物性値測定システム及び物性値測定方法
【課題】ノイズの影響を受け難く、かつ、測定誤差が生じ難い高精度な物性値測定システム及び物性値測定方法を提供する。
【解決手段】被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップ４を備え、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定システム１である。物性値測定システム１は、発熱素子に電力を与えて発熱させる駆動回路５と、発熱素子を発熱させた際の検出素子の一定の温度変化に要した電力量を検出し、検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出し、検出した電力量と算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する中央情報処理装置６と、を備える。
【解決手段】被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップ４を備え、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定システム１である。物性値測定システム１は、発熱素子に電力を与えて発熱させる駆動回路５と、発熱素子を発熱させた際の検出素子の一定の温度変化に要した電力量を検出し、検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出し、検出した電力量と算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する中央情報処理装置６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物性値測定システム及び物性値測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、混合ガス等の被測定流体の物性値を測定・算出する技術が種々提案されている。例えば近年においては、発熱素子及び検出素子が設けられたいわゆるマイクロブリッジ型の半導体チップセンサを被測定流体内に配置し、発熱素子にパルス状の電気信号を印加して熱パルスを発生させた際の検出素子の出力に基づいて、被測定流体の比熱や熱伝導率を算出する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１９１８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術は、比較的短時間のパルス入力に対する応答に基づいて被測定流体の物性値を算出するものであるため、ノイズの影響を受け易く、また、測定時間が短いために誤差が生じ易いという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ノイズの影響を受け難く、かつ、測定誤差が生じ難い高精度な物性値測定システム及び物性値測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る物性値測定システムは、被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを備え、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定システムであって、発熱素子に電力を与えて発熱させる駆動手段と、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出手段と、検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出手段と、電力検出手段で検出した電力量と熱伝導率算出手段で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出手段と、を備えるものである。
【０００７】
また、本発明に係る物性値測定方法は、被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを用いて、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定方法であって、発熱素子に電力を与えて発熱させた際の検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出工程と、検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出工程と、電力検出工程で検出した電力量と熱伝導率算出工程で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出工程と、を備えるものである。
【０００８】
なお、本発明において、「発熱素子に電力を与えて発熱させた際の検出素子の温度変化に対応した電力量」とは、「検出素子に一定の温度変化を生じさせるために発熱素子を発熱させるのに要した電力量」と考えてもよく、「発熱素子に電力を供給した結果として検出素子に某かの温度変化を生じさせた一定の電力量」と考えてもよい。
【０００９】
かかる構成及び方法を採用すると、被測定流体中に配置されたセンサチップの発熱素子に電力を与えて発熱させた際の検出素子の温度変化（例えばステップ状の電力に応答して検出素子の温度が一定温度上昇するまでの温度変化）に対応した電力量に基づいて、被測定流体の物性値（熱容量、組成、圧力等）を算出することができる。電力量は積算値であるため、パルス状の電気信号に対する応答に基づいて被測定流体の物性値を算出する従来の方法と比較するとノイズの影響を受け難くなるとともに、測定時間を比較的長く確保して測定誤差を抑制することができる。この結果、被測定流体の物性値の算出精度を高めることが可能となる。
【００１０】
前記物性値測定システムにおいて、検出素子の温度が一定温度上昇するのに要した電力量を検出する電力検出手段を採用することができる。
【００１１】
また、前記物性値測定システムにおいて、検出素子を複数有するセンサチップを採用することができる。
【００１２】
かかる構成を採用すると、複数の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を算出することができるので、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。
【００１３】
また、前記物性値測定システムにおいて、検出素子近傍の温度を安定化させるための温度制御手段を備えることが好ましい。
【００１４】
かかる構成を採用すると、発熱素子によって加熱される検出素子の温度を、温度制御手段により安定化させることができるので、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ノイズの影響を受け難く、かつ、測定誤差が生じ難い高精度な物性値測定システム及び物性値測定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る物性値測定システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す物性値測定システムのセンサチップの斜視図である。
