ガス物性値計測システム、ガス物性値の計測方法、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
【課題】ガス物性値の安定した計測を可能にする装置を提供する。
【解決手段】発熱抵抗体を含むマイクロチップ８Ａと、マイクロチップ８Ａの発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、マイクロチップ８Ａの発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路３０３と、複数の電力の各値、複数の発熱温度の各値、及び発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、ガスの放熱係数を算出する放熱係数算出モジュール３０１とを備え、駆動回路３０３が、発熱抵抗体を複数の異なる発熱温度で発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する。
【解決手段】発熱抵抗体を含むマイクロチップ８Ａと、マイクロチップ８Ａの発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、マイクロチップ８Ａの発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路３０３と、複数の電力の各値、複数の発熱温度の各値、及び発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、ガスの放熱係数を算出する放熱係数算出モジュール３０１とを備え、駆動回路３０３が、発熱抵抗体を複数の異なる発熱温度で発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス検査技術に関し、ガス物性値計測システム、ガス物性値の計測方法、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、混合ガスの発熱量を求める際には、高価なガスクロマトグラフィ装置等を用いて混合ガスの成分を分析する必要があった。また、混合ガスの熱伝導率及び混合ガスにおける音速を測定することにより、混合ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び炭酸ガス（ＣＯ2）の成分比率を算出し、混合ガスの発熱量を求める方法も提案されている。しかし、熱伝導率を測定するためのセンサの他に、音速を測定するための高価な音速センサが必要であった（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらに、ガスの発熱量をリアルタイムで検出したいという要求が高まっており、従来以上に発熱量を検出するための装置の高速化及び小型化が求められている。ここで、演算量の多さが、装置の高速化及び小型化に限界を与える場合がある。従来の技術では、混合ガスの発熱量を算出するために、混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップと、算出された割合に基づいて、混合ガスの発熱量を算出するステップが必要であり、演算量が多いという問題がある。したがって、従来よりも演算量の少ない検出方法の登場が望まれている。よって本発明は、従来よりも演算量の少ない発熱量の検出方法及び装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、ガスの物性値の安定した計測を可能にする装置を提供することも目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、複数の電力の値、複数の発熱温度の値、及び発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、ガスの物性値を算出する算出部と、を備えるガス物性値計測システムであって、駆動回路が、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、ガス物性値計測システムが提供される。
【０００６】
また、本発明の態様によれば、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、複数の電力の値、複数の発熱温度の値、及び発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、ガスの物性値を算出することと、を含み、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、ガス物性値の計測方法が提供される。
【０００７】
本発明の態様に係るガス物性値計測システム及びガス物性値の計測方法によれば、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止することにより、ガスの放熱係数、熱伝導率、及び発熱量等のガス物性値の安定した計測が可能となる。
【０００８】
また、上述したように、従来、混合ガスの発熱量を算出する際には、混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップが必要であった。これに対し、発明者らは、発熱量の演算方法を見直し、混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップを実施しなくとも、発熱量の算出が可能にならないかを検討した。そして、発明者らは、混合ガスの放熱係数又は熱伝導率を入力情報とすれば、混合ガスの発熱量を一意に算出可能な方法を、理論的及び実験的に見出した。
【０００９】
そこで、本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、混合ガスの既知の発熱量の値と、計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成部と、を備える発熱量算出式作成システムであって、駆動回路が、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量算出式作成システムが提供される。
【００１０】
また、本発明の態様によれば、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、混合ガスの既知の発熱量の値と、計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、を含む発熱量算出式の作成方法において、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量算出式の作成方法が提供される。
【００１１】
本発明の態様に係る発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式作成方法によれば、発熱量が未知の混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップを実施せずとも、混合ガスの放熱係数又は熱伝導率から混合ガスの発熱量を算出可能な発熱量算出式が提供される。
【００１２】
さらに、本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、発熱量算出式の複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、計測対象混合ガスの計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、を備える発熱量算出システムにおいて、駆動回路が、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量算出システムが提供される。
【００１３】
また、本発明の態様によれば、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、発熱量算出式の複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、計測対象混合ガスの計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、を含む発熱量の算出方法において、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量の算出方法が提供される。
【００１４】
本発明の態様に係る発熱量算出システム及び発熱量の算出方法によれば、発熱量が未知の混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップを実施せずとも、混合ガスの放熱係数又は熱伝導率を計測することにより、混合ガスの発熱量を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガスの物性値の安定した計測を可能にするガス物性値計測システム及びガス物性値の計測方法を提供可能である。また、本発明によれば、少ない演算量で発熱量を算出可能な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を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る発熱抵抗体に関する回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る補助ヒータに関する回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発熱抵抗体の発熱温度と、ガスの放熱係数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの第１の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの第２の模式図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの発熱抵抗体の駆動電力を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態の比較例に係る発熱量算出式作成システムの発熱抵抗体の駆動電力を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの発熱抵抗体の駆動電力を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る発熱量算出システムを示す模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る発熱量の算出方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの組成と発熱量を示す表である。
【図１５】本発明の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量と真の発熱量を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの真の発熱量と、算出された発熱量の関係を示すグラフである。
【図１７】本発明のその他の実施の形態に係る熱伝導率と放熱係数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
（第１の実施の形態）
まず、斜視図である図１、及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２を参照して、第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式の作成方法に用いられるマイクロチップ８Ａについて説明する。マイクロチップ８Ａは、キャビティ６６Ａが設けられた基板６０Ａ、及び基板６０Ａ上にキャビティ６６Ａを覆うように配置された絶縁膜６５Ａを備える。基板６０Ａの厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０Ａの縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５Ａのキャビティ６６Ａを覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。
【００１９】
さらにマイクロチップ８Ａは、絶縁膜６５Ａに設けられた発熱抵抗体６１Ａと、発熱抵抗体６１Ａを挟むように絶縁膜６５Ａに設けられた第１の測温抵抗素子６２Ａ及び第２の測温抵抗素子６３Ａと、基板６０Ａ上に設けられたガス温度センサ６４Ａを備える。ガス温度センサ６４Ａも電気抵抗素子等からなる。発熱抵抗体６１Ａは、キャビティ６６Ａを覆う絶縁膜６５Ａの中心に配置されている。発熱抵抗体６１Ａは、電力を与えられて発熱し、発熱抵抗体６１Ａに接する雰囲気ガスを加熱する。ガス温度センサ６４Ａは、絶縁膜６５Ａを介して発熱抵抗体６１Ａから隔離されて設けられており、雰囲気ガスのガス温度を検出する。
【００２０】
基板６０Ａの材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５Ａの材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６Ａは、異方性エッチング等により形成される。また発熱抵抗体６１Ａ、第１の測温抵抗素子６２Ａ、第２の測温抵抗素子６３Ａ、及びガス温度センサ６４Ａのそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００２１】
図３に示すように、発熱抵抗体６１Ａの一端には、例えば、オペアンプ１７０の＋入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ１７０の＋入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子１６１が接続される。オペアンプ１７０の−入力端子は、直列に接続された抵抗素子１６２と抵抗素子１６３との間、直列に接続された抵抗素子１６３と抵抗素子１６４の間、直列に接続された抵抗素子１６４と抵抗素子１６５の間、又は抵抗素子１６５の接地端子に電気的に接続される。抵抗素子１６２には例えば５．０Ｖの電圧Ｖｉｎが印加され、抵抗素子１６３には例えば２．４Ｖの電圧ＶL3が印加される。抵抗素子１６４には例えば１．９Ｖの電圧ＶL2が印加され、抵抗素子１６５には例えば１．４Ｖの電圧ＶL1が印加される。
【００２２】
抵抗素子１６２及び抵抗素子１６３の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ１が設けられており、抵抗素子１６３及び抵抗素子１６４の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗素子１６４及び抵抗素子１６５の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ３が設けられており、抵抗素子１６５の接地端子と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００２３】
オペアンプ１７０の−入力端子に２．４Ｖの電圧ＶL3を印加する場合、スイッチＳＷ１のみが通電され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．９Ｖの電圧ＶL2を印加する場合、スイッチＳＷ２のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．４Ｖの電圧ＶL1を印加する場合、スイッチＳＷ３のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖの電圧ＶL0を印加する場合、スイッチＳＷ４のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は切断される。したがって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖ又は３段階の電圧のいずれかを印加可能である。よって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度を３段階に設定可能である。
【００２４】
図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、温度によって抵抗値が変化する。発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHと、発熱抵抗体６１Ａの抵抗値ＲHの関係は、下記（１）式で与えられる。
RH = RSTD×[1+α(TH-TSTD) + β(TH-TSTD)2] ・・・(1)
ここで、ＴSTDは標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲSTDは標準温度ＴSTDにおける予め計測された抵抗値を表す。αは１次の抵抗温度係数、βは２次の抵抗温度係数を表す。また、発熱抵抗体６１Ａの抵抗値ＲHは、発熱抵抗体６１Ａの駆動電力ＰHと、発熱抵抗体６１Ａの通電電流ＩHから、下記（２）式で与えられる。
RH = PH / IH2 ・・・(2)
あるいは発熱抵抗体６１Ａの抵抗値ＲHは、発熱抵抗体６１Ａにかかる電圧ＶHと、発熱抵抗体６１Ａの通電電流ＩHから、下記（３）式で与えられる。
RH = VH / IH ・・・(3)
【００２５】
ここで、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHは、発熱抵抗体６１Ａと雰囲気ガスの間が熱的に平衡になったときに安定する。なお、熱的に平衡な状態とは、発熱抵抗体６１Ａの発熱と、発熱抵抗体６１Ａから雰囲気ガスへの放熱とが釣り合っている状態をいう。平衡状態において、下記（４）式に示すように、発熱抵抗体６１Ａの駆動電力ＰHを、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHと雰囲気ガスのガス温度ＴOとの差で割ることにより、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが得られる。なお、放熱係数ＭOの単位は、例えばＷ／℃である。
MO = PH / (TH - TO) ・・・(4)
【００２６】
発熱抵抗体６１Ａの通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（１）乃至（３）から発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHが算出可能である。また、雰囲気ガスのガス温度ＴOは、図１に示すガス温度センサ６４Ａで測定可能である。したがって、図１及び図２に示すマイクロチップ８Ａを用いて、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが算出可能である。なお、雰囲気ガスのガス温度ＴOは、発熱抵抗体６１Ａを用いて計測してもよい。ガス温度ＴOに影響しない程度の電力を発熱抵抗体６１Ａに供給することにより、発熱抵抗体６１Ａでガス温度ＴOを測定可能である。発熱抵抗体６１Ａで雰囲気ガスのガス温度ＴOを測定する場合、ガス温度センサ６４Ａを省略して、マイクロチップ８Ａの構造を簡素化してもよい。ただし、発熱抵抗体６１Ａとガス温度センサ６４Ａを別個に設けたほうが、より正確な放熱係数ＭOの測定が可能となる。
【００２７】
さらに、マイクロチップ８Ａは、熱伝導性の基板６０Ａの温度を一定に保つ補助ヒータを備えていてもよい。基板６０Ａの温度を一定に保つことにより、発熱抵抗体６１Ａが発熱する前のマイクロチップ８Ａの近傍の雰囲気ガスの温度が、基板６０Ａの一定の温度と近似する。そのため、雰囲気ガスの温度の変動が抑制され、より高い精度で放熱係数ＭOを算出することが可能となる。補助ヒータにも電気抵抗素子等が使用可能である。また、ガス温度センサ６４Ａが補助ヒータを兼ねていてもよい。
【００２８】
図４に示すように、ガス温度センサ６４Ａは、抵抗ブリッジ回路の一部をなしている。抵抗ブリッジ回路は、ガス温度センサ６４Ａと直列に接続された抵抗素子１８１と、ガス温度センサ６４Ａ及び抵抗素子１８１と並列に接続された抵抗素子１８２，１８３を備える。ここで、ガス温度センサ６４Ａの抵抗値をＲｒ、抵抗素子１８１，１８２，１８３の固定された抵抗値をそれぞれＲ181，Ｒ182，Ｒ183とする。抵抗ブリッジ回路には、オペアンプ１７１が接続されている。ガス温度センサ６４Ａを補助ヒータとして機能させる場合、抵抗素子１８１とガス温度センサ６４Ａの間のブリッジ電圧Ｖ2aが、抵抗素子１８２と抵抗素子１８３の間のブリッジ電圧Ｖ2bと等しくなるよう、ブリッジ駆動電圧Ｖ1がフィードバック制御される。これにより、ガス温度センサ６４Ａの抵抗値Ｒｒが一定となり、ガス温度センサ６４Ａが補助ヒータとして一定の温度で発熱する。
