、被測定ガスの温度を常に一定に保つために、計測器内部の恒温槽中に流路を入れたうえに薄膜抵抗体の駆動用の定温度回路を使用することにより、熱伝導率に対する温度変動の影響を除去するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３８８２６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４０１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のガス物性値を測定する方法又は装置では、何れも装置や電気回路等の大型化、複雑化、これにともなう高コスト化を招くものであった。特に、恒温槽を設けることにより構造が複雑になり、また、恒温槽をヒータにより温度制御するために電力及び回路規模が大きくなるという問題があった。そのうえ、測定回路や定温度回路も必要であり、さらに回路規模や複雑化を招くという問題もあった。また、マイクロフローセンサを利用して、物性値を測定するという試みもあるが、図７に示すように、温度エージングにより、物性値を求めるためのセンサ出力が変動するという問題により、実用的ではなかった。なお、図７は、従来の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【０００６】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、マイクロフローセンサを利用しつつ、装置や電気回路等の大型化や複雑化を招くことなく、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された被測定ガスの物性値を測定可能とする測定方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガス物性値の測定方法は、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、所定の計量温度における前記センサ出力である実センサ出力データを取得する実センサ出力データ取得工程と、前記被測定ガスに対して想定される、前記センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、前記計量温度を代入したときの計量センサ出力を求める計量センサ出力計算工程と、前記計量センサ出力計算工程にて決定された複数の計量センサ出力と前記実センサ出力とを比較する比較工程と、前記比較工程による比較結果に基づき、前記実センサ出力データをもっとも適確に表す計量線を決定する計量線決定工程と、前記計量線決定工程にて決定された計量線を用いて、前記被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値を求める規格値計算工程と、前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガス物性値の測定方法は、請求項１記載のガス物性値の測定方法において、前記規格値を温度補正する補正規格値計算工程とを更に含み、前記確定工程では、この温度補正された規格値と熱伝導率との関係を確定する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガス物性値の測定方法は、請求項１又は２記載のガス物性値の測定方法において、前記規格値は、前記複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の前記計量線に基づいて求められる、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載のガス物性値の測定方法は、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、所定の計量温度における前記センサ出力である実センサ出力データを取得する実センサ出力データ取得工程と、予め定められた前記被測定ガスの温度補正式を用いて、前記実センサ出力データを温度補正した補正センサ出力を求める補正センサ出力計算工程と、前記補正センサ出力を用いて、前記被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値を求める規格値計算工程と、前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載のガス物性値の測定方法は、請求項４記載のガス物性値の測定方法において、前記規格値は、前記複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の前記補正センサ出力に基づいて求められる、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載のガス物性値の測定方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、前記物性値は、前記被測定ガスの熱伝導率との相関関係に基づいて計算される密度である、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項１及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、被測定ガスに対して想定される、センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、計量温度を代入したときの計量センサ出力が求められ、次に、この決定された複数の計量センサ出力と実センサ出力とが比較され、この比較結果に基づき、出力データをもっとも適確に表す計量線が決定され、次に、この決定された計量線を用いて、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、温度補正された規格値と熱伝導率との関係に基づいて被測定ガスの物性値が測定される。
