JP3262315B2 - 熱伝導率式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 - Google Patents
熱伝導率式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば都市ガス用
発熱量調節設備等に適用するもので、熱伝導率式発熱量
計を用いた混合ガスの発熱量測定方法に関するものであ
る。
発熱量調節設備等に適用するもので、熱伝導率式発熱量
計を用いた混合ガスの発熱量測定方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】発熱量の異なる複数のガスを混合し、常
時一定の発熱量に調整された都市ガスを送出するための
都市ガス用発熱量調節設備の制御用発熱量計としては、
従来、燃焼式、ガス密度式、熱伝導率式の各方式のもの
が使用されている。
時一定の発熱量に調整された都市ガスを送出するための
都市ガス用発熱量調節設備の制御用発熱量計としては、
従来、燃焼式、ガス密度式、熱伝導率式の各方式のもの
が使用されている。
【０００３】燃焼式の発熱量計は、実際に測定ガスを燃
焼させて、燃焼排ガスの温度上昇から発熱量を測定する
方式である。このため、測定ガス中に不燃性ガスが共存
しても誤差が生じないという長所があるが、非防爆型と
ならざるを得ず、従って、現場の装置の近くに設置する
ことは困難であるから設置場所までの、サンプリングに
よる時間的遅れが大きい等の課題がある。
焼させて、燃焼排ガスの温度上昇から発熱量を測定する
方式である。このため、測定ガス中に不燃性ガスが共存
しても誤差が生じないという長所があるが、非防爆型と
ならざるを得ず、従って、現場の装置の近くに設置する
ことは困難であるから設置場所までの、サンプリングに
よる時間的遅れが大きい等の課題がある。
【０００４】ガス密度式の発熱量計は、ガス密度を測定
して発熱量に換算する方式であり、ガス密度の測定方式
として、測定ガス中の振動管の振動数変化でガス密度を
測定する方式や、ガスの屈折率差に応じた干渉縞の濃淡
から測定する方式がある。このようなガス密度式発熱量
計では防爆型とすることにより現場設置が可能で、応答
性の改善も可能であるが、設置場所の気温の急激な変化
で誤差が発生し、サンプリングガスの温度、圧力の変化
にも影響を受けやすいという課題と共に、恒温槽内に設
置することが必要であったり、基準ガスが必要であった
り、連続的な制御用途には使用できない等の課題があ
る。
して発熱量に換算する方式であり、ガス密度の測定方式
として、測定ガス中の振動管の振動数変化でガス密度を
測定する方式や、ガスの屈折率差に応じた干渉縞の濃淡
から測定する方式がある。このようなガス密度式発熱量
計では防爆型とすることにより現場設置が可能で、応答
性の改善も可能であるが、設置場所の気温の急激な変化
で誤差が発生し、サンプリングガスの温度、圧力の変化
にも影響を受けやすいという課題と共に、恒温槽内に設
置することが必要であったり、基準ガスが必要であった
り、連続的な制御用途には使用できない等の課題があ
る。
【０００５】一方、熱伝導率式発熱量計は、ガスの発熱
量と熱伝導率との間に対応関係があることを利用し、ガ
スの熱伝導率を測定して発熱量を測定するものであり、
応答速度、防爆性、温度、圧力特性等の点から、上述し
た従来の方式の課題を解決できるものである。本発明
は、このような熱伝導率式発熱量計を用いた発熱量測定
方法に関するものである。
量と熱伝導率との間に対応関係があることを利用し、ガ
スの熱伝導率を測定して発熱量を測定するものであり、
応答速度、防爆性、温度、圧力特性等の点から、上述し
た従来の方式の課題を解決できるものである。本発明
は、このような熱伝導率式発熱量計を用いた発熱量測定
方法に関するものである。
【０００６】そこで、この熱伝導率式発熱量計の一例を
次に説明する。図４は熱伝導率式発熱量計の内部構造を
示すもので、ケース１内に設置した恒温槽２内にガスの
測定流路３を形成し、この測定流路３中にセンサ部４を
設置した構成である。尚、符号５は断熱材、６は端子
箱、７はヒーター、８はマニホ−ルドである。
次に説明する。図４は熱伝導率式発熱量計の内部構造を
示すもので、ケース１内に設置した恒温槽２内にガスの
測定流路３を形成し、この測定流路３中にセンサ部４を
設置した構成である。尚、符号５は断熱材、６は端子
箱、７はヒーター、８はマニホ−ルドである。
【０００７】図５はセンサ部４を拡大して示す説明図で
あり、このセンサ部４は、単結晶シリコン基板９に、ガ
スの加熱源とセンサを兼用する薄膜抵抗１０を、基板９
から熱的に絶縁させたダイヤフラム部１１に設けると共
に、薄膜抵抗１０に近接し、且つ熱的に絶縁された基板
９の位置に温度センサ１２を設けた構成である。
あり、このセンサ部４は、単結晶シリコン基板９に、ガ
スの加熱源とセンサを兼用する薄膜抵抗１０を、基板９
から熱的に絶縁させたダイヤフラム部１１に設けると共
に、薄膜抵抗１０に近接し、且つ熱的に絶縁された基板
９の位置に温度センサ１２を設けた構成である。
【０００８】このような構成において、測定流路３に測
定ガスを流し、薄膜抵抗１０を定抵抗、従って定温度と
なるように制御して電力を印加すると共に、温度センサ
１２により恒温槽２内温度を所定の一定温度に制御しな
がら、上記薄膜抵抗１０の印加電圧Ｖを測定し、この印
加電圧Ｖから測定ガスの平均熱伝導率λ、そして平均熱
伝導率λから発熱量Ｈを算出する。
定ガスを流し、薄膜抵抗１０を定抵抗、従って定温度と
なるように制御して電力を印加すると共に、温度センサ
１２により恒温槽２内温度を所定の一定温度に制御しな
がら、上記薄膜抵抗１０の印加電圧Ｖを測定し、この印
加電圧Ｖから測定ガスの平均熱伝導率λ、そして平均熱
伝導率λから発熱量Ｈを算出する。
【０００９】この測定原理を簡単に説明すると次の通り
