JP4091571B2 - Calorific value calculation formula generation unit, calorific value calculation device, and calorific value measurement system - Google Patents
Calorific value calculation formula generation unit, calorific value calculation device, and calorific value measurement system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4091571B2 JP4091571B2 JP2004174524A JP2004174524A JP4091571B2 JP 4091571 B2 JP4091571 B2 JP 4091571B2 JP 2004174524 A JP2004174524 A JP 2004174524A JP 2004174524 A JP2004174524 A JP 2004174524A JP 4091571 B2 JP4091571 B2 JP 4091571B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- calorific value
- sensor
- gas
- value calculation
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
本発明は、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出式を生成する発熱量算出式生成ユニット、接触燃焼式ガスセンサが出力するセンサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置、及び、発熱量算出装置を備える発熱量測定システムに関するものである。 The present invention relates to a calorific value calculation formula generation unit that generates a calorific value calculation formula for calculating a calorific value of a mixed gas based on a sensor output of a catalytic combustion gas sensor, and based on a sensor output output from a catalytic combustion gas sensor. The present invention relates to a calorific value calculation device that calculates the calorific value of a mixed gas, and a calorific value measurement system including the calorific value calculation device.
都市ガスの原料は、従来の石油系から長期に安定した価格で輸入できる液化天然ガス(以下、LNGという)への転換が着実に進み、全国的には都市ガス原料の大部分がLNGとなっている。また、地方都市ガス事業者においてもLNGへの転換が進んでいる。 As for the raw material of city gas, the transition to liquefied natural gas (hereinafter referred to as LNG) that can be imported from a conventional petroleum system at a stable price for a long time has steadily progressed, and most of the city gas raw material has become LNG nationwide. ing. In addition, local city gas operators are making a switch to LNG.
LNGを都市ガスとして供給する方法は、大都市でも中小都市でも基本的には同一であり、空温式または海水加熱式等の気化器でガス化した後に、液化プロパンガス(LPG)で約46MJ/Nm3に増熱調整して高カロリーガスとして供給している。そして、供給ガスの発熱量は、ガスクロマトグラフにより混合ガス中に含まれるガス成分と濃度を測定して算出している。 The method of supplying LNG as city gas is basically the same in large cities and small and medium-sized cities. After gasifying with an air temperature or seawater heating type vaporizer, about 46 MJ with liquefied propane gas (LPG). / Nm 3 is adjusted to increase heat and supplied as high calorie gas. The calorific value of the supply gas is calculated by measuring the gas component and the concentration contained in the mixed gas using a gas chromatograph.
ここで、ガスクロマトグラフは、適当な充填物が均一に詰まったカラム内で、ガス試料、気化した液体、固体試料をキャリアガスで展開させ、試料を化学変化させることなくガス状で通過させて各成分を分離する装置である。 Here, in the gas chromatograph, a gas sample, a vaporized liquid, and a solid sample are developed with a carrier gas in a column uniformly packed with an appropriate packing, and the sample is allowed to pass in a gaseous state without being chemically changed. An apparatus for separating components.
一般的なガスクロマトグラフの検出器で用いられるものに、熱伝導度型(Thermal conductivity detector,TCD)があり、気体の熱伝導の差を利用するもので、サーミスタの電気抵抗の差として検出する。特徴としては構造が単純でキャリアガス以外なら何でも検出できるが、感度が低いという欠点がある。 A thermal conductivity type (Thermal conductivity detector, TCD) is used in a general gas chromatograph detector, which utilizes the difference in thermal conductivity of gas and detects the difference in electrical resistance of the thermistor. Characteristically, the structure is simple and anything other than the carrier gas can be detected, but there is a drawback that the sensitivity is low.
また、最小検出量が小さく、再現性のよい測定が可能なガスクロマトグラフが提案されている。このガスクロマトグラフによれば、容積の微小なTCDを用い、さらにキャピラリーカラムの一端をTCD内に配置することにより、キャピラリーカラムとTCDとの間のデッドボリュームを実質上なくすように構成することで、TCDに供給するキャリアガスと同種のガスの流量を低減し、最小検出量が小さく、再現性の良い測定を可能としている(特許文献1参照)。
しかしながら、上述したガスクロマトグラフは装置自体が高価なため、ガスクロマトグラフで供給ガスの発熱量を測定する場合は、その測定に費用が嵩んでしまうという問題が生じていた。また、ガスクロマトグラフはキャピラリーカラム等のカラムを用いていることから、10〜30分ごとの不連続な測定しかできないため、発熱量の測定に時間がかかってしまうという問題も生じていた。 However, since the above-described gas chromatograph is expensive, when the calorific value of the supply gas is measured by the gas chromatograph, there is a problem that the measurement is expensive. In addition, since a gas chromatograph uses a column such as a capillary column, only a discontinuous measurement can be performed every 10 to 30 minutes, which causes a problem that it takes time to measure a calorific value.
ところで、接触燃焼式ガスセンサは、ガスの燃焼反応を利用しているため、理論的には発熱量に比例した出力が得られることから、炭化水素系ガスに対する接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力と発熱量とは比例関係になるため、周知である接触燃焼式ガスセンサを用いて混合ガスの発熱量を、ガスクロマトグラフを用いずに簡易かつ安価な構成で連続計測することができる。 By the way, since the catalytic combustion type gas sensor uses a combustion reaction of gas, an output proportional to the calorific value is theoretically obtained. Therefore, the sensor output and the calorific value of the catalytic combustion type gas sensor for hydrocarbon gas are obtained. Therefore, the calorific value of the mixed gas can be continuously measured with a simple and inexpensive configuration without using a gas chromatograph by using a well-known catalytic combustion type gas sensor.
図14は各ガス成分に対する接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力と発熱量との関係を示すグラフであり、このグラフにおける縦軸はセンサ出力(mV)、横軸は燃焼熱(MJ/Nm3)をそれぞれ示している。そして、図14中のグラフG1は、LNGの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタンに対する近似直線であり、このグラフG1からセンサ出力に対する発熱量を算出することができる。 FIG. 14 is a graph showing the relationship between the sensor output of the catalytic combustion type gas sensor and the calorific value for each gas component, in which the vertical axis represents the sensor output (mV) and the horizontal axis represents the combustion heat (MJ / Nm 3 ). Each is shown. A graph G1 in FIG. 14 is an approximate straight line for methane, ethane, propane, butane, and pentane, which are components of LNG, and the calorific value for the sensor output can be calculated from the graph G1.
ところが、グラフG1の切片は0でない、つまり、図14中のグラフG1は原点を通らないため、このグラフG1に基づいて発熱量を算出する場合、メタンよりも発熱量の高い領域では影響がないものの、それ以下の領域では誤差が増えるという問題がある。特に、不燃性ガスの発熱量は0であることから、成分比率、成分構成等が不明な炭化水素系の混合ガスに窒素等の不燃性ガスが混入していると、算出する発熱量の誤差が大きくなる可能性があった。 However, since the intercept of the graph G1 is not 0, that is, the graph G1 in FIG. 14 does not pass through the origin, when the calorific value is calculated based on this graph G1, there is no effect in the region where the calorific value is higher than that of methane. However, there is a problem that the error increases in a region below that. In particular, since the calorific value of nonflammable gas is 0, if a nonflammable gas such as nitrogen is mixed in a hydrocarbon-based mixed gas whose component ratio, component composition, etc. are unknown, an error in the calorific value to be calculated Could be bigger.
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、炭化水素系の混合ガスの発熱量を正確かつ安価に測定することができる発熱量算出式生成ユニット、発熱量算出装置及び発熱量測定システムを提供することを課題としている。 Therefore, in view of the above-described problems, the present invention provides a calorific value calculation formula generation unit, a calorific value calculation device, and a calorific value measurement system that can accurately and inexpensively measure the calorific value of a hydrocarbon-based mixed gas. It is an issue.