【００１５】
また、請求項３記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の計量線に基づいて求められる。
【００１６】
また、請求項４及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、予め定められた被測定ガスの温度補正式を用いて、実センサ出力データが温度補正された補正センサ出力が求められ、次に、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定される。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定可能となる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の補正センサ出力に基づいて求められる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明において、ガス物性値の検出素子として使用されるマイクロフローセンサ１（１′）を例示する平面図である。このマイクロフローセンサ１は、Ｓｉ基板２、ダイヤフラム３、ダイヤフラム３上に形成された白金等からなるマイクロヒータ４、マイクロヒータ４の下流側でダイヤフラム３上に形成された下流側サーモパイル５、マイクロヒータ４に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子６Ａ、６Ｂ、マイクロヒータ４の上流側でダイヤフラム３上に形成された上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５から出力される第１温度検出信号を出力する第１出力端子７Ａ、７Ｂ、上流側サーモパイル８から出力される第２温度検出信号を出力する第２出力端子９Ａ、９Ｂ、を備える。
【００１９】
また、マイクロフローセンサ１は、マイクロヒータ４に対してガスの流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、第３温度検出信号を出力する右側サーモパイル１１、この右側サーモパイル１１から出力される第３温度検出信号を出力する第３出力端子１２Ａ、１２Ｂ、マイクロヒータ４に対してガスの流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、第４温度検出信号を出力する左側サーモパイル１３、この左側サーモパイル１３から出力される第４温度検出信号を出力する第４出力端子１４Ａ、１４Ｂ、ガスの温度を得るための抵抗１５、１６、この抵抗１５、１６からのガスの温度信号を出力する出力端子１７Ａ、１７Ｂを備える。
【００２０】
上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ＋＋￣Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。また、Ｓｉ基板２上に形成されたダイヤフラム３には、マイクロヒータ４、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３のそれぞれの温接点が形成されている。
【００２１】
このような構成のマイクロフローセンサ１において、マイクロヒータ４が外部からの駆動電流により過熱された際の上記第１温度検出信号及び第２温度検出信号は、例えば所定の流路を通過する被測定ガスの流速を求めるために利用され、上記第３温度検出信号及び／又は第４温度検出信号は、例えばこの被測定ガスの物性値等を求めるために利用される。マイクロフローセンサ１を用いた流速計測方法は、周知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。また、このマイクロフローセンサ１を被測定ガスの密度や熱伝導率の検出素子として利用した例は、本出願人らにより、特願２００２−２９２０４９及び特願２００２−２９２０５０にて出願されている。そこでは、左側又は右側サーモパイルの出力と密度や熱伝導率とは略直線性の関係があることが着目され、次の図２に示すように、マイクロフローセンサが密度や熱伝導率の検出素子として利用されている。
【００２２】
