发热量测量系统以及发热量的测量方法 |
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| 申请号 | CN201310060562.0 | 申请日 | 2013-02-26 | 公开(公告)号 | CN103364433A | 公开(公告)日 | 2013-10-23 |
| 申请人 | 阿自倍尔株式会社; | 发明人 | 大石安治; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种能够容易地测量气体的发热量的发热量测量系统。该发热量测量系统包括：容器（101），其被注入测量对象混合气体；微芯片（8），其被配置在容器（101）上且包含以多个发热 温度 进行发热的发热元件；测量部（301），其对来自多个发热温度的各温度下的与测量对象混合气体 接触 的发热元件的电 信号 的值进行测量；计算式存储装置（402），其保存以来自多个发热温度下的发热元件的 电信号 为独立变量、以发热量为从属变量的发热量计算式；和发热量计算部（305），其将来自发热元件的电信号的测量值代入发热量计算式的独立变量，计算测量对象混合气体的发热量的值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种发热量计算式制作系统，其特征在于，包括: |
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| 说明书全文 | 发热量测量系统以及发热量的测量方法技术领域[0001] 本发明涉及关于气体检查技术的发热量测量系统以及发热量的测量方法。 背景技术[0002] 以往，在求混合气体的发热量的时候，需要使用昂贵的气相色谱仪装置等对混合气体的成分进行分析。而且，还提案有通过测量混合气体的热传导率和混合气体中的音速， 来计算混合气体中包含的甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、氮气（N2）和碳酸气体（CO2）的成分比率，从而求得混合气体的发热量的方法（例如，参见专利文献1）。 [0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本特表2004－514138号公报 发明内容[0006] 发明所要解决的问题 [0007] 但是，专利文献1所揭示的方法中，除了需要用于测量热传导率的传感器之外，还需要用于测量音速的昂贵的音速传感器。因此，本发明的目的之一在于提供能够容易地测 量气体的发热量的发热量测量系统以及发热量的测量方法。 [0008] 解决问题的手段 [0009] 根据本发明的发热量计算式制作系统，其包括:（a）多种混合气体分别被注入的容器；（b）置于所述容器的、以多个发热温度发热的发热元件；（c）测量部，其对来自所述多 个发热温度的各种温度下的所述发热元件的电信号的值进行测量；和（d）计算式制作部， 其基于所述多种混合气体的发热量的值、以及来自所述多个发热温度下的所述发热元件的 电信号的测量值，制作以来自所述多个发热温度下的所述发热元件的电信号为独立变量、 以所述发热量为从属变量的发热量计算式。 [0010] 根据本发明的发热量计算式的制作方法，其包括以下步骤:（a）准备多种混合气体；（b）使得与所述多种混合气体分别接触的发热元件以多个发热温度发热；（c）对来自 所述多个发热温度的各温度下的所述发热元件的电信号的值进行测量；和（d）基于所述多 种混合气体的发热量的值、以及来自所述多个发热温度下的所述发热元件的电信号的测量 值，制作以来自所述多个发热温度下的所述发热元件的电信号为独立变量、以所述发热量 为从属变量的发热量计算式。 [0011] 根据本发明的发热量测量系统，其包括:（a）测量对象混合气体被注入的容器；（b）设置于所述容器的、以多个发热温度发热的发热元件；（c）测量部，其对来自所述多个 发热温度的各温度下的与所述测量对象混合气体接触的所述发热元件的电信号的值进行 测量；（d）计算式存储装置，其保存以来自所述多个发热温度下的所述发热元件的电信号 为独立变量、以发热量为从属变量的发热量计算式；和（e）发热量计算部，其将来自所述发 热元件的电信号的测量值代入所述发热量计算式的所述独立变量，计算所述测量对象混合 气体的发热量的值。 [0012] 根据本发明的发热量的测量方法，其包括以下步骤:（a）准备测量对象混合气体；（b）使得与所述测量对象混合气体接触的发热元件以多个发热温度发热；（c）对来自所述 多个发热温度的各温度下的所述发热元件的电信号的值进行测量；（d）准备以来自所述多 个发热温度下的所述发热元件的电信号为独立变量、以所述发热量为从属变量的发热量计 算式；和（e）将来自所述发热元件的电信号的测量值代入到所述发热量计算式中的所述独 立变量，计算所述测量对象混合气体的发热量的值。 [0013] 发明效果 [0015] 图1是本发明的实施形态所涉及的第一微芯片的立体图。 [0016] 图2是本发明的实施形态所涉及的第一微芯片的从图1的II-II方向观察的截面图。 [0017] 图3是本发明的实施形态所涉及的第二微芯片的立体图。 [0018] 图4是本发明的实施形态所涉及的第二微芯片的从图3的IV-IV方向观察的截面图。 [0019] 图5是本发明的实施形态所涉及的发热元件的电路图。 [0020] 图6是本发明的实施形态所涉及的测温元件的电路图。 [0021] 图7是表示本发明的实施形态所涉及的热传导率与散热系数的关系的图表。 [0022] 图8是表示本发明的实施形态所涉及的发热元件的温度与气体的散热系数的关系的图表。 [0024] 图10是表示本发明的实施形态所涉及的热传导率与发热元件的电阻的关系的第二图表。 [0025] 图11是表示本发明的实施形态所涉及的热传导率与发热元件的电阻的关系的第三图表。 [0026] 图12是表示本发明的实施形态所涉及的热传导率与发热元件的电阻的关系的第四图表。 [0027] 图13是表示本发明的实施形态所涉及的热传导率与发热元件的驱动功率的关系的第一图表。 [0028] 图14是表示本发明的实施形态所涉及的热传导率与发热元件的驱动功率的关系的第二图表。 [0029] 图15是本发明的实施形态所涉及的发热量测量系统的第一示意图。 [0030] 图16是本发明的实施形态所涉及的发热量测量系统的第二示意图。 [0031] 图17是表示本发明的实施形态所涉及的发热量计算式的制作方法的流程图。 [0032] 图18是表示本发明的实施形态所涉及的发热量的测量方法的流程图。 [0033] 图19是表示本发明的实施例1所涉及的发热量的计算误差的图表。 [0034] 图20是表示本发明的比较例1所涉及的发热量的计算误差的图表。 [0035] 图21是表示本发明的实施例2所涉及的发热量的计算值的图表。 具体实施方式[0036] 以下对本发明的实施形态进行说明。在以下附图的记载中，相同或类似的部分以相同或类似的符号表示。但是，附图为示意性的。因此，具体的尺寸等应该参考以下的说明 进行判断。又，附图相互之间包含有相互的尺寸的关系、比例不同的部分是当然的。 [0037] 首先，参考作为立体图的图1以及作为从图1的II－II方向观察的截面图的图2，对实施形态涉及的发热量测量系统中采用的微芯片8进行说明。微芯片8具有：设有空 腔66的基板60和配置在基板60上以覆盖空腔66的绝缘膜65。基板60的厚度例如为 0.5mm。又，基板60的长宽尺寸例如分别为1.5mm左右。绝缘膜65的覆盖空腔66的部分 为绝热性的膜片。另，微芯片8包括：设置在绝缘膜65的膜片（ダイアフラム）部分的发热 元件61、夹着发热元件61设置于绝缘膜65的膜片部分的第一测温元件62和第二测温元件 63、以及设置于基板60上的保温元件64。 [0038] 在膜片上设置有多个孔。由于在膜片上设置多个孔，空腔66内的气体的置换变快。或者，也可以如图3以及作为从IV－IV方向观察的截面图的图4所示，以桥状地覆盖 空腔66的形态将绝缘膜65设置在基板60上。