JP4068475B2

JP4068475B2 - Measurement method of gas property values

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Publication number: JP4068475B2
Application number: JP2003047112A
Authority: JP
Inventors: 鋭博原田; 和宏犬塚; 誉人今野
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004257790A

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
６０Ａ／Ｄ変換回路
７０制御部
７１ディジタル出力端子
８０Ｄ／Ａ変換回路
８１アナログ出力端子
９０ヒータ駆動回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring gas property values, and more particularly to a method for measuring gas property values using a microflow sensor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a city gas supply business, due to cost competition with the electricity supply business, it is expected that there will be considerable fluctuations in the composition and heat quantity of the gas supplied when the era of straight supply and consignment of natural gas is entered. Is done. If this happens, it will also affect the combustion of industrial furnaces and burners, and it is expected that performance will deteriorate and product defects will occur. As one measure to prevent this, it is necessary to determine the adaptability between the supplied gas and the gas appliance using a predetermined index. For this purpose, the thermal conductivity, gas density, etc. Therefore, it is necessary to accurately measure physical properties specific to each gas.
[0003]
Conventionally, as a method or apparatus for measuring gas property values, as described in Patent Document 1 or Patent Document 2 below, a change in resistance value due to a gas type of a thin film resistor disposed on a diaphragm is detected as thermal conductivity. There is something like that. In these conventional techniques, in order to keep the temperature of the gas to be measured constantly constant, a flow path is placed in a thermostat inside the measuring instrument, and a constant temperature circuit for driving the thin film resistor is used to The effect of temperature fluctuations on the conductivity is removed.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-38826
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-174010
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, any of the above conventional methods or apparatuses for measuring gas physical properties has led to an increase in size, complexity, and cost associated with the apparatus and electric circuit. In particular, there is a problem that the structure is complicated by providing the thermostatic chamber, and the electric power and the circuit scale are increased because the temperature of the thermostatic chamber is controlled by a heater. In addition, a measurement circuit and a constant temperature circuit are necessary, and there is another problem that the circuit scale and complexity are increased. In addition, there is an attempt to measure a physical property value using a microflow sensor. However, as shown in FIG. 7, due to a problem that a sensor output for obtaining a physical property value fluctuates due to temperature aging, it is not practical. There wasn't. FIG. 7 is a graph showing sensor output measured at a steady temperature after applying a temperature of 70 ° C. for 48 hours in the conventional method.
[0006]
Therefore, in view of the present situation described above, the present invention eliminates the influence of temperature aging, which is an unnecessary noise component, without using a microflow sensor and without increasing the size and complexity of an apparatus or an electric circuit. It is an object of the present invention to provide a measurement method capable of measuring a physical property value of a measurement gas.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for measuring a gas property value according to claim 1, which has been made to solve the above problem, is at least one of a plurality of thermopiles included in a microflow sensor attached to a gas flow path through which a gas to be measured passes. An actual sensor output data acquisition step for acquiring physical sensor output data, which is the sensor output at a predetermined measurement temperature, by measuring a physical property value of the gas under measurement using sensor output obtained from one; A measuring sensor for obtaining a measuring sensor output when the measuring temperature is substituted for each of a plurality of predetermined measuring lines indicating the relationship between the sensor output and the temperature assumed for the gas to be measured An output calculation step, a comparison step for comparing a plurality of weighing sensor outputs determined in the weighing sensor output calculation step with the actual sensor output, Based on the comparison result of the comparison step, the measurement target gas is determined using a measurement line determination step that determines the measurement line that most accurately represents the actual sensor output data, and the measurement line determined in the measurement line determination step. A standard value calculation step for obtaining a predetermined standard value related to the thermal conductivity of the material, and a determination step for determining a relationship between the standard value and the thermal conductivity.
[0008]
Further, a gas physical property value measuring method according to claim 2, which is made to solve the above-mentioned problem, is a gas physical property value measuring method according to claim 1, wherein the standard value is subjected to a temperature correction process for correcting the standard value. In the determining step, the relationship between the temperature-corrected standard value and the thermal conductivity is determined.
[0009]
The method for measuring a gas property value according to claim 3, which is made to solve the above-described problem, is the method for measuring a gas property value according to claim 1, wherein the standard value corresponds to the plurality of thermopiles. Then, it is obtained based on the plurality of measurement lines determined respectively.