すなわち、図２（Ａ）に示すように、被測定ガスが通過するガス流路２０の内壁に凹形状に形成され、ガス流路２０の通じる開口部２１Ａを有するポケット部２１が形成されている。このポケット部２１内には、密度センサとして、図１で示した構成のマイクロフローセンサ１′が取り付けられている。ガス流路２０には、周知のように、マイクロフローセンサ１′と同一構成の流量センサとしてのマイクロフローセンサ１が取り付けられていてもよい。また、このマイクロフローセンサ１の設置箇所に基づいて、ガス流路２０の断面を均等に分割するように、複数の整流格子２２がそれぞれ等間隔かつ平行になるように配置されていてもよい。更に、この整流格子２２を上流側Ｐ及び下流側Ｑからそれぞれ挟み込むように、メッシュ２３Ａ〜２３Ｃ及びメッシュ２３Ｄが、ガス流路２０の途中に配置されていてもよい。
【００２３】
図２（Ｂ）に示すように、ポケット部２１は、例えば、略円筒形をしており、上部には、測定面が下を向くようにして、マイクロフローセンサ１′が取り付けられている。また、ポケット部２１の下部には、ガス流路２０の通じる略円形状の開口部２１Ａが形成されている。この開口部２１Ａの口径は、ガス流路２０を通過する被測定ガスによる流れの影響を受けないように、ポケット部２１の容積に対して十分小さくしている。
【００２４】
なお、流量用センサとしてのマイクロフローセンサ１は、本発明では必ずしも必要ではない。また、ガス流のない状態で密度や熱伝導率を測定する際には、ポケット部２１は必ずしも必要ではない。但し、本発明では、図２に示すような構成を前提として説明を続ける。また、本明細書中、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５をサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２とよび、右側サーモパイル１１、左側サーモパイル１３をサーモパイルＴＰ３、ＴＰ４とよぶこともある。
【００２５】
上記ポケット部２１に取り付けられた密度センサとしてのマイクロフローセンサ１′に接続される検出回路部について図３を用いて説明する。図３に示すように、この検出回路部においては、マイクロフローセンサ１′の下流側サーモパイル５、上流側サーモパイル８、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３にはそれぞれ、増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、増幅器ＡＭＰ３及び増幅器ＡＭＰ４が接続されている。増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、増幅器ＡＭＰ３及び増幅器ＡＭＰ４は、下流側サーモパイル５、上流側サーモパイル８、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からそれぞれ供給される第１温度検出信号、第２温度検出信号、第３温度検出信号及び第４温度検出信号を増幅して加算回路３０に出力する。
【００２６】
加算回路３０では、基本的に、第１〜第４検出信号を加算してゼロ点調整回路４０に出力する。但し、必ずしも、第１〜第４検出信号の全てを使用する必要はない。すなわち、第１〜第４温度検出信号の少なくともいずれかひとつを使用してもよいし、第１〜第４検出信号のうちのいずれか２つ以上を使用するようにしてもよい。その組み合わせ方も任意であり、例えば、第１検出信号と第２検出信号との組み合わせ、第３検出信号と第４検出信号の組み合わせ等であってもよい。これにより、複数の温度検出信号のうちで良好な温度検出信号を採用することが可能になり、最終的にセンサ出力を向上させることができるようになる。また、ポケット部の渦流量の影響も除去することができるようになる。
【００２７】
ゼロ点調整回路４０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｘ、可変抵抗器ＶＲ１、増幅定数変更スイッチＳＷ１及び増幅器ＡＭＰ５を含んで構成され、その入力端が加算回路３０に接続され、出力端がスパン調整回路５０に接続されている。そして、増幅定数変更スイッチＳＷ１を切り替え制御することにより、増幅器ＡＭＰ５の増幅率を調整することが可能である。
【００２８】
スパン調整回路５０は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒｙ、可変抵抗器ＶＲ２、増幅定数変更スイッチＳＷ２及び増幅器ＡＭＰ６を含んで構成され、その入力端がゼロ点調整回路４０に接続され、出力端がＡ／Ｄ変換回路６０に接続されている。そして、増幅定数変更スイッチＳＷ２を切り替え制御することにより、増幅器ＡＭＰ６の増幅率を調整することが可能である。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換回路６０は、スパン調整回路５０の増幅器ＡＭＰ６から供給される増幅されたアナログ値であるセンサ出力をディジタル値に変換する。このディジタル値は制御部７０を介してディジタル出力端子７１から直接、出力するようにしてもよいし、制御部７０にて、パルス変換して出力するようにしてもよいし、周波数変換して出力するようにしてもよいし、或いは、通信電文に変換して出力するようにしてもよい。
【００３０】
制御部７０は、ヒータ駆動回路９０を指令して、マイクロヒータ４を最適な温度に制御したり、センサ出力を所定のディジタル出力に変換してディジタル出力端子７１から出力させる。また、この制御部７０はガス物性値測定用ロジック７０１を含む。このロジック７０１に関しては、図４及び図５を用いて後述する。