由此，空腔66内露出，空腔66内的气体的 置换变快。 [0039] 发热元件61设置在覆盖空腔66的绝缘膜65的膜片部分的中心。发热元件61例如是电阻器，被施加电力而发热，对与发热元件61接触的气氛气体进行加热。第一测温元 件62和第二测温元件63例如是电阻器等的无源元件等的电子元件，输出依存于气氛气体 的气体温度的电信号。以下，说明的是利用第一测温元件62的输出信号的实例，但并不限 定于此，例如可以将第一测温元件62的输出信号和第二测温元件63的输出信号的平均值 作为测温元件的输出信号。 [0040] 保温元件64例如是电阻器，被施加电力而发热，将基板60的温度保持为一定。基板60的材料可采用硅（Si）等。绝缘膜65的材料可使用氧化硅（SiO2）等。空腔66通过各 向异性蚀刻等形成。又，发热元件61、第一测温元件62、第二测温元件63和保温元件64各 自的材料可使用铂（Pt）等，可通过光刻法等形成。又，发热元件61、第一测温元件62、以及 第二测温元件63可以由同一构件构成。 [0041] 微芯片8通过设置在微芯片8的底面的绝热部件18固定于填充有气氛气体的容器上。通过介由绝热部件18将微芯片8固定于容器，微芯片8的温度不易受到容器的内壁 的温度变动的影响。由玻璃等构成的绝热部件18的热传导率例如为1.0W/（m·K）以下。 [0042] 如图5所示，发热元件61的一端例如电连接到运算放大器170的＋输入端子，另一端接地。又，电阻元件161与运算放大器170的＋输入端子和输出端子并联连接。运算 放大器170的－输入端子电连接于串联连接的电阻元件162和电阻元件163之间、串联连 接的电阻元件163和电阻元件164之间、串联连接的电阻元件164和电阻元件165之间、或 者电阻元件165的接地端子。通过适当确定各电阻元件162～165的电阻值，例如对电阻 元件162的一端施加电压Vin，则在电阻元件165和电阻元件164之间产生第一电压VL1，在 电阻元件164和电阻元件163之间产生比第一电压VL1高的第二电压VL2，在电阻元件163和 电阻元件162之间产生比第二电压VL2高的第三电压VL3。 [0043] 在电阻元件162和电阻元件163间与运算放大器的-输入端子之间设有开关SW1，在电阻元件163和电阻元件164间与运算放大器的－输入端子之间设有开关SW2。又，在电 阻元件164和电阻元件165间与运算放大器的－输入端子之间设有开关SW3，在电阻元件 165的接地端子与运算放大器的－输入端子之间设有开关SW4。 [0044] 对运算放大器170的－输入端子施加第三电压VL3时，仅开关SW1通电，开关SW2，SW3，SW4为断开。对运算放大器170的－输入端子施加第二电压VL2时，仅开关SW2通电，开 关SW1，SW3，SW4为断开。对运算放大器170的－输入端子施加第一电压VL1时，仅开关SW3 通电，开关SW1，SW2，SW4为断开。对运算放大器170的－输入端子施加0V的电压VL0时，仅 开关SW4通电，开关SW1，SW2，SW3为断开。从而，通过开关SW1、SW2、SW3、SW4的通断，可以 对运算放大器170的－输入端子施加0V或者三种等级的电压中的某一种。因此，通过SW1， SW2，SW3，SW4的通断，可以将决定发热元件61的发热温度的施加电压设定为三种等级。 [0045] 此处，设对运算放大器170的－输入端子施加了第一电压VL1时的发热元件61的温度为TH1。又，设对运算放大器170的－输入端子施加了第二电压VL2时的发热元件61的 温度为TH2、对运算放大器170的－输入端子施加了第三电压VL3时的发热元件61的温度为 TH3。 [0046] 如图6所示，第一测温元件62的一端例如电连接于运算放大器270的－输入端子，另一端接地。又，电阻元件261与运算放大器270的－输入端子以及输出端子并联连接。 运算放大器270的＋输入端子电连接于被串联连接的电阻元件264和电阻元件265之间。 由此，在第一测温元件62施加0.3V左右的弱电压。 [0047] 图1和图2所示的发热元件61的电阻值随着发热元件61的温度而变化。发热元件61的温度TH和发热元件61的电阻值RH的关系如下述（1）式所示。 [0048] RH=RH_STD×[1+αH(TH-TH_STD)+βH(TH-TH_STD)2] …(1) [0049] 此处，TH_STD表示发热元件61的标准温度，例如20℃。RH_STD表示标准温度TH_STD下预先测量得到的发热元件61的电阻值。αH是表示1次的电阻温度系数。βH是表示2次 的电阻温度系数。 [0050] 发热元件61的电阻值RH根据发热元件61的驱动功率PH和发热元件61的通电电流ＩH由下述（2）式得到。 [0051] RH=PH/IH2 …(2) [0052] 或发热元件61的电阻值RH根据加载于发热元件61的电压VH和发热元件61的通电电流ＩH由下述（3）式得到。 [0053] RH=VH/IH …(3) [0054] 此处，发热元件61的温度TH在发热元件61和气氛气体之间达到热平衡时稳定。又，热平衡状态是指发热元件61的发热和从发热元件61向气氛气体的散热相互平衡的状 态。如下述（4）式所示，通过平衡状态下的发热元件61的驱动功率PH除以发热元件61的 温度TH与气氛气体的温度TI之差ΔTH，得到气氛气体的散热系数MI。又，散热系数MI的单 位例如为W／℃。 [0055] MI=PH/(TH-TI)=PH/ΔTH=(VH2/RH)/ΔTH …(4) [0056] 根据上述（1）式，发热元件61的温度TH由下述（5）式得到。 [0057] TH=(1/2βH)×[-αH+[αH2-4βH(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD …(5) [0058] 从而，发热元件61的温度TH与气氛气体的温度TI之差ΔTH由下述（6）式得到。 [0059] ΔTH=(1/2βH)×[-αH+[αH2-4βH(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD-TI …(6) [0060] 气氛气体的温度TI近似于被施加自身不发热程度的电力的第一测温元件62的温度TI。第一测温元件62的温度TI和第一测温元件62的电阻值RI的关系由下述（7）式得 到。 [0061] RI=RI_STD×[1+αI(TI-TI_STD)+βI(TI-TI_STD)2] …(7) [0062] TI_STD表示第一测温元件62的标准温度，例如20℃。RI_STD表示标准温度TI_STD下被预先测量的第一测温元件62的电阻值。αI是表示1次的电阻温度系数。βI是表示2次 的电阻温度系数。根据上述（7）式，第一测温元件62的温度TI由下述（8）式求得。 [0063] TI=(1/2βI)×[-αI+[αI2-4βI(1-RI/RI_STD)]1/2]+TI_STD …(8) [0064] 由此，气氛气体的散热系数MI由下述（9）式求得。 [0065] MI=PH/ΔTH=PH/[(1/2βH)[-αH+[αH2-4βH(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD-(1/2βI)2 1/2 [-αI+[αI-4βI(1-RI/RI_STD)] ]-TI_STD] …(9) [0066] 由于可测量发热元件61的通电电流ＩH和驱动功率PH或电压VH，因此可根据上述（2）式或（3）式计算发热元件61的电阻值RH。同样地，也可计算第一测温元件62的电阻 RI。因此，采用微芯片8，能够根据上述（9）式计算气氛气体的散热系数MI。 [0067] 又，通过保温元件64保持基板60的温度为一定，发热元件61发热前的微芯片8附近的气氛气体的温度和基板60的一定的温度近似。因此，能够抑制发热元件61发热前 的气氛气体的温度的变动。通过以发热元件61进一步加热温度变动被暂时抑制的气氛气 体，能够以更高精度计算散热系数MI。 [0068] 此处，气氛气体为混合气体，混合气体假设由气体A、气体B、气体C、和气体D四种气体成分构成。气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体积率VC、和气体D的体 积率VD的总和如下述（10）式所示那样为1。 [0069] VA+VB+VC+VD=1 …(10) [0070] 又，设气体A的单位体积的发热量为ＫA、气体B的单位体积的发热量为ＫB、气体C的单位体积发热量为ＫC、气体D的单位体积的发热量为ＫD时，混合气体的单位体积的 发热量Ｑ为各气体成分的体积率乘上各气体成分的单位体积的发热量所得到值的总和。从 而，混合气体的单位体积的发热量Ｑ由下述（11）式求得。又，单位体积的发热量的单位为 3 MJ／m。 [0071] Q=KA×VA+KB×VB+KC×VC+KD×VD …(11) [0072] 又，设气体A的单位体积的热传导率为CA、气体B的单位体积的热传导率为CB、气体C的单位体积的热传导率为CC、气体D的单位体积的热传导率为CD的话，则混合气体的 单位体积的热传导率为CI为，对各气体成分的体积率乘以各气体成分的单位体积的热传导 率所得到的值的总和。从而，混合气体的单位体积的热传导率为CI由下述(12)式求得。另 外，单位体积的热传导率的单位例如为W/(mK)。 [0073] CI=CA×VA+CB×VB+CC×VC+CD×VD ···(12) [0074] 图7为示出对发热元件61施加第一电压V1、比第一电压V1大的第二电压V2、以及比第二电压V2大的第三电压V3时的热传导率与散热系数的关系的图。如图7所示，热传导 率与散热系数一般为比例关系。因此，设气体A的散热系数为MA、气体B的散热系数为MB、 气体C的散热系数为MC、气体D的散热系数为MD的话，则混合气体的散热系数MI为，对各气 体成分的体积率乘以各气体成分的散热系数所得到的值的总和。从而，混合气体的散热系 数MI由下述（13）式求得。 [0075] MI=MA×VA+MB×VB+MC×VC+MD×VD ···(13) [0076] 进一步的，由于气体的散热系数依存于发热元件61的发热温度TH，因此混合气体的散热系数MI作为发热元件61的温度TH的函数由下述（14）式求得。 [0077] MI(TH)=MA(TH)×VA+MB(TH)×VB+MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ···(14) [0078] 从而，发热元件61的温度为TH1时的混合气体的散热系数MI1（TH1）由下述（15）式求得。又，发热元件61的温度为TH2时的混合气体的散热系数MI2（TH2）由下述（16）式求 得，发热元件61的温度为TH3时的混合气体的散热系数MI3（TH3）由下述（17）求得。 [0079] MI1(TH1)=MA(TH1)×VA+MB(TH1)×VB+MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD …(15) [0080] MI2(TH2)=MA(TH2)×VA+MB(TH2)×VB+MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD …(16) [0081] MI3(TH3)=MA(TH3)×VA+MB(TH3)×VB+MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD …(17) [0082] 此处，相对发热元件61的温度TH，各气体成分的散热系数M（A TH）、M（B TH）、M（C TH）、MD（TH）具有非线性关系时，上述（15）至（17）式具有线性独立关系。又，即便在相对发热元件61的温度TH，各气体成分的散热系数MA（TH）、MB（TH）、MC（TH）、MD（TH）具有线性关系的情况下，相对于发热元件61的温度TH的各气体成分的散热系数MA（TH）、MB（TH）、MC（TH）、 MD（TH）的变化率不同时，上述（15）至（17）式具有线性独立的关系。进一步的，（15）至（17）式具有线性独立关系时，（10）和（15）至（17）式具有线性独立关系。 [0083] 图8为显示包含于天然气的甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）的散热系数与作为发热电阻体的发热元件61的温度的关系的图表。相对于发热元件61的温度，甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）各个气体成分的散热系数具有线性关系。但是，相对于发热元件61的温度的散热系数的变化率，甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）各不相同。因此，构成混合气体的气体成分为甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）时，上述（15）至（17）式具有线性独立关系。 [0084] （15）至（17）式中的各气体成分的散热系数MA（TH1）、MB（TH1）、MC（TH1）、MD（TH1）、MA（TH2）、MB（TH2）、MC（TH2）、MD（TH2）、MA（TH3）、MB（TH3）、MC（TH3）、MD（TH3）的值可通过测量等预先获得。从而，解开（10）和（15）至（17）式的联立方程式的话，气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体积率VC和气体D的体积率VD分别如下述（18）至（21）式所示， 作为混合气体的散热系数MI1（TH1）、MI2（TH2）、MI3（TH3）的函数得到。又，下述（18）至（21）式中，n为自然数，fn是表示函数的符号。 [0085] VA=f1[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] ···(18) [0086] VB=f2[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] ···(19) [0087] VC=f3[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] ···(20) [0088] VD=f4[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] ···(21) [0089] 此处，通过将（18）至（21）式代入上述（11）式，得到下述（22）式。 [0090] Q=KA×VA+KB×VB+KC×VC+KD×VD [0091] =KA×f1[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] [0092] +KB×f2[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] [0093] +KC×f3[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] [0094] +KD×f4[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] ···(22) [0095] 如上述（22）式所示，混合气体的单位体积的发热量Q通过以发热元件61的温度为TH1、TH2、TH3时的混合气体的散热系数MI1（TH1）、MI2（TH2）、MI3（TH3）为变量的方程式求得。 从而，混合气体的发热量Q由下述（23）式求得，g1是表示函数的记号。 [0096] Q=g1[MI1(TH1),MI2(TH2),MI3(TH3)] ···(23) [0097] 由此，关于由气体A、气体B、气体C和气体D构成的混合气体，发明人发现如果预先得到上述（23）式，则能够容易计算出气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体 积率VC和气体D的体积率VD未知的测量对象混合气体的单位体积的发热量Q。具体的，采 用上述（9）式，测量发热元件61的发热温度为TH1、TH2、TH3时的测量对象混合气体的散热系 数MI1（TH1）、MI2（TH2）、MI3（TH3），并将它们代入（23）式，由此可以唯一求得测量对象混合气体的发热量Q。 [0098] 根据以上所说明的方法，采用微芯片8的发热元件61和第一测温元件62对测量对象混合气体的散热系数MI1（TH1），MI2（TH2），MI3（TH3）进行测量，从而求得发热量Q。相对于此，采用以下的方法的话，不使用微芯片8的第一测温元件62，而仅使用发热元件61，也 能够求得混合气体的发热量Q。 [0099] 如上述（4）式所示，气体的散热系数MI与发热元件61的电阻RH的倒数（1/RH）成比例。又，如上所述，散热系数与热传导率具有比例关系。因此，发热元件61的电阻RH的 倒数（1/RH）与热传导率具有比例关系。图9是表示对发热元件61施加了第一电压V1、第二 电压V2、以及第三电压V3时的热传导率与发热元件61的电阻RH的倒数（1/RH）的关系的图 表。如图9以及图10所示，只要至发热元件61的施加电压为一定，热传导率与发热元件61 的电阻RH的倒数（1/RH）具有比例关系。又，如图11以及图12所示，只要至发热元件61的 施加电压为一定，热传导率与发热元件61的电阻RH相关。进一步地，如图13以及图14所 示，只要至发热元件61的施加电压为一定，热传导率与发热元件61的驱动功率相关。 [0100] 因此，设与气体A接触时的发热元件61的电阻RH的倒数为1/RHA、与气体B接触时的发热元件61的电阻RH的倒数为1/RHB、与气体C接触时的发热素子61的电阻RH的倒 数为1/RHC、气体D接触时的发热元件61的电阻RH的倒数为1/RHD时，对上述（12）式进行变 形，与混合气体接触的发热元件61的电阻RH的倒数（1/RHI）为各气体成分的体积率乘以与 各气体成分接触时的发热元件61的电阻RH的倒数所得的值的总和。由此，施加一定的电 压，与混合气体接触的发热元件61的电阻RH的倒数（1/RHI）由下述（24）求得。 [0101] 1/RHI=1/RHA×VA+1/RHB×VB+1/RHC×VC+1/RHD×VD ···(24) [0102] 又，由于发热元件61的电阻RH依存于发热元件61的温度TH，所以与混合气体接触时的发热元件61的电阻RH的倒数（1/RHI）作为发热元件61的温度TH的函数由下述（25） 式求得。 [0103] 1/RHI(TH)=1/RHA(TH)×VA+1/RHB(TH)×VB+1/RHC(TH)×VC+1/RHD(TH)×VD ···(25) [0104] 因此，发热元件61的温度为TH1时的与混合气体接触的发热元件61的电阻RH的倒数（1/RHI1）由下述（26）式求出。又，发热元件61的温度为TH2时的与混合气体接触的发 热元件61的电阻RH的倒数（1/RHI2）由下述（27）式求出，发热元件61的温度为TH3时的与 混合气体接触的发热元件61的电阻RH的倒数（1/RHI3）由下述（28）式求出。 [0105] 1/RHI1(TH1)=1/RHA(TH1)×VA+1/RHB(TH1)×VB+1/RHC(TH1)×VC+1/RHD(TH1)×VD···(26) [0106] 1/RHI2(TH2)=1/RHA(TH2)×VA+1/RHB(TH2)×VB+1/RHC(TH2)×VC+1/RHD(TH2)×VD …(27)[0107] 1/RHI3(TH3)=1/RHA(TH3)×VA+1/RHB(TH3)×VB+1/RHC(TH3)×VC+1/RHD(TH3)×VD …(28)[0108] （26）式至（28）式中的与各气体成分接触时的发热元件61的电阻RHA（TH1）、RHB（TH1）、RHC（TH1）、RHD（TH1）、RHA（TH2）、RHB（TH2）、RHC（TH2）、RHD（TH2）、RHA（TH3）、RHB（TH3）、RHC（TH3）、RHD（TH3）的值能够通过测量等预先求得。因此，解开（10）以及（26）至（28）式的联立方程式的话，气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体积率VC、以及气体D的 体积率VD分别如下述（29）至（32）式所示，作为与混合气体接触的发热元件61的电阻RHI1 （TH1）、RHI2（TH2）、RHI3（TH3）的函数得到。另外，在下述（29）至（32）式中，n为自然数，fn为表示函数的记号。 [0109] VA=f5[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] ···(29) [0110] VB=f6[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] ···(30) [0111] VC=f7[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] ···(31) [0112] VD=f8[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] ···(32) [0113] 此处，通过将（29）至（32）式代入上述（11）式，得到下述（33）式。 [0114] Q=KA×VA+KB×VB+KC×VC+KD×VD [0115] =KA×f5[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] [0116] +KB×f6[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] [0117] +KC×f7[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] [0118] +KD×f8[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] ···(33) [0119] 如上述（33）式所示，混合气体的单位体积的发热量Q通过以发热元件61的温度为TH1、TH2、TH3时的发热元件61的电阻RHI1(TH1)、RHI2(TH2)、RHI3(TH3)为变量的方程式求得。从而，混合气体的发热量Q由下述（34）式求得，g2、g3是表示函数的记号。 [0120] Q=g2[1/RHI1(TH1),1/RHI2(TH2),1/RHI3(TH3)] [0121] =g3[RHI1(TH1),RHI2(TH2),RHI3(TH3)] ···(34) [0122] 由此，关于由气体A、气体B、气体C和气体D构成的混合气体，发明人发现如果预先得到上述（34）式，则能够容易计算出气体A的体积率VA、气体B的体积率VB、气体C的体 积率VC和气体D的体积率VD未知的测量对象混合气体的单位体积的发热量Q。具体的，通 过对发热温度为TH1、TH2、TH3时的发热元件61的电阻值RHI1(TH1)、RHI2(TH2)、RHI3(TH3)进行测量，并将它们代入（34）式，由此可以唯一求得测量对象混合气体的发热量Q。而且，在该情 况下，不使用微芯片8的第一测温元件62，而仅仅使用发热元件61，也可以求得混合气体的 发热量Q。 [0123] 进一步地，由于电阻R与电流Ｉ相关，因此混合气体的单位体积的发热量Q由以发热元件61的温度为TH1，TH2，TH3时的发热元件61的通电电流ＩH1（TH1），ＩH2（TH2），ＩH3（TH3）为变量的下述（35）式求出，g4为表示函数的记号。 [0124] Q=g4[IH1(TH1),IH2(TH2),IH3(TH3)] ···(35) [0125] 又，由于发热元件61的电阻R与连接于发热元件61的模数转换电路（以下，称为“A/D转换电路”。）