である。まず、以上の測定において、薄膜抵抗１０から
外部に伝わる発熱量ＱTは、次式で表される。 ＱT＝Ａ・λ＋Ｂ …（１） 但し、Ａ、Ｂ：定数であり、右辺第１項は測定ガスに伝
わる発熱量、第２項はシリコン基板１１に逃げる発熱量
である。薄膜抵抗１０に供給した電力の殆どがその抵抗
Ｒhで熱に変わると考えると、 ＱT＝Ｉ2×Ｒh＝Ｖ2／Ｒｈ …（２） であるから、薄膜抵抗の印加電圧Ｖを測定し、次式によ
り薄膜抵抗１０と温度センサ１２の平均温度における熱
伝導率λを算出することができる。 λ＝Ｖ2／（Ｒh×Ａ）−Ｂ／Ａ …（３）
である。まず、以上の測定において、薄膜抵抗１０から
外部に伝わる発熱量ＱTは、次式で表される。 ＱT＝Ａ・λ＋Ｂ …（１） 但し、Ａ、Ｂ：定数であり、右辺第１項は測定ガスに伝
わる発熱量、第２項はシリコン基板１１に逃げる発熱量
である。薄膜抵抗１０に供給した電力の殆どがその抵抗
Ｒhで熱に変わると考えると、 ＱT＝Ｉ2×Ｒh＝Ｖ2／Ｒｈ …（２） であるから、薄膜抵抗の印加電圧Ｖを測定し、次式によ
り薄膜抵抗１０と温度センサ１２の平均温度における熱
伝導率λを算出することができる。 λ＝Ｖ2／（Ｒh×Ａ）−Ｂ／Ａ …（３）
【００１０】図６は不燃性ガスを含む種々の純ガスにつ
いて測定した上記印加電圧Ｖと、各純ガスの既知又はガ
スクロマトグラフィー等を用いて測定した真の熱伝導率
の値をプロットした結果を示すもので、横軸は熱伝導
率、縦軸はセンサ部４の薄膜抵抗１０の印加電圧Ｖの二
乗値である。図に示されるように熱伝導率λと印加電圧
Ｖの二乗値の対応関係は直線で近似され、従って上記
（３）式が成り立つことがわかる。
いて測定した上記印加電圧Ｖと、各純ガスの既知又はガ
スクロマトグラフィー等を用いて測定した真の熱伝導率
の値をプロットした結果を示すもので、横軸は熱伝導
率、縦軸はセンサ部４の薄膜抵抗１０の印加電圧Ｖの二
乗値である。図に示されるように熱伝導率λと印加電圧
Ｖの二乗値の対応関係は直線で近似され、従って上記
（３）式が成り立つことがわかる。
【００１１】以上のようにして算出した熱伝導率λとガ
スの発熱量Ｈとの対応関係を用い、熱伝導率λから発熱
量Ｈを算出する。この際、混合ガスの熱伝導率λと発熱
量Ｈは、純ガスと同様にほぼ反比例の関係にあると思わ
れるが、混合ガスの成分構成と熱伝導率との間に未だ理
論式がないため、混合ガスにおける熱伝導率λと発熱量
Ｈとの対応関係は予めの測定等に基づいて適宜に決定す
ることができる。例えば都市ガスの発熱量Ｈの範囲10,0
00〜12,000kcal／Ｎｍ3（42.0〜50.4ＭＪ／Ｎｍ3）に対
応する熱伝導率λの範囲46.5〜50.4ｍＷ／ｍ・Ｋの範囲
における測定では、熱伝導率λとガスの発熱量Ｈとの対
応関係は、ほぼ直線と見做すことができ、例えば次の一
次式で近似することができる。 Ｈ＝−516.5×λ＋33988.4 …（４）
スの発熱量Ｈとの対応関係を用い、熱伝導率λから発熱
量Ｈを算出する。この際、混合ガスの熱伝導率λと発熱
量Ｈは、純ガスと同様にほぼ反比例の関係にあると思わ
れるが、混合ガスの成分構成と熱伝導率との間に未だ理
論式がないため、混合ガスにおける熱伝導率λと発熱量
Ｈとの対応関係は予めの測定等に基づいて適宜に決定す
ることができる。例えば都市ガスの発熱量Ｈの範囲10,0
00〜12,000kcal／Ｎｍ3（42.0〜50.4ＭＪ／Ｎｍ3）に対
応する熱伝導率λの範囲46.5〜50.4ｍＷ／ｍ・Ｋの範囲
における測定では、熱伝導率λとガスの発熱量Ｈとの対
応関係は、ほぼ直線と見做すことができ、例えば次の一
次式で近似することができる。 Ｈ＝−516.5×λ＋33988.4 …（４）
【００１２】以上説明した熱伝導率式発熱量計では、応
答速度の速い測定が可能であると共にセンサ部は恒温槽
内に設置されているため、周囲温度の変化による影響が
少なく、また熱伝導率は圧力の変化に対して余り変化し
ないため、圧力の変化による影響も少なく、現場の装置
近くに設置する場合でも特別の保護や補正が不要であ
り、容易に防爆構造とすることができる。従って通常の
工業計測器と同等の設置工事で現場に設置することがで
きるというような利点がある。
答速度の速い測定が可能であると共にセンサ部は恒温槽
内に設置されているため、周囲温度の変化による影響が
少なく、また熱伝導率は圧力の変化に対して余り変化し
ないため、圧力の変化による影響も少なく、現場の装置
近くに設置する場合でも特別の保護や補正が不要であ
り、容易に防爆構造とすることができる。従って通常の
工業計測器と同等の設置工事で現場に設置することがで
きるというような利点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように熱伝導率を測定し、予め求めている対応関係から
混合ガスの発熱量を算出する方式では、図６に示すよう
にＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2等のように可燃性ガスと同等の熱伝
導率を有する不燃性ガスが不純物として混合ガス中に混
じると、発熱量の測定誤差を生じてしまう。
ように熱伝導率を測定し、予め求めている対応関係から
混合ガスの発熱量を算出する方式では、図６に示すよう
にＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2等のように可燃性ガスと同等の熱伝
導率を有する不燃性ガスが不純物として混合ガス中に混
じると、発熱量の測定誤差を生じてしまう。
【００１４】即ち、ガスの熱伝導率と発熱量との対応関
係は上述したとおりほぼ反比例の関係にあり、混合ガス
の成分が全て可燃性ガスの場合には、発熱量が上昇する
と熱伝導率が低下する。しかしながら、混合ガス中に不
燃性ガスが混入すると、混合ガス中の可燃性ガスによる
発熱量が上昇しているのに、熱伝導率が上昇してしまう
