WO2015029460A1 - ガスセンサ装置 - Google Patents

ガスセンサ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015029460A1
WO2015029460A1 PCT/JP2014/052386 JP2014052386W WO2015029460A1 WO 2015029460 A1 WO2015029460 A1 WO 2015029460A1 JP 2014052386 W JP2014052386 W JP 2014052386W WO 2015029460 A1 WO2015029460 A1 WO 2015029460A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
signal
gas
sensor element
sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/052386
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
中野　洋
松本　昌大
哲 浅野
忍 田代
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority to US14/914,231 priority Critical patent/US9958305B2/en
Priority to DE112014003909.8T priority patent/DE112014003909T5/de
Priority to CN201480047460.8A priority patent/CN105492898B/zh
Publication of WO2015029460A1 publication Critical patent/WO2015029460A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6842—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display
    • G01N33/0067—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display by measuring the rate of variation of the concentration

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor device including a sensor element for detecting the amount (concentration) of gas.
  • Gas sensor devices that measure the amount of gas are used in various technical fields. For example, in automobiles, a humidity sensor that measures humidity in order to optimally operate an internal combustion engine, and a fuel concentration in an intake passage are measured. Concentration sensor. Such a gas sensor device is also used in an internal combustion engine or a fuel cell using hydrogen as a fuel.
  • a gas sensor device used in an intake passage of an internal combustion engine is required to have high accuracy, fouling resistance, impact resistance, and heat resistance.
  • a variable valve mechanism that improves combustion efficiency and the like by changing the opening and closing timing of the intake and exhaust valves of the combustion chamber has been used.
  • fluctuations in the flow rate and pressure of intake air in the intake passage become severe.
  • such intake state varies depending on the number of cylinders of the internal combustion engine and the length and shape of the intake passage. Therefore, it is required to measure the quantity related to intake air with high accuracy even in such an environment in the intake passage.
  • Patent Documents 1 and 2 are known as techniques for dealing with fluctuations in the flow velocity and pressure of intake air in the intake passage.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-36852 discloses a gas sensor (concentration sensor) that outputs an output value corresponding to a specific component concentration that is a concentration of a specific gas component contained in a gas, and a pressure sensor that measures the pressure of the gas. And the temporary specific component concentration is calculated from the concentration sensor value and the pressure sensor value, and the temporary specific component concentration is corrected using a correction value by a function (see summary).
  • Patent Document 1 the pressure sensor and the oxygen sensor, which is a concentration sensor, are arranged separately in the upstream / downstream direction (intake flow direction) of the intake pipe (intake passage) of the internal combustion engine (see paragraph 0029).
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-1517905 discloses that at least one environmental sensor element such as a pressure sensor element, a humidity sensor element, and a temperature sensor element is installed in a measurement chamber farther from the tube wall than the bypass passage. This is a conventional technique for reducing the influence of gas flow and the influence of heat from the tube wall (see paragraphs 0015-0027).
  • Patent Document 1 since the position of the concentration sensor and the position of the pressure sensor are separated from each other, the concentration sensor and the pressure sensor are located under different pressures depending on the operation state such as a high flow rate region and a high rotation region. Therefore, accurate correction cannot be made. Therefore, it is difficult to obtain a good correction effect under various operating conditions of the internal combustion engine. Under conditions where the internal combustion engine is operating at a constant speed, it is possible to adapt the correction value so as to obtain an optimal correction value using signals of the speed, pressure sensor value, and concentration sensor value. However, the correction accuracy decreases under the situation where the rotation speed changes, such as during acceleration or deceleration.
  • Patent Document 2 the environmental sensor element is housed in the measurement chamber, thereby reducing the contamination of the environmental sensor element due to oil or dust flying along with the flow of the intake air.
  • the influence of the gas flow is taken into consideration, the correction of the output of the concentration sensor with the output of the pressure sensor is not taken into consideration, and it cannot be said that the consideration for the pressure fluctuation is sufficient.
  • Patent Document 2 does not specifically describe a humidity sensor element that is one of the environmental sensor elements.
  • Patent Document 1 discloses a method of forming a moisture-sensitive film on a ceramic substrate to detect electric resistance and capacitance. (See paragraph 0058 of Patent Document 1).
  • Such a capacitance type sensor utilizes the principle that the dielectric constant of the moisture-sensitive film changes when moisture is absorbed into the moisture-sensitive film or when moisture is released from the moisture-sensitive film. For this reason, the response speed to the humidity change is several seconds to several tens of seconds, and the response is relatively slow.
  • the pressure sensor is characterized by a high-speed response because it detects diaphragm deformation due to pressure. As described above, when correction is performed using sensor values having different response speeds, overcorrection or unnecessary correction may occur.
  • An object of the present invention is to provide a gas sensor device capable of obtaining a good correction effect under various operating conditions of an internal combustion engine.
  • the gas sensor device of the present invention that solves the above problems is a sensor device that includes a concentration sensor that measures the concentration of gas and a pressure sensor that measures the pressure of gas, and provides a measurement chamber that is isolated from the air flow.
  • a concentration sensor and a pressure sensor are arranged in the chamber, and a processing circuit unit for adjusting the signal of the concentration sensor by a signal of the pressure sensor is provided.
  • the processing circuit section is preferably provided with a response speed adjusting section that brings the response speed of the detection signal of the pressure sensor close to the response speed of the detection signal of the concentration sensor.
  • the concentration sensor according to the present invention is more effective if it is a system that measures the gas concentration by utilizing the fact that the heat radiation amount of the heating resistor varies depending on the gas concentration. Further, the concentration sensor according to the present invention is more effective by forming a thin portion on the semiconductor substrate and forming a heating resistor on the thin portion.
  • the concentration sensor and the pressure sensor are installed in a space having the same pressure, accurate correction can be performed using an accurate pressure value. Thereby, a favorable correction effect is obtained under various operating conditions of the internal combustion engine, and the gas sensor device can be highly accurate.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view showing an internal structure of the sensor package shown in FIG. 2.
  • the block diagram which shows the processing form of the sensor signal in a present Example.
  • FIG. 6B is a graph showing the pressure at the position of the humidity sensor element and the pressure at the position of the pressure sensor element in the system of FIG. 6A.
  • FIG. 6B is a graph showing the pressure at the position of the humidity sensor element and the pressure at the position of the pressure sensor element in the system of FIG. 6B.
  • a graph comparing the responsiveness of a capacitive humidity sensor and a pressure sensor.
  • the top view which shows the thermal humidity sensor which concerns on Example 2 of this invention.
  • XX sectional drawing of FIG. A graph comparing the responsiveness of a thermal humidity sensor and a pressure sensor. Sectional drawing which shows the attachment structure of the gas sensor apparatus which concerns on Example 3 of this invention, and a gas sensor apparatus.