【００３１】
Ｄ／Ａ変換回路８０は、制御部７０から供給されるディジタル出力値を、必要なアナログ規格値に適合する範囲内のアナログ信号に変換して、アナログ出力端子８１から出力する。出力方法としては、例えば４−２０ｍＡの定電流信号や、１−５Ｖの定電圧信号等が適用可能である。
【００３２】
ヒータ駆動回路９０は、例えばトランジスタ回路で構成され、制御部７０に指令されて、マイクロヒータ４の温度制御を行う回路である。駆動方法としては、公知の定電圧駆動、定電流駆動、定電力駆動、定温度駆動、或いは、定温度差駆動等が適用可能である。
【００３３】
続いて、図４及び図５を用いて、本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る処理手順について説明する。すなわち、第１実施形態を示す図４のステップＳ１においては、例えば、制御部に７０に含まれるタイマ機能を利用してサンプリング時刻が待機されている（ステップＳ１のＮ）。ここで、サンプリング時刻になると（ステップＳ１のＹ）、ステップＳ２に進んで、計量温度Ｔと、この計量温度Ｔにおける実センサ出力Ｖ１２、Ｖ３４データが取得される。ここで、実センサ出力Ｖ１２は、この計量温度ＴにおけるサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力の和を示し、実センサ出力Ｖ３４は、この温度におけるサーモパイルＴＰ３、ＴＰ４のセンサ出力の和を示す。なお、ステップＳ２は、請求項中の実センサ出力データ取得工程に対応する。
【００３４】
次に、ステップＳ３及びステップＳ４において、上記ガス温度Ｔを想定される全計量線ｙ１２（ｉ）、ｙ３４（ｉ）に代入して、計量センサ出力ｙ′１２（ｉ）が求められる。詳しくは、出荷時に設定した特定ガスによるサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力に対応する計量線ｙ１２をｙ１２＝ａｘ＋（ｂ±Δｂ）と想定し、同様に、サーモパイルＴＰ３、ＴＰ４のセンサ出力に対応する温度計量線ｙ３４をｙ３４＝ａ′ｘ＋（ｂ′±Δｂ′）と想定し、ｎ本の計量線について、ｙ（ｎ−１）（ｎ）＝ａｘ＋（ｂ±（ｎ／２）＊Δｂ）と想定する。ここで、ａ、ｂ、ａ′、ｂ′は計量線の係数、ｘは計算式（計量線）上のガス温度データ、ｙ（ｎ−１）（ｎ）は計算式（計量線）より求めたセンサ出力を示す。そして、想定されたｉ（ｉは０〜ｎ）本の全計量線ｙ１２（ｉ）、ｙ３４（ｉ）に対して、それぞれガス温度Ｔを計算式上のガス温度データｘとして代入して、計量センサ出力ｙ′１２（ｉ）、ｙ′３４（ｉ）を求める。なお、ステップＳ３及びステップＳ４は、請求項中の計量センサ出力計算工程に対応する。
【００３５】
次に、ステップＳ５、ステップＳ５ａ及びステップＳ６、ステップＳ６ａにおいて、上述のようにして求めた全ての計量センサ出力ｙ′１２（ｉ）及びｙ′３４（ｉ）と、ステップＳ２において取得された実センサ出力Ｖ１２及びＶ３４データとが比較される。なお、ステップＳ５、ステップＳ５ａ及びステップＳ６、ステップＳ６ａは、請求項中の比較工程に対応する。
【００３６】
次に、ステップＳ７及びステップＳ８において、上記ステップＳ５及びステップＳ６での比較結果に基づき、採用する計量線ｙ１２及びｙ３４が決定される。この決定法は、例えば、実センサ出力Ｖ１２及びＶ３４データがどの計量線の範囲内（±Δｂ／２）にあるのかに基づく。なお、ステップＳ７及びステップＳ８は、請求項中の計量線決定工程に対応する。
【００３７】
次に、ステップＳ９においては、規格値γ１が求められる。この規格値γ１は、例えば、ステップＳ７及びステップＳ８にて決定された計量線ｙ１２及びｙ３４の比率ｙ１２／ｙ３４とする。なお、ステップＳ９は、請求項中の規格値計算工程に対応する。
【００３８】
一方、ステップＳ１０においては、温度補正値αが求められる。この温度補正値αは、出荷時の規格値に対して設定されたもので、ｓｘ２＋ｔｘ＋ｕと表される。ここで、ｓ、ｔ、ｕは共に、規格値γの温度補正係数であり、ｘは上述の通りである。そして、上記ガス温度Ｔをガス温度データｘとして上式に代入して、全ガス共通の温度補正値αが求められる。
【００３９】
次に、ステップＳ１１においては、ステップＳ９にて求めた規格値γ１から上記温度補正値αを減ずることにより、補正規格値γγ１が求められる。そして、ステップＳ１２において、補正規格値γγ１と熱伝導率ρとの間に温度補正された直線関係が導かれる。なお、ステップＳ１０、Ｓ１１及びステップＳ１２はそれぞれ、請求項中の補正規格値計算工程及び確定工程に対応する。
【００４０】
そして、ステップＳ１３においてゼロ点調整が行われ、ステップＳ１４においてスパン調整が行われる。これらゼロ点調整及びスパン調整は、上述したように、ゼロ点調整回路４０及びスパン調整回路５０を用いて実行可能である。
【００４１】
このように第１実施形態によれば、上述のように確定された規格値と熱伝導率との直線関係に基づいて、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。また、ステップＳ１１において、温度補正された規格値と熱伝導率との関係に基づいて被測定ガスの物性値が測定されるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００４２】