場合も起る。そしてこの場合には、測定で得られた熱伝
導率により算出する発熱量は、真の発熱量よりも低くな
ってしまう。従って本発明は、熱伝導率式発熱量計を用
いて混合ガスの発熱量を測定する場合において、不純物
の混入等の組成の変化による発熱量の測定誤差を低減す
ることを目的とするものである。
係は上述したとおりほぼ反比例の関係にあり、混合ガス
の成分が全て可燃性ガスの場合には、発熱量が上昇する
と熱伝導率が低下する。しかしながら、混合ガス中に不
燃性ガスが混入すると、混合ガス中の可燃性ガスによる
発熱量が上昇しているのに、熱伝導率が上昇してしまう
場合も起る。そしてこの場合には、測定で得られた熱伝
導率により算出する発熱量は、真の発熱量よりも低くな
ってしまう。従って本発明は、熱伝導率式発熱量計を用
いて混合ガスの発熱量を測定する場合において、不純物
の混入等の組成の変化による発熱量の測定誤差を低減す
ることを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、混合ガスの所定温度における熱伝
導率を測定し、熱伝導率に対応する出力信号から、熱伝
導率と発熱量との対応関係により発熱量を算出して出力
する熱伝導率式発熱量計を用い、上記熱伝導率の測定を
混合ガスの高低２温度について行って、所定の側の温度
における出力信号から発熱量を算出すると共に、この算
出した発熱量に、高低２温度の出力信号差に対応した補
正を行って発熱量の測定値として出力する熱伝導率式発
熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法を提案する。
ために、本発明では、混合ガスの所定温度における熱伝
導率を測定し、熱伝導率に対応する出力信号から、熱伝
導率と発熱量との対応関係により発熱量を算出して出力
する熱伝導率式発熱量計を用い、上記熱伝導率の測定を
混合ガスの高低２温度について行って、所定の側の温度
における出力信号から発熱量を算出すると共に、この算
出した発熱量に、高低２温度の出力信号差に対応した補
正を行って発熱量の測定値として出力する熱伝導率式発
熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法を提案する。
【００１６】また本発明では、上記の方法において、発
熱量の補正は、真の発熱量がわかる混合ガスについての
校正時の測定における高低２温度の出力信号差に対す
る、測定時の高低２温度の出力信号差の変化率に定数を
乗じた係数を、熱伝導率と発熱量との対応関係により算
出した発熱量に乗じた値を発熱量の補正量として、算出
した発熱量に加算することにより発熱量の補正を行うこ
とを提案する。そしてこの定数は、発熱量がわかる混合
ガスについての測定における各出力信号と、真の発熱量
を補正式に代入して求めることを提案する。
熱量の補正は、真の発熱量がわかる混合ガスについての
校正時の測定における高低２温度の出力信号差に対す
る、測定時の高低２温度の出力信号差の変化率に定数を
乗じた係数を、熱伝導率と発熱量との対応関係により算
出した発熱量に乗じた値を発熱量の補正量として、算出
した発熱量に加算することにより発熱量の補正を行うこ
とを提案する。そしてこの定数は、発熱量がわかる混合
ガスについての測定における各出力信号と、真の発熱量
を補正式に代入して求めることを提案する。
【００１７】また本発明では、上記の方法において、熱
伝導率式発熱量計は、センサ部の測定温度を高く設定す
るものと、低く設定するものの２台を、混合ガスの流れ
に対して並列又は直列に構成して、高低２温度における
熱伝導率の測定を行うことを提案する。
伝導率式発熱量計は、センサ部の測定温度を高く設定す
るものと、低く設定するものの２台を、混合ガスの流れ
に対して並列又は直列に構成して、高低２温度における
熱伝導率の測定を行うことを提案する。
【００１８】また本発明では、上記の方法において、熱
伝導率式発熱量計は、測定温度を高く設定するセンサ部
と、低く設定するセンサ部の両者を内蔵してガスの流れ
に対して直列又は並列に構成して、高低２温度における
熱伝導率の測定を行うことを提案する。
伝導率式発熱量計は、測定温度を高く設定するセンサ部
と、低く設定するセンサ部の両者を内蔵してガスの流れ
に対して直列又は並列に構成して、高低２温度における
熱伝導率の測定を行うことを提案する。
【００１９】また本発明では、熱伝導率式発熱量計は、
センサ部の測定温度を可変とし、測定温度を所定時間間
隔で切り換えて高低２温度における熱伝導率の測定を行
うことを提案する。
センサ部の測定温度を可変とし、測定温度を所定時間間
隔で切り換えて高低２温度における熱伝導率の測定を行
うことを提案する。
【００２０】また本発明では、熱伝導率式発熱量計は、
センサ部の測定温度を連続的に可変とし、所望の温度に
おいて熱伝導率の測定を行う構成とすることを提案す
る。
センサ部の測定温度を連続的に可変とし、所望の温度に
おいて熱伝導率の測定を行う構成とすることを提案す
る。
【００２１】以上の方法においては、混合ガスの熱伝導
率を高温と低温の２温度で測定するので、それら高低２
温度の出力信号の差により、組成の変化を検出すること
ができる。即ち、混合ガスの組成の変化は、高温と低温
の２温度において熱伝導率が変化する割合の変化として
現れるので、高低２温度の出力信号差を、真の発熱量が
わかる混合ガスについての校正時の測定における高低２
温度の出力信号差と比較し、そのずれを解消するよう
に、上記算出した発熱量を補正することにより、真の発
熱量に近い発熱量を得ることができる。
率を高温と低温の２温度で測定するので、それら高低２
温度の出力信号の差により、組成の変化を検出すること
ができる。即ち、混合ガスの組成の変化は、高温と低温
の２温度において熱伝導率が変化する割合の変化として
現れるので、高低２温度の出力信号差を、真の発熱量が