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. 13. The figure which shows the external appearance of the sensor package made into the mold package. The structure figure of the sensor package made into the mold package.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a sensor signal processing mode according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a gas sensor device and its mounting structure in the present embodiment.
  • the gas sensor device 1 is attached so as to protrude inside the intake passage 2 of the internal combustion engine.
  • a humidity sensor element 4 as a detection element (concentration sensor element) for detecting the amount of gas
  • a pressure sensor element 5 for detecting the pressure in the intake passage 2 are installed.
  • the measurement chamber 7 that is shielded from the flow of the intake air 6 that flows through the intake passage 2 is provided inside the housing 3.
  • the measurement chamber 7 is formed with a communication passage 8 that communicates the interior of the measurement chamber 7 with the intake passage 2 and takes in intake air (air) 6 that flows through the intake passage 2.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are installed inside the measurement chamber 7. That is, the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are installed under the same pressure. Further, the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are exposed to the intake air taken in from the same communication path 8.
  • the measurement chamber 7 and the communication passage 8 reduce the intake air 6 flowing through the intake passage 2 directly into the humidity sensor element 4. In other words, the measurement chamber 7 is isolated from the flow (air flow) of the intake air 6 flowing through the intake passage 2, and the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are disposed in the measurement chamber 7, thereby the humidity sensor element 4. And the pressure sensor element 5 are prevented from being exposed to the flow of the intake air 6 flowing through the intake passage 2. Thereby, the air flow around the humidity sensor element 4 is reduced, and highly accurate measurement can be performed by measuring the humidity in a stable gas.
  • the humidity sensor element 4 is an element that detects the concentration of water vapor, and is included in the concentration sensor.
  • the concentration sensor will be described as a humidity sensor.
  • the communication path 8 is provided in the bottom 3 j of the housing 3.
  • the bottom 3 j of the housing 3 is a side surface that is disposed substantially parallel to the intake air 6 along the flow direction of the intake air 6 flowing through the intake passage 2.
  • the communication passage 8 that is an intake port for the intake air 2 extends substantially perpendicularly to the flow direction of the intake air 2 from the bottom 3 j toward the measurement chamber 7.
  • the communication passage 8 may have a circular or rectangular cross-sectional shape perpendicular to the direction of communication, or may be a slit shape or a plurality of holes.
  • the volume of the communication path 8 is preferably sufficiently smaller than the volume of the measurement chamber 7. The shape of the communication path 8 reduces the direct inflow of the intake air 6 into the measurement chamber 7.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • the humidity sensor element 4 is mounted on a sensor package 10 as a support member.
  • the sensor package 10 is formed by sealing the humidity sensor element 4 with a sealing resin by an injection molding technique.
  • the detection unit 11 of the humidity sensor element 4 is exposed from the sealing resin and packaged. Thereby, in a state where the humidity sensor element 4 integrated with the sensor package 10 is installed in the measurement chamber 7 of the housing 3, the detection unit 11 of the humidity sensor element 4 is exposed in the measurement chamber 7, and the measurement chamber 7 It is possible to measure the humidity of the air inside.
  • the pressure sensor element 5 is packaged in the sensor package 10 by an injection molding technique in the same manner as the humidity sensor element shown in FIG. However, the surface of the pressure sensor element 5 may be covered with a protective film that is deformed by pressure. Thereby, the pressure sensor element 5 integrated with the sensor package 10 is installed in the measurement chamber 7 of the housing 3, and the detection part of the pressure sensor element can measure the pressure of the air in the measurement chamber 7. ing.
  • the housing 3 is composed of a base 3a and a cover 3b.
  • the sensor package 10 incorporating the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 is covered with a base 3a and a cover 3b. After the base 3a and the cover 3b are molded, the measurement chamber 7 and the communication path 8 are formed by bonding or bonding.
  • FIG. 4 shows the internal structure of the sensor package 10. Together with the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5, the lead frames 12a, 12b, 12c, 12d, the semiconductor chip 14, and the wires 13a, 13b, 13c, 13d, 13e are sealed with a sealing resin 15, and the sensor package 10 Are integrated.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are bonded and fixed on the lead frame 12a.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are bonded on the same support member (lead frame 12a).
  • An electrode (not shown) of the humidity sensor element 4 is connected to the lead frame 12b by a wire 13a using a wire bonding method.
  • a ground electrode of the humidity sensor 4 is connected to a lead frame 12a by a wire 13a 1.
  • the lead frame 12b is electrically connected to an input electrode (not shown) of the semiconductor chip 14 through a wire 13b.
  • An electrode (not shown) of the pressure sensor element 5 is connected to the lead frame 12c by a wire 13c using a wire bonding method.
  • the lead frame 12c is electrically connected to an input electrode (not shown) of the semiconductor chip 14 through a wire 13d.
  • the lead frame 12d is connected to the output electrode of the semiconductor chip 14 by a wire 13e.
  • a ground electrode of the semiconductor chip 14 are connected by wires 13c 1 to the lead frame 12a.
  • the semiconductor chip 14 is a semiconductor integrated chip manufactured by a semiconductor process, and constitutes a processing circuit of the gas sensor device 1.
  • the semiconductor chip (processing circuit unit) 14 includes a driving circuit for the humidity sensor element 4 and a detection circuit for measuring humidity.
  • the semiconductor chip 14 includes a drive circuit for the pressure sensor element 5 and a detection circuit for measuring pressure.
  • the semiconductor chip 14 is fixed by bonding on the same lead frame 12a to which the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are bonded.
  • the power supply line of the semiconductor chip 14 and the detected signal (output signal line) are connected to the lead frame 12d through the wire 13e.
  • the end portion of the lead frame 12d is drawn out of the sensor package 10 as a terminal for external connection.
  • the end 12a 1 of the lead frame 12a connected to the humidity sensor element 4 and the ground electrode of the semiconductor chip 14 by the wires 13a 1 and 13e 1 is drawn out of the sensor package 10 together with the end of the lead frame 12d.
  • the lead frame 12a is used as a common ground terminal, and is also used as a member on which the humidity sensor element 4, the pressure sensor element 5 and the semiconductor chip 14 are mounted.
  • the humidity sensor element 4, the pressure sensor element 5, and the lead frames 12a to 12b are exposed so that the detection part 11a of the humidity sensor element 4, the detection part 11b of the pressure sensor element 5, and the ends of the lead frames 12d and 12a are exposed.
  • 12d, the semiconductor chip 14 and the wires 13a to 13e are sealed with a sealing resin 15 and packaged.
  • FIG. 5 shows a sensor signal processing form in the semiconductor chip 14.
  • the sensor chip 14 receives an analog signal from the humidity sensor 4 and converts it into a digital value, and an A / D converter AD2 that inputs an analog signal from the pressure sensor 5 and converts it into a digital value.
  • the humidity signal converted into a digital value in AD1 is subjected to signal noise removal by the signal processing unit FLT1 and input to the arithmetic unit PU.