【００２９】
次に、雰囲気ガスが混合ガスであり、混合ガスが、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤの４種類のガス成分からなっていると仮定する。ここで、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDの総和は、下記（５）式で与えられるように、１である。
VA+VB+VC+VD=1 ・・・(5)
【００３０】
また、ガスＡの単位体積当たりの発熱量をＫA、ガスＢの単位体積当たりの発熱量をＫB、ガスＣの単位体積当たりの発熱量をＫC、ガスＤの単位体積当たりの発熱量をＫDとすると、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の単位体積当たりの発熱量を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（６）式で与えられる。なお、単位体積当たりの発熱量の単位は、例えばＭＪ／ｍ3である。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD ・・・(6)
【００３１】
また、ガスＡの放熱係数をＭA、ガスＢの放熱係数をＭB、ガスＣの放熱係数をＭC、ガスＤの放熱係数をＭDとすると、混合ガスの放熱係数ＭIは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の放熱係数を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの放熱係数ＭIは、下記（７）式で与えられる。
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD ・・・(7)
【００３２】
さらに、ガスの放熱係数は発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに依存するので、混合ガスの放熱係数ＭIは、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHの関数として、下記（８）式で与えられる。
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ・・・(8)
【００３３】
したがって、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度がＴH1のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1）は下記（９）式で与えられ、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度がＴH2のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH2）は下記（１０）式で与えられ、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度がＴH3のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH3）は下記（１１）式で与えられる。なお、発熱温度ＴH1、発熱温度ＴH2、発熱温度ＴH3は異なる温度である。
MI (TH1)= MA(TH1)×VA+ MB(TH1)×VB+ MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD ・・・(9)
MI (TH2)= MA(TH2)×VA+ MB(TH2)×VB+ MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD ・・・(10)
MI (TH3)= MA(TH3)×VA+ MB(TH3)×VB+ MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD ・・・(11)
【００３４】
ここで、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が非線形性を有する場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。また、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が線形性を有する場合でも、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに対する各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）の変化率が異なる場合は、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。さらに、（９）乃至（１１）式が線形独立な関係を有する場合、（５）式及び（９）乃至（１１）式は線形独立な関係を有する。
【００３５】
図５は、天然ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の放熱係数と発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の関係を示すグラフである。発熱抵抗体６１Ａの発熱温度に対して、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれのガス成分の放熱係数は線形性を有する。しかし、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度に対する放熱係数の変化率は、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれで異なる。したがって、混合ガスを構成するガス成分がメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）であるである場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。
【００３６】
さて、（９）乃至（１１）式中の各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH1），ＭB（ＴH1），ＭC（ＴH1），ＭD（ＴH1），ＭA（ＴH2），ＭB（ＴH2），ＭC（ＴH2），ＭD（ＴH2），ＭA（ＴH3），ＭB（ＴH3），ＭC（ＴH3），ＭD（ＴH3）の値は、計測等により予め得ることが可能である。したがって、（５）式及び（９）乃至（１１）式の連立方程式を解くと、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、下記（１２）乃至（１５）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられる。なお、下記（１２）乃至（１５）式において、ｎを自然数としてｆnは、関数を表す記号である。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(12)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(13)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(14)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(15)
【００３７】
ここで、上記（６）式に（１２）乃至（１５）式を代入することにより、下記（１６）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]+KD×f4[MI (TH1), MI ( TH2), MI (TH3)] ・・・(16)
【００３８】
上記（１６）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3における混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を変数とする方程式で与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（１７）式で与えられる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(17)
【００３９】
よって、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤからなる混合ガスについて、予め上記（１７）式を得れば、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDが未知の検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを容易に算出可能であることを、発明者らは見出した。具体的には、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3における検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を計測し、（１７）式に代入することにより、検査対象混合ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能である。
【００４０】
なお、混合ガスのガス成分は、４種類に限定されることはない。例えば、混合ガスがｎ種類のガス成分からなる場合、まず、下記（１８）式で与えられる、発熱抵抗体６１Ａの少なくともｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を変数とする方程式を予め得る。そして、発熱抵抗体６１Ａのｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する、ｎ種類のガス成分のそれぞれの体積率が未知の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を計測し、（１８）式に代入することにより、検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1)] ・・・(18)
【００４１】
ただし、混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、ｊを自然数として、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（１８）式の算出には影響しない。例えば、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）を、下記（１９）乃至（２２）式に示すように、それぞれ所定の係数を掛けられたメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなして（１８）式を算出してもかまわない。
C2H6 = 0.5 CH4 + 0.5 C3H8 ・・・(19)
C4H10 = -0.5 CH4 + 1.5 C3H8 ・・・(20)
C5H12 = -1.0 CH4 + 2.0 C3H8 ・・・(21)
C6H14 = -1.5 CH4 + 2.5 C3H8 ・・・(22)
【００４２】
したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなる混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、少なくともｎ−ｚ−１種類の発熱温度における混合ガスの放熱係数を変数とする方程式を求めてもよい。
【００４３】
なお、（１８）式の算出に用いられた混合ガスのガス成分の種類と、単位体積当たりの発熱量Ｑが未知の検査対象混合ガスのガス成分の種類が同じ場合に、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（１８）式を利用可能であることはもちろんである。さらに、検査対象混合ガスがｎ種類より少ない種類のガス成分からなり、かつ、ｎ種類より少ない種類のガス成分が、（１８）式の算出に用いられた混合ガスに含まれている場合も、（１８）式を利用可能である。例えば、（１８）式の算出に用いられた混合ガスが、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む場合、検査対象混合ガスが、窒素（Ｎ2）を含まず、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の３種類のガス成分のみを含む場合も、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（１８）式を利用可能である。
【００４４】
さらに、（１８）式の算出に用いられた混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を含む場合、検査対象混合ガスが、（１８）式の算出に用いられた混合ガスに含まれていないアルカン（ＣjＨ2j+2）を含んでいても、（１８）式を利用可能である。これは、上述したように、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（１８）式を用いた単位体積当たりの発熱量Ｑの算出に影響しないためである。
【００４５】
ここで、図６に示す第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム２０は、発熱量の値が既知のサンプル混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、複数の異なる発熱温度で発熱する図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを用いて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する図６に示す計測機構１０と、サンプル混合ガスの既知の発熱量の値、及び計測された複数の放熱係数の値に基づいて、発熱抵抗体の複数の発熱温度における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュール３０２とを備える。なお、サンプル混合ガスは、複数種類のガス成分を含む。
【００４６】
計測機構１０は、サンプル混合ガスが注入されるチャンバ１０１内に配置された、図１及び図２を用いて説明したマイクロチップ８Ａを備える。マイクロチップ８Ａは、断熱材を介してチャンバ１０１内に配置されていてもよい。断熱材によって、マイクロチップ８Ａの温度が、チャンバ１０１の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。断熱材の熱伝導率は、例えば１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。チャンバ１０１には、サンプル混合ガスをチャンバ１０１に送るための流路１０２と、サンプル混合ガスをチャンバ１０１から外部に排出するための流路１０３が接続されている。
【００４７】
４種類のサンプル混合ガスが使用される場合、図７に示すように、第１のサンプル混合ガスを貯蔵する第１のガスボンベ５０Ａ、第２のサンプル混合ガスを貯蔵する第２のガスボンベ５０Ｂ、第３のサンプル混合ガスを貯蔵する第３のガスボンベ５０Ｃ、及び第４のサンプル混合ガスを貯蔵する第４のガスボンベ５０Ｄが用意される。第１のガスボンベ５０Ａには、流路９１Ａを介して、第１のガスボンベ５０Ａから例えば０．２ＭＰａ等の低圧に調節された第１のサンプル混合ガスを得るための第１のガス圧調節器３１Ａが接続されている。また、第１のガス圧調節器３１Ａには、流路９２Ａを介して、第１の流量制御装置３２Ａが接続されている。第１の流量制御装置３２Ａは、流路９２Ａ及び流路１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第１のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４８】
第２のガスボンベ５０Ｂには、流路９１Ｂを介して、第２のガス圧調節器３１Ｂが接続されている。また、第２のガス圧調節器３１Ｂには、流路９２Ｂを介して、第２の流量制御装置３２Ｂが接続されている。第２の流量制御装置３２Ｂは、流路９２Ｂ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第２のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４９】
第３のガスボンベ５０Ｃには、流路９１Ｃを介して、第３のガス圧調節器３１Ｃが接続されている。また、第３のガス圧調節器３１Ｃには、流路９２Ｃを介して、第３の流量制御装置３２Ｃが接続されている。第３の流量制御装置３２Ｃは、流路９２Ｃ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第３のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００５０】
第４のガスボンベ５０Ｄには、流路９１Ｄを介して、第４のガス圧調節器３１Ｄが接続されている。また、第４のガス圧調節器３１Ｄには、流路９２Ｄを介して、第４の流量制御装置３２Ｄが接続されている。第４の流量制御装置３２Ｄは、流路９２Ｄ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第４のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００５１】
第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えば天然ガスである。第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えばメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む。
【００５２】
図６に示すマイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、図６に示す駆動回路３０３から、例えば図８に示すように、予め定めされた時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与えられる。第１の駆動電力ＰH#1を与えられることにより、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、例えば１００℃で発熱する。発熱抵抗体６１Ａに第１の駆動電力ＰH#1が与えられてから時間ＷＴ2が経過した後、マイクロチップ８Ａのガス温度センサ６４Ａは、１００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出する。なお、時間ＷＴ2は時間ＷＴ1よりも短い時間である。ガス温度センサ６４Ａが、発熱抵抗体６１Ａに駆動電力ＰH#1を与えられてから時間ＷＴ2が経過した後にガス温度ＴO#H=100を検出する理由は、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度が安定し、発熱抵抗体６１Ａと第１のサンプル混合ガスが熱的に平衡になるのを待機するためである。
【００５３】
図６に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3の間、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第２の駆動電力ＰH#2を与えられて、例えば１５０℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第２の駆動電力ＰH#2が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=150を検出する。
【００５４】
図６に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第２の駆動電力ＰH#2を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3の間、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第３の駆動電力ＰH#3を与えられて、例えば２００℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第３の駆動電力ＰH#3が与えられてから時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、２００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=200を検出する。