わかる混合ガスについての校正時の測定における高低２
温度の出力信号差と比較し、そのずれを解消するよう
に、上記算出した発熱量を補正することにより、真の発
熱量に近い発熱量を得ることができる。
【００２２】発熱量の補正は、例えば、真の発熱量がわ
かる混合ガスについての校正時の測定における高低２温
度の出力信号差に対する、測定時の高低２温度の出力信
号差の変化率に定数を乗じた係数を、熱伝導率と発熱量
との対応関係により算出した発熱量に乗じた値を発熱量
の補正量として、算出した発熱量に加算することにより
行うことができる。
かる混合ガスについての校正時の測定における高低２温
度の出力信号差に対する、測定時の高低２温度の出力信
号差の変化率に定数を乗じた係数を、熱伝導率と発熱量
との対応関係により算出した発熱量に乗じた値を発熱量
の補正量として、算出した発熱量に加算することにより
行うことができる。
【００２３】高低２温度における熱伝導率を測定可能と
するために、熱伝導率式発熱量計は、例えば、センサ部
の測定温度を高く設定するものと、低く設定するものの
２台を、混合ガスの流れに対して並列又は直列に構成し
たり、又は測定温度を高く設定するセンサ部と、低く設
定するセンサ部の両者を１台に内蔵してガスの流れに対
して直列又は並列に構成したり、又はセンサ部の測定温
度を可変とし、測定温度を所定時間間隔で切り換える構
成を適用することができる。
するために、熱伝導率式発熱量計は、例えば、センサ部
の測定温度を高く設定するものと、低く設定するものの
２台を、混合ガスの流れに対して並列又は直列に構成し
たり、又は測定温度を高く設定するセンサ部と、低く設
定するセンサ部の両者を１台に内蔵してガスの流れに対
して直列又は並列に構成したり、又はセンサ部の測定温
度を可変とし、測定温度を所定時間間隔で切り換える構
成を適用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を説明す
る。図１〜図３は、発熱量を測定すべき混合ガスの熱伝
導率を高低２温度について行う本発明の方法を適用する
都市ガスの発熱量の測定システムの例を模式的に示すも
ので、これらの図において、符号１３は都市ガス供給ラ
インから分岐させた測定ライン、符号１４は熱伝導率式
発熱量計であり、都市ガス供給ラインから測定ライン１
３に流入したサンプルガスは熱伝導率式発熱量計１４に
おいて発熱量の測定に供された後、放散される構成であ
る。
る。図１〜図３は、発熱量を測定すべき混合ガスの熱伝
導率を高低２温度について行う本発明の方法を適用する
都市ガスの発熱量の測定システムの例を模式的に示すも
ので、これらの図において、符号１３は都市ガス供給ラ
インから分岐させた測定ライン、符号１４は熱伝導率式
発熱量計であり、都市ガス供給ラインから測定ライン１
３に流入したサンプルガスは熱伝導率式発熱量計１４に
おいて発熱量の測定に供された後、放散される構成であ
る。
【００２５】図１のシステムでは、上述したような構成
の熱伝導率式発熱量計１４を、２台（１４ａ，１４ｂ）
測定ライン１３に直列に構成している。これらの熱伝導
率式発熱量計１４ａ，１４ｂの夫々にセンサ部４ａ，４
ｂを設けており、これらは一方側の測定温度を高く、他
方側の設定温度を低く設定している。
の熱伝導率式発熱量計１４を、２台（１４ａ，１４ｂ）
測定ライン１３に直列に構成している。これらの熱伝導
率式発熱量計１４ａ，１４ｂの夫々にセンサ部４ａ，４
ｂを設けており、これらは一方側の測定温度を高く、他
方側の設定温度を低く設定している。
【００２６】この構成により、測定ライン１３を流れる
サンプルガスは、上流側と下流側の熱伝導率式発熱量計
１４ａ，１４ｂを順次流れる間に高低２温度での熱伝導
率の測定が行われる。
サンプルガスは、上流側と下流側の熱伝導率式発熱量計
１４ａ，１４ｂを順次流れる間に高低２温度での熱伝導
率の測定が行われる。
【００２７】このシステムにおいて、上流側と下流側の
熱伝導率式発熱量計１４ａ，１４ｂのいずれの側を高温
度に設定するかは適宜である。また、このシステムで
は、２台の熱伝導率式発熱量計１４ａ，１４ｂを測定ラ
イン１３に直列に構成しているが、並列に構成すること
もできる。
熱伝導率式発熱量計１４ａ，１４ｂのいずれの側を高温
度に設定するかは適宜である。また、このシステムで
は、２台の熱伝導率式発熱量計１４ａ，１４ｂを測定ラ
イン１３に直列に構成しているが、並列に構成すること
もできる。
【００２８】次に図２のシステムでは、測定ライン１３
に構成する熱伝導率式発熱量計１４は１台であるが、こ
の熱伝導率式発熱量計１４では、上述した内部の測定流
路３中に２つのセンサ部４ａ，４ｂを内蔵して、一方側
の測定温度を高く、他方側の設定温度を低く設定してい
る。
に構成する熱伝導率式発熱量計１４は１台であるが、こ
の熱伝導率式発熱量計１４では、上述した内部の測定流
路３中に２つのセンサ部４ａ，４ｂを内蔵して、一方側
の測定温度を高く、他方側の設定温度を低く設定してい
る。
【００２９】この構成により、測定ライン１３を流れる
サンプルガスは、１台の熱伝導率式発熱量計１４の内部
の測定流路３を流れる間に２つのセンサ部４ａ，４ｂの
一方側において高く、他方側において低い温度の、高低
２温度で熱伝導率の測定が行われる。
サンプルガスは、１台の熱伝導率式発熱量計１４の内部
の測定流路３を流れる間に２つのセンサ部４ａ，４ｂの
一方側において高く、他方側において低い温度の、高低
２温度で熱伝導率の測定が行われる。
【００３０】このシステムにおいて、２つのセンサ部４
ａ，４ｂは、夫々の測定温度が他方側の測定温度に影響
を及ばさない測定流路の位置に配置するのであれば、サ
ンプルガスの流れに対して直列又は並列のいずれの形態
に配置することができる。
ａ，４ｂは、夫々の測定温度が他方側の測定温度に影響
を及ばさない測定流路の位置に配置するのであれば、サ
