(57)【要約】【課題】温度エージングやマイクロフローセンサのヒータ抵抗の経時変化の影響を効果的に除去し、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することを可能にした測定方法を提供する。【解決手段】マイクロフローセンサに含まれるヒータに対して第１電圧が印加され（ステップＳ２）、次に、第１電圧が印加されたときのセンサ出力が、第１センサ出力として取得され（ステップＳ３）、次に、第１電圧の印加終了から所定時間後に、ヒータに対して第１電圧とは異なる第２電圧が印加され（ステップＳ６、ステップＳ７）、次に、第２電圧が印加されたときのセンサ出力が、第２センサ出力として取得され（ステップＳ８）、次に、第１センサ出力と第２センサ出力との差分である差分センサ出力が求められる（ステップＳ１１）。そして、この差分センサ出力に基づいて被測定ガスの物性値が測定される。【選択図】      図５
2004257789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、
前記マイクロフローセンサに含まれるヒータに対して第１電圧を印加する第１電圧印加工程と、
前記第１電圧が印加されたときの前記センサ出力を、第１センサ出力として取得する第１センサ出力取得工程と、
前記第１電圧の印加終了から所定時間後に、前記ヒータに対して前記第１電圧とは異なる第２電圧を印加する第２電圧印加工程と、
前記第２電圧が印加されたときの前記センサ出力を、第２センサ出力として取得する第２センサ出力取得工程と、
前記第１センサ出力と前記第２センサ出力との差分である差分センサ出力を求める差分センサ出力計算工程と、を含み、
この差分センサ出力に基づいて前記被測定ガスの物性値を測定する、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のガス物性値の測定方法において、
所定の調整ガスを用いて、前記物性値の影響をできるがぎり除去するように、前記第１電圧と前記第２電圧との差を調整する、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。
【請求項３】
被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、
前記マイクロフローセンサに含まれるヒータの非駆動時の前記センサ出力を、第１センサ出力として取得する第１センサ出力取得工程と、
前記ヒータに対して所定電圧を印加したときの前記センサ出力を、第２センサ出力として取得する第２センサ出力取得工程と、
前記被測定ガスの温度を取得する温度取得工程と、
この温度における前記第１センサ出力と前記第２センサ出力との差分である差分センサ出力を求める差分センサ出力計算工程と、
予め定められた温度補正式を用いて、前記差分センサ出力を温度補正した補正センサ出力を求める補正センサ出力計算工程と、
前記補正センサ出力を用いて、前記被測定ガスの所定の規格値を求める規格値計算工程と、
前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、を含み、
この関係に基づいて前記被測定ガスの物性値を測定する、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、
前記センサ出力は、複数のサーモパイルからそれぞれ得られる出力値を組み合わせて取得される、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、
前記物性値は、前記被測定ガスの熱伝導率との相関関係に基づいて計算される密度である、
ことを特徴とするガス物性値の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス物性値の測定方法に関し、特に、マイクロフローセンサを用いたガス物性値の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ガス提供事業としては、対電力提供事業とのコスト競争にともない、天然ガスのストレート供給及び託送の時代を迎えると、供給されるガスの成分及び熱量にかなりの変動がでることが予想される。そうなると、工業炉やバーナーの燃焼にも影響が出てきて、性能低下や製品不良が発生することも予想される。これを防止するための一方策としては、供給されるガスとガス器具との適応性を所定の指標を用いて判断する必要があるが、そのためには、熱伝導率やガス密度等のように、それぞれのガスに特有の物性値を正確に測定する必要がでてくる。
【０００３】