【００５５】
図１及び図２に示すように、発熱抵抗体６１Ａは絶縁膜６５Ａに囲まれている。しかし、図９に示すように、発熱抵抗体６１Ａに連続的に駆動電力を与え、発熱させ続けると、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａから基板６０Ａに熱が伝わる場合がある。シリコン（Ｓｉ）等からなる基板６０Ａは熱時定数（ＪＩＳ Ｃ２５７０−１）が短いため、熱の影響を受けやすい。そのため、発熱抵抗体６１Ａから基板６０Ａに熱が伝わると、基板６０Ａの温度が急激に変動し、基板６０Ａの周囲の雰囲気ガスの温度も変動してしまう場合がある。この場合、発熱抵抗体６１Ａと雰囲気ガスが熱的に平衡な状態になるまで、長時間待機しなければならない場合もある。また、発熱抵抗体６１Ａを発熱させ続けると、発熱抵抗体６１Ａの抵抗値がドリフトし、発熱温度が一定にならない場合もある。
【００５６】
これに対し、図８に示すように、間欠的に発熱抵抗体６１Ａに駆動電力を与えることによって、発熱抵抗体６１Ａが基板６０Ａの温度に影響を与えることを抑制することが可能となる。したがって、発熱抵抗体６１Ａと雰囲気ガスが熱的に平衡な状態になるまでの時間を短くすることが可能となる。また、消費電力を抑制することも可能となる。
【００５７】
図６に示すチャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。マイクロチップ８Ａは、第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度１００℃，１５０℃，２００℃に対するガス温度ＴO#H=100，ＴO#H=150，ＴO#H=200を検出する。
【００５８】
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、少なくともｎ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱抵抗体６１Ａは、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。
【００５９】
さらに図６に示す計測機構１０は、マイクロチップ８Ａに接続された放熱係数算出モジュール３０１を備える。放熱係数算出モジュール３０１は、上記（４）式に示すように、図１及び図２に示すマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体６１Ａの第１の駆動電力ＰH#1を、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH（ここでは１００℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれのガス温度ＴO#H=100との差で割り、発熱温度１００℃の発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を算出する。
【００６０】
また、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの第２の駆動電力ＰH#2を、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH（ここでは１５０℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれのガス温度ＴO#H=150との差で割り、発熱温度１５０℃の発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を算出する。
【００６１】
さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの第３の駆動電力ＰH#3を、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH（ここでは２００℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれのガス温度ＴO#H=200との差で割り、発熱温度２００℃の発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を算出する。
【００６２】
図６に示す式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、発熱温度１００℃における放熱係数の計測された値、発熱温度１５０℃における放熱係数の計測された値、及び発熱温度２００℃における放熱係数の計測された値を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量及び放熱係数の値に基づいて、Ａ． Ｊ Ｓｍｏｌａ及びＢ． Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ著の「Ａ Ｔｕｔｏｒｉａｌ ｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ」（ＮｅｕｒｏＣＯＬＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ （ＮＣ−ＴＲ−９８−０３０）、１９９８年）に開示されているサポートベクトル回帰、重回帰分析、及び特開平５−１４１９９９号公報に開示されているファジィ数量化理論ＩＩ類等を含む多変量解析により、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を算出する。なお、放熱係数算出モジュール３０１及び式作成モジュール３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
【００６３】
発熱量算出式作成システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された放熱係数記憶装置４０１及び式記憶装置４０２をさらに備える。放熱係数記憶装置４０１は、放熱係数算出モジュール３０１が算出した放熱係数の値を保存する。式記憶装置４０２は、式作成モジュール３０２が作成した発熱量算出式を保存する。さらにＣＰＵ３００には、入力装置３１２及び出力装置３１３が接続される。入力装置３１２としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置３１３には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。
【００６４】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法について説明する。なお、以下の例では、第１乃至第４のサンプル混合ガスを準備し、図６に示すマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体６１Ａを、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００６５】
（ａ） ステップＳ１００で、図７に示す第２乃至第４の流量制御装置３２Ｂ−３２Ｄの弁を閉じたまま、第１の流量制御装置３２Ａの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第１のサンプル混合ガスを導入する。次にステップＳ１０１で、駆動回路３０３は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに、例えば時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与え、発熱抵抗体６１Ａを１００℃で発熱させる。発熱抵抗体６１Ａが１００℃で発熱している間、ガス温度センサ６４Ａは、発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出し、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００６６】
（ｂ） ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで停止する。ステップＳ１０３で、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを時間ＷＴ1の間１５０℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで停止する。
【００６７】
（ｃ） 再びステップＳ１０３で、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを時間ＷＴ1の間２００℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度２００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を停止する。
【００６８】
（ｄ） 発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４で、サンプル混合ガスの切り替えが完了したか否かを判定する。第２乃至第４のサンプル混合ガスへの切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１００で、図７に示す第１の流量制御装置３２Ａを閉じ、第３乃至第４の流量制御装置３２Ｃ−３２Ｄの弁を閉じたまま第２の流量制御装置３２Ｂの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第２のサンプル混合ガスを導入する。
【００６９】
（ｅ） 第１のサンプル混合ガスと同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３のループが繰り返され、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値、発熱温度１５０℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度２００℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００７０】
（ｆ） その後、ステップＳ１００乃至ステップＳ１０４のループが繰り返され、発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第３のサンプル混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値が、放熱係数記憶装置４０１に保存される。
【００７１】
（ｇ） ステップＳ１０５で、入力装置３１２から式作成モジュール３０２に、第１のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、第２のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、第３のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、及び第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値を入力する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値を読み出す。
【００７２】
（ｈ） ステップＳ１０６で、第１乃至第４のサンプル混合ガスの発熱量の値、及び発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値に基づいて、式作成モジュール３０２は、重回帰分析を行い、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を算出する。その後、ステップＳ１０７で、式作成モジュール３０２は作成した発熱量算出式を式記憶装置４０２に保存し、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を終了する。
【００７３】
以上示したように、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成システム及び方法によれば、発熱量の値が未知の計測対象混合ガスの放熱係数を複数の発熱温度に対して計測することにより、計測対象混合ガスの発熱量の値を一意に算出可能な発熱量算出式を作成することが可能となる。また、図８を用いて説明したように、発熱抵抗体６１Ａに間欠的に駆動電力を与えることにより、サンプル混合ガスの放熱係数を正確かつ高速に得ることが可能となる。
【００７４】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに駆動電力を与える際、図８に示すように、異なる駆動電力を与えるごとに、駆動電力の提供を停止する期間を設ける例を示した。これに対し、例えばサンプル混合ガスが７種類のガス成分を含み、第１乃至第６の駆動電力を発熱抵抗体６１Ａに与える必要がある場合、発熱抵抗体６１Ａの発熱が基板６０Ａの温度変動に影響しない時間の範囲内であれば、図１１に示すように、第１乃至第３の駆動電力を、発熱抵抗体６１Ａに連続的に与えてもよい。第３の駆動電力を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、例えば時間ＷＴ4が経過するまで、駆動電力の提供を停止することにより、発熱抵抗体６１Ａの温度を低下させることが可能となる。そのため、その後、発熱抵抗体６１Ａの発熱が基板６０Ａの温度変動に影響しない時間の範囲内で、第４乃至第６の駆動電力を発熱抵抗体６１Ａに与えれば、第４乃至第６の駆動電力のそれぞれによって発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なサンプル混合ガスのガス温度も、正確に測定される。
【００７５】
（第３の実施の形態）
図１２に示すように、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム２１は、発熱量の値が未知の計測対象混合ガスが充填されるチャンバ１０１、複数の異なる発熱温度で発熱する、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを用いて、計測対象混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する、図１２に示す計測機構１０、複数の発熱温度における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２、及び発熱量算出式の複数の発熱温度における放熱係数の独立変数に、計測対象混合ガスの複数の発熱温度に対して計測された放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュール３０５を備える。
【００７６】
式記憶装置４０２は、第１の実施の形態で説明したように作成された発熱量算出式を保存する。ここでは、例として、発熱量算出式の作成のために、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む天然ガスがサンプル混合ガスとして使用された場合を説明する。また、発熱量算出式は、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数としているものとする。
【００７７】
第３の実施の形態においては、例えば、未知の体積率でメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む、発熱量が未知の天然ガスが、計測対象混合ガスとして、チャンバ１０１に導入される。図１２に示すマイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、図１２に示す駆動回路３０３から、例えば図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与えられ、１００℃で発熱する。発熱抵抗体６１Ａに第１の駆動電力ＰH#1が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、マイクロチップ８Ａのガス温度センサ６４Ａは、１００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出する。
【００７８】
図１２に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3が経過するまで、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第２の駆動電力ＰH#2を与えられて、例えば１５０℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第２の駆動電力ＰH#2が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=150を検出する。
【００７９】
図１２に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第２の駆動電力ＰH#2を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3が経過するまで、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第３の駆動電力ＰH#3を与えられて、例えば２００℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第３の駆動電力ＰH#3が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、２００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=200を検出する。なお、発熱抵抗体６１Ａに間欠的に駆動電力を与える理由は、第１の実施の形態と同様である。
【００８０】
図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、上記（１）乃至（４）式で説明した方法に従って、発熱温度１００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。また、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃で発熱するマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度２００℃で発熱するマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の放熱係数の独立変数に、算出された計測対象混合ガスの放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する。
【００８１】
ＣＰＵ３００には、発熱量記憶装置４０３がさらに接続されている。発熱量記憶装置４０３は、発熱量算出モジュール３０５が算出した計測対象混合ガスの発熱量の値を保存する。第３の実施の形態に係る発熱量算出システム２１のその他の構成要件は、図６で説明した第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム２０と同様であるので、説明は省略する。
【００８２】
次に、図１３に示すフローチャートを用いて、第３の実施の形態に係る発熱量の算出方法について説明する。なお、以下の例では、図１２に示すマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体６１Ａを、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００８３】
（ａ） ステップＳ２００で、図１２に示すチャンバ１０１内に計測対象混合ガスを導入する。次に、ステップＳ２０１で、駆動回路３０３は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに、例えば時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与え、発熱抵抗体６１Ａを１００℃で発熱させる。発熱抵抗体６１Ａが１００℃で発熱している間、ガス温度センサ６４Ａは、発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出し、図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００８４】