ンプルガスの流れに対して直列又は並列のいずれの形態
に配置することができる。
【００３１】次に図３のシステムでは、測定ライン１３
に構成する熱伝導率式発熱量計１４は１つのセンサ部４
を有する１台であるが、この熱伝導率式発熱量計１４で
は、センサ部４は測定温度を可変としている。上述した
構成のセンサ部４においては、一定に制御する薄膜抵抗
１０の抵抗値を可変とすることにより測定温度を変化さ
せることができる。
に構成する熱伝導率式発熱量計１４は１つのセンサ部４
を有する１台であるが、この熱伝導率式発熱量計１４で
は、センサ部４は測定温度を可変としている。上述した
構成のセンサ部４においては、一定に制御する薄膜抵抗
１０の抵抗値を可変とすることにより測定温度を変化さ
せることができる。
【００３２】この構成により、測定ライン１３を流れる
サンプルガスは、ある時点においては高い方の温度に設
定されたセンサ部４により熱伝導率が測定され、また他
の時点においては低い方の温度に設定されたセンサ部４
により熱伝導率が測定され、こうしてセンサ部４におけ
る測定温度を所定時間間隔で切り換えて高低２温度にお
ける熱伝導率の測定が行われる。
サンプルガスは、ある時点においては高い方の温度に設
定されたセンサ部４により熱伝導率が測定され、また他
の時点においては低い方の温度に設定されたセンサ部４
により熱伝導率が測定され、こうしてセンサ部４におけ
る測定温度を所定時間間隔で切り換えて高低２温度にお
ける熱伝導率の測定が行われる。
【００３３】この他、図３のシステムにおいて、センサ
部４の測定温度を連続的に可変とし、例えば鋸歯状波や
正弦波等により変調して測定を行うことにより、所望の
高低２温度における熱伝導率の測定が可能となる。
部４の測定温度を連続的に可変とし、例えば鋸歯状波や
正弦波等により変調して測定を行うことにより、所望の
高低２温度における熱伝導率の測定が可能となる。
【００３４】図７は都市ガスの各成分についての温度と
熱伝導率との関係を示すものであり、都市ガスの各成分
の熱伝導率は温度に応じてほぼ一次関数的に変化し、温
度が高いほど熱伝導率が高くなる。このため同一の組成
の混合ガスであっても、測定の際の混合ガスの温度、即
ち、上述した薄膜抵抗１０の温度設定によって熱伝導率
が異なる値となることがわかる。
熱伝導率との関係を示すものであり、都市ガスの各成分
の熱伝導率は温度に応じてほぼ一次関数的に変化し、温
度が高いほど熱伝導率が高くなる。このため同一の組成
の混合ガスであっても、測定の際の混合ガスの温度、即
ち、上述した薄膜抵抗１０の温度設定によって熱伝導率
が異なる値となることがわかる。
【００３５】また図７に示されるように、温度による熱
伝導率の変化の割合は各成分で個々に異なり、例えば図
の場合ではメタンが他の成分と比較して大きく変化す
る。このため、例えば発熱量が等しいが組成の異なる２
種類の混合ガスにつき、夫々を高温と低温の２温度にお
いて熱伝導率を測定すると、高温と低温時の熱伝導率の
変化割合は、例えばメタン濃度が高いものほど大きくな
る。
伝導率の変化の割合は各成分で個々に異なり、例えば図
の場合ではメタンが他の成分と比較して大きく変化す
る。このため、例えば発熱量が等しいが組成の異なる２
種類の混合ガスにつき、夫々を高温と低温の２温度にお
いて熱伝導率を測定すると、高温と低温時の熱伝導率の
変化割合は、例えばメタン濃度が高いものほど大きくな
る。
【００３６】逆に、組成が同じで発熱量が等しい場合に
は、高温と低温の２温度における熱伝導率の変化率は等
しくなる。即ち、混合ガスの組成の変化は、高温と低温
の２温度において熱伝導率が変化する割合の変化として
現れるので、高低２温度の出力信号差を、真の発熱量が
わかる混合ガスについての校正時の測定における高低２
温度の出力信号差と比較し、そのずれを解消するように
発熱量を補正することにより、真の発熱量に近い発熱量
を得ることができる。そこで次に、測定した高低２温度
の熱伝導率により、発熱量を補正する方法を説明する。
は、高温と低温の２温度における熱伝導率の変化率は等
しくなる。即ち、混合ガスの組成の変化は、高温と低温
の２温度において熱伝導率が変化する割合の変化として
現れるので、高低２温度の出力信号差を、真の発熱量が
わかる混合ガスについての校正時の測定における高低２
温度の出力信号差と比較し、そのずれを解消するように
発熱量を補正することにより、真の発熱量に近い発熱量
を得ることができる。そこで次に、測定した高低２温度
の熱伝導率により、発熱量を補正する方法を説明する。
【００３７】表１は都市ガス供給系統における２種類の
ガスの発熱量の変動をシミュレートし、そしてこの発熱
量の変動を本発明による測定方法により測定するために
作成した２種類（ケース１、ケース２）の混合ガスの組
成を示すものであり、表中、C1はＣＨ4、C2はＣ2Ｈ6、C
3はＣ3Ｈ8、C4はiＣ4Ｈ10、nC4はnＣ4Ｈ10を示すもので
ある。
ガスの発熱量の変動をシミュレートし、そしてこの発熱
量の変動を本発明による測定方法により測定するために
作成した２種類（ケース１、ケース２）の混合ガスの組
成を示すものであり、表中、C1はＣＨ4、C2はＣ2Ｈ6、C
3はＣ3Ｈ8、C4はiＣ4Ｈ10、nC4はnＣ4Ｈ10を示すもので
ある。
【表１】
【００３８】表２は、作成した上記２種類の混合ガスに
つき、センサ部４における設定温度を180℃から160℃、
…、100℃と変化させて測定した場合のセンサ出力電
圧、即ち上記薄膜抵抗１０の端子電圧の測定結果を示す
ものである。
つき、センサ部４における設定温度を180℃から160℃、
…、100℃と変化させて測定した場合のセンサ出力電
圧、即ち上記薄膜抵抗１０の端子電圧の測定結果を示す
ものである。
【表２】
【００３９】この表からわかるように、設定温度を低下
させていくにつれて２種類の混合ガスの間の出力電圧差