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項1記載の発熱量算出式生成ユニットは、図1の基本構成図に示すように、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサ10が出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力に基づいて、複数種類のガス成分からなる混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出式を生成する発熱量算出式生成ユニットであって、所望のセンサ駆動温度に切り替えて前記接触燃焼式ガスセンサ10を駆動させる制御を行う駆動制御手段21aと、前記接触燃焼式ガスセンサ10が出力したセンサ出力に対応する前記ガス成分の発熱量を、前記接触燃焼式ガスセンサ10の前記センサ駆動温度に対応して特定することが可能な発熱量特定情報を記憶する発熱量特定情報記憶手段34と、前記複数種類のガス成分に対する前記接触燃焼式ガスセンサ10が出力したセンサ出力を、当該接触燃焼式ガスセンサ10の前記センサ駆動温度に対応させて収集するセンサ出力収集手段31a11と、前記センサ出力収集手段31a11が収集したセンサ出力に対応する前記発熱量を、前記発熱量特定情報34が記憶している発熱量特定情報に基づいて特定する特定手段31a12と、前記センサ出力収集手段31a11が収集したセンサ出力と前記特定手段31a12が特定した発熱量との関係を示す直線式を、前記センサ駆動温度に対応して算出する算出手段31a13と、前記算出手段31a13が算出した直線式の中から当該直線式の切片が零若しくは零近傍の直線式を抽出する抽出手段31a14と、前記抽出手段31a14が抽出した直線式に基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサ10が出力する前記混合ガスに対応したセンサ出力から当該混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出式を生成する発熱量算出式生成手段31a15と、前記発熱量算出式生成手段31a15による発熱量算出式の生成に応じて、該発熱量算出式に対応する前記センサ駆動温度を、前記混合ガスの発熱量を測定する際に前記接触燃焼式ガスセンサ10を駆動させる混合ガス測定温度と特定する混合ガス測定温度特定手段31a16と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the calorific value calculation formula generation unit according to
上記請求項1に記載した本発明の発熱量算出式生成ユニットによれば、駆動制御手段21aによる制御によって所望のセンサ駆動温度に切り替えられて接触燃焼式ガスセンサ10が駆動されると、複数種類のガス成分に対して接触燃焼式ガスセンサ10が出力したセンサ出力が、センサ駆動温度に対応させてセンサ出力収集手段31a11によって収集される。そして、その収集されたセンサ出力に対応する発熱量が、発熱量特定情報34が記憶している発熱量特定情報に基づいて特定手段31a12によって特定され、その発熱量とセンサ出力との関係を示す直線式がセンサ駆動温度に対応して算出手段31a13によって算出される。そして、センサ駆動温度に対応した直線式の中から直線式の切片が零若しくは零近傍の直線式が抽出手段31a14によって抽出されると、その直線式に基づいて発熱量算出式が発熱量算出式生成手段31a15によって生成され、その発熱量算出式に対応するセンサ駆動温度が混合ガス測定温度として混合ガス測定温度特定手段31a16によって特定される。
According to the calorific value calculation formula generation unit of the present invention described in
上記課題を解決するためになされた請求項2記載の発明は、図1の基本構成図に示すように、請求項1に記載の発熱量算出式生成ユニットにおいて、前記抽出手段31a14が前記直線式を抽出できなかった際に、前記算出手段31a13が算出した各直線式の切片と該切片に対応する前記センサ駆動温度に基づいて、該切片を零若しくは零近傍とさせる前記センサ駆動温度を推測する推測手段31a17をさらに備え、前記駆動制御手段21aは、前記推測手段31a17が推測した前記センサ駆動温度にて前記制御を行うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
上記請求項2に記載した本発明の発熱量算出式生成ユニットによれば、抽出手段31a14によって直線式が抽出されないと、算出手段31a13によって算出された各算出式の切片と該切片に対応するセンサ駆動温度に基づいて、切片を零若しくは零近傍とさせるセンサ駆動温度が推測手段31a17によって推測される。そして、その推測された駆動温度によって接触燃焼式ガスセンサ10の駆動が駆動制御手段21aによって制御されると、接触燃焼式ガスセンサ10が出力したセンサ出力がセンサ出力収集手段31a11によって収集され、その発熱量が特定手段31a12によって特定され、その発熱量とセンサ出力との関係を示す直線式がセンサ駆動温度に対応して算出手段31a13によって算出される。
According to the calorific value calculation formula generation unit of the present invention described in
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項3記載の発熱量算出装置は、図1の基本構成図に示すように、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサ10が出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力と、請求項1又は2に記載の発熱量算出式生成ユニット300で生成した発熱量算出式と、に基づいて複数種類のガス成分からなる混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置であって、前記発熱量算出式生成ユニット300の混合ガス測定温度特定手段31a16が特定した前記混合ガス測定温度で、前記接触燃焼式ガスセンサ10を駆動させる制御を行う混合ガス用駆動制御手段21bと、前記混合ガス用駆動制御手段21bの前記制御に応じて前記接触燃焼式ガスセンサ10が出力した前記混合ガスに対応する前記センサ出力を取り込むセンサ出力取込手段31a21と、前記センサ出力取込手段31a21が取り込んだセンサ出力と前記発熱量算出式生成ユニット300の発熱量算出式生成手段31a15が生成した発熱量算出式とに基づいて、前記発熱量を算出する発熱量算出手段31a22と、前記発熱量算出手段31a22が算出した発熱量を示す発熱量情報を通知するために出力する発熱量情報出力手段31a23と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the calorific value calculation device according to
上記請求項3に記載した本発明の発熱量算出装置によれば、混合ガスの発熱量を算出する際に、発熱量算出式生成ユニットの混合ガス測定温度特定手段31a16が特定した混合ガス測定温度による接触燃焼式ガスセンサ10の駆動が混合ガス用駆動制御手段21bによって制御される。そして、接触燃焼式ガスセンサ10が出力した混合ガスに対応するセンサ出力はセンサ出力取込手段31a21によって取り込まれ、該センサ出力と発熱量算出式生成ユニット300の発熱量算出式生成手段31a15が生成した発熱量算出式とに基づいて、混合ガスの発熱量が発熱量算出手段31a22によって算出され、その発熱量を示す発熱量情報が発熱量情報出力手段31a23によって例えば表示装置、通信装置等に出力されることで、混合ガスの発熱量が通知される。
According to the calorific value calculation device of the present invention described in
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項4記載の発熱量測定システムは、図1の基本構成図に示すように、複数種類のガス成分からなる混合ガスの発熱量を測定する発熱量測定システムであって、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有し、前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力を出力する接触燃焼式ガスセンサ10と、請求項1又は2に記載の発熱量算出式生成ユニット300と、請求項3に記載の発熱量算出装置30と、を備え、前記接触燃焼式ガスセンサ10は、前記発熱量算出装置30の混合ガス用駆動制御手段21bによって駆動され、前記発熱量算出装置30の前記センサ出力取込手段31a21は、前記接触燃焼式ガスセンサ10のセンサ出力を取り込むことを特徴とする。
The calorific value measurement system according to
上記請求項4に記載した本発明の発熱量測定システムによれば、発熱量算出装置30によって混合ガス測定温度で駆動された接触燃焼式ガスセンサ10が混合ガスに対応するセンサ出力を出力すると、そのセンサ出力はセンサ出力取込手段31a21によって発熱量算出装置20に取り込まれ、そのセンサ出力と発熱量算出式生成ユニット300によって生成された発熱量算出式とに基づいて混合ガスの発熱量が算出され、その発熱量を示す発熱量情報が例えば表示装置、通信装置等に出力されることで、混合ガスの発熱量が通知される。
According to the calorific value measurement system of the present invention described in
以上説明したように請求項1に記載した本発明の発熱量算出式生成ユニットによれば、所望のセンサ駆動温度に切り替えて接触燃焼式ガスセンサを駆動すると、そのセンサ駆動温度に対応してセンサ出力を収集し、そのセンサ出力に対応する発熱量を特定し、センサ出力と発熱量との関係を示す直線式を算出し、その直線式の切片が零若しくは零近傍となる直線式に基づいて発熱量算出式を生成すると共に、その発熱量算出式に対応するセンサ駆動温度を混合ガス測定温度として特定していることから、混合ガス測定温度で駆動された接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力と発熱量算出式とに基づいて、メタンガスよりも発熱量の低い領域でも正確に混合ガスの発熱量を算出することができる。従って、成分比率等の不明な混合ガスが窒素等の不燃性ガスを含んでいても、高価なガスクロマトグラフを用いることなく、混合ガスの発熱量を正確かつ安価に算出することを可能とすることができる。
As described above, according to the calorific value calculation formula generation unit of the present invention described in
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、収集したセンサ出力に基づいて算出した直線式の中に、切片が零若しくは零近傍となる直線式が抽出できないと、それらの直線式の切片とそのセンサ駆動温度に基づいて、切片が零若しくは零近傍とさせるセンサ駆動温度を推測し、該センサ駆動温度によって接触燃焼式ガスセンサの駆動を制御することから、切片が零若しくは零近傍となる直線式を求めることが可能となり、その直線式に基づいて発熱量算出式をより一層正確に生成することができる。
According to the invention described in
以上説明したように請求項3に記載した本発明の発熱量算出装置によれば、発熱量算出式生成ユニットの発熱量算出式に対応した混合ガス測定温度によって駆動した接触燃焼式ガスセンサの混合ガスに対応するセンサ出力を発熱量算出装置が取り込むと、そのセンサ出力と前記発熱量算出式とに基づいて混合ガスの発熱量を算出することから、成分比率等の不明な混合ガスが窒素等の不燃性ガスを含んでいても、高価なガスクロマトグラフを用いることなく、混合ガスの発熱量を正確かつ安価に算出することができる。また、ガスクロマトグラフを用いる必要がなくなることから、複数の混合ガスの連続計測が可能となり、発熱量の測定を短時間で行うことができる。