[0010]
The method for measuring a gas physical property value according to claim 4, which has been made to solve the above problem, includes at least one of a plurality of thermopiles included in a microflow sensor attached to a gas flow path through which a gas to be measured passes. Using the sensor output obtained from any one of the methods, the physical property value of the gas to be measured is measured, and actual sensor output data acquisition is performed to acquire actual sensor output data that is the sensor output at a predetermined measurement temperature. A correction sensor output calculation step for obtaining a correction sensor output obtained by correcting the temperature of the actual sensor output data using a predetermined temperature correction formula for the gas to be measured, and using the correction sensor output, A standard value calculation step for obtaining a predetermined standard value related to the thermal conductivity of the measurement gas, and a confirmation step for determining the relationship between the standard value and the thermal conductivity. And wherein the door.
[0011]
In addition, the method for measuring a gas property value according to claim 5, which has been made to solve the above problem, is the gas property value measurement method according to claim 4, wherein the standard value corresponds to the plurality of thermopiles. It is calculated | required based on the several said correction | amendment sensor output each determined, It is characterized by the above-mentioned.
[0012]
Moreover, the measurement method of the gas physical property value of Claim 6 made | formed in order to solve the said subject is the measurement method of the gas physical property value as described in any one of Claims 1-5, In the said physical property value, The density is calculated based on the correlation with the thermal conductivity of the gas to be measured.
[0013]
According to the first and sixth aspects of the invention, the sensor output obtained from at least one of the plurality of thermopiles included in the microflow sensor attached to the gas flow path through which the gas to be measured passes is utilized. The physical property value of the gas to be measured is measured. Specifically, actual sensor output data obtained from the thermopile at a predetermined measurement temperature is acquired, and then a plurality of predetermined measurement lines indicating the relationship between the sensor output and the temperature assumed for the gas to be measured The weighing sensor output when the weighing temperature is substituted for each is obtained, and then the plurality of determined weighing sensor outputs are compared with the actual sensor output. An appropriate measurement line is determined, and then, using the determined measurement line, a predetermined standard value relating to the thermal conductivity of the gas to be measured is obtained, and the standard value and the thermal conductivity are determined. Is established. Based on the relationship between the standard value thus determined and the thermal conductivity, for example, the density as the physical property value of the gas to be measured can be measured. That is, the physical property value of a pure gas to be measured from which the influence of temperature aging which is an unnecessary noise component is removed is measured.
[0014]
According to the second aspect of the invention, the physical property value of the gas to be measured is measured based on the relationship between the temperature-corrected standard value and the thermal conductivity.
[0015]
According to the invention of claim 3, the standard value is obtained based on the plurality of measuring lines respectively determined corresponding to the plurality of thermopiles.
[0016]
According to the inventions of claims 4 and 6, the sensor output obtained from at least one of the plurality of thermopiles included in the microflow sensor attached to the gas flow path through which the gas to be measured passes is used. Then, the physical property value of the gas to be measured is measured. Specifically, the actual sensor output data obtained from the thermopile at a predetermined metering temperature is acquired, and then the corrected sensor output in which the actual sensor output data is temperature-corrected using a predetermined temperature correction equation for the gas to be measured. Next, a predetermined standard value relating to the thermal conductivity of the gas to be measured is determined, and the relationship between the standard value and the thermal conductivity is determined. Then, based on the relationship between the standard value thus determined and the thermal conductivity, for example, the density as the physical property value of the gas to be measured is measured. That is, it is possible to measure a physical property value of a pure gas to be measured from which the influence of temperature aging which is an unnecessary noise component is removed.
[0017]
According to the invention of claim 5, the standard value is obtained based on a plurality of correction sensor outputs respectively determined corresponding to the plurality of thermopiles.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view illustrating a microflow sensor 1 (1 ′) used as a gas physical property detection element in the present invention. The microflow sensor 1 includes a Si substrate 2, a diaphragm 3, a microheater 4 made of platinum or the like formed on the diaphragm 3, a downstream thermopile 5 formed on the diaphragm 3 on the downstream side of the microheater 4, a microheater 4 shows power supply terminals 6A and 6B for supplying drive current from a power source (not shown), upstream thermopile 8 formed on diaphragm 3 on the upstream side of microheater 4, and first temperature detection signals output from downstream thermopile 5. First output terminals 7A and 7B for outputting, and second output terminals 9A and 9B for outputting a second temperature detection signal output from the upstream thermopile 8 are provided.