が増加して行く。尚、この測定は、次の手順で行ってい
る。 Ｓ１：ケース１の組成でガスを混合する。 ↓ Ｓ２：センサ部４の温度を設定した温度とするように制
御する。 ↓ Ｓ３：恒温槽２温度が安定した時点でセンサ出力電圧を
測定する。 ↓ Ｓ４：次の設定温度でＳ２、Ｓ３を行う。 ↓ Ｓ５：ガスクロマトグラフィーで組成を測定する。 ↓ Ｓ６：ケース２の組成でガスを混合する。 ↓ Ｓ７：ケース２の組成の混合ガスでＳ２〜Ｓ４を行う。
させていくにつれて２種類の混合ガスの間の出力電圧差
が増加して行く。尚、この測定は、次の手順で行ってい
る。 Ｓ１：ケース１の組成でガスを混合する。 ↓ Ｓ２：センサ部４の温度を設定した温度とするように制
御する。 ↓ Ｓ３：恒温槽２温度が安定した時点でセンサ出力電圧を
測定する。 ↓ Ｓ４：次の設定温度でＳ２、Ｓ３を行う。 ↓ Ｓ５：ガスクロマトグラフィーで組成を測定する。 ↓ Ｓ６：ケース２の組成でガスを混合する。 ↓ Ｓ７：ケース２の組成の混合ガスでＳ２〜Ｓ４を行う。
【００４０】以上の結果から、この例では、高低２温度
の設定は180℃と120℃とし、180℃の温度における出力
信号を主信号として、上述した対応関係により発熱量を
算出して生出力値（主信号）として出力し、この主信号
に対し低温の120℃の測定により得られる出力信号を用
いて以下に説明するように発熱量の補正量を求め、これ
を算出した発熱量に加算して補正を行う。
の設定は180℃と120℃とし、180℃の温度における出力
信号を主信号として、上述した対応関係により発熱量を
算出して生出力値（主信号）として出力し、この主信号
に対し低温の120℃の測定により得られる出力信号を用
いて以下に説明するように発熱量の補正量を求め、これ
を算出した発熱量に加算して補正を行う。
【００４１】補正後の出力をＨcor、180℃における生出
力値、即ち主信号をＨとすると、発熱量の補正は、補正
係数Ｃを用いて次式のように表すことができる。 Ｈcor＝Ｃ・Ｈ …（１） Ｈcor：補正後の出力 Ｈ ：生出力値（主信号） Ｃ ：補正係数 Ｃは次式のように設定する。 Ｃ＝｛Ｖ0＋ａ（Ｖ1−Ｖ0）｝／Ｖ0 …（２） Ｖ0 ：校正時の180℃/120℃の出力電圧差 Ｖ1 ：測定時の180℃/120℃の出力電圧差 ａ ：定数 これは、測定時の出力電圧差と、校正時、即ち発熱量が
わかる基準となる混合ガスについての出力電圧差の差
の、校正時の出力電圧差に対する比の値に定数ａを乗じ
たものであり、後述するように定数ａの値を実験値とし
て定めれば、補正係数Ｃを定めることができる。（２）
式を変形して（１）式に代入すると、 Ｈcor＝｛１＋ａ（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0｝Ｈ …（３） となり、｛ａ（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0｝Ｈが、主信号Ｈに加
算して補正を行う補正量である。上述したとおり、ａは
実験値として求めるのであるが、この際、Ｈcorはガス
クロマトグラフィーで測定した組成から算出した発熱量
を真の発熱量として用いる。即ち、上記（３）式に表２
に示す実験値を以下のように代入して、定数ａを求める
ことができる。 Ｖ0 ＝ ケース１の組成の180℃出力電圧−120℃出力電圧 ＝ 1.220398−0.4148020 ＝ 0.805596（Ｖ） Ｖ1 ＝ ケース２の組成の180℃出力電圧−120℃出力電圧 ＝ 1.221619−0.4179382 ＝ 0.8036808（Ｖ） Ｈ ＝ ケース２の組成の生出力値（主信号） ＝ 10828.1（kcal） Ｈcor＝ ケース２の組成の真の発熱量（ガスクロマトグラフィーによる 測定値） ＝ 10940.5（kcal） ａ ＝ −4.3663 従って、このａの値を（３）式に代入して補正式とし、
上記高低２温度の出力信号をこの補正式に入力すれば、
補正を行った発熱量を求めることができる。
力値、即ち主信号をＨとすると、発熱量の補正は、補正
係数Ｃを用いて次式のように表すことができる。 Ｈcor＝Ｃ・Ｈ …（１） Ｈcor：補正後の出力 Ｈ ：生出力値（主信号） Ｃ ：補正係数 Ｃは次式のように設定する。 Ｃ＝｛Ｖ0＋ａ（Ｖ1−Ｖ0）｝／Ｖ0 …（２） Ｖ0 ：校正時の180℃/120℃の出力電圧差 Ｖ1 ：測定時の180℃/120℃の出力電圧差 ａ ：定数 これは、測定時の出力電圧差と、校正時、即ち発熱量が
わかる基準となる混合ガスについての出力電圧差の差
の、校正時の出力電圧差に対する比の値に定数ａを乗じ
たものであり、後述するように定数ａの値を実験値とし
て定めれば、補正係数Ｃを定めることができる。（２）
式を変形して（１）式に代入すると、 Ｈcor＝｛１＋ａ（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0｝Ｈ …（３） となり、｛ａ（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0｝Ｈが、主信号Ｈに加
算して補正を行う補正量である。上述したとおり、ａは
実験値として求めるのであるが、この際、Ｈcorはガス
クロマトグラフィーで測定した組成から算出した発熱量
を真の発熱量として用いる。即ち、上記（３）式に表２
に示す実験値を以下のように代入して、定数ａを求める
ことができる。 Ｖ0 ＝ ケース１の組成の180℃出力電圧−120℃出力電圧 ＝ 1.220398−0.4148020 ＝ 0.805596（Ｖ） Ｖ1 ＝ ケース２の組成の180℃出力電圧−120℃出力電圧 ＝ 1.221619−0.4179382 ＝ 0.8036808（Ｖ） Ｈ ＝ ケース２の組成の生出力値（主信号） ＝ 10828.1（kcal） Ｈcor＝ ケース２の組成の真の発熱量（ガスクロマトグラフィーによる 測定値） ＝ 10940.5（kcal） ａ ＝ −4.3663 従って、このａの値を（３）式に代入して補正式とし、