As described above, according to the calorific value calculation device of the present invention described in
以上説明したように請求項4に記載した本発明の発熱量測定システムによれば、接触燃焼式ガスセンサと、該接触燃焼式ガスセンサが出力した複数のガス成分に対応したセンサ出力に基づいて発熱量算出式と該発熱量算出式に対応する混合ガス測定温度を生成する発熱量算出式生成ユニットと、その混合ガス測定温度で駆動させた接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力と前記発熱量算出式とに基づいて混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置と、を備えて発熱量測定システムを構成しているので、窒素等の不燃性ガスを含むガス成分比率等が不明な混合ガスであっても、接触燃焼式ガスセンサを用いてその発熱量を正確かつ安価に測定することができる。従って、高価なガスクロマトグラフを用いる必要がなくなり、システムのコストダウンを図ることができるため、成分比率等の不明な混合ガスの供給に要する費用のコストダウンを図ることができる。
As described above, according to the calorific value measurement system of the present invention described in
以下、本発明に係る発熱量算出式生成ユニットを組み込んだ発熱量算出装置を備える発熱量測定システムの一実施の形態を、図2〜図13の図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a calorific value measurement system including a calorific value calculation device incorporating a calorific value calculation formula generation unit according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
ここで、図2は本発明の発熱量測定システムの概略構成の一例を示す構成図であり、図3は接触燃焼式ガスセンサの一例を説明するための図であり、図4は図3の検知素子の構成の一例を説明するための図であり、図5は本発明に係る発熱量算出装置の概略構成を示す構成図であり、図6は接触燃焼式ガスセンサの温度特性を示すグラフであり、図7はセンサ駆動温度が275℃の場合のセンサ出力と発熱量の相関関係を示すグラフであり、図8はセンサ駆動温度が310℃の場合のセンサ出力と発熱量の相関関係を示すグラフであり、図9はセンサ駆動温度が340℃の場合のセンサ出力と発熱量の相関関係を示すグラフであり、図10はセンサ駆動温度が375℃の場合のセンサ出力と発熱量の相関関係を示すグラフであり、図11は図5のCPUが実行する本発明に係る処理概要の一例を示すフローチャートであり、図12は図5のCPUが実行するセンサ出力収集処理の一例を示すフローチャートであり、図13は図5のCPUが実行するセンサ出力測定処理の一例を示すフローチャートである。 Here, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the calorific value measurement system of the present invention, FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a catalytic combustion type gas sensor, and FIG. 4 is a detection of FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of an element, FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a calorific value calculation device according to the present invention, and FIG. 6 is a graph illustrating temperature characteristics of a catalytic combustion type gas sensor. 7 is a graph showing the correlation between the sensor output and the heat generation amount when the sensor driving temperature is 275 ° C., and FIG. 8 is a graph showing the correlation between the sensor output and the heat generation amount when the sensor driving temperature is 310 ° C. FIG. 9 is a graph showing the correlation between the sensor output and the calorific value when the sensor driving temperature is 340 ° C., and FIG. 10 shows the correlation between the sensor output and the calorific value when the sensor driving temperature is 375 ° C. FIG. 11 is a graph showing FIG. 12 is a flowchart showing an example of a sensor output collection process executed by the CPU of FIG. 5, and FIG. 13 is a flowchart executed by the CPU of FIG. It is a flowchart which shows an example of the sensor output measurement process to perform.
発熱量測定システムは、図2に示すように、混合ガスである供給ガスを収容する容器1と、該容器1に接続している流路2と、該流路2に介在して混合ガスを被検ガスに希釈する(例えば、1〜5%ガス)希釈部3と、該希釈部3の下流側の流路2に接続している切替コック4と、該切替コック4に接続される流路2aに介在して前記被検ガス等が流入するチャンバー等の測定槽5と、該測定槽5内の被検ガスの濃度に応じて出力が変化する接触燃焼式ガスセンサ(以降、ガスセンサという)10と、該ガスセンサ10の出力に基づいて被検ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置30と、を有する。
As shown in FIG. 2, the calorific value measurement system includes a
また、切替コック4には、混合ガスをガス成分と成り得る、例えば、メタン、プロパン等の複数の校正用ガスが流れる成分用流路6の一方を接続しており、その他方には成分用流路6に流出させる複数の校正用ガスを切り替える成分切替コック7を接続している。
Further, the switching
この成分切替コック7には、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン等の複数のガス成分を収容する成分容器8a,8b,8c,8d,8eを接続している。なお、図2では、5つの成分容器のみを記載しているが、その本数はこれに限定するものではなく、他の校正用ガスを収容する成分容器を追加するなど種々異なる実施の形態とすることもできる。
The
切替コック4と成分切替コック7との間の成分用流路6には、成分切替コック7にて切り替えられて流入するガス成分等の圧力を測定槽5における測定条件で示された圧力となるように調整(減圧)する圧力調整器9が介在している。そして、流路2及び成分用流路6の各々には、そこを流れる流量を計測する流量計Mが介在している。
In the
また、上述した成分切替コック7にはさらに、エアーを収容するエアー容器8fを接続している。そして、混合ガス、校正用ガス(ガス成分)等の測定を開始する前に、作業員等が切替コック4及び成分切替コック7の切替操作を行うことで、清浄大気中のセンサ出力を計測するために、測定槽5内部にエアーを流入されてエアベース調整を行うことが可能な構成となっている。
Further, an
次に、ガスセンサ10は、図3に示すように、測定槽5内に充填された供給ガス、校正用ガス等の被検ガスに感応する検知素子11aを有している。この検知素子11aは、図4に示すように、抵抗線として機能する白金線の中央部にコイル形状部11を形成し、このコイル形状部11を、例えば、酸化アルミニウム粉体の担体にパラジウム等の適宜の酸化触媒を含有した粉体で覆って球状に形成している。
Next, as shown in FIG. 3, the
ガスセンサ10はさらに、温度等周囲環境による測定値への影響を排除するための比較素子11bを有しており、この比較素子11bは、燃焼触媒を有しない他は検知素子11aと同様に構成されている。これら素子の白金線は、センサ基台14を貫通する一対のピン12a、12bに接続され、これら素子からの出力値は、センサ基台14の裏面側から突出したピン12a、12bの先端部に接続されるリード線16を介してセンサハウジング外へ出力される。
The
また、ガスセンサ10には、検知素子11a及び比較素子11bが互いに干渉しないようにこれらの間に干渉防止板13が設けられ、これらはステンレス製2重金網、多孔質の焼結合金等で形成しているキャップ15及びセンサ基台14から構成されるセンサハウジング内に収納されて保護されている。
Further, the
キャップ15は、筒形状に形成されていて周壁及び頂壁を有している。そして、被検ガスがキャップ15に当たると、被検ガスが染み込むようにしてキャップ15内部に入り込み、入り込むときの被検ガスの流速は殆どない状態になる。
The
そして、上述した構成において、検知素子11a及び比較素子11bはリード線16、ピン12a、12bを介しての通電により所望のセンサ駆動温度(例えば、約400℃など)に加熱された状態で、被検ガスが検知素子11aに接触すると、触媒による接触燃焼反応が生じ、この反応により検知素子11aの温度が上昇して電気抵抗が大きくなり、接触燃焼反応を起こさない比較素子11bとの抵抗バランスが崩れ、この抵抗バランスの崩れに応じてガスセンサ10の後述する抵抗ブリッジ回路から取り出される電圧の変化が生じ、その変化に基づいて被検物質の濃度の検出が可能となる。
In the configuration described above, the
次に、上述した発熱量算出装置30は、図5に示すように、ガスセンサ10の検知素子11aと比較素子11bに通電を行うセンサ駆動部21と、検知素子11aと比較素子11bとの熱的バランスを示すセンサ出力を出力するセンサ出力部22と、予め定められたプログラムに従って動作するマイクロコンピュータ(μCOM)30と、作業者等に各種入力を行わせる操作部40と、μCOM30から指示に応じて各種表示を行う表示部50と、を有して構成している。
Next, as shown in FIG. 5, the calorific
μCOM30の出力ポートにはセンサ駆動部21及び表示部50、入力ポートにはセンサ出力部22及び操作部40をそれぞれ接続している。そして、センサ駆動部21は、μCOM30からの要求に応じて、ガスセンサ10がセンサ駆動温度、若しくは混合ガス測定温度となるように駆動/停止を制御する。よって、本最良の形態では、センサ駆動部21が特許請求の範囲に記載の駆動制御手段及び混合ガス用駆動制御手段に相当する。そして、μCOM30はA/D変換されてセンサ出力部22が出力したセンサ出力を収集し、それらのセンサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出する。また、表示部50は、μCOM30から表示を要求された各種情報の表示を行う。
The
μCOM30は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置(CPU)31、ガスセンサ(検知素子11a及び比較素子11b)10に対する通電、停止の制御、センサ出力部22が出力したセンサ出力の取り込み、発熱量の算出等の各種処理をCPU31に実行させるための各種プログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるROM32、各種のデータを格納するとともにCPU31の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるRAM33等を有して構成している。