的输出信号AD相关，所以混合气体的单位体积的发热量Q由以发热元件 61的温度为TH1，TH2，TH3时的A/D转换电路的输出信号ADH1（TH1），ADH2（TH2），ADH3（TH3）为变量的下述（36）式求得，g5为表示函数的记号。 [0126] Q=g5[ADH1(TH1),ADH2(TH2),ADH3(TH3)] ···(36) [0127] 因此，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(37)式所示，由以发热元件61的温度为TH1，TH2，TH3时的来自发热元件61的电信号的输出信号SH1(TH1)，SH2(TH2)，SH3(TH3)、为变量的方程式求得，g6为表示函数的记号。 [0128] Q=g6[SH1(TH1),SH2(TH2),SH3(TH3)] ···(37) [0129] 又，混合气体的气体成分不限定于四种。例如，混合气体为n种气体成分组成时，预先取得由下述（38）式给出的、以至少n-1种发热温度TH1、TH2、TH3，…、THn-1下来自发热元件 61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)、…、SHn-1(THn-1)为变量的方程式，g7是表示函数的记号。然后，测量在n-1种发热温度TH1、TH2、TH3、…、THn-1下的、来自与n种气体成分各自的体 积率未知的测量对象混合气体接触的发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)、…、 SHn-1(THn-1)的值，通过代入(38)式，可以唯一求得测量对象混合气体的单位体积的发热量 Q。 [0130] Q=g7[SH1(TH1),SH2(TH2),SH3(TH3),···,SHn-1(THn-1)] ···(38) [0131] 但是，混合气体的气体成分除了含有甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）之外，以ｊ为自然数，还包括甲烷（CH4）和丙烷（C3H8）以外的烷烃（CjH2j+2）时，即使将甲烷（CH4）和丙烷（C3H8）以外的烷烃（CjH2j+2）视为甲烷（CH4）和丙烷（C3H8）的混合物，也不会对（38）式的计算造成影响。例如，也可如下述（39）至（42）式所示，分别将乙烷（C2H6）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）、己烷（C6H14）视作乘上了规定系数的甲烷（CH4）和丙烷（C3H8）的混合物，来计算（38）式。 [0132] C2H6=0.5CH4+0.5C3H8 ···(39) [0133] C4H10=-0.5CH4+1.5C3H8 ···(40) [0134] C5H12=-1.0CH4+2.0C3H8 ···(41) [0135] C6H14=-1.5CH4+2.5C3H8 ···(42) [0136] 从而，设ｚ为自然数，由n种气体成分构成的混合气体的气体成分除了含有甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）之外，还含有甲烷（CH4）和丙烷（C3H8）以外的ｚ种烷烃（CjH2j+2）时，可以求得以至少n-z-1种发热温度下来自发热元件61的电信号SH为变量的方程式。 [0137] 又，用于(38)式的计算的混合气体的气体成分的种类和单位体积的发热量Q为未知的测量对象混合气体的气体成分的种类相同时，可利用(38)式计算测量对象混合气体 的发热量Q。进一步的，测量对象混合气体由种类比n种少的气体成分组成，而且种类比n 种少的气体成分，包含于(38)式的计算所用的混合气体中时，也可利用(38)式。例如，用 于(38)式的计算的混合气体包括甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)四种 气体成分时，测量对象混合气体不包含氮气(N2)，而仅包含甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)和二氧化 碳(CO2)三种气体成分时，也可利用(38)式计算测量对象混合气体的发热量Q。 [0138] 进一步的，用于(38)式的计算的混合气体在包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)作为气体成分时，测量对象混合气体即使包括用于(38)式的计算的混合气体中所不包含的烷烃 (CjH2j+2)，也可利用(38)式。这是因为，如上所述的，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃 (CjH2j+2)可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，不影响采用(38)式对单位体积的发热 量Q进行计算。 [0139] 此处，图15以及图16所示的实施形态涉及的发热量测量系统20具有：作为多种混合气体分别被注入的容器的腔室101；配置于腔室101中的、包含以多个发热温度TH发热 的图1或者图3所示的发热元件61的微芯片8。以下，对发热量测量系统20具有图1所示 的微芯片8的例子进行了说明，但即使发热量测量系统20具有图3所示的微芯片8，图15 所示的发热量测量系统20的动作也是同样的。 [0140] 微芯片8通过绝热部件18设置在腔室101内。腔室101连接有用于将样品混合气体输送到腔室101的流路102和，和用于将样品混合气体从腔室101排出到外部的流路 103。 [0141] 发热量测量系统20还具有测量部301，其对来自分别与多种样品混合气体接触的在多个发热温度TH的各温度下发热的发热元件61的电信号SH的值进行测量；以及计算式 制作部302，其基于多种混合气体的已知的发热量Q的值以及来自多个发热温度TH下的发 热元件61的电信号SH的值，制作以来自多个发热温度TH下的发热元件61的电信号SH作 为独立变量、发热量Q作为从属变量的发热量计算式。又，样品混合气体包含多个种类的气 体成分。 [0142] 在采用发热量Q各自不同的四种样品混合气体的情况下，如图16所示，准备储存第一样品混合气体的第一储气瓶50A、储存第二样品混合气体的第二储气瓶50B、储存第三 样品混合气体的第三储气瓶50C和储存第四样品混合气体的第四储气瓶50D。第一储气瓶 50A通过管道91A连接有第一气压调节器31A，该第一气压调节器31A用于从第一储气瓶 50A得到被调节为例如0.2MPa等的低压的第一样品混合气体。又，第一气压调节器31A通 过流路92A连接有第一流量控制装置32A。第一流量控制装置32A对通过流路92A和流路 102输送到发热量测量系统20的第一样品混合气体的流量进行控制。 [0143] 第二储气瓶50B通过流路91B连接有第二气压调节器31B。又，第二气压调节器31B通过流路92B连接有第二流量控制装置32B。第二流量控制装置32B对通过流路92B、 93、102输送到发热量测量系统20的第二样品混合气体的流量进行控制。 [0144] 第三储气瓶50C通过流路91C连接有第三气压调节器31C。又，第三气压调节器31C通过流路92C连接有第三流量控制装置32C。第三流量控制装置32C对通过流路92C、 93、102输送到发热量测量系统20的第三样品混合气体的流量进行控制。 [0145] 第四储气瓶50D通过流路91D连接有第四气压调节器31D。又，第四气压调节器31D通过流路92D连接有第四流量控制装置32D。第四流量控制装置32D对通过流路92D、 93、102输送到发热量测量系统20的第四样品混合气体的流量进行控制。 [0146] 第一至第四样品混合气体例如分别是天然气。第一至第四样品混合气体分别都包括例如甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）四种气体成分。 [0147] 第一样品混合气体被供给至图15所示的腔室101的话，图1以及图2所示的发热元件61被依次施加来自图15所示的驱动电路303的驱动功率PH1，PH2，PH3。在被施加了驱 动功率PH1，PH2，PH3的情况下，与第一样品混合气体接触的发热元件61例如以100°C的温 度TH1，150°C的温度TH2，以及200°C的温度TH3进行发热，并输出发热温度TH1下的电信 号SH1(TH1)，发热温度TH2下的电信号SH2(TH2)，和发热温度TH3下的电信号SH3(TH3)。 [0148] 第一样品混合气体从腔室101中去除之后，第二至第四样品混合气体依次供给到腔室101中。第二样品混合气体供给到腔室101的话，与第二样品混合气体接触的图1以 及图2所示的发热元件61输出发热温度TH1下的电信号SH1(TH1)，发热温度TH2下的电信号 SH2(TH2)，和发热温度TH3下的电信号SH3(TH3)。第三样品混合气体供给到图15所示的腔室 101的话，与第三样品混合气体接触的图1以及图2所示的发热元件61输出发热温度TH1 下的电信号SH1(TH1)，发热温度TH2下的电信号SH2(TH2)，和发热温度TH3下的电信号SH3(TH3)。 第四样品混合气体供给到图15所示的腔室101的话，与第四样品混合气体接触的图1以 及图2所示的发热元件61输出发热温度TH1下的电信号SH1(TH1)，发热温度TH2下的电信号 SH2(TH2)，和发热温度TH3下的电信号SH3(TH3)。 [0149] 又，各样品混合气体包括n种气体成分时，微芯片8的图1和图2所示的发热元件61以至少n-1种不同的温度发热。但是，如上所述，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃 (CjH2j+2)可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物。从而，设z为自然数，由n种气体成分 构成的样品混合气体除了包括甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)作为气体成分以外，还包含z种烷 烃(CjH2j+2)时，发热元件61至少以n-z-1种不同的温度发热。 [0150] 如图15所示，微芯片8与包括测量部301的中央运算处理装置(CPU)300连接。CPU300上连接有电信号存储装置401。测量部301对来自发热元件61的发热温度TH1下的 电信号SH1(TH1)、发热温度TH2下的电信号SH2(TH2)、以及发热温度TH3下的电信号SH3(TH3)的 值进行测量，将测量值保存于电信号存储装置401中。又，来自发热元件61的电信号SH可 以是发热元件61的电阻值RH、发热元件61的通电电流IH以及与发热元件61连接的A/D转 换电路304的输出信号ADH中的任一个。 [0151] 包含于CPU300中的计算式制作部302收集例如第一至第四样品混合气体各自的已知的发热量Q的值和来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测量值。 进一步的，计算式制作部302基于所收集的发热量Q以及电信号SH的值，通过多变量分析， 计算以来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)为独立变量、以发热量Q为从属 变量的发热量计算式。 [0152] 又，“多变量分析”包括A.J Smola和B.scholkopf所著的《A Tutorial onSupport Vector Regression（支持向量回归的教程）》（NeuroCOLT Technical Report （NC-TR-98-030）、1998年）所揭示的支持向量回归、多元回归分析，以及日本专利公开平 5-141999号公报所公开的模糊量化理论II类等。 [0153] 发热量测量系统20进一步具有连接于CPU300的计算式存储装置402。计算式存储装置402保存计算式制作部302制作的发热量计算式。而且，CPU300连接有输入装置312 和输出装置313。输入装置312可以使用例如键盘和鼠标等指向装置等。输出装置313可 以使用液晶显示器、监视器等图像显示装置和打印机等。 [0154] 接着，参考图17的流程图对实施形态涉及的发热量计算式的制作的方法进行说明。 [0155] （a）步骤S100中，保持图16所示的第二至第四流量控制装置32B-32D的阀闭合，第一流量控制装置32A的阀打开，将第一样品混合气体导入图15所示的腔室101内。步骤 S101中，驱动电路303对图1和图2所示的发热元件61施加驱动功率PH1，使发热元件61以 100℃发热。图15所示的测量部301对来自以100℃发热的发热元件61的电信号SH1(TH1) 的值进行测量，且将该值保存于电信号存储装置401中。 [0156] (b)步骤S102中，驱动电路303判定图1和图2所示的发热元件61的温度的切换是否完成。如果至温度150℃以及200℃的切换未完成，则返回步骤S101，图15所示的驱动 电路303使图1和图2所示的发热元件61以150℃发热。图15所示的测量部301对来自 与第一样品混合气体接触的、以150℃发热的发热元件61的电信号SH2(TH2)的值进行测量， 且将该值保存于电信号存储装置401中。 [0157] （c）再在步骤S102中，判定图1和图2所示的发热元件61的温度的切换是否完成。如果至温度200℃的切换未完成，则返回步骤S101，图15所示的驱动电路303使图1 和图2所示的发热元件61以200℃发热。图15所示的测量部301对来自与第一样品混合 气体接触的、以200℃发热的发热元件61的电信号SH3(TH3)的值进行测量，且将该值保存于 电信号存储装置401中。 [0158] （d）发热元件61的温度切换完成了时，从步骤S102进到步骤S103。步骤S103中，判定样品混合气体的切换是否完成。至第二至第四样品混合气体的切换未完成时，返回步 骤S100。步骤S100中，关闭图16所示的第一流量控制装置32A，维持第三至第四流量控制 装置32C-32D的阀关闭而打开第二流量控制装置32B的阀，将第二样品混合气体导入图15 所示的腔室101内。 [0159] （e）与第一样品混合气体一样地，重复步骤S101至步骤S102的循环。测量部301对来自与第二样品混合气体接触的、以温度100℃、150℃、200℃发热的发热元件61的电信 号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的值进行测量，且将该值保存于电信号存储装置401中。 [0160] （f）其后，重复步骤S100至步骤S103的循环。由此，来自与第三样品混合气体接触的、以温度100℃、150℃、200℃发热的发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的值被保存于电信号存储装置401中。又，来自与第四样品混合气体接触的、以温度100℃、 150℃、200℃发热的发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的值被保存于电信号存 储装置401中。 [0161] （g）在步骤S104中，从输入装置312向计算式制作部302输入第一样品混合气体的已知的发热量Q的值、第二样品混合气体的已知的发热量Q的值、第三样品混合气体的已 知的发热量Q的值、以及第四样品混合气体的已知的发热量Q的值。又，计算式制作部302 从电信号存储装置401读取来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测 量值。 [0162] （h）在步骤S105中，计算式制作部302基于第一至第四样品混合气体的发热量Q的值和来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测量值，进行多元回归 分析。