上記高低２温度の出力信号をこの補正式に入力すれば、
補正を行った発熱量を求めることができる。
【００４２】表３は上述した２種類の混合ガスの発熱量
を測定した結果を示すもので、熱伝導率式発熱量計の出
力中には装置の出力信号系統の具体的構成に起因する＋
18kcalの偏差を含んでおり、実際の出力は、この偏差を
減じた（ ）内の発熱量を出力とする。
を測定した結果を示すもので、熱伝導率式発熱量計の出
力中には装置の出力信号系統の具体的構成に起因する＋
18kcalの偏差を含んでおり、実際の出力は、この偏差を
減じた（ ）内の発熱量を出力とする。
【表３】 この表に示されるように、熱伝導率式発熱量計の生出力
値では、組成の変化により測定誤差を生じるのである
が、この生出力値に、高低２温度での測定により得られ
る出力信号差に応じた補正を行うことにより、発熱量の
誤差をキャンセルして、ガスクロマトグラフィーによる
測定と同等の精度で発熱量の測定を行えることがわか
る。
値では、組成の変化により測定誤差を生じるのである
が、この生出力値に、高低２温度での測定により得られ
る出力信号差に応じた補正を行うことにより、発熱量の
誤差をキャンセルして、ガスクロマトグラフィーによる
測定と同等の精度で発熱量の測定を行えることがわか
る。
【００４３】
【発明の効果】本発明は以上のとおりであるので、応答
速度、防爆性、温度、圧力特性等の点から燃焼式やガス
密度式等の発熱量計よりも優れている熱伝導率式発熱量
計において、不純物の混入等の組成の変化による発熱量
の測定誤差を低減することができるという効果がある。
速度、防爆性、温度、圧力特性等の点から燃焼式やガス
密度式等の発熱量計よりも優れている熱伝導率式発熱量
計において、不純物の混入等の組成の変化による発熱量
の測定誤差を低減することができるという効果がある。
【図１】 本発明の方法を適用する発熱量の測定システ
ムの一例を模式的に示す説明図である。
ムの一例を模式的に示す説明図である。
【図２】 本発明の方法を適用する発熱量の測定システ
ムの他例を模式的に示す説明図である。
ムの他例を模式的に示す説明図である。
【図３】 本発明の方法を適用する発熱量の測定システ
ムの更に他例を模式的に示す説明図である。
ムの更に他例を模式的に示す説明図である。
【図４】 本発明が適用する熱伝導率式発熱量計の一例
の内部構造を示す説明図である。
の内部構造を示す説明図である。
【図５】 図４の発熱量計のセンサ部を拡大して示す説
明図である。
明図である。
【図６】 不燃性ガスを含む種々の純ガスにおける熱伝
導率と図４の熱量計のセンサー出力との対応関係を示す
説明図である。
導率と図４の熱量計のセンサー出力との対応関係を示す
説明図である。
【図７】 都市ガスの各成分についての温度と熱伝導率
との関係を示す説明図である。
との関係を示す説明図である。
１ ケース ２ 恒温槽 ３ 測定流路 ４ センサ部 ５ 断熱材 ６ 端子箱 ７ ヒーター ８ マニホールド ９ シリコン基板 １０ 薄膜抵抗 １１ ダイヤフラム部 １２ 温度センサ １３ 測定ライン １４ 熱伝導率式発熱量計
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−75688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−29994（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294467（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68143（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−129990（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 25/18 G01K 17/00
Claims (7)
- 【請求項１】 混合ガスの所定温度における熱伝導率を
測定し、熱伝導率に対応する出力信号から、熱伝導率と
発熱量との対応関係により発熱量を算出して出力する熱
伝導率式発熱量計を用い、上記熱伝導率の測定を混合ガ
スの高低２温度について行って、所定の側の温度におけ
る出力信号から発熱量を算出すると共に、この算出した
発熱量に、高低２温度の出力信号差に対応した補正を行
って発熱量の測定値として出力することを特徴とする熱
伝導率式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 - 【請求項２】 真の発熱量がわかる混合ガスについての
校正時の測定における高低２温度の出力信号差に対す
る、測定時の高低２温度の出力信号差の変化率に定数を
乗じた係数を、熱伝導率と発熱量との対応関係により算
出した発熱量に乗じた値を発熱量の補正量として、算出
した発熱量に加算することにより発熱量の補正を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の熱伝導率式発熱量計を用
いた混合ガスの発熱量測定方法 - 【請求項３】 定数は、発熱量がわかる混合ガスについ
ての測定における各出力信号と真の発熱量を補正式に代
入して求めることを特徴とする請求項２記載の熱伝導率
式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 - 【請求項４】 熱伝導率式発熱量計は、センサ部の測定
温度を高く設定するものと、低く設定するものの２台
を、混合ガスの流れに対して並列又は直列に構成して、
高低２温度における熱伝導率の測定を行うことを特徴と
する請求項１〜３までのいずれか１項に記載の熱伝導率