  • Signal pressure is removed from the pressure signal converted into a digital value in AD2 by the signal processing unit FLT2, and is input to the arithmetic unit PU.
  • correction calculation is performed on the humidity signal.
  • a correction amount is determined based on the pressure signal value and a constant previously stored in the storage device MMR, and the correction amount is added to the humidity signal.
  • the humidity signal corrected by the computing unit PU is output as OUTPUT.
  • FIG. 6A shows a simplified model in the case where the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are arranged apart in the upstream and downstream direction of the intake passage 2.
  • FIG. 6B shows a simplified model when the gas sensor device 1 of the present embodiment is installed in the intake passage 2 of the internal combustion engine.
  • the intake air 6 flows in the intake passage 2, the atmospheric pressure P0 is set on the left side of the intake passage 2, the pressure (static pressure) at the place where the humidity sensor element 4 is installed is P4, and the pressure sensor element 5 is installed.
  • P5 be the pressure (static pressure) at the location.
  • the distance L4 from the left end of the intake passage 2 to the humidity sensor element 4 is different from the distance L5 from the left end of the intake passage 2 to the pressure sensor element 5.
  • the distance to the gas sensor device 1 is L, and the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are both installed in the measurement chamber 8.
  • FIG. 7A shows the pressure in the system of FIG. 6A
  • FIG. 7B shows the pressure in the system to which the present invention is applied.
  • the pressures P4 and P5 differ depending on the positions L5 and L4 of the intake passage 2 particularly in a high flow rate region of 100 kg / h or more.
  • the relationship between P5 and P4 due to the difference in the installation position of both sensor elements 4 and 5 is taken into consideration. Correction calculation is required.
  • the shape, length, and inner diameter of the intake passage vary depending on the model of the internal combustion engine, and it is necessary to set a correction calculation constant for each model.
  • FIG. 7A is a calculation result of the intake pressure in a steady state with a constant flow rate.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are installed in a measurement chamber 7 in which air is taken in through a common communication path 8.
  • the pressure P4 at the position of the humidity sensor element 4 and the pressure P5 at the position of the pressure sensor element 5 are both pressure values at a distance L to the gas sensor device 1.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 can always be maintained in the same pressure state. Therefore, since the pressure P4 and the pressure P5 coincide with each other under various operating conditions of the internal combustion engine, it is not necessary to set the relationship between the pressure P4 and the pressure P5 in advance. Further, it is not necessary to constantly monitor the operating state of the internal combustion engine (rotation speed, throttle valve state, intake / exhaust valve state, etc.), and high-precision humidity measurement is possible with a simple system.
  • FIG. 8 is a diagram comparing the responsiveness of a capacitance type humidity sensor with the responsiveness of a general pressure sensor.
  • the response speed of the capacitance type is about several seconds (on the order of 1 Hz), while the pressure sensor has a response speed of several milliseconds (on the order of 1 kHz).
  • intake pulsation of about 100 Hz occurs.
  • Capacitance-type humidity sensors cannot respond to pressure changes due to intake pulsation at 100 Hz because the response speed is slow.
  • the pressure sensor follows sufficiently. If the humidity sensor is corrected using a pressure sensor having a fast response speed during intake pulsation, unnecessary correction is added, and the accuracy of the corrected humidity signal may be reduced. That is, the correction results in a signal in which the high frequency signal is superimposed on the signal of the humidity sensor.
  • a method of signal processing the detection signal of the pressure sensor element 5 shown in FIG. 5 by the signal processing unit FLT2 is effective.
  • processing contents of the signal processing unit FLT2 it is desirable to remove or attenuate the high frequency component of the pressure signal exceeding the response speed of the humidity sensor element 4 shown in FIG.
  • a low pass filter whose time constant is matched with the response speed of the humidity sensor element 4 can be used.
  • the averaging process can be performed by time averaging in accordance with the response speed of the humidity sensor element 4. Thereby, unnecessary correction at the time of high-frequency pulsation can be reduced, and a highly accurate humidity signal (output) can be obtained.
  • response speed adjusting means for adjusting the difference in response speed between the detection signal of the humidity sensor element 4 and the detection signal of the pressure sensor element 5
  • the speed adjusting means is constituted by a signal processing unit FLT2.
  • the response speed adjusting means brings the response speed of the detection signal (pressure signal) of the pressure sensor closer to the response speed of the detection signal (density signal) of the concentration sensor.
  • the cutoff frequency is between a frequency f4 corresponding to the response speed of the humidity sensor element 4 and a frequency f5 corresponding to the response speed of the pressure sensor element 5 (f4 or more and from f5).
  • the cutoff frequency is preferably closer to the f4 side than to the f5 side. Also, in the case of the averaging process, the process is performed so as to remove or attenuate the variation existing between the frequency f4 and the frequency f5.
  • the frequency f4 and the frequency f5 are the break points appearing in the response characteristics of FIG. And a frequency f5.
  • a feature of Example 2 is that a thermal humidity sensor capable of measuring absolute humidity is applied as a humidity sensor element.
  • FIG. 9 shows a plan view of a thermal humidity sensor suitable for obtaining the effects of the present invention.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the sensor element 4b of FIG.
  • the humidity sensor element 4b of the thermal humidity sensor of the present embodiment has a substrate 16 made of single crystal silicon.
  • a cavity portion 17 is formed in the substrate 16, and the cavity portion 17 is covered with an insulating film 18a, and heating elements (heating resistors) 19 and 20 are formed on the insulating film 18a.
  • the heating elements 19 and 20 are formed on the insulating film 18 a in the cavity 17. Further, the surface is covered with an insulating film 18b in order to protect the heating elements 19, 20.
  • electrodes 21a to 21d for supplying and taking out voltage and current are formed on the heating elements 19 and 20, respectively. Further, the electrodes 21a to 21d are electrically connected to a heating control device (not shown) by a gold wire bonding wire or a lead frame.
  • the heating elements 19 and 20 for example, platinum (Pt), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), silicon (Si), etc. are selected as materials having a high resistance temperature coefficient, and the insulating layers 18a and 18b are oxidized. Silicon (SiO 2) and silicon nitride (Si 3 N 4) are selected in a single layer or stacked configuration. The insulating layers 18a and 18b can be selected by combining resin materials such as polyimide, ceramic, glass, and the like. Further, aluminum (Al), gold (Au), or the like is selected as the electrodes 21a to 21d.
  • the heating elements 19 and 20, the cavity 4, the insulating films 18a and 18b, and the electrodes 10a to 10f are formed using a semiconductor microfabrication technique using photolithography and an anisotropic etching technique.
  • the heating resistor 19 is controlled to be heated to about 400 ° C to 500 ° C.
  • the heating resistor 20 is controlled to be heated from 200 ° C. to 300 ° C.
  • the absolute humidity can be measured by detecting the change in the heat dissipation amount.