通过多元回归分析，计算式制作部302计算以来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、 SH2(TH2)、SH3(TH3)为独立变量、以发热量Q为从属变量的发热量计算式。然后，在步骤S106 中，计算式制作部302将所制作的发热量计算式保存在计算式存储装置402中，完成了实施 形态涉及的发热量计算式的制作方法。 [0163] 如上所述，根据实施形态涉及的发热量计算式的制作方法，可以制作能够唯一地计算测量对象混合气体的发热量Q的值的发热量计算式。 [0164] 接着，对测量发热量Q未知的测量对象混合气体的发热量Q的值时的、实施形态涉及的发热量测量系统20的功能进行说明。例如，以未知体积率包含甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、 氮气(N2)和二氧化碳(CO2)等的发热量Q未知的天然气等的测量对象混合气体被导入腔室 101中。图1以及图2所示的微芯片8的发热元件61被依次施加来自图15所示的驱动电 路303的驱动功率PH1、PH2、PH3。被施加了驱动功率PH1、PH2、PH3时，与测量对象混合气体接触的发热元件61例如依次以100℃的温度TH1、150℃的温度TH2和200℃的温度TH3发热，并输 出发热温度TH1下的电信号SH1(TH1)、发热温度TH2下的电信号SH2(TH2)、发热温度TH3下的电 信号SH3(TH3)。 [0165] 图15所示的测量部301对来自与测量对象混合气体接触的发热元件61的发热温度TH1下的电信号SH1(TH1)、发热温度TH2下的电信号SH2(TH2)、发热温度TH3下的电信号 SH3(TH3)的值进行测量，并将测量值保存于电信号存储装置401中。 [0166] 如上所述，计算式存储装置402保存以来自发热温度TH1为100℃的发热元件61的电信号SH1(TH1)、来自发热温度TH2为150℃的发热元件61的电信号SH2(TH2)、来自发热温度 TH3为200℃的发热元件61的电信号SH3(TH3)为独立变量，以气体的发热量Q为从属变量的 发热量计算式。 [0167] 实施形态涉及的发热量测量系统20进一步具有发热量计算部305。发热量计算部305将来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的测量值分别代入发热量计算 式的来自发热元件61的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的独立变量，计算测量对象混合气 体的发热量Q的测量值。CPU300还连接有发热量存储装置403。发热量存储装置403保存 有发热量计算部305计算出的测量对象混合气体的发热量Q的值。 [0168] 接着，用图18所示的流程图对实施形态涉及的发热量的测量方法进行说明。 [0169] （a）步骤S200中，将测量对象混合气体导入图15所示的腔室101内。步骤S201中，驱动电路303对图1和图2所示的发热元件61施加驱动功率PH1，使发热元件61以100℃ 发热。图15所示的测量部301将来自与测量对象混合气体接触的、以100℃发热的发热元 件61的电信号SH1(TH1)的值保存于电信号存储装置401中。 [0170] （b）步骤S202中，图15所示的驱动电路303判定图1和图2所示的发热元件61的温度的切换是否完成。如果至温度150℃和温度200℃的切换未完成，则返回步骤S201， 驱动电路303对图1和图2所示的发热元件61施加驱动功率PH2，使发热元件61以150℃ 发热。图15所示的测量部301将来自与测量对象混合气体接触的、以150℃发热的发热元 件61的电信号SH2(TH2)的值保存于电信号存储装置401中。 [0171] (c)再在步骤S202中，判定图1和图2所示的发热元件61的温度切换是否完成。在至温度200℃的切换没有完成的情况下，返回步骤S201，驱动电路303对图1和图2所示 的发热元件61施加驱动功率PH3，使发热元件61以200℃发热。图15所示的测量部301将 来自与测量对象混合气体接触的、以200℃发热的发热元件61的电信号SH3(TH3)的值保存 于电信号存储装置401中。 [0172] (d)发热元件61的温度切换完成时，从步骤S202进到步骤S203。步骤S203中，图15所示的发热量计算部305从计算式存储装置402中读出以来自发热元件61的电信号 SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)为独立变量，以发热量Q为从属变量的发热量计算式。又，发热量计算部305从电信号存储装置401中读出来自与测量对象混合气体接触的发热元件61的 电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的测量值。 [0173] (e)在步骤S204中，发热量计算部305将测量值分别代入发热量计算式的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的独立变量，计算出测量混合气体的发热量Q的值。然后，发热量计算部305将算出了的发热量Q的值保存在发热量存储装置403中，实施形态涉及的发热 量的测量方法结束。 [0174] 采用以上所说明的实施形态所涉及的发热量计算方法，不需使用昂贵的气相色谱仪装置和音速传感器，能够根据来自与测量对象混合气体接触的发热元件61的电信号 SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的值，对测量对象混合气体的发热量Q的值进行测量。 [0175] 天然气由于出产的气田不同其烃的成分比率也不同。又，天然气中除了烃之外，还包括有氮气（N2）或碳酸气体（CO2）等。因此，由于不同的出产气田，包含于天然气的气体成 分的体积率不同，即使气体成分的种类已知，天然气体的发热量Q未知的情况也很多。又， 即使是同一气田来的天然气，其发热量Q也不一定是始终不变的，其可能随着开采时期而 变化。 [0176] 以往，在征收天然气的使用费的时候，采用的方法为不是根据天然气体的使用发热量Q而是根据使用体积来进行收费的方法。然而，由于天然气随着出产气田的不同其发 热量Q不同，因此根据使用体积来收费是不公平的。对此，根据实施形态涉及的发热量计算 方法，可简单地计算得出气体的成分种类为已知但由于气体成分的体积率未知导致发热量 Q未知的天然气等的混合气体的发热量Q。因此，能够公平地征收使用费。 [0177] 又，在驱动燃气轮机的时候，要求无时间延迟地监视作为供给燃气轮机的燃料气体的天然气的发热量Q。燃料气体的发热量Q不是一定的情况下，有可能会由于燃烧振动等 原因造成燃气轮机破损。但是，以往的热量计，其响应时间长，以分为单位，不适合于供给至 燃气轮机的燃料气体的发热量Q的控制。对此，实施形态涉及的发热量测量系统，能够以秒 为单位测量发热量，因此也适合于供给至燃气轮机的燃料气体的发热量Q的控制。 [0178] 进一步的，根据实施形态涉及的发热量计算方法，能够容易地得知天然气等的混合气体的正确的发热量Q，从而可适当地设定使混合气体燃烧时所需要的空气量。由此，可 削减无益的二氧化碳（CO2）的排出量。 [0179] （实施例1） [0180] 首先，准备了发热量Q的值为已知的40种样品混合气体。40种样品混合气体都分别包含甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）中的任意种或全部作为气体成分。例如某样品混合气体包括：90vol%的甲烷、3vol%的乙烷、1vol% 的丙烷、1vol%的丁烷、4vol%的氮气和1vol%的二氧化碳。又，某样品混合气体包括：85vol% 的甲烷、10vol%的乙烷、3vol%的丙烷和2vol%的丁烷，不包括氮气和二氧化碳。