式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 - 【請求項５】 熱伝導率式発熱量計は、測定温度を高く
設定するセンサ部と、低く設定するセンサ部の両者を内
蔵してガスの流れに対して直列又は並列に構成して、高
低２温度における熱伝導率の測定を行うことを特徴とす
る請求項１〜３までのいずれか１項に記載の熱伝導率式
発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 - 【請求項６】 熱伝導率式発熱量計は、センサ部の測定
温度を可変とし、測定温度を所定時間間隔で切り換えて
高低２温度における熱伝導率の測定を行うことを特徴と
する請求項１〜３までのいずれか１項に記載の熱伝導率
式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 - 【請求項７】 熱伝導率式熱量計は、センサ部の測定温
度を連続的に可変とし、所望の温度において熱伝導率の
測定を行う構成としたことを特徴とする請求項１〜３ま
でのいずれか１項に記載の熱伝導率式熱量計を用いた混
合ガスの発熱量測定方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19022096A JP3262315B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 熱伝導率式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19022096A JP3262315B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 熱伝導率式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038826A JPH1038826A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3262315B2 true JP3262315B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=16254482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19022096A Expired - Fee Related JP3262315B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 熱伝導率式発熱量計を用いた混合ガスの発熱量測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3262315B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CN100460760C (zh) * | 2004-11-26 | 2009-02-11 | 济南钢铁股份有限公司 | 混合燃气的热值稳定控制系统及计算机控制模型 |
| JP4890874B2 (ja) * | 2006-02-10 | 2012-03-07 | 株式会社山武 | 熱量計測システム |
| JP5184983B2 (ja) * | 2007-07-19 | 2013-04-17 | 理研計器株式会社 | 熱量測定方法および熱量測定装置 |
| JP5308842B2 (ja) * | 2009-01-27 | 2013-10-09 | 理研計器株式会社 | 熱量測定方法および熱量測定装置 |
| JP5344958B2 (ja) * | 2009-03-12 | 2013-11-20 | アズビル株式会社 | 発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量算出システム、及び発熱量の算出方法 |
| JP5389501B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2014-01-15 | アズビル株式会社 | 発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量算出システム、及び発熱量の算出方法 |
| JP5421832B2 (ja) * | 2010-03-25 | 2014-02-19 | アズビル株式会社 | 発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法 |
| JP5335727B2 (ja) * | 2010-03-29 | 2013-11-06 | アズビル株式会社 | 発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法 |
| JP5335728B2 (ja) * | 2010-03-29 | 2013-11-06 | アズビル株式会社 | 発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法 |
| CN105806886A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 新奥科技发展有限公司 | 气体热值测量方法及装置 |
| KR102117428B1 (ko) * | 2018-05-03 | 2020-06-01 | 두산중공업 주식회사 | 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템 및 방법 |
-
1996
- 1996-07-19 JP JP19022096A patent/JP3262315B2/ja not_active Expired - Fee Related
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