As is well known, the
また、μCOM30の入出力ポートには、装置本体がオフ状態の間も記憶内容の保持が可能な電気的消去/書き換え可能な読み出し専用のメモリ(EEPROM)34を接続している。このEEPROM34には、混合ガスの成分となり得る複数種類のガス成分に対応し、ガスセンサ10が出力したセンサ出力に対応する発熱量を求めるための発熱量テーブル、混合ガスに対するガスセンサ10が出力したセンサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報、ガスセンサ10のセンサ駆動温度等を記憶する。
Further, an electrically erasable / rewritable read-only memory (EEPROM) 34 capable of holding stored contents even when the apparatus main body is in an off state is connected to the input / output port of the
なお、本最良の形態では、発熱量特定情報に相当するガス成分に対応した発熱量テーブルを参照して、センサ出力に対応する発熱量を特定する場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ガス成分に対応してセンサ出力に基づいた発熱量を算出するための算出式を示すガス成分用発熱量算出情報を発熱量特定情報とするなど種々異なる実施の形態とすることができる。よって、本最良の形態では、EEPROM34が、特許請求の範囲に記載の発熱量特定情報記憶手段として機能している。 In the best mode, the case where the heat generation amount corresponding to the sensor output is specified with reference to the heat generation amount table corresponding to the gas component corresponding to the heat generation amount specifying information will be described, but the present invention is not limited to this. For example, the heat generation amount calculation information for the gas component indicating the calculation formula for calculating the heat generation amount based on the sensor output corresponding to the gas component is used as the heat generation amount specifying information. can do. Therefore, in the best mode, the EEPROM 34 functions as the heat generation amount specifying information storage means described in the claims.
次に、ガスセンサ10のガス感度特性を、図6のグラフを参照して説明する。ここで、図6において、縦軸はセンサ出力(mV)、横軸はセンサ素子温度(℃)をそれぞれ示し、各ガス濃度が1500ppmのときの結果を示している。
Next, the gas sensitivity characteristic of the
ガスセンサ10のセンサ出力は、検知素子11a、比較素子11bのセンサ素子に対するセンサ駆動温度によってその特性は変化する。つまり、図6に示すように、n−ブタン(ブタン)、メタン、エタン、プロパンと分子量が小さいほどセンサ素子の温度を高温にしないと、高いセンサ出力を得ることができない。
The characteristics of the sensor output of the
よって、センサ駆動温度の変化に応じてガスセンサ10のセンサ出力も変化することから、発明が解決しようとする課題で説明した図14に示すグラフG1(近似直線)の傾きと切片を、センサ駆動温度によって変化させることができる。このグラフG1は、センサ出力をY、発熱量をX、傾きをa、切片をbとすると、
Y=aX+b …(式1)
となり、センサ出力から発熱量を算出するための発熱量算出式は、
X=(Y−b)/a …(式2)
となり、(式2)のYにセンサ出力を代入することで発熱量を算出することができる。
Therefore, since the sensor output of the
Y = aX + b (Formula 1)
The calorific value calculation formula for calculating the calorific value from the sensor output is
X = (Y−b) / a (Formula 2)
Thus, the calorific value can be calculated by substituting the sensor output for Y in (Expression 2).
例えば、図7〜図10に示す各グラフは、センサ駆動温度を変化させたときの、メタン、エタン、プロパン、ブタンに対するセンサ出力と発熱量との相関関係を示しており、各図において、縦軸はセンサ出力(mV)、横軸は燃焼熱(MJ/Nm3)をそれぞれ示している。 For example, each graph shown in FIGS. 7 to 10 shows the correlation between the sensor output and the calorific value with respect to methane, ethane, propane, and butane when the sensor driving temperature is changed. The axis represents sensor output (mV), and the horizontal axis represents combustion heat (MJ / Nm 3 ).
ガスセンサ10のセンサ駆動温度が275℃(印加電圧:1.6V)の場合、図7に示すように、近似直線であるグラフG2は、
Y=0.0557X−1.0639 …(式3)
と表すことができる。
When the sensor driving temperature of the
Y = 0.0557X-1.0639 (Formula 3)
It can be expressed as.
同様に、センサ駆動温度が310℃(印加電圧:1.8V)、340℃(印加電圧:2.0V)、375℃(印加電圧:2.2V)のそれぞれの場合、図8〜図10に示すように、グラフG3〜G5は、
Y=0.0737X+1.0754 …(式4)
Y=0.0992X+2.3141 …(式5)
Y=0.0975X+4.3384 …(式6)
とそれぞれ表すことができる。
Similarly, when the sensor driving temperature is 310 ° C. (applied voltage: 1.8 V), 340 ° C. (applied voltage: 2.0 V), and 375 ° C. (applied voltage: 2.2 V), FIG. 8 to FIG. As shown, the graphs G3-G5 are
Y = 0.0737X + 1.0754 (Formula 4)
Y = 0.0992X + 2.3141 (Formula 5)
Y = 0.0975X + 4.3384 (Formula 6)
Respectively.
センサ駆動温度が275℃の(式3)の場合、その切片は−1.0639のマイナスであり、センサ駆動温度が310℃の(式4)の場合、その切片は1.0754のプラスになる。そして、(式5)及び(式6)についても切片がプラスであることから、センサ駆動温度が310℃以上は切片がプラスになることが分かる。 When the sensor driving temperature is 275 ° C. (Equation 3), the intercept is −1.0639 minus, and when the sensor driving temperature is 310 ° C. (Equation 4), the intercept is 1.0754 plus. . Since the intercepts are positive for (Equation 5) and (Equation 6), it can be seen that the intercept becomes positive when the sensor driving temperature is 310 ° C. or higher.
つまり、センサ駆動温度が275〜310℃の間に近似直線の切片が0になるところがあることから、そのセンサ駆動温度でガスセンサ10を駆動させ、そのセンサ出力に基づいて切片が0若しくは0近傍を通る近似直線を求めることができるため、この近似直線を式2に示す発熱量算出式とすることで、窒素等の不燃性ガスが混入した混合ガスの測定精度を向上させることができる。
In other words, since the intercept of the approximate straight line is 0 when the sensor driving temperature is 275 to 310 ° C., the
また、本最良の形態では、上述した(式2)に示す発熱量算出式を実行する算出プログラムをROM32に記憶しておき、その傾きa,切片bを上述したEEPROM34の発熱量算出情報に格納しておき、算出プログラムが発熱量算出情報の傾きa,切片bを参照して発熱量を算出するようにしている。 In the best mode, a calculation program for executing the calorific value calculation formula shown in (Expression 2) described above is stored in the ROM 32, and its inclination a and intercept b are stored in the calorific value calculation information of the EEPROM 34 described above. In addition, the calculation program calculates the heat generation amount with reference to the slope a and the intercept b of the heat generation amount calculation information.
さらに、本最良の形態では、上述したグラフG2〜G5が縦軸(センサ出力)と交わる交点である各近似直線式の切片と該切片に対応する前記センサ駆動温度に基づいて、各切片に対する1mV当たりの温度変化を示す温度変化テーブルを生成し、この温度変化テーブルをEEPROM34に予め記憶している。 Further, in this best mode, 1 mV for each intercept is obtained based on the intercept of each approximate linear expression that is the intersection where the above-described graphs G2 to G5 intersect the vertical axis (sensor output) and the sensor driving temperature corresponding to the intercept. A temperature change table showing the hit temperature change is generated, and this temperature change table is stored in the EEPROM 34 in advance.