  • the heating resistor 20 is an auxiliary heating element for maintaining the periphery of the heating resistor 19 at a constant temperature. Even if the temperature of the air in which the sensor element 4b is installed changes due to the heating resistor 20, the vicinity of the heating element 19 can be maintained at a constant temperature, and temperature characteristics in humidity measurement can be improved.
  • the heating resistor 20 is provided.
  • the humidity measurement is possible only with the heating resistor 19.
  • temperature characteristics can be compensated by separately compensating for a measurement error due to a change in air temperature using a temperature sensor or the like as necessary.
  • the thermal humidity sensor in this embodiment since the hollow portion 17 is formed and the heating resistor 19 is provided on the thin film portion, the heat capacity is small, and it responds quickly to changes in the thermal conductivity of air. can do.
  • the capacitance type element described above, but the response is slow because of the principle of detecting a change in dielectric constant due to the increase or decrease of moisture in the moisture sensitive film formed on the substrate. For example, the response speed due to humidity change is about 5 to 10 seconds for the capacitance type, whereas it is several tens of milliseconds or less for the thermal humidity sensor.
  • the thermal humidity sensor has a characteristic of high-speed response, but also responds rapidly to pressure changes.
  • the responsiveness of the humidity sensor element is important in pressure correction using a pressure sensor.
  • FIG. 11 is a diagram comparing the responsiveness of a thermal humidity sensor with the responsiveness of a general pressure sensor.
  • the thermal humidity sensor element 4b and the pressure sensor have a response speed of several milliseconds to several tens of milliseconds (100 Hz to 1 kHz). Therefore, the thermal humidity sensor and the pressure sensor have almost the same response.
  • an intake pulsation of about 100 Hz occurs, but the thermal humidity sensor 4b and the pressure sensor follow sufficiently. Therefore, by using the thermal humidity sensor element 4b, the detection value of the thermal humidity sensor element 4b can be corrected using the detection value of the pressure sensor 5 even during high-frequency intake pulsation. As a result, it is possible to measure a highly accurate instantaneous value of absolute humidity even during high-frequency intake pulsation.
  • the element of the thermal humidity sensor 4b is high-speed, there is a slight difference in response speed from the pressure sensor element 5. Therefore, the response speed of the pressure sensor element 5 is brought close to the response speed of the humidity sensor element 4b using the signal processing units FLT1 and FLT2.
  • a process of bringing the response speed of the humidity sensor element 4b close to the response speed of the pressure sensor element 5 is performed.
  • the characteristics of the pressure sensor element 5 and the thermal humidity sensor element 4b are matched, so that correction is simplified and high accuracy can be achieved.
  • an internal combustion engine of an automobile may be controlled so as to reduce the response speed of the thermal humidity sensor element 4b by changing the control characteristics of the heating resistor 19 according to the operating state.
  • the difference between the response speed of the thermal humidity sensor element 4b and the response speed of the pressure sensor element 5 increases. Therefore, the signal processing unit FLT2 as a response speed adjusting means (response speed adjusting unit) that makes the response speed of the pressure sensor element 5 close to the response speed of the humidity sensor element 4b becomes effective.
  • the thermal humidity sensor element 4b is used as the humidity sensor element 4, and other configurations can be implemented in the same manner as in the first embodiment. In this case, it goes without saying that the state of each part constituting the processing circuit 14 is adjusted in consideration of the response speed of the thermal humidity sensor element 4b.
  • an embodiment in which the present invention is applied to a composite sensor device in which an air flow meter installed in an intake passage of an internal combustion engine and an environmental sensor such as temperature and humidity are integrated will be described.
  • a composite sensor device in which an intake air flow rate sensor, an intake air temperature sensor, a humidity sensor, and a pressure sensor are integrated will be described as an example.
  • FIG. 12 is a sectional view showing the composite sensor device 22 of this embodiment and its mounting structure.
  • the composite sensor device 22 is attached so as to protrude into the intake passage 2 of the internal combustion engine.
  • a humidity sensor element 4, a pressure sensor element 5, a flow rate sensor element 23, and an intake air temperature sensor element 24 are mounted inside the housing 3 of the composite sensor device 22.
  • the flow rate sensor element 23 a thermal element is used in which a heating element (heating resistor) is provided in a thin film portion formed on a semiconductor substrate, and the flow rate is measured from a change in the heat dissipation amount of the heating element or the temperature distribution around the heating element.
  • These humidity sensor element 4, pressure sensor element 5, flow rate sensor element 23, and intake air temperature sensor element 24 are integrated in the same sensor package 10.
  • the housing 3 is formed with a sub-passage 25 that divides the air in the intake passage 2, and the flow rate sensor element 23 is disposed in the sub-passage 25.
  • a part of the sensor package 10 is formed into a beam shape so that the intake air temperature sensor element 24 protrudes out of the housing 3, and the intake air temperature sensor element 24 is arranged at the tip of the beam.
  • FIG. 13 is an enlarged view of a portion where the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are formed in FIG.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are arranged in a measurement chamber 7 (first cavity) provided inside the housing 3.
  • the measurement chamber 7 communicates with an expansion chamber 26 (second cavity) provided inside the housing via a communication portion 27.
  • the expansion chamber 26 is provided with a communication passage 8 that opens to the intake passage 2.
  • the communication passage 8 is provided on a surface (side surface) along the flow of the intake passage 2 of the housing 3.
  • the opening to the intake path 2 is throttled by the communication path 8 and the volume is expanded by the expansion chamber 6.
  • the volume is reduced and the volume is expanded by the measurement chamber 5.
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
  • the humidity sensor element 4 and the pressure sensor element 5 are fixed by a sensor package 10 as a support member.
  • a sensor package 10 As the support member 10, a mold package manufactured by an injection molding technique is used.
  • the detection unit 11 of the humidity sensor element 4 is formed so as to be exposed from the package.
  • the support member 10 is covered with a base 3a and a cover 3b.
  • a housing 3 is formed by the base 3a and the cover 3b.
  • the measurement chamber 7, the expansion chamber 26, the communication portion 27, and the communication passage 8 are formed by molding, bonding, or joining the base 3a and the cover 3b.
  • FIG. 15A shows the external appearance of the sensor package 10.
  • the humidity sensor element 4, the pressure sensor element 5, and the flow rate sensor element 21 are packaged with a mold resin so that the detection portion is exposed.
  • the intake air temperature sensor element 24 is embedded in the tip of a beam 28 from which a part of the package protrudes.
  • a semiconductor chip (processing circuit unit) 14 for driving, detecting, and correcting the humidity sensor element 4, the pressure sensor element 5, the flow sensor element 23, and the intake air temperature sensor element 22 is mounted inside the package. . And power supply to these elements, the detected signal in the semiconductor chip 14 is output from the terminal to expose the lead frame 12d, the portion of 12a 1 from the package 10.
  • FIG. 15B shows the internal structure of the sensor package 10.
  • the humidity sensor element 4, the pressure sensor element 5, the flow sensor element 21, and the semiconductor chip 14 are bonded and fixed on the lead frame 12a.
