专利名称：发热量测量系统以及发热量的测量方法
技术领域：
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：
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I)。现有技术文献
专利文献专利文献I :日本特表2004-514138号公报

发明内容
发明所要解决的问题但是，专利文献I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。解决问题的手段根据本发明的形态提供了一种发热量测量系统，包括(a)气体流动的管道；(b)流量控制装置，所述流量控制装置控制在所述管道内流动的所述气体的流量；(C)测温元件，所述测温元件配置于所述管道上；(d)发热元件，所述发热元件配置于所述管道上，并以多种发热温度发热；(e)测量部，所述测量部对依存于在所述管道内流动的所述气体的温度的来自所述测温元件的电信号的值、和来自所述多种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；(f)计算式存储装置，所述计算式存储装置保存以来自所述测温元件的电信号和来自所述多种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(g)发热量计算部，所述发热量计算部将来自所述测温元件的电信号的值、和来自所述发热元件的电信号的值代入到所述发热量计算式中的独立变量，计算所述气体的发热量的值。根据本发明的形态提供了一种发热量的测量方法，包括以下步骤(a)使气体在管道内流动；(b)取得依存于在所述管道内流动的所述气体的温度的来自测温元件的电信号的值；(C)使得与在所述管道内流动的所述气体接触的发热元件以多种发热温度发热；(d)取得来自所述多种发热温度的各种温度下的所述发热元件的电信号的值；(e)准备以来自所述测温元件的电信号和来自所述多种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(f)将来自所述测温元件的电信号的值、和来自所述发热元件的电信号的值代入到所述发热量计算式中的独立变量，计算所述气体的发热量的值。
根据本发明的形态提供了一种发热量测量系统，包括(a)气体流动的管道；(b)流量控制装置，所述流量控制装置控制在所述管道内流动的所述气体的流量；(c)测量部，所述测量部对在所述管道中流动的气体的散热系数或者热传导率的测量值进行测量；(d)存储装置，所述存储装置保存所述散热系数或者热传导率与发热量的相关关系；和(e)发热量计算部，所述发热量计算部根据所述气体的散热系数或者热传导率的测量值和所述相关关系，计算所述气体的发热量的测量值。发明效果根据本发明，可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。


图I是本发明的实施形态涉及的第一微芯片的立体图。 图2是本发明的实施形态涉及的第一微芯片的从图I的II-II方向观察的截面图。图3是本发明的实施形态涉及的第二微芯片的立体图。图4是本发明的实施形态涉及的第二微芯片的从图3的IV-IV方向观察的截面图。图5是关于本发明的实施形态涉及的发热元件的电路图。图6是关于本发明的实施形态涉及的测温元件的电路图。图7是显示本发明的实施形态涉及的发热元件的温度和气体的散热系数的关系的图表。图8是本发明的实施形态涉及的发热量测量系统的第一示意图。图9是本发明的实施形态涉及的发热量测量系统的第二示意图。图10是示出本发明的实施形态涉及的微芯片的配置的第一示意图。图11是示出本发明的实施形态涉及的微芯片的配置的第二示意图。图12是示出本发明的实施形态涉及的发热量计算式的制作方法的流程图。图13是示出本发明的实施形态涉及的发热量的测量方法的流程图。图14是示出本发明的实施形态的实施例2所涉及的样本混合气体的被算出的发热量与实际值的误差的第一图表。图15是示出本发明的实施形态的实施例2所涉及的样本混合气体的被算出的发热量与实际值的误差的第二图表。图16是示出本发明的实施形态的实施例2所涉及的样本混合气体的被算出的发热量与实际值的误差的第三图表。图17是示出本发明的实施形态的实施例3涉及的微芯片的配置的示意图。图18是示出本发明的实施形态的比较例涉及的微芯片的配置的示意图。图19是示出本发明的实施形态的实施例3涉及的发热量测量系统的响应速度的图表。图20是示出本发明的实施形态的比较例涉及的发热量测量系统的响应速度的图表。
图21是示出本发明的实施形态的实施例3涉及的测量对象混合气体的流量与算出的发热量的误差的关系的图表。图22是示出本发明的其他实施形态涉及的气体的热传导率与散热系数的关系的图表。符号说明8微芯片18绝热部件20发热量测量系统31A，31B，31C，31D 气压调节器 32A，32B，32C，32D 流量控制装置50A，50B，50C，50D 储气瓶60 基板61发热元件62第一测温元件63第二测温元件64保温元件65绝缘膜66 空腔91A，91B，91C，91D，92A, 92B, 92C, 92D, 93，101 管道118 组件160，161，162，163，164，165，181，182，183，261，264，265 电阻元件170，270运算放大器301测量部302计算式制作部303驱动电路304变换电路305发热量计算部312输入装置313输出装置401电信号存储装置402计算式存储装置403发热量存储装置。
具体实施例方式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。首先，参考作为立体图的图I以及作为从图I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O. 5mm。又，基板60的长宽尺寸例如分别为I. 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、9' A 7 7 3 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。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以及从作为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。发热兀件61设置在覆盖空腔66的绝缘膜65的膜片部分的中心。发热兀件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。另外，自身不发热是指第一测温元件62和第二测温元件63的温度近似于气氛温度。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。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的材料可采用娃(Si)等。绝缘膜65的材料可使用氧化娃(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各自的材料可使用钼(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。微芯片8通过设置在微芯片8的底面的绝热部件18固定于流有气氛气体的管道上。