よって、算出した直線式の切片とそのセンサ駆動温度に基づいて温度変化テーブルを参照することで、図7〜10に示す原点若しくはその近傍を通る直線式(切片が零若しくは零近傍の直線式)とさせるセンサ駆動温度を推測することができる構成となっている。このようにすることで、測定回数を少なくすることを可能としている。 Therefore, by referring to the temperature change table based on the calculated linear intercept and the sensor driving temperature, a linear equation passing through the origin or its vicinity shown in FIGS. The sensor driving temperature can be estimated. In this way, the number of measurements can be reduced.
次に、発熱量算出装置30のCPU31が実行する本発明に係る処理概要の一例を、図11〜13のフローチャートを参照して以下に説明する。
Next, an example of a processing outline according to the present invention executed by the
CPU31は起動されると、図11に示すステップS11において、ガスセンサ10のセンサ駆動温度の初期値がEEPROM34のセンサ駆動温度に設定されて記憶され、ステップS12(センサ出力収集手段)において、センサ出力収集処理が実行され、その処理の終了に応じてステップS13に進む。
When the
ここで、CPU31が実行するセンサ出力収集処理の一例を、図12のフローチャートを参照して説明する。図12に示すセンサ出力収集処理は呼び出されると、ステップS41において、作業者等に測定するガス成分の指定させる、センサ出力の収集の終了を要求させる等のメニュー画面を表示部50に表示させるためのメニュー画面情報が表示部50に出力されることで、表示部50にメニュー画面が表示され、その後ステップS42に進む。
Here, an example of the sensor output collection process executed by the
ステップS42において、メニュー画面の表示に応じた操作部40からの入力データに基づいて、ガス成分が指定されたか否かが判定される。指定されていないと判定された場合は(S42でN)、ステップS46に進む。一方、指定されていると判定された場合は(S42でY)、ステップS43に進む。
In step S42, it is determined whether or not a gas component is designated based on input data from the
ステップS43において、作業者等に指定されたガス成分の識別が可能なガス成分識別データがEEPROM34に記憶され、そのガス成分に対するセンサ出力を測定するために、前記ガス成分識別データが指定されてセンサ出力測定処理が実行され、その処理の終了に応じてステップS44に進む。 In step S43, gas component identification data capable of identifying a gas component designated by an operator or the like is stored in the EEPROM 34, and the gas component identification data is designated and measured in order to measure the sensor output for the gas component. An output measurement process is executed, and the process proceeds to step S44 when the process ends.
ここで、CPU31が実行するセンサ出力測定処理の一例を、図13に示すフローチャートを参照して説明する。図13に示すセンサ出力測定処理は呼び出されると、指定されたガス成分識別データがRAM33に格納され、ステップS51において、予め定められたサンプリング時間(例えば、5分など)が経過するとタイムアウトするサンプリングタイマがスタートされ、ステップS52において、EEPROM34のセンサ駆動温度による駆動開始がセンサ駆動部21に指示されることでガスセンサ10が駆動され、その後ステップS53に進む。
Here, an example of the sensor output measurement process executed by the
ステップS53において、センサ出力部22からセンサ出力が取り込まれ、その後ステップS54において、そのセンサ出力は上述したガス成分識別データに関連付けられて時系列的にRAM33に記憶され、その後ステップS55に進む。そして、ステップS55において、サンプリングタイマがタイムアウトしたか否かが判定される。タイムアウトしていないと判定された場合は(S55でN)、ステップS53に戻り、一連の処理が繰り返されることで、センサ出力が時系列的に収集されることになる。 In step S53, the sensor output is taken from the sensor output unit 22, and then in step S54, the sensor output is stored in the RAM 33 in time series in association with the above-described gas component identification data, and then proceeds to step S55. In step S55, it is determined whether or not the sampling timer has timed out. If it is determined that the time-out has not occurred (N in S55), the process returns to step S53, and a series of processing is repeated, so that sensor outputs are collected in time series.
一方、ステップS55でタイムアウトしたと判定された場合は(S55でY)、ステップS56において、収集された複数のセンサ出力中にガスの注入開始、センサ出力の最大値等が解析され、その後ステップS57において、前記解析にて検出されたガス注入時点前の約1分間に収集されたセンサ出力の平均が平均値AVE1としてRAM33に算出され、その後ステップS58に進む。 On the other hand, if it is determined in step S55 that a time-out has occurred (Y in S55), in step S56, the start of gas injection, the maximum value of the sensor output, etc. are analyzed during the collected sensor outputs, and then step S57. The average of the sensor outputs collected for about one minute before the gas injection time detected in the analysis is calculated as the average value AVE1 in the RAM 33, and then the process proceeds to step S58.
ステップS58において、前記解析にて検出されたセンサ出力の最大値以降の約1分間に収集されたセンサ出力の平均が平均値AVE2としてRAM33に算出され、ステップS59において、平均値AVE2と平均値AVE1との差がセンサ出力として算出され、ステップS60において、算出されたセンサ出力が前記ガス成分識別データに関連付けられてRAM33の所定領域に記憶され、その後呼び出し元に復帰する。 In step S58, the average of the sensor outputs collected for about one minute after the maximum value of the sensor output detected in the analysis is calculated as the average value AVE2 in the RAM 33. In step S59, the average value AVE2 and the average value AVE1 are calculated. Is calculated as a sensor output. In step S60, the calculated sensor output is stored in a predetermined area of the RAM 33 in association with the gas component identification data, and then returned to the caller.
このようにセンサ出力測定処理を実行することで、指定した測定対象に対応するセンサ出力を収集し、その最大値が検出された以降に収集したセンサ出力の平均値をセンサ出力として算出しているので、ガスセンサ10の特性や、微妙な雰囲気温度の違いにより出力が安定するのに差が生じても、本発明では、センサ出力の最大値以降は安定するという特性に基づいて、その安定したセンサ出力の平均値をセンサ出力とすることで、センサ出力の精度を向上させている。
By executing the sensor output measurement process in this way, the sensor output corresponding to the specified measurement target is collected, and the average value of the sensor outputs collected after the maximum value is detected is calculated as the sensor output. Therefore, even if a difference occurs in the output due to the characteristic of the
次に、図12に示すステップS44において、EEPROM34のガス成分用発熱量算出情報に基づいて測定されたセンサ出力に対応する発熱量が特定され、ステップS45において、その発熱量とガス成分識別データとセンサ駆動温度とに測定されたセンサ出力が関連付けられてEEPROM34に記憶され、その後ステップS46に進む。 Next, in step S44 shown in FIG. 12, the calorific value corresponding to the sensor output measured based on the gas component calorific value calculation information in the EEPROM 34 is specified. In step S45, the calorific value and the gas component identification data are determined. The sensor output measured in association with the sensor drive temperature is stored in the EEPROM 34 and then the process proceeds to step S46.
ステップS46において、操作部40からの入力データに基づいて、収集終了が要求されたか否かが判定される。収集終了が要求されていないと判定された場合は(S46でN)、ステップS42に戻り、一連の処理が繰り返され、他に指定されたガス成分に対するセンサ出力が測定されることで、EEPROM34にはセンサ駆動温度に対応して各ガス成分毎のセンサ出力が収集されて記憶される。また、収集終了が要求されたと判定された場合は(S46でY)、測定すべきガス成分のセンサ出力を収集したと見なされ、その後呼び出し元に復帰する。
In step S46, based on the input data from the
次に、図11に示すステップS13(特定手段、算出手段)において、収集された各センサ出力に対応する発熱量が、EEPROM34の発熱量テーブルに基づいて特定され、それらの発熱量とセンサ出力とに基づいて、例えば、上述した(式1)中の傾きa,切片bを求めることで、センサ出力と発熱量との関係を示す近似直線式(直線式)が算出され、該近似直線式を示す近似直線式情報はRAM33に記憶され、その後ステップS14に進む。 Next, in step S13 (identification means, calculation means) shown in FIG. 11, the heat generation amounts corresponding to the collected sensor outputs are specified based on the heat generation amount table of the EEPROM 34, and the heat generation amounts and sensor outputs are determined. For example, by obtaining the slope a and the intercept b in the above (Equation 1), an approximate linear equation (linear equation) indicating the relationship between the sensor output and the heat generation amount is calculated. The approximate linear equation information shown is stored in the RAM 33, and then the process proceeds to step S14.