  • the intake air temperature sensor element 24 is installed at the tip of a lead frame 12e that extends along with the beam 28.
  • the electrode of the humidity sensor element 4 is electrically connected to the semiconductor chip 14 by a bonding wire 13f.
  • the electrodes of the pressure sensor element 5 are electrically connected to the semiconductor chip 14 by bonding wires 13g.
  • the flow sensor element 23 is connected to the semiconductor chip 14 by a bonding wire 13h.
  • the intake air temperature sensor element 24 is electrically connected to the semiconductor chip 14 by connecting the lead frame 12e and the semiconductor chip 14 by a bonding wire 13i.
  • the semiconductor chip 14 of the power and the detected signal lead frame 12d via the bonding wire 13j, is coupled to 12a 1, electrodes are taken out of the package 10.
  • the lead frame 12a 1 is used as a common ground terminal and is also used as a member on which the humidity sensor element 4, the pressure sensor element 5, the flow sensor element 21, and the semiconductor chip 14 are mounted.
  • FIG. 16 shows a sensor signal processing form in the semiconductor chip 14 of the present embodiment.
  • the semiconductor chip 14 receives an analog signal from the humidity sensor 4 and converts it into a digital value, and an A / D converter that inputs an analog signal from the pressure sensor element 5 and converts it into a digital value. It is equipped with AD2.
  • the humidity signal converted into a digital value in AD1 is subjected to signal noise removal by the signal processing unit FLT1 and input to the arithmetic unit PU.
  • the pressure signal converted into a digital value in AD2 is subjected to signal noise removal and the response speed adjustment described above by the signal processing unit FLT2, and is input to the arithmetic unit PU.
  • an A / D converter AD3 that inputs an analog signal from the flow sensor element 21 and converts it into a digital value
  • an A / D converter AD4 that inputs an analog signal from the intake air temperature sensor element 24 and converts it into a digital value
  • correction calculation is performed on the humidity signal.
  • a correction amount is determined based on the pressure signal value and a constant stored in the storage device MMR in advance, and the correction amount is added to the humidity signal.
  • the humidity signal corrected by the computing unit PU is output as OUTPUT.
  • various information can be measured by each sensor, and an output circuit MP for outputting these sensor signals is provided.
  • the output circuit MP has a multiplexer function for selecting and outputting one of the sensor signals. Alternatively, a function of superimposing a plurality of sensor signals and power supply voltages on one output signal line is provided.
  • the processing for adjusting the response speed difference between the detection signal of the humidity sensor element 4 and the detection signal of the pressure sensor element 5 as described in the first and second embodiments is performed.
  • each sensor is provided with a digital correction function in the semiconductor chip 14. It is possible to correct the signals of the elements mutually and increase the accuracy. For example, correction of humidity dependency and pressure dependency can be added to the signal of the flow sensor element 21.
  • the humidity sensor element 4 and the flow rate sensor element 21 are combined, the amount of moisture contained in the air can be measured with high accuracy in addition to the air flow rate.
  • the thermal humidity sensor element 4b as the humidity sensor element 4, the absolute humidity can be easily measured, the amount of moisture contained in the air can be measured with higher accuracy, and the combustion control of the internal combustion engine is optimal. It can also be converted.
  • the thermal humidity sensor element 4b is excellent in characteristics in a high temperature environment and a high humidity environment, the gas sensor device can be highly accurate and reliable in a harsh environment.
  • a supercharger is mounted in the intake passage 2
  • pressurization and depressurization are repeated on the downstream side of the supercharger, and it can be mounted in a passage in which pollutants such as oil float. is there.
  • the concentration sensor including the humidity sensor
  • the pressure sensor are installed in a space having the same pressure, accurate correction can be performed using an accurate pressure value. Therefore, a good correction effect can be obtained under various operating conditions of the internal combustion engine, and the gas sensor device can be highly accurate. Furthermore, since the pressure correction can be performed with the gas sensor device alone, the number of steps for adapting the gas sensor device to the internal combustion engine can be reduced. Further, it is possible to reduce the man-hours for adapting the gas sensor device for each vehicle type having different intake pipe lengths, sensor positions, intake shapes, and the like.
  • this invention is not limited to each above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
  • SYMBOLS 1 Sensor apparatus, 2 ... Intake passage, 3 ... Housing, 3a ... Base, 3b ... Cover, 4, 4b ... Humidity sensor element, 5 ... Pressure sensor element, 6 ... Intake, 7 ... Communication path, 8 ... Gas inlet DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sensor package, 11 ... Detection part, 12 ... Lead frame, 13 ... Wire, 14 ... Semiconductor chip, 15 ... Sealing resin, 16 ... Substrate, 17 ... Hollow part, 18 ... Insulating film, 19, 20 ... Heat generation Body, 21 ... Electrode, 22 ... Composite sensor device, 23 ... Flow rate sensor element, 24 ... Intake air temperature sensor element, 25 ... Sub-passage, 26 ... Expansion chamber, 27 ... Communication part, 28 ... Beam.

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

　本発明の目的は、内燃機関の様々な運転条件下において良好な補正効果が得られるガスセンサ装置を提供するために、本発明のガスセンサ装置１は、気体の濃度を計測する濃度センサ４と気体の圧力を計測する圧力センサ５とを備えたガスセンサ装置１において、空気流から隔離された計測室７を設け、この計測室７に濃度センサ４と圧力センサ５とを配置し、圧力センサ５の信号により濃度センサ４の信号を調整する処理回路部１４を設けたものである。この処理回路部１４には、圧力センサの検出信号の応答速度を濃度センサの検出信号の応答速度に近付ける応答速度調整部を設けることが好ましい。

Description

ガスセンサ装置
　本発明は、気体の量（濃度）を検出するためのセンサ素子を備えるガスセンサ装置に関する。
　気体の量を計測するガスセンサ装置は、種々の技術分野で使用されており、例えば自動車においては、内燃機関を最適に運転するために湿度を計測する湿度センサや、吸気通路の燃料濃度などを計測する濃度センサなどがある。このようなガスセンサ装置は、水素を燃料とする内燃機関や燃料電池においても使用される。
　例えば内燃機関の吸気通路に用いるガスセンサ装置には、高精度、耐汚損性、耐衝撃性、耐熱性が要求される。さらに近年では、燃焼室の吸排気バルブの開閉タイミングの可変により、燃焼効率などを向上させる可変バルブ機構が用いられている。可変バルブ機構を搭載した内燃機関では、吸気通路内の吸気の流速や圧力の変動が激しくなる。さらにこのような吸気の状態は内燃機関の気筒数、吸気通路の長さ・形状によって様々である。したがって、このような吸気通路内の環境においても吸気に関する所量を高精度に計測することが要求される。
　吸気通路内の吸気の流速や圧力の変動に対応する技術として、特許文献１，２に記載のものが知られている。特許文献１（特開2013-36852号公報）は、ガスに含まれる特定ガス成分の濃度である特定成分濃度に応じた出力値を出力するガスセンサ（濃度センサ）とガスの圧力を測定する圧力センサとを備え、濃度センサ値と圧力センサ値とから仮特定成分濃度を演算し、さらに関数による補正値を用いて仮特定成分濃度を補正する従来技術である（要約参照）。なお、特許文献１では、圧力センサと濃度センサである酸素センサとは内燃機関の吸気配管（吸気通路）の上下流方向（吸気の流れ方向）に分けて配置されている（段落００２９参照）。特許文献２（特開2010-151795号公報）は、バイパス通路よりも管壁から遠ざけた計測室内に圧力センサ素子、湿度センサ素子、温度センサ素子などの環境センサ素子を少なくとも一つ設置することで、気体の流れによる影響や管壁からの熱による影響を低減する従来技術である（段落００１５－００２７参照）。
特開2013-36852号公報 特開2010-151795号公報
　しかしながら特許文献１では、濃度センサの位置と圧力センサの位置とが離れているため、高流量域や高回転域などの運転状態によって濃度センサと圧力センサとがそれぞれ異なる圧力下に位置することになり正確な補正ができない。したがって内燃機関の様々な運転条件下において良好な補正効果が得られにくい。内燃機関が一定の回転数で運転している条件であれば、回転数と圧力センサ値と濃度センサ値との各信号を用いて最適な補正値となるように補正値を適合させることが可能であるが、加速時や減速時のように回転数が変化する状況下では補正精度が低下する。さらに高精度化するためには、より多くの検出信号（吸入空気量、スロットル開度、回転数、吸・排気バルブの状態）が必要であり、適合させる工数が膨大になる。また車種ごとに（吸気管長さ、センサ位置、吸気形状）に補正値の最適化が必要になる。
　特許文献２では、計測室内に環境センサ素子を収納することで吸入空気の流れとともに飛来するオイルや塵埃などによる環境センサ素子の汚損を低減している。気体の流れの影響に関しては考慮されているが、濃度センサの出力を圧力センサの出力で補正することについては考慮されておらず、圧力変動に対する配慮が十分とは言えない。
　特許文献２には環境センサ素子の一つである湿度センサ素子について具体的な記載はないが、例えば特許文献１にはセラミック基板に感湿膜を形成し電気抵抗及び静電容量を検知する方式が記載されている（特許文献１の段落００５８参照）。このような静電容量式のセンサは、感湿膜中に水分を吸収したり、感湿膜中から水分が離脱することにより、感湿膜の誘電率が変化する原理を利用している。このため、湿度変化に対する応答速度が数秒～数十秒であり、比較的低速応答である。一方、圧力センサは圧力によるダイアフラム変形を検出するため、高速応答である特徴がある。このように、それぞれ応答速度が異なるセンサ値を用いて補正を行う場合、過補正や不要な補正が生じる可能性がある。
　本発明の目的は、内燃機関の様々な運転条件下において良好な補正効果が得られるガスセンサ装置を提供することにある。
　上記課題を解決する本発明のガスセンサ装置は、気体の濃度を計測する濃度センサと気体の圧力を計測する圧力センサとを備えたセンサ装置において、空気流から隔離された計測室を設け、この計測室に濃度センサと圧力センサとを配置し、圧力センサの信号により濃度センサの信号を調整する処理回路部を設けたものである。この処理回路部には、圧力センサの検出信号の応答速度を濃度センサの検出信号の応答速度に近付ける応答速度調整部を設けることが好ましい。
  更に、本発明における濃度センサとして、加熱抵抗体の放熱量が気体の濃度によって変化することを利用して、気体の濃度を計測する方式であればより効果的である。
  更に、本発明における濃度センサとして、半導体基板に薄肉部を形成し、この薄肉部に加熱抵抗体を形成することで、より効果的である。
　本発明によれば、濃度センサと圧力センサとが同じ圧力となる空間に設置されるため、正確な圧力値を用いて正確な補正を行うことができる。これにより、内燃機関の様々な運転条件下において良好な補正効果が得られ、ガスセンサ装置の高精度化が可能である。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例としてのガスセンサ装置およびガスセンサ装置の取付け構造を示す断面図。 図１のII－II線断面図。 図１のIII－III線断面図。 図２に図示されたセンサパッケージの内部構造を示す平面図。 本実施例におけるセンサ信号の処理形態を示すブロック図。 湿度センサ素子と圧力センサ素子とを吸気通路の上下流方向に離して配置した場合の簡易モデルの図。 本実施例のガスセンサ装置を内燃機関の吸気通路に設置した簡易モデルの図。 図６Ａのシステムにおける湿度センサ素子の位置における圧力と圧力センサ素子の位置における圧力とを示すグラフ。 図６Ｂのシステムにおける湿度センサ素子の位置における圧力と圧力センサ素子の位置における圧力とを示すグラフ。 静電容量型の湿度センサと圧力センサの応答性を比較したグラフ。 本発明の実施例２に係る熱式湿度センサを示す平面図。 図９のX－X線断面図。 熱式湿度センサと圧力センサの応答性を比較したグラフ。 本発明の実施例３に係るガスセンサ装置およびガスセンサ装置の取付け構造を示す断面図。 図１２における湿度センサ素子部の拡大図。 図１３のXIV－XIV線断面図。 モールドパッケージ化したセンサパッケージの外観を示す図。 モールドパッケージ化したセンサパッケージの構造図。 実施例３におけるセンサ信号の処理形態を示すブロック図。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　以下、図１～図８を参照して、本発明に係るガスセンサ装置の第一の実施例について説明する。
　図１に、本実施例におけるガスセンサ装置とその取付け構造を、断面図で示す。
  ガスセンサ装置１は、内燃機関の吸気通路２の内側に突出するように取り付けられている。ガスセンサ装置１のハウジング３の内部には、気体の量を検出する検出素子（濃度センサ素子）としての湿度センサ素子４と、吸気通路２の圧力を検出するための圧力センサ素子５とが設置される。また、ハウジング３の内部には吸気通路２を流れる吸気６の流れから遮蔽された計測室７が設けられている。計測室７には、計測室７の室内を吸気通路２と連通し吸気通路２を流れる吸気（空気）６を取り込む連通路８が形成されている。湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは、計測室７の内部に設置される。すなわち湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは同一の圧力下に設置されている。また、湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは、同一の連通路８から取り込まれた吸気に晒されている。計測室７および連通路８により、湿度センサ素子４に吸気通路２を流れる吸気６が直接流入することを低減している。すなわち、計測室７は吸気通路２を流れる吸気６の流れ（空気流）から隔離されており、この計測室７に湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とを配置することにより、湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とが吸気通路２を流れる吸気６の流れに晒されるのを防止している。これにより、湿度センサ素子４周辺の空気流動が低減され、安定した気体中において湿度を計測することで高精度な計測ができる。
　なお、湿度センサ素子４は、水蒸気の濃度を検出する素子であり、濃度センサに含まれるものである。以下、濃度センサを湿度センサとして説明する。
　連通路８は、ハウジング３の底部３ｊに設けられている。ハウジング３の底部３ｊは、吸気通路２を流れる吸気６の流れ方向に沿った、吸気６とほぼ平行に配置された側面となっている。吸気２の取入口である連通路８は、底部３ｊから計測室７に向かって、吸気２の流れ方向に対してほぼ垂直に延在している。連通路８は、連通する方向に垂直な断面形状が円形でも矩形でもよく、あるいはスリット状や複数の孔であってもよい。連通路８の容積は計測室７の容積より十分小さい方が好ましい。この連通路８の形状により、計測室７への吸気６の直接流入を低減している。
　図２に図１のII－II線断面図を、また図３に図１のIII－III線断面図を示す。
  図２に図示されるように、湿度センサ素子４は、支持部材としてのセンサパッケージ１０に搭載されている。センサパッケージ１０は、射出成形技術により湿度センサ素子４を封止樹脂により封止してパッケージ化したものである。湿度センサ素子４の検出部１１は、封止樹脂から露出してパッケージ化されている。これにより、センサパッケージ１０に一体化された湿度センサ素子４がハウジング３の計測室７内に設置された状態で、湿度センサ素子４の検出部１１が計測室７内に露出し、計測室７内の空気の湿度を計測することが可能となっている。
　圧力センサ素子５は、図２に図示された湿度センサ素子と同様に、射出成形技術によりセンサパッケージ１０にパッケージ化される。ただし圧力センサ素子５の表面は圧力により変形する保護膜で覆われていても良い。これにより、センサパッケージ１０に一体化された圧力センサ素子５がハウジング３の計測室７内に設置され、圧力センサ素子の検出部が計測室７内の空気の圧力を計測することが可能となっている。
　図２、図３に図示されるように、ハウジング３はベース３ａとカバー３ｂとにより構成されている。湿度センサ素子４及び圧力センサ素子５を内蔵するセンサパッケージ１０は、ベース３ａとカバー３ｂで覆われる。ベース３ａ及びカバー３ｂを型成形した後、接着または接合することにより、計測室７と連通路８とが形成される。
　図４に、センサパッケージ１０の内部構造を示す。
  湿度センサ素子４及び圧力センサ素子５と共に、リードフレーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、半導体チップ１４、およびワイヤ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅが封止樹脂１５により封止されて、センサパッケージ１０として一体化されている。湿度センサ素子４及び圧力センサ素子５は、リードフレーム１２ａ上に接着され固定されている。湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは同一の支持部材（リードフレーム１２ａ）上に接着されている。
　湿度センサ素子４の電極(図示せず)は、ワイヤボンディング法を用いて、ワイヤ１３ａによりリードフレーム１２ｂに接続されている。湿度センサ素子４のグランド電極は、ワイヤ１３ａ1によりリードフレーム１２ａに接続されている。リードフレーム１２ｂは、ワイヤ１３ｂを介して半導体チップ１４の入力電極(図示せず)に電気的に接続されている。圧力センサ素子５の電極(図示せず)は、ワイヤボンディング法を用いて、ワイヤ１３ｃによりリードフレーム１２ｃに接続されている。リードフレーム１２ｃは、ワイヤ１３ｄを介して半導体チップ１４の入力電極(図示せず)に電気的に接続されている。
　リードフレーム１２ｄは、ワイヤ１３ｅにより半導体チップ１４の出力電極に接続されている。半導体チップ１４のグランド電極は、リードフレーム１２ａにワイヤ１３ｃ1により接続されている。
　半導体チップ１４は半導体プロセスにより製造された半導体集積チップであり、ガスセンサ装置１の処理回路を構成する。この半導体チップ（処理回路部）１４は、湿度センサ素子４の駆動回路、湿度を計測するための検出回路を備えている。また半導体チップ１４は、圧力センサ素子５の駆動回路、圧力を計測するための検出回路を備えている。半導体チップ１４は湿度センサ素子４及び圧力センサ素子５を接着した同一のリードフレーム１２ａ上に接着により固定される。半導体チップ１４の電源線及び検出した信号（出力信号線）はワイヤ１３ｅを介してリードフレーム１２ｄに接続されている。リードフレーム１２ｄの端部は、外部接続用の端子としてセンサパッケージ１０の外部に引き出されている。ワイヤ１３ａ1、１３ｅ1により湿度センサ素子４及び半導体チップ１４のグランド電極に接続されたリードフレーム１２ａの端部１２ａ1は、リードフレーム１２ｄの端部と共にセンサパッケージ１０の外部に引き出されている。
　本実施例では、リードフレーム１２ａを共通接地端子とするとともに、湿度センサ素子４、圧力センサ素子５及び半導体チップ１４を搭載する部材としても用いている。上述した如く、湿度センサ素子４の検出部１１ａ、圧力センサ素子５の検出部１１ｂおよびリードフレーム１２ｄ、１２ａの端部が露出するように、湿度センサ素子４、圧力センサ素子５、リードフレーム１２ａ～１２ｄ、半導体チップ１４およびワイヤ１３ａ～１３ｅが封止樹脂１５により封止されてパッケージ化されている。
　図５に、半導体チップ１４におけるセンサ信号の処理形態を示す。