また、第２実施形態を示す図５のステップＳ２１及びステップＳ２２においては、上記第１実施形態中のステップＳ１及びステップＳ２と同様、所定のサンプリング時刻になると、ガス温度Ｔにおける実センサ出力Ｖ１２、Ｖ３４データが取得される。なお、ステップＳ２２は、請求項中の実センサ出力データ取得工程に対応する。
【００４３】
次に、ステップＳ２３及びステップＳ２４においては、温度補正値ｑ１２及びｑ３４が求められる。ここで、温度補正値ｑ１２は上記実センサ出力Ｖ１２に対応する温度補正値であり、温度補正値ｑ３４は上記実センサ出力Ｖ３４に対応する温度補正値である。これら温度補正値ｑ１２及びｑ３４はいずれも、ｓ′ｘ２＋ｔ′ｘ＋ｕ′と表される。ここで、ｓ′、ｔ′、ｕ′は共に、上記第１実施形態で説明したｓ、ｔ、ｕに準じる温度補正係数であるが、但しその値が異なる。ｘは上述の通りである。そして、上記ガス温度Ｔをガス温度データｘとして上式に代入して、全ガス共通の温度補正値ｑ１２及びｑ３４が求められる。次に、ステップＳ２５及びステップＳ２６においては、ステップＳ２２にて取得された実センサ出力Ｖ１２及びＶ３４データから上記温度補正値ｑ１２及びｑ３４をそれぞれ減ずることにより、補正センサ出力ｙ″１２及びｙ″３４が求められる。補正センサ出力ｙ″１２及びｙ″３４は、図６に示すように、センサ出力に与える温度エージングの影響をほぼ除去していることがわかる。なお、ステップＳ２３〜ステップＳ２６は、請求項中の補正センサ出力計算工程に対応する。
【００４４】
次に、ステップＳ２７においては、規格値γ２が求められる。この規格値γ２は、上記ステップＳ２５及びステップＳ２６にて求められた補正センサ出力ｙ″１２及びｙ″３４の比率ｙ″１２／ｙ″３４とする。場合によっては、ステップＳ２８にて再度温度補正が行われて、補正規格値γγ２が求められる。但し、再度温度補正が不要である場合にはステップＳ２８はスキップされ、便宜上、規格値γ２をそのまま補正規格値γγ２としてステップＳ２９に進んで、補正規格値γγ２と熱伝導率ρとの間に温度補正された直線関係が導かれる。なお、ステップＳ２７及びステップＳ２９はそれぞれ、請求項中の補正センサ出力計算工程及び確定工程に対応する。
【００４５】
そして、ステップＳ３０においてゼロ点調整が行われ、ステップＳ３１においてスパン調整が行われる。これらゼロ点調整及びスパン調整は、上述したように、ゼロ点調整回路４０及びスパン調整回路５０を用いて実行可能である。
【００４６】
このように第２実施形態によれば、上述のように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、ソフト的に温度補正するだけの非常に簡易な方法により、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。
【００４７】
以上のように、本発明の実施形態によれば、従来のように装置や電気回路等の大型化や複雑化を招くことなく、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された被測定ガスの物性値を測定可能とする測定方法が提供される。この結果、測定装置及び方法の簡素化並びにこれにともなう低コスト化が達成される。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記規格値は各実施形態にて例示した式以外であってもよい。また、測定すべきガス物性値しては、密度のみならず、熱伝導率、比熱、粘性等であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、被測定ガスに対して想定される、センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、計量温度を代入したときの計量センサ出力が求められ、次に、この決定された複数の計量センサ出力と実センサ出力とが比較され、この比較結果に基づき、出力データをもっとも適確に表す計量線が決定され、次に、この決定された計量線を用いて、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定可能になる。すなわち、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定される。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。
【００５０】
また、請求項２記載の発明によれば、温度補正された規格値と熱伝導率との関係に基づいて被測定ガスの物性値が測定されるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００５１】
また、請求項３記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の計量線に基づいて求められるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００５２】