ステップS14(抽出手段)において、近似直線式の切片bが0であるか否かが判定される。なお、この判定については、誤差等を考慮して、例えば、−0.1<切片<0.1というように、切片bが0近傍であるか否かを判定するようにしても差し支えない。切片bが0ではないと判定された場合は(S14でN)、ステップS15に進む。 In step S14 (extraction means), it is determined whether or not the intercept b of the approximate linear equation is zero. For this determination, it may be determined whether or not the intercept b is in the vicinity of 0, for example, −0.1 <intercept <0.1 in consideration of an error or the like. If it is determined that the intercept b is not 0 (N in S14), the process proceeds to step S15.
ステップS15において、算出した近似直線式は過去の近似直線式を示す傾きa、切片b等を有する情報がセンサ駆動温度に対応してEEPROM34に記憶され、ステップS16(推測手段)において、EEPROM34に記憶している過去の近似直線式の切片bとそのセンサ駆動温度を参照して切片が0となるセンサ駆動温度が推測され、該推測された温度にEEPROM34のセンサ駆動温度が変更され、その後ステップS12に戻り、推測されたセンサ駆動温度に応じた一連の処理が行われる。 In step S15, the calculated approximate linear equation is stored in the EEPROM 34 in correspondence with the sensor driving temperature in accordance with the sensor driving temperature, and information in the EEPROM 34 is stored in the EEPROM 34 in step S16 (estimating means). The sensor driving temperature at which the intercept becomes 0 is estimated by referring to the past approximate linear equation intercept b and its sensor driving temperature, and the sensor driving temperature of the EEPROM 34 is changed to the estimated temperature, and then step S12. Then, a series of processes corresponding to the estimated sensor driving temperature is performed.
なお、センサ駆動温度の推測の一例をとしては、近似直線式の切片bに対応する前記温度変化テーブルをEEPROM34から抽出し、そのテーブルから切片bを零にする温度が定められ、その温度が新たなセンサ駆動温度として推測される。 As an example of estimating the sensor driving temperature, the temperature change table corresponding to the intercept b of the approximate linear equation is extracted from the EEPROM 34, and the temperature at which the intercept b is zero is determined from the table. It is estimated as a sensor driving temperature.
また、他の実施の形態としては、近似直線式の切片bがプラスの場合、センサ温度を下げてセンサ出力の収集を行い、そのセンサ出力から近似直線式を算出し、その切片bが零若しくは零近傍となるまで、それらの処理を繰り返すなどとすることもできる。 As another embodiment, when the intercept b of the approximate linear equation is positive, the sensor output is collected by lowering the sensor temperature, the approximate linear equation is calculated from the sensor output, and the intercept b is zero or It is also possible to repeat such processing until near zero.
ステップS14で切片bが0であると判定された場合は(S14でY)、ステップS17(混合ガス測定温度特定手段)において、EEPROM34に記憶しているセンサ駆動温度が、混合ガスの発熱量を測定する際に接触燃焼式ガスセンサ10を駆動させる混合ガス測定温度と特定されてEEPROM34に記憶され、その後ステップS18に進む。
If it is determined in step S14 that the intercept b is 0 (Y in S14), in step S17 (mixed gas measurement temperature specifying means), the sensor drive temperature stored in the EEPROM 34 determines the calorific value of the mixed gas. When measuring, it is specified as the mixed gas measurement temperature for driving the contact combustion
ステップS18(発熱量算出式生成手段)において、算出された近似直線式に基づいて、接触燃焼式ガスセンサ10が出力する混合ガスに対応したセンサ出力から当該混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出式が生成され、その傾きa、切片bを有する発熱量算出情報がEEPROM34に記憶され、その後ステップS19に進む。 In step S18 (heating value calculation formula generating means), based on the calculated approximate linear formula, the heat generation for calculating the heating value of the mixed gas from the sensor output corresponding to the mixed gas output by the catalytic combustion type gas sensor 10 A calorific value calculation formula is generated, and calorific value calculation information having the slope a and intercept b is stored in the EEPROM 34. Thereafter, the process proceeds to step S19.
ステップS19において、作業者等に混合ガスの測定が可能になったことを通知する通知画面を表示部に表示させるための通知画面情報が表示部50に出力されることで、表示部50に通知画面が表示され、その後ステップS20に進む。
In step S19, notification screen information for displaying on the display unit a notification screen for notifying the operator or the like that measurement of the mixed gas is possible is output to the
ステップS20において、通知画面の表示に応じた操作部40からの入力データに基づいて、混合ガスの測定要求を受けたか否かが判定される。測定要求を受けていないと判定された場合は(S20でN)、ステップS25に進む。一方、測定要求を受けたと判定された場合は(S20でY)、ステップS21に進む。
In step S <b> 20, it is determined whether or not a mixed gas measurement request has been received based on input data from the
ステップS21(センサ出力取込手段)において、混合ガスに対するセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップS22に進む。なお、センサ出力測定処理の測定については、その測定対象が上述したステップS43と異なり混合ガスになるだけで、その測定についてはほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、ステップS52において、EEPROM34の混合ガス測定温度による駆動開始がセンサ駆動部21に指示され、駆動されたガスセンサ10が出力したセンサ出力が測定され、混合ガスに対応するセンサ出力としてRAM33に記憶される。
In step S21 (sensor output taking means), a sensor output measurement process for the mixed gas is executed, and when the process ends, the process proceeds to step S22. Note that the measurement of the sensor output measurement process is almost the same as the measurement object, except that the measurement object is a mixed gas unlike step S43 described above, and a detailed description thereof will be omitted. By executing the sensor output measurement process, in step S52, the
ステップS22(発熱量算出手段)において、上記発熱量算出式(式2)のYにRAM33の混合ガスに対応するセンサ出力、定数a,bにEEPROM34の発熱量算出情報の傾きa,切片bの各々が代入されて算出されることで、混合ガスに対応する発熱量が上記発熱量算出式(式2)により算出され、ステップS23において、その発熱量をMJ/Nm3で表示するように換算され、その発熱量を示す発熱量情報が生成されてEEPROM34に記憶され、その後、ステップS24に進む。 In step S22 (heat generation amount calculation means), Y in the heat generation amount calculation formula (formula 2) is the sensor output corresponding to the mixed gas in the RAM 33, constants a and b are the slope a and intercept b of the heat generation amount calculation information of the EEPROM 34. By calculating by substituting each, the calorific value corresponding to the mixed gas is calculated by the calorific value calculation formula (formula 2), and in step S23, the calorific value is converted to be displayed as MJ / Nm 3. Then, the calorific value information indicating the calorific value is generated and stored in the EEPROM 34, and then the process proceeds to step S24.
ステップS24(発熱量情報出力手段)において、その発熱量情報が表示部50に出力されることで、表示部50に発熱量が表示され、その後ステップS25に進む。なお、発熱量情報の出力については、装置構成に通信部を設けて送信する場合はその通信部に出力するなど種々異なる実施の形態とすることができる。
In step S24 (heat generation amount information output means), the heat generation amount information is output to the
ステップS25において、操作部40からの入力データに基づいて終了要求を受けたか否かが判定される。終了要求を受けていないと判定された場合は(ステップS25でN)、ステップS20に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、終了要求を受けたと判定された場合は(ステップS25でY)、処理が終了される。
In step S25, it is determined whether an end request has been received based on input data from the
よって、上述した本最良の形態において、発熱量算出式生成ユニットを組み込んだ発熱量算出装置30のCPU31は、特許請求の範囲に記載のセンサ出力収集手段、特定手段、算出手段、抽出手段、発熱量算出式生成手段、混合ガス測定温度特定手段、センサ出力取込手段、発熱量算出手段、及び、発熱量情報出力手段として機能している。
Therefore, in the above-described best mode, the
次に、上述した本発明に係る発熱量算出装置30を用いた発熱量測定システムの本最良の形態の動作(作用)の一例を、以下に説明する。
Next, an example of the operation (action) of the best mode of the calorific value measurement system using the calorific
図2において、成分切替コック7をエアー容器8fに切り替え、切替コック4の切替操作が行われることで、測定槽5内部にエアーが流入させてエアベース調整が行われる。そして、成分切替コック7をメタンガスの成分容器8aに切り替え、切替コック4の切替操作が行われることで、測定槽5内にガス成分としてメタンガスが注入される。
In FIG. 2, the
この状態で、発熱量算出装置30はセンサ駆動温度となるように、ガスセンサ10に対する通電を開始し、そのガスセンサ10が出力したセンサ出力を取り込み、それをメタンガスのセンサ出力としてセンサ駆動温度に関連付けて記憶される。そして、上述したエアベース調整が行われた後、成分切替コック7をエタンガスの成分容器8bに切り替えられ、切替コック4の切替操作が行われることで、測定槽5ないに次のガス成分であるエタンガスが注入される。そして、ガスセンサ10が出力したセンサ出力を取り込み、それをエタンガスのセンサ出力としてセンサ駆動温度に関連付けて記憶される。以上の処理をプロパン、ブタン、ペンタンの各ガス成分に対して行うことで、同一のセンサ駆動温度に対応するセンサ出力が収集される。
In this state, the calorific
それらの各センサ出力に対応する発熱量が、EEPROM34の発熱量テーブルに基づいて特定され、その発熱量とセンサ出力とに基づいて近似直線式が算出される。そして、その切片bが0ではないと、過去の近似直線の切片bとそのセンサ駆動温度とに基づいて、切片bが零若しくは零近傍となるセンサ駆動温度が推測され、そのセンサ駆動温度でガスセンサ10を駆動させて、次の近似直線式を求める。 The calorific values corresponding to these sensor outputs are specified based on the calorific value table of the EEPROM 34, and an approximate linear equation is calculated based on the calorific values and sensor outputs. If the intercept b is not 0, the sensor driving temperature at which the intercept b is zero or near zero is estimated based on the past approximate straight line b and the sensor driving temperature. 10 is driven to obtain the following approximate linear equation.