（ｂ） ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで、停止する。ステップＳ２０３で、図１２に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１２に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを１５０℃に発熱させる。図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで、停止する。
【００８５】
（ｃ） 再びステップＳ２０３で、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１２に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを２００℃に発熱させる。図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度２００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで、停止する。
【００８６】
（ｄ） 発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４で、図１２に示す発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２から、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃における放熱係数を独立変数とする発熱量算出式を読み出す。また、発熱量算出モジュール３０５は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃のそれぞれにおける計測対象混合ガスの放熱係数の値を読み出す。
【００８７】
（ｅ） ステップＳ２０５で、発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の独立変数に発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃のそれぞれにおける計測対象混合ガスの放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する。その後、発熱量算出モジュール３０５は、算出した発熱量の値を発熱量記憶装置４０３に保存し、第３の実施の形態に係る発熱量の算出方法を終了する。
【００８８】
以上説明した第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法によれば、高価なガスクロマトグラフィ装置や音速センサを用いることなく、計測対象混合ガスの放熱係数の値を測定することのみによって、計測対象混合ガスの発熱量の値を測定することが可能となる。また、図８に示したように、発熱抵抗体６１Ａに間欠的に駆動電力を与えることにより、計測対象混合ガスの放熱係数を正確かつ高速に得ることが可能となる。そのため、計測対象混合ガスの発熱量を正確かつ高速に得ることも可能となる。
【００８９】
天然ガスは、産出ガス田によって炭化水素の成分比率が異なる。また、天然ガスには、炭化水素の他に、窒素（Ｎ2）や炭酸ガス（ＣＯ2）等が含まれる。そのため、産出ガス田によって、天然ガスに含まれるガス成分の体積率は異なり、ガス成分の種類が既知であっても、天然ガスの発熱量は未知であることが多い。また、同一のガス田由来の天然ガスであっても、発熱量が常に一定であるとは限らず、採取時期によって変化することもある。
【００９０】
そのため、従来は、天然ガスの使用料金を徴収する際には、天然ガスの使用発熱量でなく、使用体積に応じて課金する方法がとられていた。しかし、天然ガスは由来する産出ガス田によって発熱量が異なるため、使用体積に課金するのは公平でない。これに対し、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法を用いれば、ガス成分の種類が既知であるが、ガス成分の体積率が未知であるために発熱量が未知の天然ガス等の混合ガスの発熱量を、簡易に算出することが可能となる。そのため、公平な使用料金を徴収することが可能となる。
【００９１】
また、ガラス加工品の製造業においては、ガラスを加熱加工する際、加工精度を一定に保つために、一定の発熱量を有する天然ガスが供給されることが望まれている。そのためには、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれの発熱量を正確に把握し、総ての天然ガスの発熱量が同一になるよう調整した上で、ガラスの加熱加工工程に天然ガスを供給することが検討されている。これに対し、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法を用いれば、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれ発熱量を正確には把握することが可能となるため、ガラスの加熱加工精度を一定に保つことが可能となる。
【００９２】
さらに、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法によれば、天然ガス等の混合ガスの正確な発熱量を容易に知ることが可能となるため、混合ガスを燃焼させる場合に必要な空気量を適切に設定することが可能となる。そのため、無駄な二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を削減することも可能となる。
【００９３】
（実施例）
まず、図１４に示すように発熱量の値が既知の２８種類のサンプル混合ガスを用意した。２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれは、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のいずれか又は全部を含んでいた。例えば、Ｎｏ．７のサンプル混合ガスは、９０ｖｏｌ％のメタン、３ｖｏｌ％のエタン、１ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、４ｖｏｌ％の窒素、及び１ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。また、Ｎｏ．８のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、１０ｖｏｌ％のエタン、３ｖｏｌ％のプロパン、及び２ｖｏｌ％のブタンを含み、窒素及び二酸化炭素を含んでいなかった。また、Ｎｏ．９のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、８ｖｏｌ％のエタン、２ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、２ｖｏｌ％の窒素、及び２ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。次に、２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃で計測した。なお、例えばＮｏ．７のサンプル混合ガスは６種類のガス成分を含んでいるが、上述したように、エタン（Ｃ2Ｈ6）とブタン（Ｃ4Ｈ10）は、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうるので、放熱係数の値を３種類の発熱温度で計測しても問題ない。その後、２８種類のサンプル混合ガスの発熱量の値と、計測された放熱係数の値に基づいて、サポートベクトル回帰により、放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする、発熱量を算出するための１次方程式、２次方程式、及び３次方程式を作成した。
【００９４】
発熱量を算出するための１次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、３乃至５個を目安に、適宜決定できる。作成された１次方程式は下記（２３）式で与えられた。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を（２３）式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は２．１％であった。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃) ・・・(23)
【００９５】
発熱量を算出するための２次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、８乃至９個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を作成された２次方程式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は１．２乃至１．４％であった。
【００９６】
発熱量を算出するための３次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、１０乃至１４個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を作成された３次方程式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は１．２％未満であった。図１５及び図１６に示すように、１０個のキャリブレーション・ポイントを取って作成された３次方程式で算出された発熱量は、真の発熱量に良好に近似した。
【００９７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。
【００９８】
例えば、図１７は、発熱抵抗体に２ｍＡ、２．５ｍＡ、及び３ｍＡの電流を流した際の、混合ガスの放熱係数と熱伝導率の関係を示す。図１７に示すように、混合ガスの放熱係数と熱伝導率は一般に比例関係にある。したがって、第１乃至第３の実施の形態においては、発熱抵抗体の複数の発熱温度における混合ガスの放熱係数の値を用いたが、代わりに、混合ガスの複数の発熱温度における熱伝導率を用いて、発熱量算出式の作成及び発熱量の算出を行ってもよい。
【００９９】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１００】
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
８Ａ マイクロチップ
１０ 計測機構
２０ 発熱量算出式作成システム
２１ 発熱量算出システム
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ ガス圧調節器
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ ガスボンベ
６０Ａ 基板
６１Ａ 発熱抵抗体
６２Ａ 第１の測温抵抗素子
６３Ａ 第２の測温抵抗素子
６４Ａ ガス温度センサ
６５Ａ 絶縁膜
６６Ａ キャビティ
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，１０２，１０３ 流路
１０１ チャンバ
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１８１，１８２，１８３ 抵抗素子
１７０，１７１ オペアンプ
３０１ 放熱係数算出モジュール
３０２ 式作成モジュール
３０３ 駆動回路
３０５ 発熱量算出モジュール
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
４０１ 放熱係数記憶装置
４０２ 式記憶装置
４０３ 発熱量記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス検査技術に関し、ガス物性値計測システム、ガス物性値の計測方法、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、混合ガスの発熱量を求める際には、高価なガスクロマトグラフィ装置等を用いて混合ガスの成分を分析する必要があった。また、混合ガスの熱伝導率及び混合ガスにおける音速を測定することにより、混合ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び炭酸ガス（ＣＯ2）の成分比率を算出し、混合ガスの発熱量を求める方法も提案されている。しかし、熱伝導率を測定するためのセンサの他に、音速を測定するための高価な音速センサが必要であった（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらに、ガスの発熱量をリアルタイムで検出したいという要求が高まっており、従来以上に発熱量を検出するための装置の高速化及び小型化が求められている。ここで、演算量の多さが、装置の高速化及び小型化に限界を与える場合がある。従来の技術では、混合ガスの発熱量を算出するために、混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップと、算出された割合に基づいて、混合ガスの発熱量を算出するステップが必要であり、演算量が多いという問題がある。したがって、従来よりも演算量の少ない検出方法の登場が望まれている。よって本発明は、従来よりも演算量の少ない発熱量の検出方法及び装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、ガスの物性値の安定した計測を可能にする装置を提供することも目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、複数の電力の値、複数の発熱温度の値、及び発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、ガスの物性値を算出する算出部と、を備えるガス物性値計測システムであって、駆動回路が、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、ガス物性値計測システムが提供される。
【０００６】
また、本発明の態様によれば、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、複数の電力の値、複数の発熱温度の値、及び発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、ガスの物性値を算出することと、を含み、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、ガス物性値の計測方法が提供される。
【０００７】
本発明の態様に係るガス物性値計測システム及びガス物性値の計測方法によれば、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止することにより、ガスの放熱係数、熱伝導率、及び発熱量等のガス物性値の安定した計測が可能となる。
【０００８】
また、上述したように、従来、混合ガスの発熱量を算出する際には、混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップが必要であった。これに対し、発明者らは、発熱量の演算方法を見直し、混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップを実施しなくとも、発熱量の算出が可能にならないかを検討した。そして、発明者らは、混合ガスの放熱係数又は熱伝導率を入力情報とすれば、混合ガスの発熱量を一意に算出可能な方法を、理論的及び実験的に見出した。
【０００９】
そこで、本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、混合ガスの既知の発熱量の値と、計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成部と、を備える発熱量算出式作成システムであって、駆動回路が、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量算出式作成システムが提供される。
【００１０】
また、本発明の態様によれば、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、混合ガスの既知の発熱量の値と、計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、を含む発熱量算出式の作成方法において、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量算出式の作成方法が提供される。
【００１１】
本発明の態様に係る発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式作成方法によれば、発熱量が未知の混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップを実施せずとも、混合ガスの放熱係数又は熱伝導率から混合ガスの発熱量を算出可能な発熱量算出式が提供される。
【００１２】
さらに、本発明の態様によれば、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、発熱量算出式の複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、計測対象混合ガスの計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、を備える発熱量算出システムにおいて、駆動回路が、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量算出システムが提供される。
【００１３】
また、本発明の態様によれば、発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、複数の異なる発熱温度において、発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、発熱量算出式の複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、計測対象混合ガスの計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、を含む発熱量の算出方法において、発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、発熱抵抗体への電力の供給を停止する、発熱量の算出方法が提供される。
【００１４】
本発明の態様に係る発熱量算出システム及び発熱量の算出方法によれば、発熱量が未知の混合ガスの各ガス成分の割合を算出するステップを実施せずとも、混合ガスの放熱係数又は熱伝導率を計測することにより、混合ガスの発熱量を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガスの物性値の安定した計測を可能にするガス物性値計測システム及びガス物性値の計測方法を提供可能である。また、本発明によれば、少ない演算量で発熱量を算出可能な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を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る発熱抵抗体に関する回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る補助ヒータに関する回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発熱抵抗体の発熱温度と、ガスの放熱係数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの第１の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの第２の模式図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの発熱抵抗体の駆動電力を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態の比較例に係る発熱量算出式作成システムの発熱抵抗体の駆動電力を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの発熱抵抗体の駆動電力を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る発熱量算出システムを示す模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る発熱量の算出方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの組成と発熱量を示す表である。