通过介由绝热部件18将微芯片8固定于管道，微芯片8的温度不易受到管道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I. Off/(m · K)以下。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并联连接在运算放大器170的+输入端子和输出端子之间。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5. OV的电压Vin，则在电阻元件163和电阻元件162之间产生例如2. 4V的电压Vu。又，在电阻元件164和电阻元件163之间产生例如I. 9V的电压V&在电阻元件165和电阻元件164之间产生例如I. 4V的电压Vu。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。对运算放大器170的-输入端子施加2. 4V的电压Vu时，仅开关SWl通电，开关Sff2, Sff3, SW4为断开。对运算放大器170的-输入端子施加I. 9V的电压\2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I. 4V的电压Vu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OV的电压Vlo时，仅开关SW4通电，开关SWl，Sff2, 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OV或者三种等级的电压中的某一种。因此，通过SWl，Sff2, Sff3, SW4的通断，可以将决定发热元件61的温度的施加电压设定为三种等级。此处，设对运算放大器170的-输入端子施加了 I. 4V的电压Vu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 I. 9V的电压时的发热元件61的温度为Th2、对运算放大器170的-输入端子施加了 2. 4V的电压Vu时的发热元件61的温度为TH3。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并联连接在运算放大器270的-输入端子以及输出端子之间。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O. 3V左右的弱电压。图I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(I)式所示。Rh = Rh stdX [1+ α η (Th-Th std) + β H (Th-Th std) 2]…(I)此处，Th std表示发热元件61的标准温度,例如20°C。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。Cih是表示I次的电阻温度系数。βΗ是表示2次的电阻温度系数。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⑵式得到。Rh = Ph/Ih2…(2)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⑶式得到。Rh = Vh/Ih …(3)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T1之差Λ Th，得到环境气体的散热系数％。又，散热系数M1的单位例如为W/°C。M1 = Ph/ (Th-Ti)=Ph/Λ Th…(4)根据上述⑴式，发热元件61的温度Th由下述(5)式得到。Th= (1/2 β η) X [_ α η+[ α η2-4 β h(1_Rh/Rh—std) ] 1/2]+Th—std... (5)从而，发热元件61的温度Th与气氛气体的温度T1之差Λ Th由下述(6)式得到。ATh= (1/2 β η) X [_ α η+[ α η2-4 β h (1_Rh/Rh—std) ] i72IKTjlstd-Ti... (6)气氛气体的温度T1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 \。第一测温元件62的温度T1和第一测温元件62的电阻值R1的关系由下述(7)式得到。R1 = RlstdX [l+α x (Ti-Ti std) + β x (Ti-Ti std)2] ... (7)Ti std表不第一测温兀件62的标准温度,例如20°C。Rijjtd表不标准温度Tijjtd下被预先测量的第一测温元件62的电阻值。Ci1是表示I次的电阻温度系数。P1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T1由下述(8)式求得。T1= (1/2 β j) X [- a j+[ a /-4 β χ (I-RiZRi std) ] 1/2]+Ti std... (8)由此，气氛气体的散热系数M1由下述(9)式求得。
M1 = Ph/ Δ Th= Ph/ [ (I /2 β Η) [- α H+ [ α H2-4 β H (I -Rh/Rh std) ] 1/2] +Th std- (1/2 β x)[-a j+[ a /-4 β I (I-RiZRi std) ]1/2] -Ti std]... (9)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R”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吣。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％。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V。、和气体D的体积率Vd的总和如下述(10)式所示那样为I。VA+VB+VC+VD = I... (10)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K。、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MJ/m3。Q = Ka X VA+KB X VB+KC X VC+KD X Vd— (11)又，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M。、气体D的散热系数为Md的话，则混合气体的散热系数M1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M1由下述(12)式求得。M1 = MaX Va+Mb X Vb+Mc X Vc+Md XVd— (12)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M1作为发热元件61的温度Th的函数由下述(13)式求得。M1 (Th) = Ma (Th) X Va+Mb (Th) X Vb+Mc (Th) X Vc+Md (Th) XVd - (13)从而，发热元件61的温度为Thi时的混合气体的散热系数M11 (Thi)由下述(14)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M12 (Th2)由下述(15)式求得，发热元件61的温度为Th3时的混合气体的散热系数M13 (Th3)由下述(16)求得。