[0019]
The microflow sensor 1 is arranged in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction (direction from P to Q) with respect to the microheater 4, and a right thermopile 11 that outputs a third temperature detection signal, and the right thermopile 11 The third output terminals 12A and 12B that output the third temperature detection signal output from the third heater are arranged in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction (direction from P to Q) with respect to the microheater 4, and the fourth temperature detection From the left thermopile 13 that outputs a signal, the fourth output terminals 14A and 14B that output the fourth temperature detection signal output from the left thermopile 13, the resistors 15 and 16 for obtaining the gas temperature, and the resistors 15 and 16 Are provided with output terminals 17A and 17B for outputting a gas temperature signal.
[0020]
The upstream thermopile 8, the downstream thermopile 5, the right thermopile 11, and the left thermopile 13 are composed of thermocouples. This thermocouple is composed of p ++ ￣Si and Al, has a cold junction and a hot junction, detects heat, and generates a thermoelectromotive force from the temperature difference between the cold junction and the hot junction, thereby detecting the temperature. A signal is output. In addition, the diaphragm 3 formed on the Si substrate 2 is formed with respective hot junctions of the micro heater 4, the upstream thermopile 8, the downstream thermopile 5, the right thermopile 11, and the left thermopile 13.
[0021]
In the microflow sensor 1 having such a configuration, the first temperature detection signal and the second temperature detection signal when the microheater 4 is overheated by an external driving current are measured, for example, through a predetermined flow path. The third temperature detection signal and / or the fourth temperature detection signal is used for determining, for example, a physical property value of the gas to be measured. Since the flow velocity measurement method using the microflow sensor 1 is well known, detailed description thereof is omitted here. Examples of using the microflow sensor 1 as a detection element for the density and thermal conductivity of a gas to be measured have been filed in Japanese Patent Application Nos. 2002-29049 and 2002-292050 by the present applicants. It is noted that the output of the left or right thermopile has a substantially linear relationship with the density and thermal conductivity, and as shown in FIG. 2 below, the microflow sensor is a detecting element for density and thermal conductivity. It is used as.
[0022]
That is, as shown in FIG. 2 (A), a pocket portion 21 is formed on the inner wall of the gas flow path 20 through which the gas to be measured passes and has an opening 21A through which the gas flow path 20 communicates. . In the pocket portion 21, a microflow sensor 1 'having the configuration shown in FIG. 1 is attached as a density sensor. As is well known, the micro flow sensor 1 as a flow sensor having the same configuration as the micro flow sensor 1 ′ may be attached to the gas flow path 20. Further, the plurality of rectifying grids 22 may be arranged at equal intervals and in parallel so that the cross section of the gas flow path 20 is equally divided based on the installation location of the microflow sensor 1. Furthermore, the meshes 23 A to 23 C and the mesh 23 D may be arranged in the middle of the gas flow path 20 so as to sandwich the rectifying grid 22 from the upstream side P and the downstream side Q, respectively.
[0023]
As shown in FIG. 2B, the pocket portion 21 has, for example, a substantially cylindrical shape, and a microflow sensor 1 'is attached to the upper portion so that the measurement surface faces downward. A substantially circular opening 21 A that communicates with the gas flow path 20 is formed in the lower portion of the pocket portion 21. The diameter of the opening 21 A is sufficiently small with respect to the volume of the pocket portion 21 so as not to be affected by the flow of the gas to be measured that passes through the gas flow path 20.
[0024]
Note that the microflow sensor 1 as a flow rate sensor is not necessarily required in the present invention. Further, when measuring the density and thermal conductivity in the absence of gas flow, the pocket portion 21 is not necessarily required. However, in the present invention, the description will be continued on the assumption of the configuration shown in FIG. In the present specification, the upstream thermopile 8 and the downstream thermopile 5 are also referred to as thermopiles TP1 and TP2, and the right thermopile 11 and the left thermopile 13 are sometimes referred to as thermopiles TP3 and TP4.
[0025]
A detection circuit unit connected to the microflow sensor 1 'as a density sensor attached to the pocket unit 21 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, in this detection circuit unit, the downstream thermopile 5, the upstream thermopile 8, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 of the microflow sensor 1 'are respectively connected to an amplifier AMP1, an amplifier AMP2, an amplifier AMP3, and An amplifier AMP4 is connected. The amplifier AMP1, the amplifier AMP2, the amplifier AMP3, and the amplifier AMP4 are respectively provided with a first temperature detection signal, a second temperature detection signal, and a third temperature supplied from the downstream thermopile 5, the upstream thermopile 8, the right thermopile 11, and the left thermopile 13, respectively. The detection signal and the fourth temperature detection signal are amplified and output to the adder circuit 30.