【図１５】本発明の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量と真の発熱量を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの真の発熱量と、算出された発熱量の関係を示すグラフである。
【図１７】本発明のその他の実施の形態に係る熱伝導率と放熱係数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
（第１の実施の形態）
まず、斜視図である図１、及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２を参照して、第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式の作成方法に用いられるマイクロチップ８Ａについて説明する。マイクロチップ８Ａは、キャビティ６６Ａが設けられた基板６０Ａ、及び基板６０Ａ上にキャビティ６６Ａを覆うように配置された絶縁膜６５Ａを備える。基板６０Ａの厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０Ａの縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５Ａのキャビティ６６Ａを覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。
【００１９】
さらにマイクロチップ８Ａは、絶縁膜６５Ａに設けられた発熱抵抗体６１Ａと、発熱抵抗体６１Ａを挟むように絶縁膜６５Ａに設けられた第１の測温抵抗素子６２Ａ及び第２の測温抵抗素子６３Ａと、基板６０Ａ上に設けられたガス温度センサ６４Ａを備える。ガス温度センサ６４Ａも電気抵抗素子等からなる。発熱抵抗体６１Ａは、キャビティ６６Ａを覆う絶縁膜６５Ａの中心に配置されている。発熱抵抗体６１Ａは、電力を与えられて発熱し、発熱抵抗体６１Ａに接する雰囲気ガスを加熱する。ガス温度センサ６４Ａは、絶縁膜６５Ａを介して発熱抵抗体６１Ａから隔離されて設けられており、雰囲気ガスのガス温度を検出する。
【００２０】
基板６０Ａの材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５Ａの材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６Ａは、異方性エッチング等により形成される。また発熱抵抗体６１Ａ、第１の測温抵抗素子６２Ａ、第２の測温抵抗素子６３Ａ、及びガス温度センサ６４Ａのそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００２１】
図３に示すように、発熱抵抗体６１Ａの一端には、例えば、オペアンプ１７０の＋入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ１７０の＋入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子１６１が接続される。オペアンプ１７０の−入力端子は、直列に接続された抵抗素子１６２と抵抗素子１６３との間、直列に接続された抵抗素子１６３と抵抗素子１６４の間、直列に接続された抵抗素子１６４と抵抗素子１６５の間、又は抵抗素子１６５の接地端子に電気的に接続される。抵抗素子１６２には例えば５．０Ｖの電圧Ｖｉｎが印加され、抵抗素子１６３には例えば２．４Ｖの電圧ＶL3が印加される。抵抗素子１６４には例えば１．９Ｖの電圧ＶL2が印加され、抵抗素子１６５には例えば１．４Ｖの電圧ＶL1が印加される。
【００２２】
抵抗素子１６２及び抵抗素子１６３の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ１が設けられており、抵抗素子１６３及び抵抗素子１６４の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗素子１６４及び抵抗素子１６５の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ３が設けられており、抵抗素子１６５の接地端子と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００２３】
オペアンプ１７０の−入力端子に２．４Ｖの電圧ＶL3を印加する場合、スイッチＳＷ１のみが通電され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．９Ｖの電圧ＶL2を印加する場合、スイッチＳＷ２のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．４Ｖの電圧ＶL1を印加する場合、スイッチＳＷ３のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖの電圧ＶL0を印加する場合、スイッチＳＷ４のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は切断される。したがって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖ又は３段階の電圧のいずれかを印加可能である。よって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度を３段階に設定可能である。
【００２４】
図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、温度によって抵抗値が変化する。発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHと、発熱抵抗体６１Ａの抵抗値ＲHの関係は、下記（１）式で与えられる。
RH = RSTD×[1+α(TH-TSTD) + β(TH-TSTD)2] ・・・(1)
ここで、ＴSTDは標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲSTDは標準温度ＴSTDにおける予め計測された抵抗値を表す。αは１次の抵抗温度係数、βは２次の抵抗温度係数を表す。また、発熱抵抗体６１Ａの抵抗値ＲHは、発熱抵抗体６１Ａの駆動電力ＰHと、発熱抵抗体６１Ａの通電電流ＩHから、下記（２）式で与えられる。
RH = PH / IH2 ・・・(2)
あるいは発熱抵抗体６１Ａの抵抗値ＲHは、発熱抵抗体６１Ａにかかる電圧ＶHと、発熱抵抗体６１Ａの通電電流ＩHから、下記（３）式で与えられる。
RH = VH / IH ・・・(3)
【００２５】
ここで、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHは、発熱抵抗体６１Ａと雰囲気ガスの間が熱的に平衡になったときに安定する。なお、熱的に平衡な状態とは、発熱抵抗体６１Ａの発熱と、発熱抵抗体６１Ａから雰囲気ガスへの放熱とが釣り合っている状態をいう。平衡状態において、下記（４）式に示すように、発熱抵抗体６１Ａの駆動電力ＰHを、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHと雰囲気ガスのガス温度ＴOとの差で割ることにより、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが得られる。なお、放熱係数ＭOの単位は、例えばＷ／℃である。
MO = PH / (TH - TO) ・・・(4)
【００２６】
発熱抵抗体６１Ａの通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（１）乃至（３）から発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHが算出可能である。また、雰囲気ガスのガス温度ＴOは、図１に示すガス温度センサ６４Ａで測定可能である。したがって、図１及び図２に示すマイクロチップ８Ａを用いて、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが算出可能である。なお、雰囲気ガスのガス温度ＴOは、発熱抵抗体６１Ａを用いて計測してもよい。ガス温度ＴOに影響しない程度の電力を発熱抵抗体６１Ａに供給することにより、発熱抵抗体６１Ａでガス温度ＴOを測定可能である。発熱抵抗体６１Ａで雰囲気ガスのガス温度ＴOを測定する場合、ガス温度センサ６４Ａを省略して、マイクロチップ８Ａの構造を簡素化してもよい。ただし、発熱抵抗体６１Ａとガス温度センサ６４Ａを別個に設けたほうが、より正確な放熱係数ＭOの測定が可能となる。
【００２７】
さらに、マイクロチップ８Ａは、熱伝導性の基板６０Ａの温度を一定に保つ補助ヒータを備えていてもよい。基板６０Ａの温度を一定に保つことにより、発熱抵抗体６１Ａが発熱する前のマイクロチップ８Ａの近傍の雰囲気ガスの温度が、基板６０Ａの一定の温度と近似する。そのため、雰囲気ガスの温度の変動が抑制され、より高い精度で放熱係数ＭOを算出することが可能となる。補助ヒータにも電気抵抗素子等が使用可能である。また、ガス温度センサ６４Ａが補助ヒータを兼ねていてもよい。
【００２８】
図４に示すように、ガス温度センサ６４Ａは、抵抗ブリッジ回路の一部をなしている。抵抗ブリッジ回路は、ガス温度センサ６４Ａと直列に接続された抵抗素子１８１と、ガス温度センサ６４Ａ及び抵抗素子１８１と並列に接続された抵抗素子１８２，１８３を備える。ここで、ガス温度センサ６４Ａの抵抗値をＲｒ、抵抗素子１８１，１８２，１８３の固定された抵抗値をそれぞれＲ181，Ｒ182，Ｒ183とする。抵抗ブリッジ回路には、オペアンプ１７１が接続されている。ガス温度センサ６４Ａを補助ヒータとして機能させる場合、抵抗素子１８１とガス温度センサ６４Ａの間のブリッジ電圧Ｖ2aが、抵抗素子１８２と抵抗素子１８３の間のブリッジ電圧Ｖ2bと等しくなるよう、ブリッジ駆動電圧Ｖ1がフィードバック制御される。これにより、ガス温度センサ６４Ａの抵抗値Ｒｒが一定となり、ガス温度センサ６４Ａが補助ヒータとして一定の温度で発熱する。
【００２９】
次に、雰囲気ガスが混合ガスであり、混合ガスが、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤの４種類のガス成分からなっていると仮定する。ここで、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDの総和は、下記（５）式で与えられるように、１である。
VA+VB+VC+VD=1 ・・・(5)
【００３０】
また、ガスＡの単位体積当たりの発熱量をＫA、ガスＢの単位体積当たりの発熱量をＫB、ガスＣの単位体積当たりの発熱量をＫC、ガスＤの単位体積当たりの発熱量をＫDとすると、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の単位体積当たりの発熱量を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（６）式で与えられる。なお、単位体積当たりの発熱量の単位は、例えばＭＪ／ｍ3である。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD ・・・(6)
【００３１】
また、ガスＡの放熱係数をＭA、ガスＢの放熱係数をＭB、ガスＣの放熱係数をＭC、ガスＤの放熱係数をＭDとすると、混合ガスの放熱係数ＭIは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の放熱係数を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの放熱係数ＭIは、下記（７）式で与えられる。
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD ・・・(7)
【００３２】
さらに、ガスの放熱係数は発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに依存するので、混合ガスの放熱係数ＭIは、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHの関数として、下記（８）式で与えられる。
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ・・・(8)
【００３３】
したがって、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度がＴH1のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1）は下記（９）式で与えられ、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度がＴH2のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH2）は下記（１０）式で与えられ、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度がＴH3のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH3）は下記（１１）式で与えられる。なお、発熱温度ＴH1、発熱温度ＴH2、発熱温度ＴH3は異なる温度である。
MI (TH1)= MA(TH1)×VA+ MB(TH1)×VB+ MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD ・・・(9)
MI (TH2)= MA(TH2)×VA+ MB(TH2)×VB+ MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD ・・・(10)
MI (TH3)= MA(TH3)×VA+ MB(TH3)×VB+ MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD ・・・(11)
【００３４】
ここで、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が非線形性を有する場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。また、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が線形性を有する場合でも、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴHに対する各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）の変化率が異なる場合は、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。さらに、（９）乃至（１１）式が線形独立な関係を有する場合、（５）式及び（９）乃至（１１）式は線形独立な関係を有する。
【００３５】
図５は、天然ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の放熱係数と発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の関係を示すグラフである。発熱抵抗体６１Ａの発熱温度に対して、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれのガス成分の放熱係数は線形性を有する。しかし、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度に対する放熱係数の変化率は、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれで異なる。したがって、混合ガスを構成するガス成分がメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）であるである場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。
【００３６】
さて、（９）乃至（１１）式中の各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH1），ＭB（ＴH1），ＭC（ＴH1），ＭD（ＴH1），ＭA（ＴH2），ＭB（ＴH2），ＭC（ＴH2），ＭD（ＴH2），ＭA（ＴH3），ＭB（ＴH3），ＭC（ＴH3），ＭD（ＴH3）の値は、計測等により予め得ることが可能である。したがって、（５）式及び（９）乃至（１１）式の連立方程式を解くと、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、下記（１２）乃至（１５）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられる。なお、下記（１２）乃至（１５）式において、ｎを自然数としてｆnは、関数を表す記号である。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(12)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(13)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(14)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(15)
【００３７】
ここで、上記（６）式に（１２）乃至（１５）式を代入することにより、下記（１６）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]+KD×f4[MI (TH1), MI ( TH2), MI (TH3)] ・・・(16)
【００３８】
上記（１６）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3における混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を変数とする方程式で与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（１７）式で与えられる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(17)
【００３９】
よって、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤからなる混合ガスについて、予め上記（１７）式を得れば、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDが未知の検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを容易に算出可能であることを、発明者らは見出した。具体的には、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3における検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を計測し、（１７）式に代入することにより、検査対象混合ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能である。
【００４０】
なお、混合ガスのガス成分は、４種類に限定されることはない。例えば、混合ガスがｎ種類のガス成分からなる場合、まず、下記（１８）式で与えられる、発熱抵抗体６１Ａの少なくともｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を変数とする方程式を予め得る。そして、発熱抵抗体６１Ａのｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する、ｎ種類のガス成分のそれぞれの体積率が未知の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を計測し、（１８）式に代入することにより、検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1)] ・・・(18)
【００４１】
ただし、混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、ｊを自然数として、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（１８）式の算出には影響しない。例えば、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）を、下記（１９）乃至（２２）式に示すように、それぞれ所定の係数を掛けられたメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなして（１８）式を算出してもかまわない。
C2H6 = 0.5 CH4 + 0.5 C3H8 ・・・(19)
C4H10 = -0.5 CH4 + 1.5 C3H8 ・・・(20)
C5H12 = -1.0 CH4 + 2.0 C3H8 ・・・(21)
C6H14 = -1.5 CH4 + 2.5 C3H8 ・・・(22)
【００４２】
したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなる混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、少なくともｎ−ｚ−１種類の発熱温度における混合ガスの放熱係数を変数とする方程式を求めてもよい。
【００４３】
なお、（１８）式の算出に用いられた混合ガスのガス成分の種類と、単位体積当たりの発熱量Ｑが未知の検査対象混合ガスのガス成分の種類が同じ場合に、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（１８）式を利用可能であることはもちろんである。さらに、検査対象混合ガスがｎ種類より少ない種類のガス成分からなり、かつ、ｎ種類より少ない種類のガス成分が、（１８）式の算出に用いられた混合ガスに含まれている場合も、（１８）式を利用可能である。例えば、（１８）式の算出に用いられた混合ガスが、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む場合、検査対象混合ガスが、窒素（Ｎ2）を含まず、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の３種類のガス成分のみを含む場合も、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（１８）式を利用可能である。
【００４４】
さらに、（１８）式の算出に用いられた混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を含む場合、検査対象混合ガスが、（１８）式の算出に用いられた混合ガスに含まれていないアルカン（ＣjＨ2j+2）を含んでいても、（１８）式を利用可能である。これは、上述したように、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（１８）式を用いた単位体積当たりの発熱量Ｑの算出に影響しないためである。
【００４５】
ここで、図６に示す第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム２０は、発熱量の値が既知のサンプル混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、複数の異なる発熱温度で発熱する図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを用いて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する図６に示す計測機構１０と、サンプル混合ガスの既知の発熱量の値、及び計測された複数の放熱係数の値に基づいて、発熱抵抗体の複数の発熱温度における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュール３０２とを備える。なお、サンプル混合ガスは、複数種類のガス成分を含む。
【００４６】
計測機構１０は、サンプル混合ガスが注入されるチャンバ１０１内に配置された、図１及び図２を用いて説明したマイクロチップ８Ａを備える。マイクロチップ８Ａは、断熱材を介してチャンバ１０１内に配置されていてもよい。断熱材によって、マイクロチップ８Ａの温度が、チャンバ１０１の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。断熱材の熱伝導率は、例えば１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。チャンバ１０１には、サンプル混合ガスをチャンバ１０１に送るための流路１０２と、サンプル混合ガスをチャンバ１０１から外部に排出するための流路１０３が接続されている。
【００４７】
４種類のサンプル混合ガスが使用される場合、図７に示すように、第１のサンプル混合ガスを貯蔵する第１のガスボンベ５０Ａ、第２のサンプル混合ガスを貯蔵する第２のガスボンベ５０Ｂ、第３のサンプル混合ガスを貯蔵する第３のガスボンベ５０Ｃ、及び第４のサンプル混合ガスを貯蔵する第４のガスボンベ５０Ｄが用意される。第１のガスボンベ５０Ａには、流路９１Ａを介して、第１のガスボンベ５０Ａから例えば０．２ＭＰａ等の低圧に調節された第１のサンプル混合ガスを得るための第１のガス圧調節器３１Ａが接続されている。また、第１のガス圧調節器３１Ａには、流路９２Ａを介して、第１の流量制御装置３２Ａが接続されている。第１の流量制御装置３２Ａは、流路９２Ａ及び流路１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第１のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４８】
第２のガスボンベ５０Ｂには、流路９１Ｂを介して、第２のガス圧調節器３１Ｂが接続されている。また、第２のガス圧調節器３１Ｂには、流路９２Ｂを介して、第２の流量制御装置３２Ｂが接続されている。第２の流量制御装置３２Ｂは、流路９２Ｂ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第２のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４９】
第３のガスボンベ５０Ｃには、流路９１Ｃを介して、第３のガス圧調節器３１Ｃが接続されている。また、第３のガス圧調節器３１Ｃには、流路９２Ｃを介して、第３の流量制御装置３２Ｃが接続されている。第３の流量制御装置３２Ｃは、流路９２Ｃ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第３のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００５０】
第４のガスボンベ５０Ｄには、流路９１Ｄを介して、第４のガス圧調節器３１Ｄが接続されている。また、第４のガス圧調節器３１Ｄには、流路９２Ｄを介して、第４の流量制御装置３２Ｄが接続されている。第４の流量制御装置３２Ｄは、流路９２Ｄ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０に送られる第４のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００５１】
第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えば天然ガスである。第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えばメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む。
【００５２】
図６に示すマイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、図６に示す駆動回路３０３から、例えば図８に示すように、予め定めされた時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与えられる。第１の駆動電力ＰH#1を与えられることにより、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、例えば１００℃で発熱する。発熱抵抗体６１Ａに第１の駆動電力ＰH#1が与えられてから時間ＷＴ2が経過した後、マイクロチップ８Ａのガス温度センサ６４Ａは、１００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出する。なお、時間ＷＴ2は時間ＷＴ1よりも短い時間である。ガス温度センサ６４Ａが、発熱抵抗体６１Ａに駆動電力ＰH#1を与えられてから時間ＷＴ2が経過した後にガス温度ＴO#H=100を検出する理由は、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度が安定し、発熱抵抗体６１Ａと第１のサンプル混合ガスが熱的に平衡になるのを待機するためである。
【００５３】
図６に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3の間、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第２の駆動電力ＰH#2を与えられて、例えば１５０℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第２の駆動電力ＰH#2が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=150を検出する。
【００５４】
図６に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第２の駆動電力ＰH#2を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3の間、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第３の駆動電力ＰH#3を与えられて、例えば２００℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第３の駆動電力ＰH#3が与えられてから時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、２００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=200を検出する。
【００５５】
図１及び図２に示すように、発熱抵抗体６１Ａは絶縁膜６５Ａに囲まれている。しかし、図９に示すように、発熱抵抗体６１Ａに連続的に駆動電力を与え、発熱させ続けると、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａから基板６０Ａに熱が伝わる場合がある。シリコン（Ｓｉ）等からなる基板６０Ａは熱時定数（ＪＩＳ Ｃ２５７０−１）が短いため、熱の影響を受けやすい。そのため、発熱抵抗体６１Ａから基板６０Ａに熱が伝わると、基板６０Ａの温度が急激に変動し、基板６０Ａの周囲の雰囲気ガスの温度も変動してしまう場合がある。この場合、発熱抵抗体６１Ａと雰囲気ガスが熱的に平衡な状態になるまで、長時間待機しなければならない場合もある。また、発熱抵抗体６１Ａを発熱させ続けると、発熱抵抗体６１Ａの抵抗値がドリフトし、発熱温度が一定にならない場合もある。
【００５６】
これに対し、図８に示すように、間欠的に発熱抵抗体６１Ａに駆動電力を与えることによって、発熱抵抗体６１Ａが基板６０Ａの温度に影響を与えることを抑制することが可能となる。したがって、発熱抵抗体６１Ａと雰囲気ガスが熱的に平衡な状態になるまでの時間を短くすることが可能となる。また、消費電力を抑制することも可能となる。
【００５７】
図６に示すチャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。マイクロチップ８Ａは、第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度１００℃，１５０℃，２００℃に対するガス温度ＴO#H=100，ＴO#H=150，ＴO#H=200を検出する。
【００５８】
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、少なくともｎ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱抵抗体６１Ａは、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。
【００５９】
さらに図６に示す計測機構１０は、マイクロチップ８Ａに接続された放熱係数算出モジュール３０１を備える。放熱係数算出モジュール３０１は、上記（４）式に示すように、図１及び図２に示すマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体６１Ａの第１の駆動電力ＰH#1を、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH（ここでは１００℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれのガス温度ＴO#H=100との差で割り、発熱温度１００℃の発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を算出する。
【００６０】
また、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの第２の駆動電力ＰH#2を、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH（ここでは１５０℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれのガス温度ＴO#H=150との差で割り、発熱温度１５０℃の発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を算出する。
【００６１】
さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの第３の駆動電力ＰH#3を、発熱抵抗体６１Ａの発熱温度ＴH（ここでは２００℃）と第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれのガス温度ＴO#H=200との差で割り、発熱温度２００℃の発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なときの第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を算出する。
【００６２】
図６に示す式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、発熱温度１００℃における放熱係数の計測された値、発熱温度１５０℃における放熱係数の計測された値、及び発熱温度２００℃における放熱係数の計測された値を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量及び放熱係数の値に基づいて、Ａ． Ｊ Ｓｍｏｌａ及びＢ． Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ著の「Ａ Ｔｕｔｏｒｉａｌ ｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ」（ＮｅｕｒｏＣＯＬＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ （ＮＣ−ＴＲ−９８−０３０）、１９９８年）に開示されているサポートベクトル回帰、重回帰分析、及び特開平５−１４１９９９号公報に開示されているファジィ数量化理論ＩＩ類等を含む多変量解析により、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を算出する。なお、放熱係数算出モジュール３０１及び式作成モジュール３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
【００６３】
発熱量算出式作成システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された放熱係数記憶装置４０１及び式記憶装置４０２をさらに備える。放熱係数記憶装置４０１は、放熱係数算出モジュール３０１が算出した放熱係数の値を保存する。式記憶装置４０２は、式作成モジュール３０２が作成した発熱量算出式を保存する。さらにＣＰＵ３００には、入力装置３１２及び出力装置３１３が接続される。入力装置３１２としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置３１３には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。
【００６４】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法について説明する。なお、以下の例では、第１乃至第４のサンプル混合ガスを準備し、図６に示すマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体６１Ａを、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００６５】
（ａ） ステップＳ１００で、図７に示す第２乃至第４の流量制御装置３２Ｂ−３２Ｄの弁を閉じたまま、第１の流量制御装置３２Ａの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第１のサンプル混合ガスを導入する。次にステップＳ１０１で、駆動回路３０３は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに、例えば時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与え、発熱抵抗体６１Ａを１００℃で発熱させる。発熱抵抗体６１Ａが１００℃で発熱している間、ガス温度センサ６４Ａは、発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な第１のサンプル混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出し、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００６６】
（ｂ） ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで停止する。ステップＳ１０３で、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを時間ＷＴ1の間１５０℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで停止する。
【００６７】
（ｃ） 再びステップＳ１０３で、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを時間ＷＴ1の間２００℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度２００℃における第１のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を停止する。
【００６８】
（ｄ） 発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４で、サンプル混合ガスの切り替えが完了したか否かを判定する。第２乃至第４のサンプル混合ガスへの切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１００で、図７に示す第１の流量制御装置３２Ａを閉じ、第３乃至第４の流量制御装置３２Ｃ−３２Ｄの弁を閉じたまま第２の流量制御装置３２Ｂの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第２のサンプル混合ガスを導入する。
【００６９】
（ｅ） 第１のサンプル混合ガスと同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３のループが繰り返され、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値、発熱温度１５０℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度２００℃における第２のサンプル混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００７０】
（ｆ） その後、ステップＳ１００乃至ステップＳ１０４のループが繰り返され、発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第３のサンプル混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値が、放熱係数記憶装置４０１に保存される。
【００７１】
（ｇ） ステップＳ１０５で、入力装置３１２から式作成モジュール３０２に、第１のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、第２のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、第３のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値、及び第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量の値を入力する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値を読み出す。
【００７２】
（ｈ） ステップＳ１０６で、第１乃至第４のサンプル混合ガスの発熱量の値、及び発熱温度１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれにおける第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数の値に基づいて、式作成モジュール３０２は、重回帰分析を行い、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を算出する。その後、ステップＳ１０７で、式作成モジュール３０２は作成した発熱量算出式を式記憶装置４０２に保存し、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を終了する。
【００７３】
以上示したように、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成システム及び方法によれば、発熱量の値が未知の計測対象混合ガスの放熱係数を複数の発熱温度に対して計測することにより、計測対象混合ガスの発熱量の値を一意に算出可能な発熱量算出式を作成することが可能となる。また、図８を用いて説明したように、発熱抵抗体６１Ａに間欠的に駆動電力を与えることにより、サンプル混合ガスの放熱係数を正確かつ高速に得ることが可能となる。
【００７４】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに駆動電力を与える際、図８に示すように、異なる駆動電力を与えるごとに、駆動電力の提供を停止する期間を設ける例を示した。これに対し、例えばサンプル混合ガスが７種類のガス成分を含み、第１乃至第６の駆動電力を発熱抵抗体６１Ａに与える必要がある場合、発熱抵抗体６１Ａの発熱が基板６０Ａの温度変動に影響しない時間の範囲内であれば、図１１に示すように、第１乃至第３の駆動電力を、発熱抵抗体６１Ａに連続的に与えてもよい。第３の駆動電力を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、例えば時間ＷＴ4が経過するまで、駆動電力の提供を停止することにより、発熱抵抗体６１Ａの温度を低下させることが可能となる。そのため、その後、発熱抵抗体６１Ａの発熱が基板６０Ａの温度変動に影響しない時間の範囲内で、第４乃至第６の駆動電力を発熱抵抗体６１Ａに与えれば、第４乃至第６の駆動電力のそれぞれによって発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡なサンプル混合ガスのガス温度も、正確に測定される。
【００７５】
（第３の実施の形態）
図１２に示すように、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム２１は、発熱量の値が未知の計測対象混合ガスが充填されるチャンバ１０１、複数の異なる発熱温度で発熱する、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを用いて、計測対象混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する、図１２に示す計測機構１０、複数の発熱温度における放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２、及び発熱量算出式の複数の発熱温度における放熱係数の独立変数に、計測対象混合ガスの複数の発熱温度に対して計測された放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュール３０５を備える。
【００７６】
式記憶装置４０２は、第１の実施の形態で説明したように作成された発熱量算出式を保存する。ここでは、例として、発熱量算出式の作成のために、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む天然ガスがサンプル混合ガスとして使用された場合を説明する。また、発熱量算出式は、発熱温度１００℃における放熱係数、発熱温度１５０℃における放熱係数、及び発熱温度２００℃における放熱係数を独立変数としているものとする。
【００７７】
第３の実施の形態においては、例えば、未知の体積率でメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む、発熱量が未知の天然ガスが、計測対象混合ガスとして、チャンバ１０１に導入される。図１２に示すマイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａは、図１２に示す駆動回路３０３から、例えば図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与えられ、１００℃で発熱する。発熱抵抗体６１Ａに第１の駆動電力ＰH#1が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、マイクロチップ８Ａのガス温度センサ６４Ａは、１００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出する。
【００７８】
図１２に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3が経過するまで、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第２の駆動電力ＰH#2を与えられて、例えば１５０℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第２の駆動電力ＰH#2が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、１５０℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=150を検出する。
【００７９】
図１２に示す駆動回路３０３は、図８に示すように、時間ＷＴ1の間、第２の駆動電力ＰH#2を発熱抵抗体６１Ａに与えた後、時間ＷＴ3が経過するまで、駆動電力の提供を停止する。その後、発熱抵抗体６１Ａは、時間ＷＴ1の間、駆動回路３０３から第３の駆動電力ＰH#3を与えられて、例えば２００℃で発熱する。図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに第３の駆動電力ＰH#3が与えられてから時間ＷＴ1よりも短い時間ＷＴ2が経過した後、ガス温度センサ６４Ａは、２００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=200を検出する。なお、発熱抵抗体６１Ａに間欠的に駆動電力を与える理由は、第１の実施の形態と同様である。
【００８０】
図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、上記（１）乃至（４）式で説明した方法に従って、発熱温度１００℃で発熱する発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。また、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃で発熱するマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値、及び発熱温度２００℃で発熱するマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の放熱係数の独立変数に、算出された計測対象混合ガスの放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する。
【００８１】
ＣＰＵ３００には、発熱量記憶装置４０３がさらに接続されている。発熱量記憶装置４０３は、発熱量算出モジュール３０５が算出した計測対象混合ガスの発熱量の値を保存する。第３の実施の形態に係る発熱量算出システム２１のその他の構成要件は、図６で説明した第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム２０と同様であるので、説明は省略する。
【００８２】
次に、図１３に示すフローチャートを用いて、第３の実施の形態に係る発熱量の算出方法について説明する。なお、以下の例では、図１２に示すマイクロチップ８Ａの発熱抵抗体６１Ａを、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００８３】
（ａ） ステップＳ２００で、図１２に示すチャンバ１０１内に計測対象混合ガスを導入する。次に、ステップＳ２０１で、駆動回路３０３は、マイクロチップ８Ａの図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに、例えば時間ＷＴ1の間、第１の駆動電力ＰH#1を与え、発熱抵抗体６１Ａを１００℃で発熱させる。発熱抵抗体６１Ａが１００℃で発熱している間、ガス温度センサ６４Ａは、発熱抵抗体６１Ａと熱的に平衡な計測対象混合ガスのガス温度ＴO#H=100を検出し、図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００８４】
（ｂ） ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで、停止する。ステップＳ２０３で、図１２に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１２に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを１５０℃に発熱させる。図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで、停止する。
【００８５】
（ｃ） 再びステップＳ２０３で、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１２に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａを２００℃に発熱させる。図１２に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度２００℃における計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。また、ステップＳ２０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱抵抗体６１Ａに対する駆動電力の供給を、時間ＷＴ3が経過するまで、停止する。
【００８６】
（ｄ） 発熱抵抗体６１Ａの発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４で、図１２に示す発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２から、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃における放熱係数を独立変数とする発熱量算出式を読み出す。また、発熱量算出モジュール３０５は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃のそれぞれにおける計測対象混合ガスの放熱係数の値を読み出す。
【００８７】
（ｅ） ステップＳ２０５で、発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の独立変数に発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃のそれぞれにおける計測対象混合ガスの放熱係数の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する。その後、発熱量算出モジュール３０５は、算出した発熱量の値を発熱量記憶装置４０３に保存し、第３の実施の形態に係る発熱量の算出方法を終了する。
【００８８】
以上説明した第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法によれば、高価なガスクロマトグラフィ装置や音速センサを用いることなく、計測対象混合ガスの放熱係数の値を測定することのみによって、計測対象混合ガスの発熱量の値を測定することが可能となる。また、図８に示したように、発熱抵抗体６１Ａに間欠的に駆動電力を与えることにより、計測対象混合ガスの放熱係数を正確かつ高速に得ることが可能となる。そのため、計測対象混合ガスの発熱量を正確かつ高速に得ることも可能となる。
【００８９】
天然ガスは、産出ガス田によって炭化水素の成分比率が異なる。また、天然ガスには、炭化水素の他に、窒素（Ｎ2）や炭酸ガス（ＣＯ2）等が含まれる。そのため、産出ガス田によって、天然ガスに含まれるガス成分の体積率は異なり、ガス成分の種類が既知であっても、天然ガスの発熱量は未知であることが多い。また、同一のガス田由来の天然ガスであっても、発熱量が常に一定であるとは限らず、採取時期によって変化することもある。
【００９０】
そのため、従来は、天然ガスの使用料金を徴収する際には、天然ガスの使用発熱量でなく、使用体積に応じて課金する方法がとられていた。しかし、天然ガスは由来する産出ガス田によって発熱量が異なるため、使用体積に課金するのは公平でない。これに対し、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法を用いれば、ガス成分の種類が既知であるが、ガス成分の体積率が未知であるために発熱量が未知の天然ガス等の混合ガスの発熱量を、簡易に算出することが可能となる。そのため、公平な使用料金を徴収することが可能となる。
【００９１】
また、ガラス加工品の製造業においては、ガラスを加熱加工する際、加工精度を一定に保つために、一定の発熱量を有する天然ガスが供給されることが望まれている。そのためには、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれの発熱量を正確に把握し、総ての天然ガスの発熱量が同一になるよう調整した上で、ガラスの加熱加工工程に天然ガスを供給することが検討されている。これに対し、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法を用いれば、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれ発熱量を正確には把握することが可能となるため、ガラスの加熱加工精度を一定に保つことが可能となる。
【００９２】
さらに、第３の実施の形態に係る発熱量算出システム及び方法によれば、天然ガス等の混合ガスの正確な発熱量を容易に知ることが可能となるため、混合ガスを燃焼させる場合に必要な空気量を適切に設定することが可能となる。そのため、無駄な二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を削減することも可能となる。
【００９３】
（実施例）
まず、図１４に示すように発熱量の値が既知の２８種類のサンプル混合ガスを用意した。２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれは、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のいずれか又は全部を含んでいた。例えば、Ｎｏ．７のサンプル混合ガスは、９０ｖｏｌ％のメタン、３ｖｏｌ％のエタン、１ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、４ｖｏｌ％の窒素、及び１ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。また、Ｎｏ．８のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、１０ｖｏｌ％のエタン、３ｖｏｌ％のプロパン、及び２ｖｏｌ％のブタンを含み、窒素及び二酸化炭素を含んでいなかった。また、Ｎｏ．９のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、８ｖｏｌ％のエタン、２ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、２ｖｏｌ％の窒素、及び２ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。次に、２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数の値を、発熱温度１００℃、１５０℃、及び２００℃で計測した。なお、例えばＮｏ．７のサンプル混合ガスは６種類のガス成分を含んでいるが、上述したように、エタン（Ｃ2Ｈ6）とブタン（Ｃ4Ｈ10）は、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうるので、放熱係数の値を３種類の発熱温度で計測しても問題ない。その後、２８種類のサンプル混合ガスの発熱量の値と、計測された放熱係数の値に基づいて、サポートベクトル回帰により、放熱係数を独立変数とし、発熱量を従属変数とする、発熱量を算出するための１次方程式、２次方程式、及び３次方程式を作成した。
【００９４】
発熱量を算出するための１次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、３乃至５個を目安に、適宜決定できる。作成された１次方程式は下記（２３）式で与えられた。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を（２３）式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は２．１％であった。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃) ・・・(23)
【００９５】
発熱量を算出するための２次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、８乃至９個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を作成された２次方程式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は１．２乃至１．４％であった。
【００９６】
発熱量を算出するための３次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、１０乃至１４個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量を作成された３次方程式で算出し、真の発熱量と比較したところ、最大誤差は１．２％未満であった。図１５及び図１６に示すように、１０個のキャリブレーション・ポイントを取って作成された３次方程式で算出された発熱量は、真の発熱量に良好に近似した。
【００９７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。
【００９８】
例えば、図１７は、発熱抵抗体に２ｍＡ、２．５ｍＡ、及び３ｍＡの電流を流した際の、混合ガスの放熱係数と熱伝導率の関係を示す。図１７に示すように、混合ガスの放熱係数と熱伝導率は一般に比例関係にある。したがって、第１乃至第３の実施の形態においては、発熱抵抗体の複数の発熱温度における混合ガスの放熱係数の値を用いたが、代わりに、混合ガスの複数の発熱温度における熱伝導率を用いて、発熱量算出式の作成及び発熱量の算出を行ってもよい。
【００９９】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１００】
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
８Ａ マイクロチップ
１０ 計測機構
２０ 発熱量算出式作成システム
２１ 発熱量算出システム
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ ガス圧調節器
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ ガスボンベ
６０Ａ 基板
６１Ａ 発熱抵抗体
６２Ａ 第１の測温抵抗素子
６３Ａ 第２の測温抵抗素子
６４Ａ ガス温度センサ
６５Ａ 絶縁膜
６６Ａ キャビティ
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，１０２，１０３ 流路
１０１ チャンバ
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１８１，１８２，１８３ 抵抗素子
１７０，１７１ オペアンプ
３０１ 放熱係数算出モジュール
３０２ 式作成モジュール
３０３ 駆動回路
３０５ 発熱量算出モジュール
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
４０１ 放熱係数記憶装置
４０２ 式記憶装置
４０３ 発熱量記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、
前記複数の電力の値、前記複数の発熱温度の値、及び前記発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、前記ガスの物性値を算出する算出部と、
を備え、
前記駆動回路が、前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、ガス物性値計測システム。
【請求項２】
前記発熱抵抗体が前記ガス温度を検出する、請求項１に記載のガス物性値計測システム。
【請求項３】
前記ガス温度を検出するガス温度センサを更に備える、請求項１に記載のガス物性値計測システム。
【請求項４】
前記発熱体が発熱する前の前記ガス温度を一定に保つ補助ヒータを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項５】
前記物性値が放熱係数である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項６】
前記物性値が熱伝導率である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項７】
前記物性値が発熱量である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項８】
発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、
前記複数の電力の値、前記複数の発熱温度の値、及び前記発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、前記ガスの物性値を算出することと、
を含み、
前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、ガス物性値の計測方法。
【請求項９】
前記発熱抵抗体が前記ガス温度を検出することを更に含む、請求項８に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１０】
ガス温度センサを用いて前記ガス温度を検出することを更に含む、請求項８に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１１】
前記発熱体が発熱する前の前記ガス温度を一定にすることを更に含む、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１２】
前記物性値が放熱係数である、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１３】
前記物性値が熱伝導率である、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１４】
前記物性値が発熱量である、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１５】
発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、
前記混合ガスの既知の発熱量の値と、前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、前記複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成部と、
を備え、
前記駆動回路が、前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量算出式作成システム。
【請求項１６】
前記混合ガスのガス温度を計測するガス温度センサを更に備える、請求項１５に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項１７】
前記計測部が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより、前記混合ガスの複数の放熱係数の各値を計測する、請求項１６に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項１８】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも、前記混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１７乃至１７のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項１９】
前記式作成部が、サポートベクトル回帰を用いて、前記発熱量算出式を作成する、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項２０】
発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、
前記混合ガスの既知の発熱量の値と、前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、前記複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、
を含み、
前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量算出式の作成方法。
【請求項２１】
前記混合ガスのガス温度を計測することを更に含む、請求項２０に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２２】
前記複数の放熱係数の各値が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより計測される、請求項２１に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２３】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも前記混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２４】
前記発熱量算出式を作成することにおいて、サポートベクトル回帰が用いられる、請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２５】
発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、
前記複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、
前記発熱量算出式の前記複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、
を備え、
前記駆動回路が、前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量算出システム。
【請求項２６】
前記計測対象混合ガスのガス温度を計測するガス温度センサを更に備える、請求項２５に記載の発熱量算出システム。
【請求項２７】
前記計測部が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより、前記計測対象混合ガスの複数の放熱係数の各値を計測する、請求項２６に記載の発熱量算出システム。
【請求項２８】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の発熱量算出システム。
【請求項２９】
発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、
前記複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、
前記発熱量算出式の前記複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、
を含み、
前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量の算出方法。
【請求項３０】
前記計測対象混合ガスのガス温度を計測することを更に含む、請求項２９に記載の発熱量の算出方法。
【請求項３１】
前記計測対象混合ガスの複数の放熱係数の各値が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより計測される、請求項３０に記載の発熱量の算出方法。
【請求項３２】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の発熱量の算出方法。
【請求項１】
発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、
前記複数の電力の値、前記複数の発熱温度の値、及び前記発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、前記ガスの物性値を算出する算出部と、
を備え、
前記駆動回路が、前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、ガス物性値計測システム。
【請求項２】
前記発熱抵抗体が前記ガス温度を検出する、請求項１に記載のガス物性値計測システム。
【請求項３】
前記ガス温度を検出するガス温度センサを更に備える、請求項１に記載のガス物性値計測システム。
【請求項４】
前記発熱体が発熱する前の前記ガス温度を一定に保つ補助ヒータを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項５】
前記物性値が放熱係数である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項６】
前記物性値が熱伝導率である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項７】
前記物性値が発熱量である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス物性値計測システム。
【請求項８】
発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、
前記複数の電力の値、前記複数の発熱温度の値、及び前記発熱抵抗体と熱的に平衡なガスのガス温度の値に基づいて、前記ガスの物性値を算出することと、
を含み、
前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、ガス物性値の計測方法。
【請求項９】
前記発熱抵抗体が前記ガス温度を検出することを更に含む、請求項８に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１０】
ガス温度センサを用いて前記ガス温度を検出することを更に含む、請求項８に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１１】
前記発熱体が発熱する前の前記ガス温度を一定にすることを更に含む、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１２】
前記物性値が放熱係数である、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１３】
前記物性値が熱伝導率である、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１４】
前記物性値が発熱量である、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のガス物性値の計測方法。
【請求項１５】
発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、
前記混合ガスの既知の発熱量の値と、前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、前記複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成部と、
を備え、
前記駆動回路が、前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量算出式作成システム。
【請求項１６】
前記混合ガスのガス温度を計測するガス温度センサを更に備える、請求項１５に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項１７】
前記計測部が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより、前記混合ガスの複数の放熱係数の各値を計測する、請求項１６に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項１８】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも、前記混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１７乃至１７のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項１９】
前記式作成部が、サポートベクトル回帰を用いて、前記発熱量算出式を作成する、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項２０】
発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、
前記混合ガスの既知の発熱量の値と、前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値とに基づいて、前記複数の発熱温度における放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、
を含み、
前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量算出式の作成方法。
【請求項２１】
前記混合ガスのガス温度を計測することを更に含む、請求項２０に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２２】
前記複数の放熱係数の各値が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより計測される、請求項２１に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２３】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも前記混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２４】
前記発熱量算出式を作成することにおいて、サポートベクトル回帰が用いられる、請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項２５】
発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路と、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測部と、
前記複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、
前記発熱量算出式の前記複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、
を備え、
前記駆動回路が、前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量算出システム。
【請求項２６】
前記計測対象混合ガスのガス温度を計測するガス温度センサを更に備える、請求項２５に記載の発熱量算出システム。
【請求項２７】
前記計測部が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより、前記計測対象混合ガスの複数の放熱係数の各値を計測する、請求項２６に記載の発熱量算出システム。
【請求項２８】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の発熱量算出システム。
【請求項２９】
発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、前記発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させることと、
前記複数の異なる発熱温度において、前記発熱抵抗体と熱的に平衡な、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、
前記複数の発熱温度における複数の放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、
前記発熱量算出式の前記複数の放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記計測された複数の放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、
を含み、
前記発熱抵抗体を発熱させる間に、少なくとも一度、前記発熱抵抗体への電力の供給を停止することを特徴とする、発熱量の算出方法。
【請求項３０】
前記計測対象混合ガスのガス温度を計測することを更に含む、請求項２９に記載の発熱量の算出方法。
【請求項３１】
前記計測対象混合ガスの複数の放熱係数の各値が、前記発熱抵抗体の各駆動電力を、前記発熱抵抗体の各発熱温度と前記ガス温度との差で割ることにより計測される、請求項３０に記載の発熱量の算出方法。
【請求項３２】
前記複数の異なる発熱温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の発熱量の算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２１０５５５（Ｐ２０１０−２１０５５５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５９１７５（Ｐ２００９−５９１７５）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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