【図３】図２に示すセンサチップのIII-III部分における端面図である。
【図４】図１に示す物性値測定システムのセンサチップの検出素子温度と時間との関係を示すグラフである。
【図５】センサチップの検出素子が一定温度上昇するまでに要した電力量と熱容量との相関関係を５種類のガスについて示すグラフである。
【図６】電力量と熱容量との相関関係を示す線形近似式の傾きとガスの密度との相関関係を示すグラフである。
【図７】電力量と熱容量との相関関係を示す線形近似式の切片とガスの熱伝導率との相関関係を示すグラフである。
【図８】センサチップの検出素子が一定温度上昇するまでに要した電力量と特定の物性値（熱容量と密度との積に熱伝導率を加算した値）との相関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、図面を参照して、本発明の実施形態に係る物性値測定システム及び物性値測定方法について説明する。本実施形態においては、被測定流体としてのガス（以下、「被測定ガス」という）の物性値を測定する物性値測定システムを例示することとする。
【００１８】
まず、図１〜図４を用いて、本実施形態に係る物性値測定システム１の構成について説明する。
【００１９】
物性値測定システム１は、図１に示すように、被測定ガスが流通する流路２、流路２の途中に設けられたチャンバ３、図２及び図３に示した発熱素子４４及び検出素子４５（４６）を有しチャンバ３内に配置されたセンサチップ４、センサチップ４の発熱素子４４に電力を与えて発熱させる駆動回路５、システム全体を統合制御する中央情報処理装置６、各種データが記憶されたデータ記憶装置７、中央情報処理装置６に対して各種情報の入力を行うための入力装置８、中央情報処理装置６によって算出された各種情報の出力を行うための出力装置９等を備えている。物性値測定システム１は、センサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の温度変化に基づいて、被測定ガスの特定の物性値（圧力や熱容量）を算出するものである。
【００２０】
流路２は、被測定ガスを外部からチャンバ３内に供給するための上流側流路２ａと、被測定ガスをチャンバ３から外部に排出するための下流側流路２ｂと、から構成されている。チャンバ３は、上流側流路２ａを経由して供給された被測定ガスをセンサチップ４に接触させるための空間である。チャンバ３に到達した被測定ガスは、下流側流路２ｂを経由して外部に排出される。
【００２１】
センサチップ４は、チャンバ３内に配置されて、外部から供給される被測定ガスに晒されており、被測定ガスの物性値の算出に用いられる物理量（電力量や温度変化）を検出するためのものである。本実施形態においては、センサチップ４として、いわゆるマイクロブリッジ型の半導体センサチップを採用している。ここで、図２及び図３を用いて、センサチップ４の構成について説明する。図２はセンサチップ４の斜視図であり、図３は図２のIII-III部分の端面図である。
【００２２】
センサチップ４は、図２及び図３に示すように、キャビティ４２が設けられた基板４１と、基板４１上にキャビティ４２を覆うように配置された絶縁膜４３と、を有している。基板４１の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板４１の縦横の寸法は、例えば各々１．５ｍｍ程度である。絶縁膜４３のキャビティ４２を覆う部分は、断熱性のダイヤフラムを構成している。
【００２３】
また、センサチップ４は、絶縁膜４３に設けられた発熱素子４４と、発熱素子４４の両側に配置された第１の検出素子４５及び第２の検出素子４６と、周囲温度センサ４７と、を有している。発熱素子４４は、キャビティ４２を覆う絶縁膜４３の中心に配置されており、発熱素子４４に接する被測定ガスを加熱する。第１及び第２の検出素子４５・４６は、発熱素子４４に隣接するように配置され、発熱素子４４で加熱された被測定ガスによって温度が変化するものである。これら第１及び第２の検出素子４５・４６の温度変化に係る情報は中央情報処理装置６に送られ、被測定ガスの物性値の算出に用いられる。周囲温度センサ４７は、発熱素子４４から離隔されて絶縁膜４３に設けられており、発熱素子４４の温度に影響されずに、被測定ガスの温度を検出する。
【００２４】
基板４１の材料としては、シリコン(Ｓｉ)等が使用可能である。絶縁膜４３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４２は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子４４、第１の検出素子４５、第２の検出素子４６及び周囲温度センサ４７の各材料には白金(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。
【００２５】
駆動回路５は、中央情報処理装置６の制御の下でセンサチップ４の発熱素子４４に駆動電力を与えて発熱させるものであり、本発明における駆動手段として機能する。本実施形態においては、発熱素子４４に駆動電力を与えて発熱させることにより、図４に示すように、第１の検出素子４５（又は第２の検出素子４６）の温度が特定温度Ｔ1に到達するようにする。なお、本実施形態においては、周囲温度センサ４７で検出される被測定ガスの温度が特定温度Ｔ1よりも低い初期温度Ｔ0に維持されているものとし、駆動回路５は、第１の検出素子４５（又は第２の検出素子４６）の温度をこの初期温度Ｔ0から一定温度上昇させて特定温度Ｔ1に到達させるように発熱素子４４に駆動電力を（例えば所定時間ｔ1だけ）与えるものとする。
【００２６】
中央情報処理装置６は、入力装置８からの入力信号等に従い、データ記憶装置７から読み込んだ各種情報に基づき所定の情報処理を行って、処理結果を出力装置９に出力する。具体的には、中央情報処理装置６は、駆動回路５によってセンサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化に要した電力量を検出するものであり、本発明における電力検出手段として機能する。また、中央情報処理装置６は、センサチップ４の検出素子４５（４６）の温度に基づいて、被測定ガスの熱伝導率を算出するものであり、本発明における熱伝導率算出手段としても機能する。さらに、中央情報処理装置６は、検出した電力量及び算出した熱伝導率に基づいて、被測定ガスの物性値（圧力や熱容量）を算出するものであり、本発明における物性値算出手段としても機能する。中央情報処理装置６を用いた物性値測定方法については、後に詳述することとする。
【００２７】
データ記憶装置７には、システムを制御するための各種制御プログラムや、被測定ガスの既知の物性値（大気圧時の密度等）を含む各種データが記憶されている。入力装置８としては、キーボードやマウス等のポインティングデバイスを採用することができる。また、出力装置９としては、液晶ディスプレイ等の画像表示装置やプリンタ等を採用することができる。
【００２８】
次に、図５〜図８を用いて、本実施形態に係る物性値測定システム１を用いた被測定ガスの物性値測定方法について説明する。
【００２９】
最初に、本方法の原理について説明する。マイクロブリッジ型のセンサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化に要した電力量（以下、「ステップ電力」という）ΣＰｈは、被測定ガスの熱容量（密度ρと比熱ＣPの積）と特定の相関関係があることが推察される。図５は、５種類のガス（メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、アルゴン（Ａｒ））について、熱容量ρＣP（横軸）とステップ電力ΣＰｈ（縦軸）とを、実際に温度一定で圧力を変化させて測定した結果をプロットしたものである。図５に示されるように、全てのガスにおいて、熱容量ρＣPが変化するとステップ電力ΣＰｈもそれに比例して変化することがわかる。そこで、熱容量ρＣPとステップ電力ΣＰｈとの相関関係を線形近似すると、以下の５種類の式（１）〜式（５）が得られる。図５に示す５本の直線は、式（１）〜式（５）に対応するものである。
【００３０】
ΣＰｈ＝α1×ρＣP＋β1 ・・・（１）
ΣＰｈ＝α2×ρＣP＋β2 ・・・（２）
ΣＰｈ＝α3×ρＣP＋β3 ・・・（３）
ΣＰｈ＝α4×ρＣP＋β4 ・・・（４）
ΣＰｈ＝α5×ρＣP＋β5 ・・・（５）
【００３１】
式（１）は被測定ガスがメタン（ＣＨ4）の場合における線形近似式を、式（２）は被測定ガスがプロパン（Ｃ3Ｈ8）の場合における線形近似式を、式（３）は被測定ガスが窒素（Ｎ2）の場合における線形近似式を、式（４）は被測定ガスが二酸化炭素（ＣＯ2）の場合における線形近似式を、式（５）は被測定ガスがアルゴン（Ａｒ）の場合における線形近似式を、各々示している。式（１）〜式（５）におけるαi（ｉ：１〜５）は線形近似式の傾きを、βi（ｉ：１〜５）は線形近似式の切片を、各々意味しており、これらは最小二乗法等を用いて算出することができる。被測定ガスが純粋ガスの場合には、ステップ電力と熱容量とを測定し、その測定結果（座標）が例えば式（１）〜式（５）の何れの直線上にあるかを特定することにより、その純粋ガスの種類を特定することができる。
【００３２】
ここで、ガスの「密度」と、前記した線形近似式の「傾き」と、の相関関係に着目する。図６は、５種類のガスの大気圧時における密度（横軸）と、各ガスの線形近似式の傾き（縦軸）と、の相関関係を示すグラフである。図６に示されるように、ガスの大気圧時における密度ρ0が変化すると、熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の傾きαもそれに比例して変化することがわかる。そこで、密度ρ0と傾きαとの相関関係を線形近似すると、以下の式（６）が得られる。
【００３３】
α＝ａ×ρ0＋ｂ ・・・（６）
式（６）におけるａ及びｂは、最小二乗法等を用いて算出可能な定数である。式（６）は、前記した５種類のガス以外のガスにも適用することができる。従って、例えばガス組成が未知の混合ガスの大気圧時における密度ρ0が既知であれば、式（６）を用いることにより、その混合ガスの熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の傾きαを算出することが可能となる。なお、図６におけるＲは、密度ρ0と傾きαとの相関の強さを示す相関係数を意味する。
【００３４】
次に、ガスの「熱伝導率」と、前記した線形近似式の「切片」と、の相関関係に着目する。図７は、５種類のガスの熱伝導率（横軸）と、各ガスの線形近似式の切片（縦軸）と、の相関関係を示すグラフである。図７に示されるように、ガスの熱伝導率λが変化すると、熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の切片βもそれに比例して変化することがわかる。そこで、熱伝導率λと切片βとの相関関係を線形近似すると、以下の式（７）が得られる。
【００３５】
β＝ｃ×λ＋ｄ ・・・（７）
式（７）におけるｃ及びｄは、最小二乗法等を用いて算出可能な定数である。式（７）は、前記した５種類のガス以外のガスにも適用することができる。従って、例えばガス組成が未知の混合ガスの熱伝導率λが既知であれば、式（７）を用いることにより、その混合ガスの熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の切片βを算出することが可能となる。なお、図７におけるＲは、熱伝導率λと切片βとの相関の強さを示す相関係数を意味する。
【００３６】
さて、前記した５種類のガス以外の被測定ガスを採用した場合における熱容量とステップ電力との相関関係を示す以下のような線形近似式（８）を想定する。式（８）において、αは被測定ガスに対応する線形近似式の傾きを、βはその線形近似式の切片を、各々意味している。
【００３７】
ΣＰｈ＝α×ρＣP＋β ・・・（８）
かかる式（８）に、式（６）のα及び式（７）のβを代入すると、以下のような関係式（９）が得られる。
【００３８】
ΣＰｈ＝ａ×ρ0×ρＣP＋ｃ×λ＋ｂ×ρＣP＋ｄ ・・・（９）
ここで、Ｐを被測定ガスの圧力とし、Ｐ0を大気圧とすると、「ρ＝ρ0×Ｐ／Ｐ0」となるため、以下の式（１０）が得られる。
【００３９】
ΣＰｈ＝（ａ×ρ0＋ｂ）×ρ0×Ｐ／Ｐ0×ＣP＋ｃ×λ＋ｄ ・・・（１０）
式（１０）におけるａ、ｂ、ｃ及びｄ、最小二乗法等を用いて算出可能な定数である。よって、被測定ガスに対応するステップ電力ΣＰｈと、被測定ガスの大気圧時における密度ρ0及び熱伝導率λと、が既知であれば、式（１０）を用いることにより、その被測定ガスの圧力Ｐを算出することが可能となる。また、被測定ガスに対応するステップ電力ΣＰｈと、被測定ガスの圧力Ｐ及び熱伝導率λと、が既知であれば、式（１０）を用いることにより、その被測定ガスの大気圧時における密度ρ0と比熱ＣPに関する物性値を算出することが可能となる。図８は、式（１０）を概念的に表したグラフである。
【００４０】
本実施形態においては、以上のような原理を用いて、被測定ガスの物性値を測定する。以下、本実施形態に係る物性値測定方法を具体的に説明する。以下の説明では、圧力Ｐが既知である混合ガスの物性値を測定する例について説明する。
【００４１】
まず、物性値測定システム１の外部にあるガス供給源から上流側流路２ａを経由させてチャンバ３内に被測定ガスとしての混合ガスを供給する（ガス供給工程）。次いで、物性値測定システム１の中央情報処理装置６は、入力装置８からの入力信号等に従って駆動回路５を駆動制御し、センサチップ４の発熱素子４４に電力を与えて発熱素子４４を発熱させることにより検出素子４５（４６）を一定温度上昇させ、その際に要した電力量（ステップ電力ΣＰｈ）を検出する（電力検出工程）。続いて、中央情報処理装置６は、検出素子４５（４６）の温度等に基づいて、混合ガスの熱伝導率λを算出する（熱伝導率算出工程）。
【００４２】
本実施形態の熱伝導率算出工程においては、センサチップ４の雰囲気ガスの熱伝導率と、センサチップ４の放熱係数と、が高い相関関係を有することに着目して、雰囲気ガスとしての混合ガスの熱伝導率λを算出している。具体的には、センサチップ４の検出素子４５（４６）における検出温度が所定値（例えば図４のＴ1）の場合に発熱素子４４に加えた電力Ｐｈ等に基づいて、この温度における放熱係数Ｍを算出し、この放熱係数Ｍと混合ガスの熱伝導率λとの比例関係（Ｍ＝Ｋλ：Ｋは比例定数）に従って、混合ガスの熱伝導率λを算出することとしている。
【００４３】
次いで、中央情報処理装置６は、電力検出工程で検出したステップ電力ΣＰｈと、熱伝導率算出工程で算出した混合ガスの熱伝導率λと、データ記憶装置７に記憶された混合ガスの圧力Ｐと、に基づき、式（１０）を用いて、混合ガスの大気圧時における密度ρ0と比熱ＣPに関する物性値を算出する（物性値算出工程）。さらに、物性値算出工程において算出した物性値を、混合ガスのガス組成を得る情報の一つとして利用することができる。
【００４４】
以上説明した実施形態に係る物性値測定システム１においては、被測定ガス中に配置されたセンサチップ４の発熱素子４４に電力を与えて発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化（ステップ電力に応答して検出素子の温度が一定温度上昇するまでの温度変化）に基づいて、被測定ガスの物性値を算出することができる。従って、パルス状の電気信号に対する応答に基づいて被測定ガスの物性値を算出する従来の方法と比較すると、ノイズの影響を受け難くなるとともに、測定時間を比較的長く確保して測定誤差を抑制することができる。この結果、被測定ガスの物性値の算出精度を高めることが可能となる。
【００４５】
また、検出素子は複数である必要はないが、以上説明した実施形態に係る物性値測定システム１においては、複数の検出素子４５・４６を有するセンサチップ４を採用し、複数の検出素子４５・４６の温度変化の平均値に基づいて被測定ガスの物性値を算出している。これにより、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。例えば、被測定流体の外乱等により、発熱素子４４で加熱された被測定流体の温度が発熱素子４４を中心として均等とならない場合には、発熱素子４４に対して対称に設置された複数の検出素子４５・４６の温度変化の平均値に基づいて被測定ガスの物性値を算出することにより、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態においては、センサチップ４に発熱素子４４を一つだけ設けた例を示したが、センサチップ４の検出素子４５（４６）近傍の温度を安定化させるために、補助的な発熱素子としての周囲温度センサ４７及びその制御回路を設けることもできる。このような構成を採用すると、検出素子４５（４６）近傍の温度を安定化させることができるので、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。かかる構成における補助的な発熱素子としての周囲温度センサ４７は、検出素子近傍の温度を安定化させるための温度制御手段として機能する。
【００４７】
また、本実施形態においては、圧力Ｐが既知の混合ガスの物性値を測定した例を挙げたが、大気圧時の密度ρ0や比熱ＣPが既知であって圧力Ｐが不明な混合ガスの物性値を測定することもできる。この際、中央情報処理装置６は、物性値算出工程において、電力検出工程で検出したステップ電力ΣＰｈと、熱伝導率算出工程で算出した混合ガスの熱伝導率λと、データ記憶装置７に記憶された混合ガスの密度ρ0及び比熱ＣPと、に基づき、式（１０）を用いて、混合ガスの圧力Ｐを算出することができる。
【００４８】
また、本実施形態においては、マイクロブリッジ型のセンサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化に要した電力量ΣＰｈが、被測定流体の熱容量（密度ρと比熱ＣPの積）と特定の相関関係があるものと推察して図５に示す５本の直線を求めたが、逆に、発熱素子４４に供給する電力量を一定として、そのときの温度変化と熱容量とに特定の相関関係があるものと推察して、直線（図示していない）を求めるようにすることも可能である。
【００４９】
また、本実施形態においては、特定の手段（電力検出手段、熱伝導率算出手段、物性値算出手段）として機能する中央情報処理装置６を備える物性値測定システム１を用いて物性値測定方法を実施した例を示したが、このようなシステムとは別の構成を用いて、本発明に係る物性値測定方法を実施することもできる。その他、本発明を、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…物性値測定システム
４…センサチップ
５…駆動回路（駆動手段）
６…中央情報処理装置（電力検出手段、熱伝導率算出手段、物性値算出手段）
４４…発熱素子
４５…第１の検出素子
４６…第２の検出素子
４７…周囲温度センサ（温度制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物性値測定システム及び物性値測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、混合ガス等の被測定流体の物性値を測定・算出する技術が種々提案されている。例えば近年においては、発熱素子及び検出素子が設けられたいわゆるマイクロブリッジ型の半導体チップセンサを被測定流体内に配置し、発熱素子にパルス状の電気信号を印加して熱パルスを発生させた際の検出素子の出力に基づいて、被測定流体の比熱や熱伝導率を算出する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１９１８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術は、比較的短時間のパルス入力に対する応答に基づいて被測定流体の物性値を算出するものであるため、ノイズの影響を受け易く、また、測定時間が短いために誤差が生じ易いという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ノイズの影響を受け難く、かつ、測定誤差が生じ難い高精度な物性値測定システム及び物性値測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る物性値測定システムは、被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを備え、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定システムであって、発熱素子に電力を与えて発熱させる駆動手段と、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出手段と、検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出手段と、電力検出手段で検出した電力量と熱伝導率算出手段で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出手段と、を備えるものである。
【０００７】
また、本発明に係る物性値測定方法は、被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを用いて、発熱素子を発熱させた際の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定方法であって、発熱素子に電力を与えて発熱させた際の検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出工程と、検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出工程と、電力検出工程で検出した電力量と熱伝導率算出工程で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出工程と、を備えるものである。
【０００８】
なお、本発明において、「発熱素子に電力を与えて発熱させた際の検出素子の温度変化に対応した電力量」とは、「検出素子に一定の温度変化を生じさせるために発熱素子を発熱させるのに要した電力量」と考えてもよく、「発熱素子に電力を供給した結果として検出素子に某かの温度変化を生じさせた一定の電力量」と考えてもよい。
【０００９】
かかる構成及び方法を採用すると、被測定流体中に配置されたセンサチップの発熱素子に電力を与えて発熱させた際の検出素子の温度変化（例えばステップ状の電力に応答して検出素子の温度が一定温度上昇するまでの温度変化）に対応した電力量に基づいて、被測定流体の物性値（熱容量、組成、圧力等）を算出することができる。電力量は積算値であるため、パルス状の電気信号に対する応答に基づいて被測定流体の物性値を算出する従来の方法と比較するとノイズの影響を受け難くなるとともに、測定時間を比較的長く確保して測定誤差を抑制することができる。この結果、被測定流体の物性値の算出精度を高めることが可能となる。
【００１０】
前記物性値測定システムにおいて、検出素子の温度が一定温度上昇するのに要した電力量を検出する電力検出手段を採用することができる。
【００１１】
また、前記物性値測定システムにおいて、検出素子を複数有するセンサチップを採用することができる。
【００１２】
かかる構成を採用すると、複数の検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を算出することができるので、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。
【００１３】
また、前記物性値測定システムにおいて、検出素子近傍の温度を安定化させるための温度制御手段を備えることが好ましい。
【００１４】
かかる構成を採用すると、発熱素子によって加熱される検出素子の温度を、温度制御手段により安定化させることができるので、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ノイズの影響を受け難く、かつ、測定誤差が生じ難い高精度な物性値測定システム及び物性値測定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る物性値測定システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す物性値測定システムのセンサチップの斜視図である。
【図３】図２に示すセンサチップのIII-III部分における端面図である。
【図４】図１に示す物性値測定システムのセンサチップの検出素子温度と時間との関係を示すグラフである。
【図５】センサチップの検出素子が一定温度上昇するまでに要した電力量と熱容量との相関関係を５種類のガスについて示すグラフである。
【図６】電力量と熱容量との相関関係を示す線形近似式の傾きとガスの密度との相関関係を示すグラフである。
【図７】電力量と熱容量との相関関係を示す線形近似式の切片とガスの熱伝導率との相関関係を示すグラフである。
【図８】センサチップの検出素子が一定温度上昇するまでに要した電力量と特定の物性値（熱容量と密度との積に熱伝導率を加算した値）との相関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、図面を参照して、本発明の実施形態に係る物性値測定システム及び物性値測定方法について説明する。本実施形態においては、被測定流体としてのガス（以下、「被測定ガス」という）の物性値を測定する物性値測定システムを例示することとする。
【００１８】
まず、図１〜図４を用いて、本実施形態に係る物性値測定システム１の構成について説明する。
【００１９】
物性値測定システム１は、図１に示すように、被測定ガスが流通する流路２、流路２の途中に設けられたチャンバ３、図２及び図３に示した発熱素子４４及び検出素子４５（４６）を有しチャンバ３内に配置されたセンサチップ４、センサチップ４の発熱素子４４に電力を与えて発熱させる駆動回路５、システム全体を統合制御する中央情報処理装置６、各種データが記憶されたデータ記憶装置７、中央情報処理装置６に対して各種情報の入力を行うための入力装置８、中央情報処理装置６によって算出された各種情報の出力を行うための出力装置９等を備えている。物性値測定システム１は、センサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の温度変化に基づいて、被測定ガスの特定の物性値（圧力や熱容量）を算出するものである。
【００２０】
流路２は、被測定ガスを外部からチャンバ３内に供給するための上流側流路２ａと、被測定ガスをチャンバ３から外部に排出するための下流側流路２ｂと、から構成されている。チャンバ３は、上流側流路２ａを経由して供給された被測定ガスをセンサチップ４に接触させるための空間である。チャンバ３に到達した被測定ガスは、下流側流路２ｂを経由して外部に排出される。
【００２１】
センサチップ４は、チャンバ３内に配置されて、外部から供給される被測定ガスに晒されており、被測定ガスの物性値の算出に用いられる物理量（電力量や温度変化）を検出するためのものである。本実施形態においては、センサチップ４として、いわゆるマイクロブリッジ型の半導体センサチップを採用している。ここで、図２及び図３を用いて、センサチップ４の構成について説明する。図２はセンサチップ４の斜視図であり、図３は図２のIII-III部分の端面図である。
【００２２】
センサチップ４は、図２及び図３に示すように、キャビティ４２が設けられた基板４１と、基板４１上にキャビティ４２を覆うように配置された絶縁膜４３と、を有している。基板４１の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板４１の縦横の寸法は、例えば各々１．５ｍｍ程度である。絶縁膜４３のキャビティ４２を覆う部分は、断熱性のダイヤフラムを構成している。
【００２３】
また、センサチップ４は、絶縁膜４３に設けられた発熱素子４４と、発熱素子４４の両側に配置された第１の検出素子４５及び第２の検出素子４６と、周囲温度センサ４７と、を有している。発熱素子４４は、キャビティ４２を覆う絶縁膜４３の中心に配置されており、発熱素子４４に接する被測定ガスを加熱する。第１及び第２の検出素子４５・４６は、発熱素子４４に隣接するように配置され、発熱素子４４で加熱された被測定ガスによって温度が変化するものである。これら第１及び第２の検出素子４５・４６の温度変化に係る情報は中央情報処理装置６に送られ、被測定ガスの物性値の算出に用いられる。周囲温度センサ４７は、発熱素子４４から離隔されて絶縁膜４３に設けられており、発熱素子４４の温度に影響されずに、被測定ガスの温度を検出する。
【００２４】
基板４１の材料としては、シリコン(Ｓｉ)等が使用可能である。絶縁膜４３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４２は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子４４、第１の検出素子４５、第２の検出素子４６及び周囲温度センサ４７の各材料には白金(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。
【００２５】
駆動回路５は、中央情報処理装置６の制御の下でセンサチップ４の発熱素子４４に駆動電力を与えて発熱させるものであり、本発明における駆動手段として機能する。本実施形態においては、発熱素子４４に駆動電力を与えて発熱させることにより、図４に示すように、第１の検出素子４５（又は第２の検出素子４６）の温度が特定温度Ｔ1に到達するようにする。なお、本実施形態においては、周囲温度センサ４７で検出される被測定ガスの温度が特定温度Ｔ1よりも低い初期温度Ｔ0に維持されているものとし、駆動回路５は、第１の検出素子４５（又は第２の検出素子４６）の温度をこの初期温度Ｔ0から一定温度上昇させて特定温度Ｔ1に到達させるように発熱素子４４に駆動電力を（例えば所定時間ｔ1だけ）与えるものとする。
【００２６】
中央情報処理装置６は、入力装置８からの入力信号等に従い、データ記憶装置７から読み込んだ各種情報に基づき所定の情報処理を行って、処理結果を出力装置９に出力する。具体的には、中央情報処理装置６は、駆動回路５によってセンサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化に要した電力量を検出するものであり、本発明における電力検出手段として機能する。また、中央情報処理装置６は、センサチップ４の検出素子４５（４６）の温度に基づいて、被測定ガスの熱伝導率を算出するものであり、本発明における熱伝導率算出手段としても機能する。さらに、中央情報処理装置６は、検出した電力量及び算出した熱伝導率に基づいて、被測定ガスの物性値（圧力や熱容量）を算出するものであり、本発明における物性値算出手段としても機能する。中央情報処理装置６を用いた物性値測定方法については、後に詳述することとする。
【００２７】
データ記憶装置７には、システムを制御するための各種制御プログラムや、被測定ガスの既知の物性値（大気圧時の密度等）を含む各種データが記憶されている。入力装置８としては、キーボードやマウス等のポインティングデバイスを採用することができる。また、出力装置９としては、液晶ディスプレイ等の画像表示装置やプリンタ等を採用することができる。
【００２８】
次に、図５〜図８を用いて、本実施形態に係る物性値測定システム１を用いた被測定ガスの物性値測定方法について説明する。
【００２９】
最初に、本方法の原理について説明する。マイクロブリッジ型のセンサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化に要した電力量（以下、「ステップ電力」という）ΣＰｈは、被測定ガスの熱容量（密度ρと比熱ＣPの積）と特定の相関関係があることが推察される。図５は、５種類のガス（メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、アルゴン（Ａｒ））について、熱容量ρＣP（横軸）とステップ電力ΣＰｈ（縦軸）とを、実際に温度一定で圧力を変化させて測定した結果をプロットしたものである。図５に示されるように、全てのガスにおいて、熱容量ρＣPが変化するとステップ電力ΣＰｈもそれに比例して変化することがわかる。そこで、熱容量ρＣPとステップ電力ΣＰｈとの相関関係を線形近似すると、以下の５種類の式（１）〜式（５）が得られる。図５に示す５本の直線は、式（１）〜式（５）に対応するものである。
【００３０】
ΣＰｈ＝α1×ρＣP＋β1 ・・・（１）
ΣＰｈ＝α2×ρＣP＋β2 ・・・（２）
ΣＰｈ＝α3×ρＣP＋β3 ・・・（３）
ΣＰｈ＝α4×ρＣP＋β4 ・・・（４）
ΣＰｈ＝α5×ρＣP＋β5 ・・・（５）
【００３１】
式（１）は被測定ガスがメタン（ＣＨ4）の場合における線形近似式を、式（２）は被測定ガスがプロパン（Ｃ3Ｈ8）の場合における線形近似式を、式（３）は被測定ガスが窒素（Ｎ2）の場合における線形近似式を、式（４）は被測定ガスが二酸化炭素（ＣＯ2）の場合における線形近似式を、式（５）は被測定ガスがアルゴン（Ａｒ）の場合における線形近似式を、各々示している。式（１）〜式（５）におけるαi（ｉ：１〜５）は線形近似式の傾きを、βi（ｉ：１〜５）は線形近似式の切片を、各々意味しており、これらは最小二乗法等を用いて算出することができる。被測定ガスが純粋ガスの場合には、ステップ電力と熱容量とを測定し、その測定結果（座標）が例えば式（１）〜式（５）の何れの直線上にあるかを特定することにより、その純粋ガスの種類を特定することができる。
【００３２】
ここで、ガスの「密度」と、前記した線形近似式の「傾き」と、の相関関係に着目する。図６は、５種類のガスの大気圧時における密度（横軸）と、各ガスの線形近似式の傾き（縦軸）と、の相関関係を示すグラフである。図６に示されるように、ガスの大気圧時における密度ρ0が変化すると、熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の傾きαもそれに比例して変化することがわかる。そこで、密度ρ0と傾きαとの相関関係を線形近似すると、以下の式（６）が得られる。
【００３３】
α＝ａ×ρ0＋ｂ ・・・（６）
式（６）におけるａ及びｂは、最小二乗法等を用いて算出可能な定数である。式（６）は、前記した５種類のガス以外のガスにも適用することができる。従って、例えばガス組成が未知の混合ガスの大気圧時における密度ρ0が既知であれば、式（６）を用いることにより、その混合ガスの熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の傾きαを算出することが可能となる。なお、図６におけるＲは、密度ρ0と傾きαとの相関の強さを示す相関係数を意味する。
【００３４】
次に、ガスの「熱伝導率」と、前記した線形近似式の「切片」と、の相関関係に着目する。図７は、５種類のガスの熱伝導率（横軸）と、各ガスの線形近似式の切片（縦軸）と、の相関関係を示すグラフである。図７に示されるように、ガスの熱伝導率λが変化すると、熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の切片βもそれに比例して変化することがわかる。そこで、熱伝導率λと切片βとの相関関係を線形近似すると、以下の式（７）が得られる。
【００３５】
β＝ｃ×λ＋ｄ ・・・（７）
式（７）におけるｃ及びｄは、最小二乗法等を用いて算出可能な定数である。式（７）は、前記した５種類のガス以外のガスにも適用することができる。従って、例えばガス組成が未知の混合ガスの熱伝導率λが既知であれば、式（７）を用いることにより、その混合ガスの熱容量とステップ電力との相関関係を示す線形近似式の切片βを算出することが可能となる。なお、図７におけるＲは、熱伝導率λと切片βとの相関の強さを示す相関係数を意味する。
【００３６】
さて、前記した５種類のガス以外の被測定ガスを採用した場合における熱容量とステップ電力との相関関係を示す以下のような線形近似式（８）を想定する。式（８）において、αは被測定ガスに対応する線形近似式の傾きを、βはその線形近似式の切片を、各々意味している。
【００３７】
ΣＰｈ＝α×ρＣP＋β ・・・（８）
かかる式（８）に、式（６）のα及び式（７）のβを代入すると、以下のような関係式（９）が得られる。
【００３８】
ΣＰｈ＝ａ×ρ0×ρＣP＋ｃ×λ＋ｂ×ρＣP＋ｄ ・・・（９）
ここで、Ｐを被測定ガスの圧力とし、Ｐ0を大気圧とすると、「ρ＝ρ0×Ｐ／Ｐ0」となるため、以下の式（１０）が得られる。
【００３９】
ΣＰｈ＝（ａ×ρ0＋ｂ）×ρ0×Ｐ／Ｐ0×ＣP＋ｃ×λ＋ｄ ・・・（１０）
式（１０）におけるａ、ｂ、ｃ及びｄ、最小二乗法等を用いて算出可能な定数である。よって、被測定ガスに対応するステップ電力ΣＰｈと、被測定ガスの大気圧時における密度ρ0及び熱伝導率λと、が既知であれば、式（１０）を用いることにより、その被測定ガスの圧力Ｐを算出することが可能となる。また、被測定ガスに対応するステップ電力ΣＰｈと、被測定ガスの圧力Ｐ及び熱伝導率λと、が既知であれば、式（１０）を用いることにより、その被測定ガスの大気圧時における密度ρ0と比熱ＣPに関する物性値を算出することが可能となる。図８は、式（１０）を概念的に表したグラフである。
【００４０】
本実施形態においては、以上のような原理を用いて、被測定ガスの物性値を測定する。以下、本実施形態に係る物性値測定方法を具体的に説明する。以下の説明では、圧力Ｐが既知である混合ガスの物性値を測定する例について説明する。
【００４１】
まず、物性値測定システム１の外部にあるガス供給源から上流側流路２ａを経由させてチャンバ３内に被測定ガスとしての混合ガスを供給する（ガス供給工程）。次いで、物性値測定システム１の中央情報処理装置６は、入力装置８からの入力信号等に従って駆動回路５を駆動制御し、センサチップ４の発熱素子４４に電力を与えて発熱素子４４を発熱させることにより検出素子４５（４６）を一定温度上昇させ、その際に要した電力量（ステップ電力ΣＰｈ）を検出する（電力検出工程）。続いて、中央情報処理装置６は、検出素子４５（４６）の温度等に基づいて、混合ガスの熱伝導率λを算出する（熱伝導率算出工程）。
【００４２】
本実施形態の熱伝導率算出工程においては、センサチップ４の雰囲気ガスの熱伝導率と、センサチップ４の放熱係数と、が高い相関関係を有することに着目して、雰囲気ガスとしての混合ガスの熱伝導率λを算出している。具体的には、センサチップ４の検出素子４５（４６）における検出温度が所定値（例えば図４のＴ1）の場合に発熱素子４４に加えた電力Ｐｈ等に基づいて、この温度における放熱係数Ｍを算出し、この放熱係数Ｍと混合ガスの熱伝導率λとの比例関係（Ｍ＝Ｋλ：Ｋは比例定数）に従って、混合ガスの熱伝導率λを算出することとしている。
【００４３】
次いで、中央情報処理装置６は、電力検出工程で検出したステップ電力ΣＰｈと、熱伝導率算出工程で算出した混合ガスの熱伝導率λと、データ記憶装置７に記憶された混合ガスの圧力Ｐと、に基づき、式（１０）を用いて、混合ガスの大気圧時における密度ρ0と比熱ＣPに関する物性値を算出する（物性値算出工程）。さらに、物性値算出工程において算出した物性値を、混合ガスのガス組成を得る情報の一つとして利用することができる。
【００４４】
以上説明した実施形態に係る物性値測定システム１においては、被測定ガス中に配置されたセンサチップ４の発熱素子４４に電力を与えて発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化（ステップ電力に応答して検出素子の温度が一定温度上昇するまでの温度変化）に基づいて、被測定ガスの物性値を算出することができる。従って、パルス状の電気信号に対する応答に基づいて被測定ガスの物性値を算出する従来の方法と比較すると、ノイズの影響を受け難くなるとともに、測定時間を比較的長く確保して測定誤差を抑制することができる。この結果、被測定ガスの物性値の算出精度を高めることが可能となる。
【００４５】
また、検出素子は複数である必要はないが、以上説明した実施形態に係る物性値測定システム１においては、複数の検出素子４５・４６を有するセンサチップ４を採用し、複数の検出素子４５・４６の温度変化の平均値に基づいて被測定ガスの物性値を算出している。これにより、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。例えば、被測定流体の外乱等により、発熱素子４４で加熱された被測定流体の温度が発熱素子４４を中心として均等とならない場合には、発熱素子４４に対して対称に設置された複数の検出素子４５・４６の温度変化の平均値に基づいて被測定ガスの物性値を算出することにより、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態においては、センサチップ４に発熱素子４４を一つだけ設けた例を示したが、センサチップ４の検出素子４５（４６）近傍の温度を安定化させるために、補助的な発熱素子としての周囲温度センサ４７及びその制御回路を設けることもできる。このような構成を採用すると、検出素子４５（４６）近傍の温度を安定化させることができるので、物性値の算出精度をより一層高めることが可能となる。かかる構成における補助的な発熱素子としての周囲温度センサ４７は、検出素子近傍の温度を安定化させるための温度制御手段として機能する。
【００４７】
また、本実施形態においては、圧力Ｐが既知の混合ガスの物性値を測定した例を挙げたが、大気圧時の密度ρ0や比熱ＣPが既知であって圧力Ｐが不明な混合ガスの物性値を測定することもできる。この際、中央情報処理装置６は、物性値算出工程において、電力検出工程で検出したステップ電力ΣＰｈと、熱伝導率算出工程で算出した混合ガスの熱伝導率λと、データ記憶装置７に記憶された混合ガスの密度ρ0及び比熱ＣPと、に基づき、式（１０）を用いて、混合ガスの圧力Ｐを算出することができる。
【００４８】
また、本実施形態においては、マイクロブリッジ型のセンサチップ４の発熱素子４４を発熱させた際の検出素子４５（４６）の一定の温度変化に要した電力量ΣＰｈが、被測定流体の熱容量（密度ρと比熱ＣPの積）と特定の相関関係があるものと推察して図５に示す５本の直線を求めたが、逆に、発熱素子４４に供給する電力量を一定として、そのときの温度変化と熱容量とに特定の相関関係があるものと推察して、直線（図示していない）を求めるようにすることも可能である。
【００４９】
また、本実施形態においては、特定の手段（電力検出手段、熱伝導率算出手段、物性値算出手段）として機能する中央情報処理装置６を備える物性値測定システム１を用いて物性値測定方法を実施した例を示したが、このようなシステムとは別の構成を用いて、本発明に係る物性値測定方法を実施することもできる。その他、本発明を、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…物性値測定システム
４…センサチップ
５…駆動回路（駆動手段）
６…中央情報処理装置（電力検出手段、熱伝導率算出手段、物性値算出手段）
４４…発熱素子
４５…第１の検出素子
４６…第２の検出素子
４７…周囲温度センサ（温度制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを備え、前記発熱素子を発熱させた際の前記検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定システムであって、
前記発熱素子に電力を与えて発熱させる駆動手段と、
前記発熱素子を発熱させた際の前記検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出手段と、
前記検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出手段と、
前記電力検出手段で検出した電力量と前記熱伝導率算出手段で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出手段と、を備える、
物性値測定システム。
【請求項２】
前記電力検出手段は、前記検出素子の温度が一定温度上昇するのに要した電力量を検出するものである、
請求項１に記載の物性値測定システム。
【請求項３】
前記センサチップは、前記検出素子を複数有するものである、
請求項１又は２に記載の物性値測定システム。
【請求項４】
前記検出素子近傍の温度を安定化させるための温度制御手段を備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項５】
前記物性値算出手段は、被測定流体の熱容量を算出するものである、
請求項１から４の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項６】
前記物性値算出手段は、被測定流体の組成を算出するものである、
請求項１から４の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項７】
前記物性値算出手段は、被測定流体の圧力を算出するものである、
請求項１から４の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項８】
被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを用いて、前記発熱素子を発熱させた際の前記検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定方法であって、
前記発熱素子に電力を与えて発熱させた際の前記検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出工程と、
前記検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出工程と、
前記電力検出工程で検出した電力量と前記熱伝導率算出工程で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出工程と、を備える、
物性値測定方法。
【請求項１】
被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを備え、前記発熱素子を発熱させた際の前記検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定システムであって、
前記発熱素子に電力を与えて発熱させる駆動手段と、
前記発熱素子を発熱させた際の前記検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出手段と、
前記検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出手段と、
前記電力検出手段で検出した電力量と前記熱伝導率算出手段で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出手段と、を備える、
物性値測定システム。
【請求項２】
前記電力検出手段は、前記検出素子の温度が一定温度上昇するのに要した電力量を検出するものである、
請求項１に記載の物性値測定システム。
【請求項３】
前記センサチップは、前記検出素子を複数有するものである、
請求項１又は２に記載の物性値測定システム。
【請求項４】
前記検出素子近傍の温度を安定化させるための温度制御手段を備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項５】
前記物性値算出手段は、被測定流体の熱容量を算出するものである、
請求項１から４の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項６】
前記物性値算出手段は、被測定流体の組成を算出するものである、
請求項１から４の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項７】
前記物性値算出手段は、被測定流体の圧力を算出するものである、
請求項１から４の何れか一項に記載の物性値測定システム。
【請求項８】
被測定流体中に配置される発熱素子及び検出素子を有するセンサチップを用いて、前記発熱素子を発熱させた際の前記検出素子の温度変化に基づいて被測定流体の物性値を求める物性値測定方法であって、
前記発熱素子に電力を与えて発熱させた際の前記検出素子の温度変化に対応した電力量を検出する電力検出工程と、
前記検出素子の温度に基づいて被測定流体の熱伝導率を算出する熱伝導率算出工程と、
前記電力検出工程で検出した電力量と前記熱伝導率算出工程で算出した熱伝導率とに基づいて被測定流体の物性値を算出する物性値算出工程と、を備える、
物性値測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３６８９０（Ｐ２０１０−２３６８９０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２４０１（Ｐ２００９−８２４０１）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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