また、近似直線式の切片bが零若しくは零近傍であると、EEPROM34のセンサ駆動温度に基づいて混合ガス測定温度が特定され、その温度に対応する発熱量算出式が前記近似直線式に生成されてEEPROM34に発熱量算出情報として記憶され、その後表示部50に通知画面が表示される。
If the intercept b of the approximate linear equation is zero or close to zero, the mixed gas measurement temperature is specified based on the sensor driving temperature of the EEPROM 34, and the calorific value calculation formula corresponding to the temperature is generated in the approximate linear equation. Is stored as the calorific value calculation information in the EEPROM 34, and then a notification screen is displayed on the
その通知画面の表示に応じて切替コック4を流路2に切り替えられることで、3000ppmに希釈された被検ガス(混合ガス)が測定槽5内に注入される。そして、操作部40に対する操作により測定要求が発生すると、発熱量算出装置30はEEPROM23の混合ガス測定温度となるように、ガスセンサ10に対する通電を開始し、そのガスセンサ10が出力したセンサ出力を取り込み、このセンサ出力とEEPROM34の発熱量算出情報とに基づいて発熱量を算出し、この発熱量を示す発熱量情報が表示部50に出力されることで、表示部50に発熱量を表示させる。
By switching the switching
以上説明したように、接触燃焼式ガスセンサ10と、該接触燃焼式ガスセンサ10が出力した複数のガス成分に対応したセンサ出力に基づいて発熱量算出式と該発熱量算出式に対応する混合ガス測定温度を生成する発熱量算出式生成ユニットを備え、その混合ガス測定温度で駆動させた接触燃焼式ガスセンサ10のセンサ出力と前記発熱量算出式とに基づいて混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置30と、を備えて発熱量測定システムを構成しているので、窒素等の不燃性ガスを含むガス成分比率等が不明な混合ガスであっても、接触燃焼式ガスセンサを用いてその発熱量を正確かつ安価に測定することができる。従って、高価なガスクロマトグラフを用いる必要がなくなり、システムのコストダウンを図ることができるため、成分比率等の不明な混合ガスの供給に要する費用のコストダウンを図ることができる。
As described above, the calorific value calculation formula and the mixed gas measurement corresponding to the calorific value calculation formula based on the catalytic combustion
なお、上述した最良の形態では、本発明の発熱量算出式生成ユニットを発熱量算出装置30に組み込んだ形態について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、発熱量算出式生成ユニットによって算出した発熱量算出式とその混合ガス測定温度を発熱量に算出装置に記憶しておき、ガス成分については混合ガスの測定の度に測定しない形態など種々異なる形態とすることができる。
In the best mode described above, the embodiment in which the heat generation amount calculation formula generation unit of the present invention is incorporated in the heat generation
また、上述した最良の形態では、各ガス成分に対するセンサ出力とその発熱量から近似直線を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、LNG等のように主成分ガスが分かっている場合は、主成分であるメタンガスとその他のガス成分とに基づいて直線式を算出する実施の形態とすることもできる。 Further, in the above-described best mode, the case where an approximate straight line is calculated from the sensor output for each gas component and its calorific value has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, the main line such as LNG or the like. When the component gas is known, an embodiment in which a linear equation is calculated based on the main component methane gas and other gas components may be employed.
10 接触燃焼式ガスセンサ
21a 駆動制御手段(センサ駆動部)
21b 混合ガス用駆動制御手段(センサ駆動部)
30 発熱量算出装置
31a11 センサ出力収集手段(CPU)
31a12 特定手段(CPU)
31a13 算出手段(CPU)
31a14 抽出手段(CPU)
31a15 発熱量算出式生成手段(CPU)
31a16 混合ガス測定温度特定手段(CPU)
31a17 推測手段(CPU)
31a21 センサ出力取込手段(CPU)
31a22 発熱量算出手段(CPU)
31a23 発熱量情報出力手段(CPU)
34 発熱量特定情報記憶手段(EEPROM)
10 catalytic combustion type gas sensor 21a drive control means (sensor drive unit)
21b Mixed gas drive control means (sensor drive unit)
30 Calorific value calculation device 31a11 Sensor output collecting means (CPU)
31a12 specifying means (CPU)
31a13 calculation means (CPU)
31a14 Extraction means (CPU)
31a15 Calorific value calculation formula generating means (CPU)
31a16 Mixed gas measurement temperature specifying means (CPU)
31a17 Estimation means (CPU)
31a21 Sensor output capturing means (CPU)
31a22 Calorific value calculation means (CPU)
31a23 Heat generation amount information output means (CPU)
34 Heat generation amount specific information storage means (EEPROM)
Claims (4)
所望のセンサ駆動温度に切り替えて前記接触燃焼式ガスセンサを駆動させる制御を行う駆動制御手段と、
前記接触燃焼式ガスセンサが出力したセンサ出力に対応する前記ガス成分の発熱量を、前記接触燃焼式ガスセンサの前記センサ駆動温度に対応して特定することが可能な発熱量特定情報を記憶する発熱量特定情報記憶手段と、
前記複数種類のガス成分に対する前記接触燃焼式ガスセンサが出力したセンサ出力を、当該接触燃焼式ガスセンサの前記センサ駆動温度に対応させて収集するセンサ出力収集手段と、
前記センサ出力収集手段が収集したセンサ出力に対応する前記発熱量を、前記発熱量特定情報が記憶している発熱量特定情報に基づいて特定する特定手段と、
前記センサ出力収集手段が収集したセンサ出力と前記特定手段が特定した発熱量との関係を示す直線式を、前記センサ駆動温度に対応して算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した直線式の中から当該直線式の切片が零若しくは零近傍の直線式を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段が抽出した直線式に基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサが出力する前記混合ガスに対応したセンサ出力から当該混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出式を生成する発熱量算出式生成手段と、
前記発熱量算出式生成手段による発熱量算出式の生成に応じて、該発熱量算出式に対応する前記センサ駆動温度を、前記混合ガスの発熱量を測定する際に前記接触燃焼式ガスセンサを駆動させる混合ガス測定温度と特定する混合ガス測定温度特定手段と、
を備えることを特徴とする発熱量算出式生成ユニット。 Thermal balance between the detection element and the comparison element output from the catalytic combustion type gas sensor having a detection element sensitive to the test substance in the test gas and a comparison element not sensitive to the test substance in the test gas A calorific value calculation formula generating unit that generates a calorific value calculation formula for calculating a calorific value of a mixed gas composed of a plurality of types of gas components based on a sensor output indicating:
Drive control means for controlling to drive the catalytic combustion type gas sensor by switching to a desired sensor drive temperature;
A calorific value for storing calorific value identification information that can identify the calorific value of the gas component corresponding to the sensor output output by the catalytic combustion gas sensor in correspondence with the sensor driving temperature of the catalytic combustion gas sensor. Specific information storage means;
Sensor output collecting means for collecting sensor outputs outputted by the catalytic combustion type gas sensor for the plurality of types of gas components in correspondence with the sensor driving temperature of the catalytic combustion type gas sensor;
Specifying means for specifying the heat generation amount corresponding to the sensor output collected by the sensor output collection means based on the heat generation amount specifying information stored in the heat generation amount specifying information;
A calculating means for calculating a linear expression indicating a relationship between the sensor output collected by the sensor output collecting means and the calorific value specified by the specifying means, corresponding to the sensor driving temperature;
Extracting means for extracting a linear expression whose intercept of the linear expression is zero or near zero from the linear expressions calculated by the calculating means;
A calorific value calculation that generates a calorific value calculation formula for calculating the calorific value of the mixed gas from the sensor output corresponding to the mixed gas output by the catalytic combustion gas sensor based on the linear equation extracted by the extracting means An expression generation means;
When the calorific value calculation formula is generated by the calorific value calculation formula generating means, the sensor driving temperature corresponding to the calorific value calculation formula is driven, and the catalytic combustion type gas sensor is driven when the calorific value of the mixed gas is measured. A mixed gas measurement temperature specifying means for specifying the mixed gas measurement temperature;
A calorific value calculation formula generation unit comprising:
前記駆動制御手段は、前記推測手段が推測した前記センサ駆動温度にて前記制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の発熱量算出式生成ユニット。 When the extraction unit cannot extract the linear equation, the intercept is made zero or near zero based on the intercept of each linear equation calculated by the calculation unit and the sensor driving temperature corresponding to the intercept. It further comprises an estimation means for estimating the sensor driving temperature,
The calorific value calculation formula generation unit according to claim 1, wherein the drive control unit performs the control at the sensor driving temperature estimated by the estimation unit.