M11 (Thi) = Ma(Thi) XVMb(Thi) X Vb+Mc(Th1) XVc+Md(Th1) XVd …(14)M12 (Th2) = Ma (Th2) X VMb (Th2) X Vb+Mc (Th2) X Vc+Md (Th2) XVd …(15)M13 (Th3) = Ma (Th3) X VMb (Th3) X Vb+Mc (Th3) X Vc+Md (Th3) XVd …(16)此处，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)具有非线性关系时，上述(14)至(16)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(14)至(16)式具有线性独立的关系。进一步的，(14)至(16)式具有线性独立关系时，(10)和(14)至(16)式具有线性独立关系。图7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(14)至(16)式具有线性独立关系。(14)至(16)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(14)至(16)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V。和气体D的体积率Vd分别如下述(17)至(20)式所示，作为混合气体的散热系数M11 (Thi)、MI2 (TH2)、MI3(Th3)的函数得到。又，下述(17)至(20)式中，η为自然数，fn是表示函数的符号。Va = ^[Mi1(Thi), M12 (TH2), M13 (Th3)] ...(17)Vb = f2 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ] ... (18)Vc = f3 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ] ... (19)Vd = f4 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ] ... (20)此处，通过将(17)至(20)式代入上述(11)式，得到下述(21)式。Q = KaX Va+Kb X Vb+Kc X Vc+Kd X Vd=K4Xf1 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (T113)]+Kb X f2 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (TH3)]+Kc X f3 [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (TH3)]+KdXf4 [M11 (Thi)，MI2(TH2)，MI3(TH3)]... (21)如上述(21)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M11 (Thi) ,M12 (Th2) ,M13 (Th3)为变量的方程式求得。从而，混合气体的发热量Q由下述(22)式求得，g是表示函数的记号。Q = g [M11 (Thi)，M12 (Th2)，M13 (Th3) ] ... (22)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(22)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V。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，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M11 (Thi) ,M12 (Th2)、M13(Th3),并将它们代入(22)式，由此可以唯一求得测量对象混合气体的发热量Q。又，混合气体的散热系数M1，如上述(9)式所示，依存于发热元件61的电阻值&和第一测温元件62的电阻值因此，本发明人发现，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(23)式所示，可以由以发热元件61的温度为TH1、TH2, Th3时的发热元件61的电阻值Rm (Tm) >Rh2 (Th2) >Rh3 (Th3)、与混合气体接触的第一测温元件62的电阻值R1为变量的方程式求得。Q = g [Rm (Thi)，Rh2 (Th2)，Rh3 (Th3) , R1]…(23)因此，测量与测量对象混合气体接触的发热元件61的发热温度为TH1、TH2、TH3时的发热元件61的电阻值Rhi(Thi) ,Rh2(Th2) ,Rh3(Th3)、与测量对象混合气体接触的第一测温元件62的电阻值R1，通过代入(23)式，可以唯一求得测量对象混合气体的发热量Q。又，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(24)式所示，也可以由以发热元件61 的温度为Thi、Th2、Th3时的发热元件61的通电电流Ihi (Thi)、IH2 (Th2)、IH3 (Th3)、与混合气体接触的第一测温元件62的通电电流I1为变量的方程式求得。Q = g [IH1 (Thi)，IH2 (Th2)，IH3 (Th3) , I1]…(24)或者，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(25)式所示，可以由以发热元件61的温度为TH1、TH2、TH3时的施加于发热元件61的电压Vhi (Thi)、VH2 (TH2)，VH3 (Th3)、施加于与混合气体接触的第一测温元件62的电压V1为变量的方程式求得。Q = g [VH1 (Thi)，VH2 (Th2)，VH3 (Th3) ,V1]... (25)或者，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(26)式所示，可以由以发热元件61的温度为TH1、Th2, Th3时的连接于发热元件61的模数转换电路(下面称为，Α/D转换电路)的输出信号ADhi (Thi)、ADh2 (Th2)、ADh3 (Th3)、连接于与混合气体接触的第一测温元件62的A/D转换电路的输出信号AD1为变量的方程式求得。Q = g [ADm (Thi)，ADh2 (Th2)，ADh3 (Th3) ,AD1]... (26)因此，混合气体的单位体积的发热量Q如下述(27)式所示，由以发热元件61的温度为Thi、Th2、Th3时的来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)、来自与混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1为变量的方程式求得。Q = g [SH1 (Thi)，SH2 (Th2)，SH3 (Th3) , S1]... (27)又，混合气体的气体成分不限定于四种。例如,混合气体为η种气体成分组成时，首先预先取得由下述(28)式给出的、以至少η-i种发热温度ΤΗ1、ΤΗ2、ΤΗ3，…、Tffiri下来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)、...、Sffiri (V1)、来自与混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1为变量的方程式。然后，测量在η-i种发热温度ΤΗ1、ΤΗ2、ΤΗ3、…、Tttri下、来自与η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Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)、…、Sttri (Tffiri)的值、来自与测量对象混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1的值，通过代入(28)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。Q = g[SH1 (TH1)，SH2 (Th2)，Sh3(Th3),…，Sttri (1^)，S1]…(28)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(28)式的计算造成影响。例如，也可如下述(29)至(32)式所示，分别将乙烷(C2H6)、丁烷(C4H10)'戊烧(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(28)式。C2H6 = O. 5CH4+0. 5C3H8... (29)C4H10 = -O. 5CH4+1. 5C3H8 ... (30)C5H12 = -I. 0CH4+2. OC3H8 ... (31)C6H14 = -I. 5CH4+2. 5C3H8 ... (32)从而，设z为自然数，由η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ζ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、来自第一测温元件62的电信号S1为变量的方程式。
又，用于(28)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(28)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η种少的气体成分组成，而且种类比η种少的气体成分，包含于(28)式的计算所用的混合气体中时，也可利用(28)式。例如，用于(28)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(28)式计算测量对象混合气体的发热量Q。进一步的，用于(28)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(28)式的计算的混合气体中所不包含的烷烃(CjH2j+2)，也可利用(28)式。这是因为，如上所述的，甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)以外的烷烃(CjH2jt2)可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物，不影响采用(28)式对单位体积的发热量Q进行计算。此处，图8以及图9所示的实施形态涉及的发热量测量系统20具有多种样本混合气体分别流动的管道101 ;配置于管道101中的微芯片8，该微芯片8包含图I所示的第一测温元件62以及以多种发热温度Th发热的发热元件61。如图8所示，微芯片8通过绝热部件18被配置为向管道101内突出。另外，只要至少图I所示的第一测温元件62以及发热元件61向图8所示的管道101内突出即可，微芯片8也可以部分地埋入管道101的侧壁。通过将微芯片8配置为向管道101内突出，图2所示的微芯片8的空腔66内的气体的置换变快，微芯片8的响应性提高。又，如图10所示，也可以相对于管道101的侧壁倾斜地设置微芯片8。在该情况下，可以如图10所示，相对于管道101的侧壁倾斜地设置包含微芯片8的组件118整体，也可以如图11所示，通过相对于组件118倾斜地对微芯片8进行芯片焊接，从而相对于管道101的侧壁倾斜地设置微芯片8。通过相对于管道101的侧壁倾斜地设置微芯片8，微芯片8与在管道101内流动的气体相对，因此图2所示的微芯片8的空腔66内的气体高效率地置换。图4所示的微芯片8也是同样的。图8所示的发热量测量系统20还包括测量部301和制作发热量计算式的发热量计算式制作部，测量部301测量依存于多个样本混合气体的各个温度T1的来自第一测温元件62的电信号S1的值，和；来自多种发热温度Th下的发热元件61的电信号Sh的值，发热量计算式制作部根据多个混合气体的已知的发热量Q的值、来自第一测温元件62的电信号S1的值、以及来自在多种发热温度下的发热元件61的电信号的值，制作包含了以下变量的发热量计算式，该发热量计算式以来自第一测温元件62的电信号S1以及来自多种发热温度Th下的发热元件61的电信号Sh作为独立变量、以发热量Q作为从属变量。又，样本混合气体包括多种气体成分。在采用发热量Q各自不同的四种样本混合气体的情况下，如图9所示，准备储存第一样本混合气体的第一储气瓶50A、储存第二样本混合气体的第二储气瓶50B、储存第三样本混合气体的第三储气瓶50C和储存第四样本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O. 2MPa等的低压的第一样本混合气体。又，第一气压调节器31A通过管道92A连接有第一流量控制装置32A。第一流量控制装置32A对通过管道92A和管道101输送到发热量测量系统20的第一样本混合气体的流量进行控制。第二储气瓶50B通过管道91B连接有第二气压调节器31B。又，第二气压调节器31B通过管道92B连接有第二流量控制装置32B。第二流量控制装置32B对通过管道92B、93,101输送到发热量测量系统20的第二样本混合气体的流量进行控制。·第三储气瓶50C通过管道91C连接有第三气压调节器31C。又，第三气压调节器31C通过管道92C连接有第三流量控制装置32C。第三流量控制装置32C对通过管道92C、93、101输送到发热量测量系统20的第三样本混合气体的流量进行控制。第四储气瓶50D通过管道91D连接有第四气压调节器31D。又，第四气压调节器31D通过管道92D连接有第四流量控制装置32D。第四流量控制装置32D对通过管道92D、93,101输送到发热量测量系统20的第四样本混合气体的流量进行控制。第一至第四样本混合气体例如分别是天然气。第一至第四样本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。在第一样本混合气体不滞留地流经图8所示的管道101之时，图I以及图2所示的微芯片8的第一测温元件62输出依存于第一样本混合气体的温度的电信号S,。接着，发热元件61被施加来自图8所示的驱动电路303的驱动功率PH1、PH2> PH3o在被施加了驱动功率PH1、PH2> Ph3的情况下，与不滞留地在管道101内流动的第一样本混合气体接触的发热元件61例如以100 V的温度Tm、150°C的温度Th2、200 V的温度Th3进行发热，并输出发热温度Tm下的电信号Shi(Thi)、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)。第一样本混合气体从管道101中被去除之后，第二至第四样本混合气体依次流入到管道101中。第二样本混合气体不滞留地在管道101中流动时，图I以及图2所示的微芯片8的第一测温元件62输出依存于第二样本混合气体的温度的电信号S”接着，与不滞留地流动的第二样本混合气体接触的发热元件61输出发热温度Tm下的电信号Sm (Thi)、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)。第三样本混合气体不滞留地在图8所示的管道101中流动时，图I以及图2所示的微芯片8的第一测温元件62输出依存于第三样本混合气体的温度的电信号S”接着，与不滞留地流动的第三样本混合气体接触的发热元件61输出发热温度Tm下的电信号Shi (Thi)、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)。第四样本混合气体不滞留地在图8所示的管道101中流动时，图I以及图2所示的微芯片8的第一测温元件62输出依存于第四样本混合气体的温度的电信号S”接着，与不滞留地流动的第四样本混合气体接触的发热元件61输出发热温度Tm下的电信号Shi (Thi)、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)。又，各样本混合气体包括η种气体成分时，微芯片8的图I和图2所示的发热元件61以至少η-i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(CU可视为甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)的混合物。从而，设ζ为自然数，由η种气体成分构成的样本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ζ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。如图8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对来自第一测温元件62的电信号S1的值和来自发热元件61的发热温度Thi下的电信号Shi (Thi)、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，测量值保存于电信号存储装置401中。又,来自第一测温兀件62的电信号S1可以是,第一测温兀件62的电阻值R1、第一测温元件62的通电电流I1、施加于第一测温元件62的电压V1以及连接于第一测温元件62的Α/D转换电路304的输出信号AD1中任一个。同样，来自发热兀件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、施加于发热元件61的电压Vh以及连接于发热元件61的Α/D转换电路304的输出信号ADh中任一个。包含于CPU300中的计算式制作部302收集例如第一至第四样本混合气体各自的已知的发热量Q的值、来自第一测温元件62的电信号S1的多个测量值、来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、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、电信号&、以及电信号Sh的值，通过多变量分析，计算以来自第一测温元件62的电信号Sp以及来自发热元件61的电信号Sm (Tm)、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，“多变量分析”包括A. J Smola和B. scholkopf所著的《A Tutorialon Support Vector Regression(支持向量回归的教程)》(NeuroCOLT TechnicalReport (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。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。接着，参考图12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。(a)步骤S100中，保持图9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，将第一样本混合气体导入图8所示的管道101内。步骤SlOl中，测量部301对来自第一测温元件62的电信号S1的值进行测量，将测量值保存于电信号存储装置401中，该第一测温元件62与不滞留地在管道101内流动的第一样本混合气体接触。接着，驱动电路303对图I和图2所示的发热元件61施加驱动功率Phi，使发热元件61以100°C发热。图8所示的测量部301将来自以100°C发热的发热元件61的电信号Sm(Tm)的值保存于电信号存储装置401中。(b)步骤S102中，驱动电路303判定图I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°C以及200°C 的切换未完成，则返回步骤S101，图8所示的驱动电路303使图I和图2所示的发热元件61以150°C发热。图8所示的测量部301将来自与不滞留地在管道101内流动的第一样本混合气体接触的、以150°C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。(c)再在步骤S102中，判定图I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°C的切换未完成，则返回步骤S101，图8所示的驱动电路303使图I和图2所示的发热元件61以200°C发热。图8所示的测量部301将来自与不滞留地在管道101内流动的第一样本混合气体接触的、以200°C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。(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，判定样本混合气体的切换是否完成。至第二至第四样本混合气体的切换未完成时，返回步骤S100。步骤SlOO中，关闭图9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，将第二样本混合气体导入图8所示的管道101内。(e)与第一样本混合气体一样地，重复步骤SlOl至步骤S102的循环。测量部301对来自第一测温元件62的电信号S1的值进行测量，将测量值保存于电信号存储装置401中，该第一测温元件62与不滞留地在管道101内流动的第二样本混合气体接触。又，测量部301将来自与不滞留地在管道101内流动的第二样本混合气体接触的、以温度100°C、150°C、200°C发热的发热元件61的电信号Sm (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)的值保存于电信号存储装置401中。(f)其后，重复步骤SlOO至步骤S103的循环。由此，来自与不滞留地在管道101内流动的第三样本混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1的值、以及来自与不滞留地在管道101内流动的第三样本混合气体接触的以温度100°c、150°c、20(rc发热的发热元件61的电信号Shi (Tm)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)的值被保存于电信号存储装置401中。又，来自与不滞留地在管道101内流动的第四样本混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1的值、以及来自与不滞留地在管道101内流动的第四样本混合气体接触的以温度100°C、15(TC、200°C发热的发热元件61的电信号Sm (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)的值被保存于电信号存储装置401 中。(g)在步骤S104中，从输入装置312向计算式制作部302输入第一样本混合气体的已知的发热量Q的值、第二样本混合气体的已知的发热量Q的值、第三样本混合气体的已知的发热量Q的值、以及第四样本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读取来自第一测温元件62的电信号S1的多个测量值、和来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)的多个测量值。(h)在步骤S105中，计算式制作部302基于第一至第四样本混合气体的发热量Q的值、来自第一测温元件62的电信号S1的多个测量值、来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、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计算以来自第一测温元件62的电信号S1、和来自发热元件61的电信号Shi (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。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。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管道101中。图I以及图2所示的微芯片8的第一测温元件62输出依存于不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体的温度的电信号S”接着，从图8所示的驱动电路303对发热元件61依次施加驱动功率PH1、PH2、PH3。被施加了驱动功率PH1、PH2、Ph3时，与不滞留地在管道101内流动的测量对象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和200°C的温度Th3发热，并输出发热温度Thi下的电信号Sm (Thi)、发热温度Th2下的 电信号SH2 (Th2)、发热温度Th3下的电信号SH3 (Th3)。图8所示的测量部301对来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的第一测温元件62的依存于测量对象混合气体的温度T1的电信号S1的值、来自与测量对象混合气体接触的发热元件61的发热温度下Tm的电信号Shi(Thi)、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。如上所述，计算式存储装置402保存以来自第一测温元件62的电信号S1、来自发热温度Thi为100°C的发热元件61的电信号Sm (Thi)、来自发热温度Th2为150°C的发热元件61的电信号SH2 (Th2)、来自发热温度Th3为200°C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。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将来自第一测温兀件62的电信号S1的测量值、以及来自发热兀件61的电信号Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3(Th3)的测量值分别代入发热量计算式的来自第一测温元件62的电信号S1的独立变量、来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)的独立变量，计算不滞留地在管道101内流动的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。接着，用图13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。(a)步骤S200中，将测量对象混合气体导入图8所示的管道101内。步骤S201中，测量部301对来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1的值进行测量，将测量值保存于电信号存储装置401中。接着，驱动电路303对图I和图2所示的发热元件61施加驱动功率Phi，使发热元件61以100°C发热。图8所示的测量部301将来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的、以100°C发热的发热元件61的电信号Shi(Thi)的值保存于电信号存储装置401中。(b)步骤S202中，图8所示的驱动电路303判定图I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°C和温度200°C的切换未完成，则返回步骤S201，驱动电路303对图I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°C发热。图8所示的测量部301将来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的、以150°C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。(c)再在步骤S202中，判定图I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°C的切换没有完成的情况下，返回步骤S201，驱动电路303对图I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°C发热。图8所示的测量部301将来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的、以200°C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。
(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8所示的发热量计算部305从计算式存储装置402中读出以来自第一测温元件62的电信号Sp以及来自发热元件61的电信号Sm (Tm)、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分别从电信号存储装置401中读出来自与测量对象混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1的测量值、以及来自与测量对象混合气体接触的发热元件61的电信号Shi (Thi)、SH2 (Th2)、SH3 (Th3)的测量值。(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S1、以及电信号Shi (Thi)、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。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，能够根据来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的第一测温元件62的电信号S1的值、以及来自与不滞留地在管道101内流动的测量对象混合气体接触的发热元件61的电信号Sm (Thi)、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。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。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。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，因此也适合于供给燃气轮机的燃料气体的发热量Q的控制。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，从而可适当地设定燃烧混合气体时所需要的空气量。由此，可削减无益的二氧化碳(CO2)的排出量。(实施例I)首先，准备了发热量Q的值为已知的23种样本混合气体。23种样本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。例如某样本混合气体包括90vol%的甲烷、3vol%的乙烷、lvol%的丙烧、lvol%的丁烧、4vol%的氮气和Ivo l %的二氧化碳。又,某样本混合气体包括85vol %的甲烧、IOvol %的乙烧、3vol %的丙烧和2vol %的丁烧,不包括氣气和_■氧化碳。又，某样本混合气体包括85vol %的甲烧、8vol %的乙烧、2vol %的丙烧、Ivol %的丁烧、2vol%的氮气和2vol%的二氧化碳。接着，分别采用23种样本混合气体，取得来自图8所示的第一测温元件62的电信号S1的多个测量值、和来自发热元件61的电信号Shi(Thi)、Sh2(Th2)、Sh3(Th3)的多个测量值。其后，根据23种样本混合气体的已知的发热量Q的值、来自第一测温元件62的电信号S1的多个测量值、和来自发热元件61的电信号Shi(Thi) ,Sh2(Th2) ,Sh3(Th3)的多个测量值，通过支持向量回归，制作以来自第一测温元件62的电信号S1和来自发热元件61的电信号Shi (Thi)、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I次方程式、2次方程式、以及3次方程式。在制作用于计算发热量Q的I次方程式时，校准点可以3至5个为基准适当确定。制作得到的I次方程式由下述(33)至(35)式得到。23种样本混合气体的发热量Q以(33)至(35)式计算，和实际的发热量Q比较，其最大误差为2. I %。Q = 40. 1+17. 4XVm(100°C )+17. 9XVH2 (150°C )-28. 9XVH3(200°C )-10. 4XV1…(33)Q = 40. 1+23. 8 X Rm (100°C )+6. 07 X Rh2 (150。。)-22. 8 X Rh3 (200°C )-11. 4X R1…(34)Q = 40. 1+17. 4 X ADm (100°C ) +17. 9 X ADh2 (150°C ) -28. 9 X ADh3 (200 °C )-10. 4 X AD1…(35)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。以制作得到的2次方程式计算23种样本混合气体的发热量Q，和实际的发热量Q相比，最大误差为I. 2至I. 4%。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。用制作得到的3次方程式计算23种样本混合气体的发热量Q，并与实际的发热量Q比较，最大误差不到1.2%。(实施例2)与实施例I中所使用的样本混合气体一样，准备了发热量Q的值为已知的23种样本混合气体。在此，将被发热兀件61加热前的样本混合气体的温度设定为-10°C、5°C、23°C、40°C、以及50°C。接着，通过支持向量回归，制作以来自第一测温元件62的电信号S1和来自发热元件61的电信号Sm (Thi)、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3次方程式。这样的话，如图14至16所示，不管被发热元件61加热前的样本混合气体的温度是多少，被计算出的发热量Q的误差不会产生偏差。另外，图14的结果是采用电阻R作为电信号S而得到的。图15的结果是采用电压V作为电信号S而得到的。图16的结果是采用来自Α/D转换电路304的输出信号AD作为电信号S而得到的。(实施例3)准备了如图17所示那样将微芯片8配置为向管道101内突出的实施例3所涉及的发热量测量系统。又，还准备了如图18所示那样在管道101的侧壁设置凹部，将微芯片8配置在管道101的侧壁的凹部的比较例所涉及的发热量测量系统。接着，在同一条件下，采用实施例3所涉及的发热量测量系统和比较例所涉及的发热量测量系统计算测量对象混合气体的发热量。这样的话，如图19所示，实施例3所涉及的发热量测量系统能够以大约8秒的时间计算出发热量。但是，如图20所示，比较例所涉及的发热量测量系统能够以大约16秒的时间计算出发热量。由此示出，通过将微芯片8配置为向管道101内突出，提高了微芯片8的响应速度。又，采用实施例3所涉及的发热量测量系统，以各种流量计算出测量对象混合气 体的发热量。其结果为，如图21所示，即便使流量变化，发热量的误差也被控制在O. 3%以内。因此，实施例3所涉及的发热量测量系统，即便在至燃气轮机的气体的供给路径等不希望改变气体流量的环境下，也能够正确地计算出发热量。(其它的实施方式)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，本领域技术人员应该清楚各种代替实施形态以及运用技术。例如，在实施形态中说明的是图8所示的计算式存储装置402保存以来自图I所示的第一测温元件62的电信号和来自多种发热温度下的发热元件61的电信号为独立变量、以发热量Q为从属变量的发热量计算式的实例。相对于此，如上述(22)式所说明的那样，气体的发热量Q由以发热元件61的温度分别为TH1、TH2、TH3时的气体的散热系数M11 (Thi) ,M12(Th2) ,M13(Th3)为变量的方程式求的。因此，图8所示的计算式存储装置402可以保存以发热元件61的多种发热温度下的气体的散热系数为独立变量，以发热量Q为从属变量的发热量计算式等的散热系数与发热量Q的相关关系。此时，测量部301使发热元件61发热至多种发热温度来测量被注入管道101中的气体的散热系数的测量值。另外，能够采用微芯片8来测量气体的散热系数正如上述(9)式所述那样。发热量计算部305将气体的散热系数的测量值代入被保存于计算式存储装置402中的发热量计算式的独立变量，计算出气体的发热量Q的测量值。接着，图22示出在发热电阻体流通2mA、2. 5mA、以及3mA的电流时，混合气体的散热系数和热传导率的关系。如图22所示，混合气体的散热系数和热传导率一般具有比例关系。因此，图8所示的计算式存储装置402可以保存以发热元件61的多种发热温度下的气体的热传导率为独立变量，以发热量Q为从属变量的发热量计算式。此时，测量部301使发热元件61发热至多种发热温度来测量被注入管道101中的气体的热传导率的测量值。发热量计算部305将气体的热传导率的测量值代入被保存于计算式存储装置402中的发热量计算式的独立变量，计算出气体的发热量Q的测量值。这样，本发明应该理解为包含此处未记载的各种实施形态等。
权利要求
1.一种发热量测量系统，其特征在于，包括 气体流动的管道； 流量控制装置，所述流量控制装置控制在所述管道内流动的所述气体的流量； 测温元件，所述测温元件配置于所述管道上； 发热元件，所述发热元件配置于所述管道上，并以多种发热温度发热； 测量部，所述测量部对依存于在所述管道内流动的所述气体的温度的来自所述测温元件的电信号的值、和来自所述多种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； 计算式存储装置，所述计算式存储装置保存以来自所述测温元件的电信号和来自所述多种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 发热量计算部，所述发热量计算部将来自所述测温元件的电信号的值、和来自所述发热元件的电信号的值代入到所述发热量计算式中的独立变量，计算所述气体的发热量的值。
2.如权利要求I所述的发热量测量系统，其特征在于，所述测温元件以及所述发热元件被配置为向所述管道内突出。
3.如权利要求I所述的发热量测量系统，其特征在于，所述测温元件以及所述发热元件被配置为向所述管道内倾斜突出，以便与在所述管道内流动的所述气体相对。
4.如权利要求I至3中任一项所述的发热量测量系统，其特征在于，根据包含多种气体成分的多种样本混合气体的发热量的值、来自分别与所述多种样本混合气体接触的所述发热元件的电信号的值，制作出所述发热量计算式。
5.如权利要求4所述的发热量测量系统，其特征在于，采用支持向量回归制作所述发热量计算式。
6.如权利要求I所述的发热量测量系统，其特征在于，所述气体为天然气。
7.如权利要求4所述的发热量测量系统，其特征在于，所述气体为天然气。
8.一种发热量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 使气体在管道内流动； 取得依存于在所述管道内流动的所述气体的温度的来自测温元件的电信号的值； 使得与在所述管道内流动的所述气体接触的发热元件以多种发热温度发热； 取得来自所述多种发热温度的各种温度下的所述发热元件的电信号的值； 准备以来自所述测温元件的电信号和来自所述多种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 将来自所述测温元件的电信号的值、和来自所述发热元件的电信号的值代入到所述发热量计算式中的独立变量，计算所述气体的发热量的值。
9.如权利要求8所述的发热量的测量方法，其特征在于，所述测温元件以及所述发热元件被配置为向所述管道内突出。
10.如权利要求8所述的发热量的测量方法，其特征在于，所述测温元件以及所述发热元件被配置为向所述管道内倾斜突出，以便与在所述管道内流动的所述气体相对。
11.如权利要求8至10中任一项所述的发热量的测量系统，其特征在于，根据包含多种气体成分的多种样本混合气体的发热量的值、来自分别与所述多种样本混合气体接触的所述发热元件的电信号的值，制作出所述发热量计算式。
12.如权利要求11所述的发热量的测量系统，其特征在于，采用支持向量回归制作所述发热量计算式。
13.如权利要求8所述的发热量的测量系统，其特征在于，所述气体为天然气。
14.如权利要求11所述的发热量的测量系统，其特征在于，所述气体为天然气。
15.一种发热量测量系统，其特征在于，包括 气体流动的管道； 流量控制装置，所述流量控制装置控制在所述管道内流动的所述气体的流量； 测量部，所述测量部对在所述管道中流动的气体的散热系数或者热传导率的测量值进行测量； 存储装置，所述存储装置保存所述散热系数或者热传导率与发热量的相关关系；和 发热量计算部，所述发热量计算部根据所述气体的散热系数或者热传导率的测量值和所述相关关系，计算所述气体的发热量的测量值。
16.如权利要求15所述的发热量测量系统，其特征在于，测量所述散热系数或者热传导率的微芯片被配置为向所述管道内突出。
17.如权利要求15所述的发热量测量系统，其特征在于，测量所述散热系数或者热传导率的微芯片被配置为向所述管道内倾斜突出，以便与在所述管道内流动的所述气体相对。
18.如权利要求15至17中任一项所述的发热量测量系统，其特征在于，根据包含多种气体成分的多种样本混合气体的发热量的值、所述多种样本混合气体各自的散热系数或者热传导率，制作出表示所述相关关系的发热量计算式。
19.如权利要求18所述的发热量测量系统，其特征在于，采用支持向量回归制作所述发热量计算式。
20.如权利要求18所述的发热量测量系统，其特征在于，所述多种样本混合气体分别为天然气。
21.如权利要求19所述的发热量测量系统，其特征在于，所述多种样本混合气体分别为天然气。
22.如权利要求17所述的发热量测量系统，其特征在于，所述气体为天然气。
23.如权利要求18所述的发热量测量系统，其特征在于，所述气体为天然气。
全文摘要
本发明提供一种能够容易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。该发热量测量系统包括气体流动的管道(101)；配置于管道(101)上的测温元件，配置于管道(101)上，并以多种发热温度发热的发热元件；测量部(301)，其对依存于在管道(101)内流动的气体的温度的来自测温元件的电信号的值、和多种发热温度的各种温度下的来自发热元件的电信号的值进行测量；计算式存储装置(402)，其保存以来自测温元件的电信号和多种发热温度下的来自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)，其将来自测温元件的电信号的值、和来自发热元件的电信号的值代入到发热量计算式中的独立变量，计算气体的发热量的值。
文档编号G01N25/20GK102778472SQ201210129410
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年5月9日
发明者大石安治 申请人:阿自倍尔株式会社