そこで、このような物性値をマイクロフローセンサを利用して測定するというアイディアが、本出願人らにより、特願２００２−２９２０４９及び特願２００２−２９２０５０にて出願されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のようにマイクロフローセンサを利用してガス物性値を測定する場合、装置小型化の観点からは大きな長所があるもの、センサ出力が温度エージングの影響を受けるという問題があった。すなわち、上記従来例によると、通常の使用温度と比べて高温に長時間さらされた後、通常温度にもどしても、所定のセンサ出力が得られないことがあった。更に、マイクロフローセンサに含まれるマイクロヒータのヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力変動の問題もあった。このような温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフトのため、マイクロフローセンサを利用して、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することは困難であると考えられていた。
【０００５】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、マイクロフローセンサを利用したガス物性値の測定方法において、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化の影響を効果的に除去し、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することを可能にした測定方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガス物性値の測定方法は、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、前記マイクロフローセンサに含まれるヒータに対して第１電圧を印加する第１電圧印加工程と、前記第１電圧が印加されたときの前記センサ出力を、第１センサ出力として取得する第１センサ出力取得工程と、前記第１電圧の印加終了から所定時間後に、前記ヒータに対して前記第１電圧とは異なる第２電圧を印加する第２電圧印加工程と、前記第２電圧が印加されたときの前記センサ出力を、第２センサ出力として取得する第２センサ出力取得工程と、前記第１センサ出力と前記第２センサ出力との差分である差分センサ出力を求める差分センサ出力計算工程と、を含み、この差分センサ出力に基づいて前記被測定ガスの物性値を測定する、ことを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガス物性値の測定方法は、請求項１記載のガス物性値の測定方法において、所定の調整ガスを用いて、前記物性値の影響をできるがぎり除去するように、前記第１電圧と前記第２電圧との差を調整する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガス物性値の測定方法は、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、前記被測定ガスの物性値を測定する方法であって、前記マイクロフローセンサに含まれるヒータの非駆動時の前記センサ出力を、第１センサ出力として取得する第１センサ出力取得工程と、前記ヒータに対して所定電圧を印加したときの前記センサ出力を、第２センサ出力として取得する第２センサ出力取得工程と、前記被測定ガスの温度を取得する温度取得工程と、この温度における前記第１センサ出力と前記第２センサ出力との差分である差分センサ出力を求める差分センサ出力計算工程と、予め定められた温度補正式を用いて、前記差分センサ出力を温度補正した補正センサ出力を求める補正センサ出力計算工程と、前記補正センサ出力を用いて、前記被測定ガスの所定の規格値を求める規格値計算工程と、前記規格値と熱伝導率との関係を確定する確定工程と、を含み、この関係に基づいて前記被測定ガスの物性値を測定する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載のガス物性値の測定方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、前記センサ出力は、複数のサーモパイルからそれぞれ得られる出力値を組み合わせて取得される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載のガス物性値の測定方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス物性値の測定方法において、前記物性値は、前記被測定ガスの熱伝導率との相関関係に基づいて計算される密度である、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項１及び５記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、マイクロフローセンサに含まれるヒータに対して第１電圧が印加され、次に、第１電圧が印加されたときのセンサ出力が、第１センサ出力として取得され、次に、第１電圧の印加終了から所定時間後に、ヒータに対して第１電圧とは異なる第２電圧が印加され、次に、第２電圧が印加されたときのセンサ出力が、第２センサ出力として取得され、次に、第１センサ出力と第２センサ出力との差分である差分センサ出力が求められる。そして、この差分センサ出力に基づいて被測定ガスの物性値、例えば、密度が測定される。このように、第１センサ出力と第２センサ出力との差分を利用することにより、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分が効果的に除去される。
【００１２】
また、請求項２記載の発明によれば、所定の調整ガスを用いて、物性値の影響をできるがぎり除去するように、第１電圧と前記第２電圧との差を調整するようにしたので、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分がより効果的に除去される。
【００１３】
また、請求項３及び５記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、マイクロフローセンサに含まれるヒータの非駆動時のセンサ出力が、第１センサ出力として取得され、次に、ヒータに対して所定電圧を印加したときのセンサ出力が、第２センサ出力として取得され、次に、被測定ガスの温度が取得され、次に、この温度における第１センサ出力と第２センサ出力との差分である差分センサ出力が求められ、次に、予め定められた温度補正式を用いて、差分センサ出力を温度補正した補正センサ出力が求められ、次に、補正センサ出力を用いて、被測定ガスの所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との相関関係に基づいて、被測定ガスの物性値、例えば、密度が測定される。このように、非稼働時及び稼働時のセンサ出力の差分を利用し、かつ、温度補正して規格化することにより、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分が効果的に除去される。
【００１４】
また、請求項４記載の発明によれば、センサ出力は複数のサーモパイルからそれぞれ得られる出力値を組み合わせて取得されるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明において、ガス物性値の検出素子として使用されるマイクロフローセンサ１（１′）を例示する平面図である。このマイクロフローセンサ１は、Ｓｉ基板２、ダイヤフラム３、ダイヤフラム３上に形成された白金等からなるマイクロヒータ４、マイクロヒータ４の下流側でダイヤフラム３上に形成された下流側サーモパイル５、マイクロヒータ４に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子６Ａ、６Ｂ、マイクロヒータ４の上流側でダイヤフラム３上に形成された上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５から出力される第１温度検出信号を出力する第１出力端子７Ａ、７Ｂ、上流側サーモパイル８から出力される第２温度検出信号を出力する第２出力端子９Ａ、９Ｂ、を備える。
【００１６】
また、マイクロフローセンサ１は、マイクロヒータ４に対してガスの流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、第３温度検出信号を出力する右側サーモパイル１１、この右側サーモパイル１１から出力される第３温度検出信号を出力する第３出力端子１２Ａ、１２Ｂ、マイクロヒータ４に対してガスの流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、第４温度検出信号を出力する左側サーモパイル１３、この左側サーモパイル１３から出力される第４温度検出信号を出力する第４出力端子１４Ａ、１４Ｂ、ガスの温度を得るための抵抗１５、１６、これらの抵抗１５、１６からのガスの温度信号を出力する出力端子１７Ａ、１７Ｂを備える。
【００１７】
上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ＋＋￣Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。また、Ｓｉ基板２上に形成されたダイヤフラム３には、マイクロヒータ４、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３のそれぞれの温接点が形成されている。
【００１８】
このような構成のマイクロフローセンサ１において、マイクロヒータ４が外部からの駆動電流により過熱された際の上記第１温度検出信号及び第２温度検出信号は、例えば所定の流路を通過する被測定ガスの流速を求めるために利用され、上記第３温度検出信号及び／又は第４温度検出信号は、例えばこの被測定ガスの物性値等を求めるために利用される。マイクロフローセンサ１を用いた流速計測方法は、周知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。また、このマイクロフローセンサ１を被測定ガスの密度や熱伝導率の検出素子として利用した例は、上述したように、本出願人らにより出願されている。そこでは、左側又は右側サーモパイルの出力と密度や熱伝導率とは略直線性の関係があることが着目され、次の図２に示すように、マイクロフローセンサが密度や熱伝導率の検出素子として利用されている。
【００１９】
すなわち、図２（Ａ）に示すように、被測定ガスが通過するガス流路２０の内壁に凹形状に形成され、ガス流路２０の通じる開口部２１Ａを有するポケット部２１が形成されている。このポケット部２１内には、密度センサとして、図１で示した構成のマイクロフローセンサ１′が取り付けられている。ガス流路２０には、周知のように、マイクロフローセンサ１′と同一構成の流量センサとしてのマイクロフローセンサ１が取り付けられていてもよい。また、このマイクロフローセンサ１の設置箇所に基づいて、ガス流路２０の断面を均等に分割するように、複数の整流格子２２がそれぞれ等間隔かつ平行になるように配置されていてもよい。更に、この整流格子２２を上流側Ｐ及び下流側Ｑからそれぞれ挟み込むように、メッシュ２３Ａ〜２３Ｃ及びメッシュ２３Ｄが、ガス流路２０の途中に配置されていてもよい。
【００２０】
図２（Ｂ）に示すように、ポケット部２１は、例えば、略円筒形をしており、上部には、測定面が下を向くようにして、マイクロフローセンサ１′が取り付けられている。また、ポケット部２１の下部には、ガス流路２０の通じる略円形状の開口部２１Ａが形成されている。この開口部２１Ａの口径は、ガス流路２０を通過する被測定ガスによる流れの影響を受けないように、ポケット部２１の容積に対して十分小さくしている。
【００２１】
なお、流量用センサとしてのマイクロフローセンサ１は、本発明では必ずしも必要ではない。また、ガス流のない状態で密度や熱伝導率を測定する際には、ポケット部２１は必ずしも必要ではない。但し、本発明では、図２に示すような構成を前提として説明を続ける。また、本明細書中、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５をサーモパイルＴＰ１、ＴＰ２とよび、右側サーモパイル１１、左側サーモパイル１３をサーモパイルＴＰ３、ＴＰ４とよぶこともある。
【００２２】
上記ポケット部２１に取り付けられた密度センサとしてのマイクロフローセンサ１′に接続される測定回路部について図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る測定回路部の回路構成図である。図３に示すように、この測定回路部においては、マイクロフローセンサ１′の下流側サーモパイル５、上流側サーモパイル８、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３にはそれぞれ、増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、増幅器ＡＭＰ３及び増幅器ＡＭＰ４が接続されている。増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、増幅器ＡＭＰ３及び増幅器ＡＭＰ４は、下流側サーモパイル５、上流側サーモパイル８、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からそれぞれ供給される第１温度検出信号、第２温度検出信号、第３温度検出信号及び第４温度検出信号を増幅して加算回路３０に出力する。
【００２３】
加算回路３０では、基本的に、第１〜第４検出信号を加算してゼロ点調整回路４０に出力する。但し、必ずしも、第１〜第４検出信号の全てを使用する必要はない。すなわち、第１〜第４温度検出信号の少なくともいずれかひとつを使用してもよいし、第１〜第４検出信号のうちのいずれか２つ以上を使用するようにしてもよい。その組み合わせ方も任意であり、例えば、第１検出信号と第２検出信号との組み合わせ、第３検出信号と第４検出信号の組み合わせ等であってもよい。これにより、複数の温度検出信号のうちで良好な温度検出信号を採用することが可能になり、最終的にセンサ出力を向上させることができるようになる。また、ポケット部の渦流量の影響も除去することができるようになる。
【００２４】
ゼロ点調整回路４０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｘ、可変抵抗器ＶＲ１、増幅定数変更スイッチＳＷ４０及び増幅器ＡＭＰ５を含んで構成され、その入力端が加算回路３０に接続され、出力端がスパン調整回路５０に接続されている。そして、増幅定数変更スイッチＳＷ４０を切り替え制御することにより、増幅器ＡＭＰ５の増幅率を調整することが可能である。
【００２５】
スパン調整回路５０は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒｙ、可変抵抗器ＶＲ２、増幅定数変更スイッチＳＷ５０及び増幅器ＡＭＰ６を含んで構成され、その入力端がゼロ点調整回路４０に接続され、出力端がＡ／Ｄ変換回路６０に接続されている。そして、増幅定数変更スイッチＳＷ５０を切り替え制御することにより、増幅器ＡＭＰ６の増幅率を調整することが可能である。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換回路６０は、スパン調整回路５０の増幅器ＡＭＰ６から供給される増幅されたアナログ値であるセンサ出力をディジタル値に変換する。このディジタル値は制御部７０を介してディジタル出力端子７１から直接、出力するようにしてもよいし、制御部７０にて、パルス変換して出力するようにしてもよいし、周波数変換して出力するようにしてもよいし、或いは、通信電文に変換して出力するようにしてもよい。
【００２７】
制御部７０は、ヒータ駆動回路９０を指令して、マイクロヒータ４を最適な温度に制御したり、センサ出力を所定のディジタル出力に変換してディジタル出力端子７１から出力させる。また、この制御部７０は第１実施形態に係るガス物性値測定用ロジック７０１を含む。このロジック７０１に関しては、図５を用いて後述する。
【００２８】
Ｄ／Ａ変換回路８０は、制御部７０から供給されるディジタル出力値を、必要なアナログ規格値に適合する範囲内のアナログ信号に変換して、アナログ出力端子８１から出力する。出力方法としては、例えば４−２０ｍＡの定電流信号や、１−５Ｖの定電圧信号等が適用可能である。
【００２９】
ヒータ駆動回路９０は、例えばトランジスタ回路により構成され、制御部７０に指令されて、所定電圧をマイクロヒータ４に印加してマイクロヒータ４の温度制御を行う回路である。駆動方法としては、公知の定電圧駆動、定電流駆動、定電力駆動、定温度駆動、或いは、定温度差駆動等が適用可能である。このヒータ駆動回路９０について、次に図４を用いて説明する。
【００３０】
図４は、本発明の第１実施形態に係るヒータ駆動回路９０の一例を示す回路構成図である。図４に示すように、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、ヒータ駆動回路９０は、レギュレータＲＥＧ、増幅器ＡＭＰ９１、トランジスタＴＲ９１、及びこれらの間に介設される抵抗Ｒ９１〜Ｒ９６、ＶＲ９１を含んで構成される。これら各構成要素は、周知のデバイスであるので詳細な説明は省略する。なお、図中、マイクロヒータ４は、上記図３のそれに対応する。
【００３１】
このような回路構成において、制御部７０からの指令により、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２がそれぞれ開閉され、トランジスタＴＲ９１がオンオフ制御されて、マイクロヒータ４に第１電圧、及び第１電圧とは異なる第２電圧が印加される。その結果、マイクロヒータ４は、第１電圧及び第２電圧に対応して異なる温度で発熱する。この制御方法については、図５及び図６を用いて後述する。なお、ヒータ駆動回路９０は、上記構成に限定されず、同様の機能を有するものであれば他の回路構成であってもよい。
【００３２】
続いて、図６のタイムチャートを参照しつつ、図５を用いて、本発明の第１実施形態に係る処理手順について説明する。すなわち、図５のステップＳ１においては、例えば、制御部に７０に含まれるタイマ機能を利用してサンプリング時刻が待機されている（ステップＳ１のＮ）。ここで、サンプリング時刻になると（ステップＳ１のＹ）、ステップＳ２に進んで、図６に示すように、第１スイッチＳＷ１オンが指令される。なお、このとき、図６に示すように、第２スイッチＳＷ２はオフとなっている。なお、ステップＳ２は、請求項１中の第１電圧印加工程に対応する。
【００３３】
これにともない、ステップＳ３において、図６に示すように、第１センサ出力ＶＭＨ１データが取得される。ここで、第１センサ出力ＶＭＨ１は、例えば、サーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力の和とする。ここで取得された第１センサ出力ＶＭＨ１データは、後の計算で利用するため、制御部に７０に含まれるメモリに一時保存される。そして、第１センサ出力ＶＭＨ１データの取得が終了すると、ステップＳ４に進んで、図６に示すように、第１スイッチＳＷ１オフが指令される。なお、ステップＳ３は、請求項１中の第１センサ出力取得工程に対応する。
【００３４】
次に、ステップＳ５においては、例えば、制御部に７０に含まれるタイマ機能を利用して所定の遅延時間ｔが待機されている（ステップＳ５のＮ）。ここで、この遅延時間ｔが経過すると（ステップＳ５のＹ）、ステップＳ６及びステップＳ７に進んで、図６に示すように、第２スイッチＳＷ２オン及び第１スイッチＳＷ１オンが指令される。なお、ステップＳ６、ステップＳ７は、請求項１中の第２電圧印加工程に対応する。
【００３５】
これにともない、ステップＳ８において、図６に示すように、第２センサ出力ＶＭＨ２データが取得される。ここで、第２センサ出力ＶＭＨ２は、例えば、サーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力の和とする。ここで取得された第２センサ出力ＶＭＨ２データも、後の計算で利用するため、制御部に７０に含まれるメモリに一時保存される。ステップＳ８は、請求項１中の第２センサ出力取得工程に対応する。そして、第２センサ出力ＶＭＨ２データの取得が終了すると、ステップＳ９及びステップＳ１０に進んで、図６に示すように、第２スイッチＳＷ２オフ及び第１スイッチＳＷ１オフが指令される。
【００３６】
そして、ステップＳ１１において、メモリに保存されている上記第１センサ出力ＶＭＨ１及び第２センサ出力ＶＭＨ２が読み出されて、差分センサ出力ΔＶが求められる。更に、ステップＳ１２においてゼロ点調整が行われ、ステップＳ１３においてスパン調整が行われる。これらゼロ点調整及びスパン調整は、上述したように、ゼロ点調整回路４０及びスパン調整回路５０を用いて実行可能である。なお、ステップＳ１１は、請求項１中の差分センサ出力計算工程に対応する。
【００３７】
ここで、上記差分センサ出力ΔＶについて、以下に説明を加える。すなわち、マイクロフローセンサにおいて、センサ出力の大きな要素は、マイクロヒータの発熱、マイクロヒータからサーモパイルまでの熱伝導率（熱抵抗）、サーモパイルの起電力である。例えば、マイクロヒータ４の発熱要素は、一般的に、
ｆ（Ｖ２／（Ｒｄ＋Ｒｔ＋Ｒｒ））  のような関数となることが知られている。
ここで、Ｖは印加電圧、Ｒｄはドリフトによるヒータ抵抗値変化、Ｒｔは温度によるヒータ抵抗値変化、Ｒｒは物性値によるヒータ抵抗値変化を示す。
【００３８】
上記第１センサ出力ＶＭＨ１と第２センサ出力ＶＭＨ２との電位差、すなわち、差分センサ出力をΔＶとすると、
ｆ１（（Ｖ＋ΔＶ）２／（Ｒｄ＋Ｒｔ＋Ｒｒ））−ｆ２（Ｖ２／（Ｒｄ＋Ｒｔ＋Ｒｒ））＝Δｆ（（２＊Ｖ＊ΔＶ＋ΔＶ２）／（Ｒｄ＋Ｒｔ＋Ｒｒ））  となる。
ここで、ｆ１、ｆ２は、上記ｆと同等の関数であり、Δｆは、これらの差分を示す関数である。
【００３９】
ドリフト及び温度による影響度を低減する条件は、
（（２＊Ｖ＊ΔＶ＋ΔＶ２）／（Ｖ＋ΔＶ）２）＜１  となる。
ここで、ΔＶを限りなく小さくすると、上記低減度はもっとも大きくなるのだが、逆に、物性値による影響も取り除くことになるため、最適なΔＶを求める必要がある。最適な差分センサ出力ΔＶを求めるためには、例えば、ゼロ点を調整するためのいわゆるゼロガスを用いることが好ましい。
【００４０】
このようにして求められた差分センサ出力ΔＶについて図７を用いて説明する。図７（Ａ）には、第１センサ出力ＶＭＨ１と第２センサ出力ＶＭＨ２との差分である差分センサ出力ΔＶが示されている。センサ出力が正規の値であっても、ドリフトした値であっても、図７（Ａ）に示す差分センサ出力ΔＶと同等の特性が得られることが確認されている。図７（Ｂ）に示すように、従来、正規なセンサ出力ＶＭＨ１−Ｎと、正規なセンサ出力ＶＭＨ１−Ｎからドリフトしたときセンサ出力ＶＭＨ１−Ｄとは、同じ密度であっても大きく異なるセンサ出力になっていたものが、図７（Ａ）に示すように、差分センサ出力ΔＶを用いることにより、ドリフトの影響が除去されていることがわかる。なお、図中、Ｇ０はゼロガスを用いた場合の密度、ＧＳは所定のスパンガスを用いた場合の密度を示す。
【００４１】
また、図８に示すように、差分センサ出力ΔＶと第１センサ出力ＶＭＨ１とを温度による変化量で規格化して比較した結果から明らかなように、差分センサ出力ΔＶと差分センサ出力ΔＶの値の方がより小さくなっており、すなわち、上記差分センサ出力ΔＶを用いることにより、ドリフトによる変化分が小さくなっていることがわかる。
【００４２】
このように第１実施形態によれば、上記差分センサ出力ΔＶを用いて被測定ガスの物性値を求めることにより、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分が効果的に除去され、正確に被測定ガスの物性値、例えば、密度を測定することが可能になる。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態について以下に図面を用いて説明する。第２実施形態において使用されるマイクロフローセンサ及び測定部は、上記図１及び図２で示した構成と同等であるので、繰り返し説明は省略する。測定回路部の回路構成も、上記図３で示した第１実施形態に準じたものとなるが、但し、第２実施形態においては、ヒータ駆動回路及びガス物性値測定ロジックが異なる。すなわち、第２実施形態におけるガス物性値測定ロジック７０１′については、図１１を用いて後述する。
【００４４】
また、第２実施形態におけるヒータ駆動回路９０′は、図１０に示すように、スイッチＳＷ′、レギュレータＲＥＧ′、増幅器ＡＭＰ９１′、トランジスタＴＲ９１′、及びこれらの間に介設される抵抗Ｒ９１′〜Ｒ９４′を含んで構成される。これら各構成要素は、周知のデバイスであるので詳細な説明は省略する。
【００４５】
このような回路構成において、制御部７０′からの指令により、スイッチＳＷが開閉され、トランジスタＴＲ９１′がオンオフ制御されて、マイクロヒータ４が駆動／非駆動されて、マイクロヒータ４は所定の温度で適宜発熱する。この制御方法については、図１１及び図１２を用いて後述する。なお、ヒータ駆動回路９０′は、上記構成に限定されず、同様の機能を有するものであれば他の回路構成であってもよい。
【００４６】
続いて、図１２のタイムチャートを参照しつつ、図１１を用いて、本発明の第２実施形態に係る処理手順について説明する。すなわち、図１１のステップＳ２１においては、例えば、制御部に７０′に含まれるタイマ機能を利用してサンプリング時刻が待機されている（ステップＳ２１のＮ）。ここで、サンプリング時刻になると（ステップＳ２１のＹ）、ステップＳ２２に進んで、図１２に示すように、スイッチＳＷ′オフが指令される。なお、スイッチＳＷ′の初期状態がオフの場合には、このステップは不要である。
【００４７】
これにともない、ステップＳ２３において、図１２に示すように、第１センサ出力Ｖ′１２、Ｖ′３４データが取得される。ここで、第１センサ出力Ｖ′１２は、この時点における、例えば、サーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力の和とし、第１センサ出力Ｖ′３４は、この時点における、例えば、サーモパイルＴＰ３、ＴＰ４のセンサ出力の和とする。ここで取得された第１センサ出力Ｖ′１２、Ｖ′３４データは、後の計算で利用するため、制御部に７０′に含まれるメモリに一時保存される。なお、ステップＳ２３は、請求項３中の第１センサ出力取得工程に対応する。そして、第１センサ出力Ｖ′１２、Ｖ′３４データの取得が終了すると、ステップＳ２４に進んで、図１２に示すように、スイッチＳＷ′がオンが指令される。
【００４８】
これにともない、ステップＳ２５において、図１２に示すように、第２センサ出力Ｖ″１２、Ｖ″３４データが取得される。ここで、第２センサ出力Ｖ″１２は、この時点における、例えば、サーモパイルＴＰ１、ＴＰ２のセンサ出力の和とし、第２センサ出力Ｖ″３４は、この時点における、例えば、サーモパイルＴＰ３、ＴＰ４のセンサ出力の和とする。ここで取得された第２センサ出力Ｖ″１２、Ｖ″３４データも、後の計算で利用するため、制御部に７０′に含まれるメモリに一時保存される。なお、ステップＳ２５は、請求項３中の第２センサ出力取得工程に対応する。そして、第２センサ出力Ｖ″１２、Ｖ″３４データの取得が終了すると、ステップＳ２６に進む。
【００４９】
ステップＳ２６においては、上記メモリに保存されている第１センサ出力Ｖ′１２、Ｖ′３４及び第２センサ出力Ｖ″１２、Ｖ″３４が読み出されて、差分センサ出力ΔＶ１２（＝Ｖ′１２−Ｖ″１２）、ΔＶ３４（＝Ｖ′３４−Ｖ″３４）が求められる。更に、ステップＳ２７において、この時点のガス温度Ｔが取得される。なお、ステップＳ２６は請求項３中の差分センサ出力計算工程に対応し、ステップＳ２７は請求項３中の温度取得工程に対応する。
【００５０】
次に、ステップＳ２８及びステップＳ２９においては、温度補正値ｑ１２及びｑ３４が求められる。ここで、温度補正値ｑ１２は上記差分センサ出力ΔＶ１２に対応する温度補正値であり、温度補正値ｑ３４は上記差分センサ出力ΔＶ３４に対応する温度補正値である。これら温度補正値ｑ１２及びｑ３４はいずれも、ｓｘ２＋ｔｘ＋ｕと表される。ここで、ｓ、ｔ、ｕは共に所定の温度補正係数であるが、但しその値が異なる。ｘは温度に対応する。そして、上記ガス温度Ｔをガス温度データｘとして上式に代入して、上記温度補正値ｑ１２及びｑ３４が求められる。
【００５１】
次に、ステップＳ３０及びステップＳ３１においては、補正センサ出力ｙ１２（＝ΔＶ１２−ｑ１２）及びｙ３４（＝ΔＶ３４−ｑ３４）がそれぞれ求められる。図１３（Ｂ）に示すように、センサ出力に与える温度エージングやヒータ抵抗の経時変化の影響をほぼ除去していることがわかる。なお、図１３（Ａ）は、従来の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。ステップＳ２８〜ステップＳ３１は請求項３中の補正センサ出力計算工程に対応する。
【００５２】
次に、ステップＳ３２において、規格値γが求められる。この規格値γは、上記ステップＳ３０及びステップＳ３１にて求められた補正センサ出力ｙ１２及びｙ３４の比率ｙ１２／ｙ３４とする。次に、ステップＳ３３において、補正規格値γと熱伝導率ρとの間に温度補正された直線関係が導かれる。なお、ステップＳ３２は請求項３中の規格値計算工程に対応し、ステップＳ３３は請求項３中の確定工程に対応する。そして、ステップＳ３４においてゼロ点調整が行われ、ステップＳ３５においてスパン調整が行われる。これらゼロ点調整及びスパン調整は、上述したように、ゼロ点調整回路４０及びスパン調整回路５０を用いて実行可能である。
【００５３】
このように第２実施形態によれば、非稼働時及び稼働時のセンサ出力の差分を利用し、かつ、温度補正して規格化することにより、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分が効果的に除去され、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することが可能になる。
【００５４】
以上のように、本発明の実施形態によれば、マイクロフローセンサを利用したガス物性値の測定方法において、そのヒータ抵抗の経時変化によるセンサ出力のドリフト成分を効果的に除去し、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することが可能になる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、ヒータ駆動回路は上記実施形態に限定されず、同機能を有する他の回路構成であってもよい。また、測定すべきガス物性値としては、密度のみならず、熱伝導率、比熱、粘性等であってもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び５記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、マイクロフローセンサに含まれるヒータに対して第１電圧が印加され、次に、第１電圧が印加されたときのセンサ出力が、第１センサ出力として取得され、次に、第１電圧の印加終了から所定時間後に、ヒータに対して第１電圧とは異なる第２電圧が印加され、次に、第２電圧が印加されたときのセンサ出力が、第２センサ出力として取得され、次に、第１センサ出力と第２センサ出力との差分である差分センサ出力が求められる。そして、この差分センサ出力に基づいて被測定ガスの物性値、例えば、密度が測定される。このように、第１センサ出力と第２センサ出力との差分を利用することにより、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分が効果的に除去され、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することが可能になる。
【００５７】
また、請求項２記載の発明によれば、所定の調整ガスを用いて、物性値の影響をできるがぎり除去するように、第１電圧と前記第２電圧との差を調整するようにしたので、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分がより効果的に除去され、より正確に被測定ガスの物性値を測定することが可能になる。
【００５８】
また、請求項３及び５記載の発明によれば、被測定ガスが通過するガス流路に取り付けられたマイクロフローセンサに含まれる複数のサーモパイルのうちの少なくともいずれかひとつから得られるセンサ出力を利用して、被測定ガスの物性値が測定される。詳しくは、マイクロフローセンサに含まれるヒータの非駆動時のセンサ出力が、第１センサ出力として取得され、次に、ヒータに対して所定電圧を印加したときのセンサ出力が、第２センサ出力として取得され、次に、被測定ガスの温度が取得され、次に、この温度における第１センサ出力と第２センサ出力との差分である差分センサ出力が求められ、次に、予め定められた温度補正式を用いて、差分センサ出力を温度補正した補正センサ出力が求められ、次に、補正センサ出力を用いて、被測定ガスの所定の規格値が求められ、そして、この規格値と熱伝導率との関係に基づいて、被測定ガスの物性値、例えば、密度が測定される。このように、非稼働時及び稼働時のセンサ出力の差分を利用し、かつ、温度補正して規格化することにより、温度エージングやヒータ抵抗の経時変化に起因するセンサ出力のドリフト成分が効果的に除去され、常時正確に被測定ガスの物性値を測定することが可能になる。
【００５９】
また、請求項４記載の発明によれば、センサ出力は複数のサーモパイルからそれぞれ得られる出力値を組み合わせて取得されるので、より正確な被測定ガスの物性値の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にて使用されるマイクロフローセンサの構成図である。
【図２】図２（Ａ）はガス物性値の測定部近傍の概略断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のポケット部の拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る回路構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るヒータ駆動回路の一例を示す回路構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図５の処理手順に係るタイムチャートである。
【図７】図７（Ａ）は第１センサ出力、第２センサ出力及び差分センサ出力を示すグラフであり、図７（Ｂ）は従来の正規なセンサ出力及び正規なセンサ出力からドリフトしたときセンサ出力を示すグラフである。
【図８】差分センサ出力と第１センサ出力とを温度による変化量で規格化して比較した結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る回路構成図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るヒータ駆動回路の一例を示す回路構成図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１１の処理手順に係るタイムチャートである。
【図１３】図１３（Ａ）は従来の方法において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は第２実施形態において、７０℃４８ｈｒの温度を掛けた後、定常温度にて測定されたセンサ出力を示すグラフである。
【符号の説明】
１′  マイクロフローセンサ（密度センサ）
２０  流路
３０  加算回路
４０  ゼロ点調整回路
５０  スパン調整回路
６０  Ａ／Ｄ変換回路
７０、７０′  制御部
７１  ディジタル出力端子
８０  Ｄ／Ａ変換回路
８１  アナログ出力端子
９０、９０′  ヒータ駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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