前記発熱量算出式生成ユニットの混合ガス測定温度特定手段が特定した前記混合ガス測定温度で、前記接触燃焼式ガスセンサを駆動させる制御を行う混合ガス用駆動制御手段と、
前記混合ガス用駆動制御手段の前記制御に応じて前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記混合ガスに対応する前記センサ出力を取り込むセンサ出力取込手段と、
前記センサ出力取込手段が取り込んだセンサ出力と前記発熱量算出式生成ユニットの発熱量算出式生成手段が生成した発熱量算出式とに基づいて、前記発熱量を算出する発熱量算出手段と、
前記発熱量算出手段が算出した発熱量を示す発熱量情報を通知するために出力する発熱量情報出力手段と、
を備えることを特徴とする発熱量算出装置。 Thermal balance between the detection element and the comparison element output from the catalytic combustion type gas sensor having a detection element sensitive to the test substance in the test gas and a comparison element not sensitive to the test substance in the test gas The calorific value calculation for calculating the calorific value of the mixed gas composed of a plurality of types of gas components based on the sensor output indicating the calorific value and the calorific value calculation formula generated by the calorific value calculation formula generating unit according to claim 1 A device,
A mixed gas drive control means for controlling to drive the catalytic combustion gas sensor at the mixed gas measurement temperature specified by the mixed gas measurement temperature specifying means of the calorific value calculation formula generation unit;
Sensor output capturing means for capturing the sensor output corresponding to the mixed gas output by the catalytic combustion gas sensor in accordance with the control of the mixed gas drive control means;
A calorific value calculation means for calculating the calorific value based on the sensor output captured by the sensor output capturing means and the calorific value calculation formula generated by the calorific value calculation formula generating means of the calorific value calculation formula generating unit;
A calorific value information output means for outputting the calorific value information indicating the calorific value calculated by the calorific value calculating means;
A calorific value calculation device comprising:
被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有し、前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力を出力する接触燃焼式ガスセンサと、
請求項1又は2に記載の発熱量算出式生成ユニットと、
請求項3に記載の発熱量算出装置と、
を備え、
前記接触燃焼式ガスセンサは、前記発熱量算出装置の混合ガス用駆動制御手段によって駆動され、
前記発熱量算出装置の前記センサ出力取込手段は、前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を取り込む
ことを特徴とする発熱量測定システム。 A calorific value measuring system for measuring the calorific value of a mixed gas composed of plural kinds of gas components,
A sensor element that has a detection element that is sensitive to a test substance in the test gas and a comparison element that is insensitive to the test substance in the test gas, and that shows a sensor output indicating a thermal balance between the detection element and the comparison element. A catalytic combustion gas sensor to output,
The calorific value calculation formula generation unit according to claim 1 or 2,
The calorific value calculation device according to claim 3,
With
The catalytic combustion type gas sensor is driven by a mixed gas drive control means of the calorific value calculation device,
The calorific value measuring system, wherein the sensor output capturing means of the calorific value calculating device captures the sensor output of the catalytic combustion type gas sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004174524A JP4091571B2 (en) | 2004-06-11 | 2004-06-11 | Calorific value calculation formula generation unit, calorific value calculation device, and calorific value measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004174524A JP4091571B2 (en) | 2004-06-11 | 2004-06-11 | Calorific value calculation formula generation unit, calorific value calculation device, and calorific value measurement system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005351817A JP2005351817A (en) | 2005-12-22 |
| JP4091571B2 true JP4091571B2 (en) | 2008-05-28 |
Family
ID=35586421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004174524A Expired - Fee Related JP4091571B2 (en) | 2004-06-11 | 2004-06-11 | Calorific value calculation formula generation unit, calorific value calculation device, and calorific value measurement system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4091571B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5335722B2 (en) * | 2010-03-26 | 2013-11-06 | アズビル株式会社 | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value measurement system, and calorific value measurement method |
| JP6386747B2 (en) * | 2014-02-27 | 2018-09-05 | 日野自動車株式会社 | Gas sensor |
| CN108387602B (en) * | 2018-04-24 | 2023-07-18 | 南京林业大学 | Apparatus for Measuring Actual Calorific Value of Biomass Gasification Heat Gas and Its Measurement Method |
| CN114200063B (en) * | 2022-02-17 | 2022-05-24 | 华能(天津)煤气化发电有限公司 | IGCC combined cycle power generation fuel component analysis and calorific value measurement system |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55144535A (en) * | 1979-04-28 | 1980-11-11 | Shinkosumosu Denki Kk | Measuring method of amount of heat by contact combustion type gas detector |
| JP2832905B2 (en) * | 1992-01-10 | 1998-12-09 | 東京瓦斯株式会社 | City gas combustion rate measurement device |
| US5494826A (en) * | 1994-04-18 | 1996-02-27 | Gas Research Institute, Inc. | Microcalorimeter sensor for the measurement of heat content of natural gas |
| JP3136553B2 (en) * | 1994-09-05 | 2001-02-19 | 株式会社山武 | Calorimeter |
| JP4306129B2 (en) * | 2001-01-31 | 2009-07-29 | 株式会社島津製作所 | Gas chromatograph |
-
2004
- 2004-06-11 JP JP2004174524A patent/JP4091571B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005351817A (en) | 2005-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6319375B1 (en) | Apparatus for identifying a gas | |
| US6435003B1 (en) | Method of identifying a gas and associated apparatus | |
| US8721970B2 (en) | Temperature and humidity compensated single element pellistor | |
| JP2019528463A (en) | System and method for determining at least one property of a substance | |
| US11474092B2 (en) | Method for determining properties of a hydrocarbon-containing gas mixture and device for the same | |
| EP2508881A1 (en) | Testing a humidity sensor | |
| GB2499842A (en) | Temperature regulated multiple gas sensor | |
| WO2021067094A1 (en) | Machine olfaction system and method | |
| US11360070B2 (en) | Method for determining the methane index of a hydrocarbon-containing combustion gas mixture | |
| US3824168A (en) | Gas detecting and quantitative measuring device | |
| US5047352A (en) | Selective chemical detection by energy modulation of sensors | |
| Ivanov et al. | Expanding catalytic sensor capabilities to combustible gas mixtures monitoring | |
| EP0626065A1 (en) | Multiple k factor, selectable gas detector | |
| JP3055941B2 (en) | Method and apparatus for measuring calorific value of combustible gas and Wobbe index of natural gas | |
| JP4091571B2 (en) | Calorific value calculation formula generation unit, calorific value calculation device, and calorific value measurement system | |
| US20120006692A1 (en) | Solid electrolyte gas sensor for measuring various gas species | |
| JP2021036225A (en) | Mixing ratio calculation device | |
| JP4588328B2 (en) | Calorific value calculation device and method, and calorific value measurement system | |
| US6346420B1 (en) | Method of analyzing a gas mixture to determine its explosibility and system for implementing a method of this kind | |
| JP4091572B2 (en) | Gas component selection unit, calorific value calculation formula generation unit, and calorific value calculation device | |
| JPH07311170A (en) | Gas detection method and apparatus | |
| JP4588327B2 (en) | Calorific value calculation device and method | |
| US7350396B2 (en) | Pulse-type gas concentration measurement system and method thereof | |
| US6112576A (en) | Gas analyzer with background gas compensation | |
| CN113466398A (en) | Element analysis detection method, element analysis detection system, and storage medium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061023 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080207 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080219 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120307 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120307 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130307 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130307 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130307 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140307 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |