JP2010237005A - 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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】それぞれ発熱抵抗体を含む複数のマイクロチップ8A,8B,8Cと、複数のマイクロチップ8A,8B,8Cのそれぞれの発熱抵抗体に複数の異なる電力を与え、複数のマイクロチップ8A,8B,8Cのそれぞれの発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度で発熱させる駆動回路303と、複数の電力の値、複数の発熱温度の値、及び複数の発熱抵抗体のそれぞれ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、を備える。
【選択図】図5
Description
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。
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おり、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いるため、発熱抵抗体61Aの発熱温度に影響されずに、雰囲気ガスのガス温度を検出する。
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 / IH 2 ・・・(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)
MO = PH / (TH - TO) ・・・(4)
VA+VB+VC+VD=1 ・・・(5)
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD ・・・(6)
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD ・・・(7)
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ・・・(8)
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)
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)
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)
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(17)
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1)] ・・・(18)
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)
図9に示す第2の実施の形態に係る発熱量算出式作成システム220においては、まず、マイクロチップ8A,8B,8Cのそれぞれに、同一の第1の駆動電力が与えられる。放熱係数算出モジュール301は、第1の駆動電力を与えられたマイクロチップ8Aの発熱抵抗体61Aと熱的に平衡なサンプル混合ガスの放熱係数を算出する。同時に、放熱係数算出モジュール301は、第1の駆動電力を与えられたマイクロチップ8Bの発熱抵抗体と熱的に平衡なサンプル混合ガスの放熱係数、及び第1の駆動電力を与えられたマイクロチップ8Cの発熱抵抗体と熱的に平衡なサンプル混合ガスの放熱係数も算出する。なお、それぞれの放熱係数の算出に用いられたサンプル混合ガスは同一である。
図10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、それぞれ発熱温度が異なる複数の発熱抵抗体を用いて、発熱量が未知の計測対象混合ガスの複数の放熱係数の値を計測する計測機構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。
まず、図13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。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃) ・・・(23)
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。
10 計測機構
20,220 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 流路
92A,92B,92C,92D,93,102 流路
101,101A,101B,101C チャンバ
161,164,165 抵抗素子
170 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
306 判定モジュール
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
Claims (33)
- 複数の発熱抵抗体と、
前記複数の発熱抵抗体に複数の異なる電力をそれぞれ与え、前記複数の発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度でそれぞれ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、及び前記複数の発熱抵抗体のそれぞれ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、
を備える、ガス物性値計測システム。 - 前記複数の発熱抵抗体のいずれか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。
- 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。
- 前記複数の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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 複数の発熱抵抗体に複数の異なる電力をそれぞれ与え、前記複数の発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度でそれぞれ発熱させることと、
前記複数の電力の値、前記複数の発熱温度の値、及び前記複数の発熱抵抗体のそれぞれ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、
を含む、ガス物性値の計測方法。 - 前記複数の発熱抵抗体のいずれか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。
- 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。
- 前記複数の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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 複数の発熱抵抗体と、
前記複数の発熱抵抗体に同じ電力を与え、前記複数の発熱抵抗体を発熱させる駆動回路と、
前記電力の値、前記複数の発熱抵抗体のそれぞれの発熱温度の値、及び前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと熱的に平衡な同一ガスのそれぞれのガス温度の値に基づいて、前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと熱的に平衡な同一ガスのそれぞれの物性値を算出する算出部と、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと熱的に平衡な同一ガスのそれぞれの物性値が異なる場合、前記複数の発熱抵抗体の少なくとも一つに異常が生じたと判定する判定部と、
を備えるガス物性値計測システム。 - 複数の異なる発熱温度でそれぞれ発熱する複数の発熱抵抗体と、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれ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、
を備える、発熱量算出式作成システム。 - 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16に記載の発熱量算出式作成システム。
- 前記計測部が、前記複数の発熱抵抗体の各駆動電力を、前記複数の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17に記載の発熱量算出式作成システム。
- 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16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。
- 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16乃至19のいずれか1項に記載の発熱量算出式作成システム。
- 複数の発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度でそれぞれ発熱させることと、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれ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、
を含む、発熱量算出式の作成方法。 - 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21に記載の発熱量算出式の作成方法。
- 前記複数の放熱係数の各値が、前記複数の発熱抵抗体の各駆動電力を、前記複数の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22に記載の発熱量算出式の作成方法。
- 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21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。
- 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21乃至24のいずれか1項に記載の発熱量算出式の作成方法。
- 複数の異なる発熱温度でそれぞれ発熱する複数の発熱抵抗体と、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと熱的に平衡な、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、
を備える、発熱量算出システム。 - 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26に記載の発熱量算出システム。
- 前記計測部が、前記複数の発熱抵抗体の各駆動電力を、前記複数の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27に記載の発熱量算出システム。
- 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26乃至28のいずれか1項に記載の発熱量算出システム。
- 複数の発熱抵抗体を、複数の異なる発熱温度でそれぞれ発熱させることと、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと熱的に平衡な、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、
を含む、発熱量の算出方法。 - 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30に記載の発熱量の算出方法。
- 前記計測対象混合ガスの複数の放熱係数の各値が、前記複数の発熱抵抗体の各駆動電力を、前記複数の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31に記載の発熱量の算出方法。
- 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30乃至32のいずれか1項に記載の発熱量の算出方法。
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