[0026]
The adder circuit 30 basically adds the first to fourth detection signals and outputs them to the zero point adjustment circuit 40. However, it is not always necessary to use all of the first to fourth detection signals. That is, at least one of the first to fourth temperature detection signals may be used, or any two or more of the first to fourth detection signals may be used. The combination method is also arbitrary, and may be, for example, a combination of the first detection signal and the second detection signal, a combination of the third detection signal and the fourth detection signal, or the like. This makes it possible to employ a good temperature detection signal among a plurality of temperature detection signals, and finally improve the sensor output. In addition, the influence of the vortex flow rate in the pocket portion can be removed.
[0027]
The zero point adjusting circuit 40 includes resistors R1, R2, Rx, a variable resistor VR1, an amplification constant changing switch SW1, and an amplifier AMP5, and its input terminal is connected to the adding circuit 30 and its output terminal is a span adjusting circuit. 50. The amplification factor of the amplifier AMP5 can be adjusted by switching and controlling the amplification constant changing switch SW1.
[0028]
The span adjustment circuit 50 includes resistors R3, R4, Ry, a variable resistor VR2, an amplification constant change switch SW2, and an amplifier AMP6, and its input terminal is connected to the zero point adjustment circuit 40 and its output terminal is A / A. The D conversion circuit 60 is connected. Then, the amplification factor of the amplifier AMP6 can be adjusted by switching and controlling the amplification constant changing switch SW2.
[0029]
The A / D conversion circuit 60 converts the sensor output, which is an amplified analog value supplied from the amplifier AMP6 of the span adjustment circuit 50, into a digital value. This digital value may be output directly from the digital output terminal 71 via the control unit 70, or may be output after pulse conversion by the control unit 70, or output after frequency conversion. Alternatively, it may be converted into a communication message and output.
[0030]
The control unit 70 instructs the heater drive circuit 90 to control the microheater 4 to an optimum temperature, or converts the sensor output into a predetermined digital output and outputs it from the digital output terminal 71. The control unit 70 includes a gas property value measurement logic 701. The logic 701 will be described later with reference to FIGS.
[0031]
The D / A conversion circuit 80 converts the digital output value supplied from the control unit 70 into an analog signal within a range that conforms to a required analog standard value, and outputs the analog signal from the analog output terminal 81. As an output method, for example, a constant current signal of 4-20 mA, a constant voltage signal of 1-5 V, or the like can be applied.
[0032]
The heater drive circuit 90 is configured by, for example, a transistor circuit, and is a circuit that controls the temperature of the microheater 4 when instructed by the control unit 70. As a driving method, known constant voltage driving, constant current driving, constant power driving, constant temperature driving, constant temperature difference driving, or the like can be applied.
[0033]
Subsequently, a processing procedure according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. That is, in step S1 of FIG. 4 showing the first embodiment, for example, the sampling time is awaited using the timer function included in 70 in the control unit (N in step S1). When the sampling time is reached (Y in step S1), the process proceeds to step S2, and the measured temperature T and the actual sensor output V at the measured temperature T are obtained. ₁₂ , V ₃₄ Data is acquired. Here, actual sensor output V ₁₂ Indicates the sum of the sensor outputs of the thermopiles TP1 and TP2 at the measured temperature T, and the actual sensor output V ₃₄ Indicates the sum of the sensor outputs of the thermopiles TP3 and TP4 at this temperature. Step S2 corresponds to the actual sensor output data acquisition step in the claims.
[0034]
Next, in step S3 and step S4, all the measurement lines y for which the gas temperature T is assumed. ₁₂ (I), y ₃₄ Substituting into (i), weighing sensor output y ′ ₁₂ (I) is required. Specifically, the measuring line y corresponding to the sensor output of the thermopile TP1, TP2 with a specific gas set at the time of shipment ₁₂ Y ₁₂ = Ax + (b ± Δb), and similarly, the temperature measurement line y corresponding to the sensor outputs of the thermopiles TP3 and TP4 ₃₄ Y ₃₄ = A′x + (b ′ ± Δb ′), and n measurement lines, y _{(n-1) (n)} = Ax + (b ± (n / 2) * Δb). Here, a, b, a ′, b ′ are coefficients of the measurement line, x is gas temperature data on the calculation formula (measurement line), y _{(n-1) (n)} Indicates the sensor output obtained from the calculation formula (measurement line). And all i (i is 0 to n) assumed measuring lines y ₁₂ (I), y ₃₄ For each (i), the gas temperature T is substituted as the gas temperature data x in the calculation formula, and the weighing sensor output y ′ ₁₂ (I), y ′ ₃₄ (I) is determined. Steps S3 and S4 correspond to the weighing sensor output calculation step in the claims.
[0035]
Next, in step S5, step S5a, step S6, and step S6a, all the weighing sensor outputs y ′ obtained as described above are used. ₁₂ (I) and y ′ ₃₄ (I) and the actual sensor output V acquired in step S2 ₁₂ And V ₃₄ The data is compared. Step S5, step S5a, step S6, and step S6a correspond to the comparison step in the claims.
[0036]
Next, in step S7 and step S8, based on the comparison results in step S5 and step S6, the measuring line y to be adopted ₁₂ And y ₃₄ Is determined. This determination method is, for example, an actual sensor output V ₁₂ And V ₃₄ Based on which weighing line the data is within (± Δb / 2). Steps S7 and S8 correspond to the measuring line determination step in the claims.
[0037]
Next, in step S9, a standard value γ1 is obtained. This standard value γ1 is, for example, the measuring line y determined in step S7 and step S8. ₁₂ And y ₃₄ Ratio y ₁₂ / Y ₃₄ And Step S9 corresponds to the standard value calculation step in the claims.
[0038]
On the other hand, in step S10, a temperature correction value α is obtained. This temperature correction value α is set with respect to the standard value at the time of shipment. ² + Tx + u. Here, s, t, and u are all temperature correction coefficients of the standard value γ, and x is as described above. Then, the gas temperature T is substituted into the above equation as the gas temperature data x, and a temperature correction value α common to all the gases is obtained.
[0039]
Next, in step S11, the corrected standard value γγ1 is obtained by subtracting the temperature correction value α from the standard value γ1 obtained in step S9. In step S12, a temperature-corrected linear relationship is derived between the corrected standard value γγ1 and the thermal conductivity ρ. Steps S10, S11, and S12 correspond to a correction standard value calculation step and a determination step in the claims, respectively.
[0040]
In step S13, zero point adjustment is performed, and in step S14, span adjustment is performed. These zero point adjustment and span adjustment can be performed using the zero point adjustment circuit 40 and the span adjustment circuit 50 as described above.
[0041]
As described above, according to the first embodiment, the density as the physical property value of the gas to be measured can be measured based on the linear relationship between the standard value determined as described above and the thermal conductivity. That is, the physical property value of a pure gas to be measured from which the influence of temperature aging which is an unnecessary noise component is removed is measured. As a result, there is no need to provide a constant temperature bath or additional flow channel inside the apparatus as in the prior art, and no measurement circuit or constant temperature circuit is required, thereby simplifying the measurement apparatus and reducing the costs associated therewith. In step S11, the physical property value of the gas to be measured is measured based on the relationship between the temperature-corrected standard value and the thermal conductivity, so that the physical property value of the gas to be measured can be measured more accurately.
[0042]
In step S21 and step S22 of FIG. 5 showing the second embodiment, the actual sensor output V at the gas temperature T is reached at a predetermined sampling time, as in steps S1 and S2 in the first embodiment. ₁₂ , V ₃₄ Data is acquired. Step S22 corresponds to the actual sensor output data acquisition step in the claims.
[0043]
Next, in step S23 and step S24, the temperature correction value q ₁₂ And q ₃₄ Is required. Here, the temperature correction value q ₁₂ Is the actual sensor output V ₁₂ Temperature correction value corresponding to the temperature correction value q ₃₄ Is the actual sensor output V ₃₄ Is a temperature correction value corresponding to. These temperature correction values q ₁₂ And q ₃₄ Are both s'x ² + T′x + u ′. Here, s ′, t ′, and u ′ are temperature correction coefficients according to s, t, and u described in the first embodiment, but their values are different. x is as described above. The gas temperature T is substituted into the above equation as the gas temperature data x, and the temperature correction value q common to all the gases ₁₂ And q ₃₄ Is required. Next, in step S25 and step S26, the actual sensor output V acquired in step S22. ₁₂ And V ₃₄ Temperature correction value q from the data ₁₂ And q ₃₄ The sensor output y ″ ₁₂ And y ″ ₃₄ Is required. Correction sensor output y ″ ₁₂ And y ″ ₃₄ As shown in FIG. 6, it can be seen that the effect of temperature aging on the sensor output is almost eliminated. Steps S23 to S26 correspond to the correction sensor output calculation step in the claims.
[0044]
Next, in step S27, a standard value γ2 is obtained. The standard value γ2 is the correction sensor output y ″ obtained in the above steps S25 and S26. ₁₂ And y ″ ₃₄ Ratio of y ″ ₁₂ / Y ″ ₃₄ And In some cases, temperature correction is performed again in step S28, and a corrected standard value γγ2 is obtained. However, if temperature correction is not necessary again, step S28 is skipped, and for convenience, the standard value γ2 is directly used as the correction standard value γγ2 and the process proceeds to step S29, where the temperature between the correction standard value γγ2 and the thermal conductivity ρ A corrected linear relationship is derived. Step S27 and step S29 correspond to the correction sensor output calculation step and the determination step in the claims, respectively.
[0045]
In step S30, zero point adjustment is performed, and in step S31, span adjustment is performed. These zero point adjustment and span adjustment can be performed using the zero point adjustment circuit 40 and the span adjustment circuit 50 as described above.
[0046]
As described above, according to the second embodiment, the density as the physical property value of the gas to be measured can be measured based on the relationship between the standard value determined as described above and the thermal conductivity. That is, a physical property value of a pure gas to be measured from which the influence of temperature aging, which is an unnecessary noise component, is removed is measured by a very simple method in which only temperature correction is performed in software. As a result, there is no need to provide a constant temperature bath or additional flow channel inside the apparatus as in the prior art, and no measurement circuit or constant temperature circuit is required, thereby simplifying the measurement apparatus and reducing the costs associated therewith.
[0047]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the influence of temperature aging, which is an unnecessary noise component, is removed without increasing the size and complexity of an apparatus or an electric circuit as in the past. A measurement method is provided that enables measurement of physical properties of gas. As a result, simplification of the measuring apparatus and method and the associated cost reduction are achieved.
[0048]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point, it can change suitably. For example, the standard value may be other than the formula exemplified in each embodiment. Further, the gas property value to be measured may be not only density but also thermal conductivity, specific heat, viscosity, and the like.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and sixth aspects of the invention, it is obtained from at least one of a plurality of thermopiles included in the microflow sensor attached to the gas flow path through which the gas to be measured passes. The physical property value of the gas to be measured is measured using the sensor output. Specifically, actual sensor output data obtained from the thermopile at a predetermined measurement temperature is acquired, and then a plurality of predetermined measurement lines indicating the relationship between the sensor output and the temperature assumed for the gas to be measured The weighing sensor output when the weighing temperature is substituted for each is obtained, and then the plurality of determined weighing sensor outputs are compared with the actual sensor output. An appropriate measurement line is determined, and then, using the determined measurement line, a predetermined standard value relating to the thermal conductivity of the gas to be measured is obtained, and the standard value and the thermal conductivity are determined. Is established. Based on the relationship between the standard value thus determined and the thermal conductivity, for example, the density as the physical property value of the gas to be measured can be measured. That is, the physical property value of a pure gas to be measured from which the influence of temperature aging which is an unnecessary noise component is removed is measured. As a result, there is no need to provide a constant temperature bath or additional flow channel inside the apparatus as in the prior art, and no measurement circuit or constant temperature circuit is required, thereby simplifying the measurement apparatus and reducing the costs associated therewith.
[0050]
According to the second aspect of the invention, since the physical property value of the gas to be measured is measured based on the relationship between the temperature-corrected standard value and the thermal conductivity, a more accurate physical property value of the gas to be measured can be obtained. Measurement is possible.
[0051]
According to the invention described in claim 3, since the standard value is obtained based on the plurality of measuring lines determined respectively corresponding to the plurality of thermopiles, the physical property value of the gas to be measured can be measured more accurately. It becomes.
[0052]
According to the inventions of claims 4 and 6, the sensor output obtained from at least one of the plurality of thermopiles included in the microflow sensor attached to the gas flow path through which the gas to be measured passes is used. Then, the physical property value of the gas to be measured is measured. Specifically, the actual sensor output data obtained from the thermopile at a predetermined metering temperature is acquired, and then the corrected sensor output in which the actual sensor output data is temperature-corrected using a predetermined temperature correction equation for the gas to be measured. Next, a predetermined standard value relating to the thermal conductivity of the gas to be measured is determined, and the relationship between the standard value and the thermal conductivity is determined. Then, based on the relationship between the standard value thus determined and the thermal conductivity, for example, the density as the physical property value of the gas to be measured is measured. That is, it is possible to measure a physical property value of a pure gas to be measured from which the influence of temperature aging, which is an unnecessary noise component, is removed by a very simple method in which temperature correction is performed in a software manner. As a result, there is no need to provide a constant temperature bath or additional flow channel inside the apparatus as in the prior art, and no measurement circuit or constant temperature circuit is required, thereby simplifying the measurement apparatus and reducing the costs associated therewith.
[0053]
According to the invention described in claim 5, since the standard value is obtained based on the plurality of correction sensor outputs respectively determined corresponding to the plurality of thermopiles, the physical property value of the gas to be measured can be measured more accurately. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a microflow sensor used in the present invention.
2A is a schematic cross-sectional view in the vicinity of a gas physical property measurement unit, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a pocket portion in FIG. 2A.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing sensor output measured at a steady temperature after applying a temperature of 70 ° C. for 48 hours in the method of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing sensor output measured at a steady temperature after applying a temperature of 70 ° C. for 48 hours in the conventional method.
[Explanation of symbols]
1 'micro flow sensor (density sensor)
20 channels
21 Pocket
30 Adder circuit
40 Zero point adjustment circuit
50 Span adjustment circuit
60 A / D conversion circuit
70 Control unit
71 Digital output terminal
80 D / A converter circuit
81 Analog output terminal
90 Heater drive circuit

Claims

A method for measuring a physical property value of a gas to be measured using a sensor output obtained from at least one of a plurality of thermopiles included in a microflow sensor attached to a gas flow path through which the gas to be measured passes. Because
An actual sensor output data acquisition step of acquiring actual sensor output data which is the sensor output at a predetermined weighing temperature;
Metering sensor output for obtaining a metering sensor output when substituting the metering temperature for each of a plurality of predetermined metering lines indicating the relationship between the sensor output and temperature assumed for the gas to be measured Calculation process;
A comparison step of comparing a plurality of weighing sensor outputs determined in the weighing sensor output calculation step with the actual sensor output;
A measurement line determination step for determining a measurement line that most accurately represents the actual sensor output data based on the comparison result of the comparison step;
Using the measurement line determined in the measurement line determination step, a standard value calculation step for obtaining a predetermined standard value related to the thermal conductivity of the gas to be measured,
A determination step for determining a relationship between the standard value and the thermal conductivity;
A method for measuring a gas property value, comprising:

The method for measuring a gas property value according to claim 1,
A correction standard value calculation step of correcting the temperature of the standard value,
In the determining step, the relationship between the temperature-corrected standard value and the thermal conductivity is determined.
A method for measuring a gas property value.

In the measuring method of the gas physical property value according to claim 1 or 2,
The standard value is
Determined based on the plurality of measuring lines respectively determined corresponding to the plurality of thermopiles;
A method for measuring a gas property value.

A method for measuring a physical property value of a gas to be measured using a sensor output obtained from at least one of a plurality of thermopiles included in a microflow sensor attached to a gas flow path through which the gas to be measured passes. Because
An actual sensor output data acquisition step of acquiring actual sensor output data which is the sensor output at a predetermined weighing temperature;
A correction sensor output calculation step for obtaining a correction sensor output obtained by correcting the temperature of the actual sensor output data using a predetermined temperature correction formula for the gas to be measured;
Using the correction sensor output, a standard value calculation step for obtaining a predetermined standard value related to the thermal conductivity of the gas to be measured;
A determination step for determining a relationship between the standard value and the thermal conductivity;
A method for measuring a gas property value, comprising:

The method for measuring a gas property value according to claim 4,
The standard value is
Determined based on the plurality of correction sensor outputs respectively determined corresponding to the plurality of thermopile,
A method for measuring a gas property value.

In the measuring method of the gas physical property value according to any one of claims 1 to 5,
The physical property value is a density calculated based on a correlation with the thermal conductivity of the gas to be measured.
A method for measuring a gas property value.