また、請求項４及び６記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、所定の計量温度におけるサーモパイルから得られる実センサ出力データが取得され、次に、予め定められた被測定ガスの温度補正式を用いて、実センサ出力データが温度補正された補正センサ出力が求められ、次に、被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係が確定される。そして、このように確定された規格値と熱伝導率との関係に基づいて、例えば、被測定ガスの物性値としての密度が測定される。すなわち、ソフト的に温度補正するだけの非常に簡易な方法により、不要なノイズ成分である温度エージングの影響が除去された純粋な被測定ガスの物性値が測定可能となる。この結果、従来のように装置内部に恒温槽や付加流路を設ける必要がなくなるうえ測定回路や定温度回路も不要となり、測定装置の簡素化及びこれにともなう低コスト化が達成される。
【００５３】
また、請求項５記載の発明によれば、規格値は複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の補正センサ出力に基づいて求められるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にて使用されるマイクロフローセンサの構成図である。
【図２】図２（Ａ）はガス物性値の測定部近傍の概略断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のポケット部の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回路構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【図７】従来の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【符号の説明】
１′ マイクロフローセンサ（密度センサ）
２０ 流路
２１ ポケット部
３０ 加算回路
４０ ゼロ点調整回路
５０ スパン調整回路
６０ Ａ／Ｄ変換回路
７０ 制御部
７１ ディジタル出力端子
８０ Ｄ／Ａ変換回路
８１ アナログ出力端子
９０ ヒータ駆動回路
Claims (6)
- 被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、
所定の計量温度における前記センサ出力である実センサ出力データを取得する実センサ出力データ取得工程と、
前記被測定ガスに対して想定される、前記センサ出力と温度との関係を示す予め定められた複数の計量線に対してそれぞれ、前記計量温度を代入したときの計量センサ出力を求める計量センサ出力計算工程と、
前記計量センサ出力計算工程にて決定された複数の計量センサ出力と前記実センサ出力とを比較する比較工程と、
前記比較工程による比較結果に基づき、前記実センサ出力データをもっとも適確に表す計量線を決定する計量線決定工程と、
前記計量線決定工程にて決定された計量線を用いて、前記被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値を求める規格値計算工程と、
前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、
を含むことを特徴とするガス物性値の測定方法。 - 請求項１記載のガス物性値の測定方法において、
前記規格値を温度補正する補正規格値計算工程とを更に含み、
前記確定工程では、この温度補正された規格値と熱伝導率との関係を確定する、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。 - 請求項１又は２記載のガス物性値の測定方法において、
前記規格値は、
前記複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の前記計量線に基づいて求められる、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。 - 被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、
所定の計量温度における前記センサ出力である実センサ出力データを取得する実センサ出力データ取得工程と、
予め定められた前記被測定ガスの温度補正式を用いて、前記実センサ出力データを温度補正した補正センサ出力を求める補正センサ出力計算工程と、
前記補正センサ出力を用いて、前記被測定ガスの熱伝導率に係る所定の規格値を求める規格値計算工程と、
前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、
を含むことを特徴とするガス物性値の測定方法。 - 請求項４記載のガス物性値の測定方法において、
前記規格値は、
前記複数のサーモパイルに対応してそれぞれ決定された複数の前記補正センサ出力に基づいて求められる、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、
前記物性値は、前記被測定ガスの熱伝導率との相関関係に基づいて計算される密度である、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。
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