又，某样品 混合气体包括85vol%的甲烷、8vol%的乙烷、2vol%的丙烷、1vol%的丁烷、2vol%的氮气和 2vol%的二氧化碳。 [0181] 接着，分别采用40种样品混合气体，取得来自发热元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测量值。其后，根据40种样品混合气体的已知的发热量Q的值和来自发热 元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测量值，通过支持向量回归，制作以来自发 热元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)为独立变量、以发热量Q为从属变量的用于计算 发热量Q的1次方程式、2次方程式、以及3次方程式。 [0182] 在制作用于计算发热量Q的1次方程式时，校准点可以3至5个为基准适当确定。在制作用于计算发热量Q的2次方程式时，校准点可以8至9个为基准适当确定。在制作 用于计算发热量Q的3次方程式时，校准点可以10至14个为基准适当确定。 [0183] 采用所制作的发热量计算式计算出40种样品混合气体各自的发热量Q，将这些计算值与实际的发热量Q进行比较时，如图19所示，误差在±1．3％以内。又，有意识地使发 热元件的电阻减少0．03％、0．07％、以及0．10％，但误差没有增加。这表示即使伴随着 发热元件的老化等而产生漂移也不会影响发热量的计算。 [0184] （比较例1） [0185] 混合气体的散热系数MI，如上述（9）式所示，依存于发热元件的电阻值RH和测温元件的电阻值RI。因此，混合气体的单位体积的发热量Q如下述（43）式所示，可以由以发热 元件的温度为TH1、TH2、TH3时的发热元件的电阻值RH1(TH1)、RH2(TH2)、RH3(TH3)、和与混合气体接触的测温元件的电阻值RI为变量的方程式求得。 [0186] Q=g[RH1(TH1),RH2(TH2),RH3(TH3),RI] ···(43) [0187] 又，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(44)式所示，也可以由以发热元件的温度为TH1、TH2、TH3时的发热元件的通电电流IH1(TH1)、IH2(TH2)、IH3(TH3)、和与混合气体接触的测温元件的通电电流II为变量的方程式求得 [0188] Q=g[IH1(TH1),IH2(TH2),IH3(TH3),II] ···(44) [0189] 或者，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(45)式所示，可以由以发热元件的温度为TH1、TH2、TH3时的施加于发热元件的电压VH1(TH1)、VH2(TH2)，VH3(TH3)、和施加于与混合气体接触的测温元件的电压VI为变量的方程式求得。 [0190] Q=g[VH1(TH1),VH2(TH2),VH3(TH3),VI] ···(45) [0191] 或者，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(46)式所示，可以由以发热元件的温度为TH1、TH2、TH3时的连接于发热元件的模数转换电路(下面称为，A/D转换电路)的输 出信号ADH1(TH1)、ADH2(TH2)、ADH3(TH3)、和连接于与混合气体接触的测温元件的A/D转换电路 的输出信号ADI为变量的方程式求得。 [0192] Q=g[ADH1(TH1),ADH2(TH2),ADH3(TH3),ADI] ···(46) [0193] 因此，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(47)式所示，由以发热元件的温度为TH1、TH2、TH3时的来自发热元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)、和来自与混合气体接触的测温元件的电信号SI为变量的方程式求得。 [0194] Q=g[SH1(TH1),SH2(TH2),SH3(TH3),SI] ···(47) [0195] 这里，分别采用与实施例1相同的40种样品混合气体，取得来自测温元件的电信号SI的多个测量值和来自发热元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测量值。其 后，根据40种样品混合气体的已知的发热量Q的值、来自测温元件的电信号SI的多个测量 值和来自发热元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)的多个测量值，通过支持向量回归， 制作以来自测温元件的电信号SI以及来自发热元件的电信号SH1(TH1)、SH2(TH2)、SH3(TH3)为 独立变量、以发热量Q为从属变量的用于计算发热量Q的1次方程式、2次方程式、以及3次 方程式。 [0196] 采用所制作的发热量计算式计算出40种样品混合气体各自的发热量Q，将这些计算值与实际的发热量Q进行比较时，如图20所示，误差在±1．3％以内。但是，在不改变测 温元件的电阻的情况下，有意识地使发热元件的电阻减少0．03％、0．07％、以及0．10％ 的话，误差增加。这表示伴随着发热元件的老化等而产生漂移的话，会影响发热量的计算。 [0197] 如上所述，在测温元件中，流有测温元件自身不发热程度的电流，因此测温元件的老化比发热元件的老化少。采用包含来自测温元件的电信号ＳI的发热量计算式计算发热 量的话，能够在发热元件未老化时计算出正确的发热量，但发热元件发生老化的话，与测温 元件的老化的不同作为发热量的计算误差而被表现出来。 [0198] (实施例2） [0199] 采用实施例1所制作的不包含来自测温元件的电信号ＳI作为独立变量的发热量计算式和比较例1所制作的包含来自测温元件的电信号ＳI作为独立变量的发热量计算 式，随时间推移计算出甲烷气体的发热量。其结果，图21所示，采用实施例1所制作的发热 量计算式的话，计算出的甲烷气体的发热量基本是一定的，但是采用比较例1所制作的发 热量计算式的话，计算出的甲烷气体的发热量随着时间的推移而降低。 [0200] (其它的实施方式) [0201] 如上所述，本发明通过实施方式来记载，但是并不能理解为构成该公开的一部分的描述和附图是限定本发明的。根据该公开，各种代替实施形态、实施形态以及运用技术对 于本领域技术人员来说是显而易见的。本发明应该理解为包含此处未记载的各种实施形态 等。 [0202] 符号说明 [0203] 8微芯片 [0204] 18绝热部件 [0205] 20发热量测量系统 [0206] 31A，31B，31C，31D气压调节器 [0207] 32A，32B，32C，32D流量控制装置 [0208] 50A，50B，50C，50D储气瓶 [0209] 60基板 [0210] 61发热元件 [0211] 62第一测温元件 [0212] 63第二测温元件 [0213] 64保温元件 [0214] 65绝缘膜 [0215] 66空腔 [0216] 91A，91B，91C，91D，92A，92B，92C，92D，93，102,103流路 [0217] 101容器 [0218] 161，162，163，164，165，261,264,265电阻元件 [0219] 170，270运算放大器 [0220] 301测量部 [0221] 302计算式制作部 [0222] 303驱动电路 [0223] 304A/D转换电路 [0224] 305发热量计算部 [0225] 312输入装置 [0226] 313输出装置 [0227] 401电信号存储装置 [0228] 402计算式存储装置 [0229] 403发热量存储装置。 |
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