  センサチップ１４には、湿度センサ４からのアナログ信号を入力しデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ１と、圧力センサ５からのアナログ信号を入力しデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ２が備わる。ＡＤ１においてデジタル値に変換された湿度信号は信号処理部ＦＬＴ１により、信号ノイズが除去され演算器ＰＵに入力される。ＡＤ２においてデジタル値に変換された圧力信号は信号処理部ＦＬＴ２により、信号ノイズが除去され演算器ＰＵに入力される。ＰＵでは、湿度信号に対して補正演算が行われる。補正演算では、圧力信号値とあらかじめ記憶装置ＭＭＲに保存された定数を基に補正量が決定され、湿度信号に補正量を加える。その後、演算器ＰＵで補正された湿度信号がＯＵＴＰＵＴとして出力される。
　本実施例のガスセンサ装置１の作用・効果を説明する。図６Ａに、湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とを吸気通路２の上下流方向に離して配置した場合の簡易モデルを示す。図６Ｂに、本実施例のガスセンサ装置１を内燃機関の吸気通路２に設置した場合の簡易モデルを示す。
　図６Ａにおいて、吸気通路２内には吸気６が流れ、吸気通路２の左側は大気圧Ｐ０とし、湿度センサ素子４が設置される箇所の圧力（静圧）をＰ４、圧力センサ素子５が設置された箇所の圧力（静圧）をＰ５とする。図６Ａのシステムでは、吸気通路２の左端から湿度センサ素子４までの距離Ｌ４と、吸気通路２の左端から圧力センサ素子５までの距離Ｌ５とは、それぞれ異なっている。図６Ｂに示した本発明を適用したシステムでは、ガスセンサ装置１までの距離がＬであり、湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは共に計測室８に設置されている。このとき、計測室８には一つの連通路８を介して吸気通路２から空気が取り込まれ、計測室８の室内の圧力は均一になっている。したがって、圧力に関して言えば、吸気通路２の左端から湿度センサ素子４までの距離と、吸気通路２の左端から圧力センサ素子５までの距離とは同一の距離Ｌになる。
　次に、図６Ａ及び図６Ｂの各システムについて、湿度センサ素子４の受ける圧力と圧力センサ素子５の受ける圧力とを比較した計算結果について説明する。図７Ａに図６Ａのシステムにおける圧力、図７Ｂに本発明を適用したシステムにおける圧力を示す。
　図７Ａでは、吸気通路２の位置Ｌ５、Ｌ４により特に100kg/h以上の高流量域において圧力Ｐ４及びＰ５が異なる。図６Ａのシステムにおいて、圧力センサ素子５の検出圧力Ｐ５を用いて湿度センサ素子４の圧力依存を補正する場合、両センサ素子４、５の設置位置の違いにともなうＰ５とＰ４との関係を考慮した補正演算が必要になる。さらに、内燃機関の機種によって吸気通路の形状や長さ、内径が様々であり、機種毎に補正演算の定数を設定する必要がある。さらに、図７Ａは流量が一定で定常状態における吸気圧力の計算結果であり、実際の内燃機関の吸気通路内の空気には、吸気バルブの開閉にともなう圧力変動、さらには逆流を伴う脈動が発生する。このような様々な内燃機関の運転条件に応じた圧力Ｐ４と圧力Ｐ５との関係を予め設定し、補正演算すると、補正定数や演算量が膨大となる。また、内燃機関の運転状態（回転数、スロットルバルブの状態、吸排気バルブの状態等）を常時モニターし、各条件において補正定数を選択して演算することが必要であり、複雑なシステムとなる。
　これに対し本発明を適用したシステムでは、図６Ｂに示すように、湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは共通の連通路８を介して空気が取り込まれる計測室７に設置されており、湿度センサ素子４の位置おける圧力Ｐ４と圧力センサ素子５の位置おける圧力Ｐ５とは共にガスセンサ装置１までの距離Ｌの位置における圧力値になる。これにより、図７Ｂに示すように、湿度センサ素子４と圧力センサ素子５とは同一の圧力状態に常に維持することができる。したがって、様々な内燃機関の運転条件において圧力Ｐ４と圧力Ｐ５とは一致するため、圧力Ｐ４と圧力Ｐ５との関係を予め設定する必要がない。また内燃機関の運転状態（回転数、スロットルバルブの状態、吸排気バルブの状態等）の常時モニターが不要であり、簡易なシステムで高精度な湿度計測が可能である。
　以下、本実施例における湿度センサ素子４として、感湿膜中の水分の増減による誘電率の変化を検出する静電容量型の湿度センサ素子を用いた場合について、より好適な補正方法について説明する。
　図８に、静電容量型の湿度センサの応答性と一般的な圧力センサの応答性とを比較した図を示す。
  静電容量式の応答速度は数秒（１Hzのオーダー）程度であるのに対して、圧力センサは数ミリ秒（１kHzのオーダー）の応答速度である。内燃機関を高回転で運転させると100Hz程度の吸気脈動が発生する。静電容量型の湿度センサは応答速度が遅いため、100Hzの吸気脈動による圧力変化に追従できない。これに対し、圧力センサは十分に追従する。吸気脈動時に応答速度の速い圧力センサを用いて湿度センサを補正すると、不要な補正を加えてしまうことになり、補正された湿度信号の精度が低下する可能性がある。すなわち、補正により湿度センサの信号に高周波信号を重ねた信号となってしまう。
　上記の課題に対して、図５に示した圧力センサ素子５の検出信号を、信号処理部ＦＬＴ２により信号処理する方法が有効である。信号処理部ＦＬＴ２の処理内容としては、図８に示した湿度センサ素子４の応答速度を超える圧力信号の高周波成分を除去または減衰することが望ましい。高周波成分を除法または減衰する方法としては、時定数を湿度センサ素子４の応答速度に合わせたローパスフィルタを用いることができる。また、湿度センサ素子４の応答速度にあわせた時間平均により平均化処理することができる。これにより、高周波脈動時の不要な補正を低減することができ、高精度な湿度信号（出力）を得ることができる。
　すなわち、本実施例では、湿度センサ素子４の検出信号と圧力センサ素子５の検出信号との間の応答速度の差を調整する応答速度調整手段（応答速度調整部）を備えており、この応答速度調整手段は信号処理部ＦＬＴ２によって構成される。応答速度調整手段は圧力センサの検出信号（圧力信号）の応答速度を濃度センサの検出信号（濃度信号）の応答速度に近付ける。応答速度調整手段としてローパスフィルタを用いる場合は、カットオフ周波数を湿度センサ素子４の応答速度に対応する周波数ｆ４と圧力センサ素子５の応答速度に対応する周波数ｆ５との間（ｆ４以上かつｆ５より小、好ましくはｆ４よりも高くかつｆ５よりも低い周波数）に設定する。このとき、カットオフ周波数はｆ５側よりもｆ４側に近付けることが好ましい。また、平均化処理の場合も、周波数ｆ４と周波数ｆ５との間に存在する変動分を除去または減衰するように処理を行う。上述の説明では、周波数ｆ４及び周波数ｆ５を図８の応答特性に現れる折れ点としているが、現実にはこのような折れ点が存在しないため、通常、最大値から３ｄＢ減衰した周波数をそれぞれ周波数ｆ４及び周波数ｆ５とする。
　図９乃至図１１を参照して、本発明を適用してなるさらに好適な実施例２のガスセンサ装置を説明する。
　実施例２の特徴としては、湿度センサ素子として絶対湿度の計測が可能な熱式湿度センサを適用した点である。
　図９に、本発明の効果を得るのに好適な熱式湿度センサの平面図を示す。図１０に、図９のセンサ素子４ｂのX－X線断面図を示す。
　本実施例の熱式湿度センサの湿度センサ素子４ｂは、単結晶シリコンで形成された基板１６を有している。基板１６には、空洞部１７が形成されており、この空洞部１７は絶縁膜１８ａで覆われ、絶縁膜１８ａ上に発熱体（発熱抵抗体）１９、２０が形成されている。発熱体１９、２０は空洞部１７内の絶縁膜１８ａ上に形成される。さらに、発熱体１９、２０を保護するために表面が絶縁膜１８ｂで覆われる。また、発熱体１９、２０に電圧、電流の供給、取り出しなどのための電極２１ａ～２１ｄが形成される。さらに、電極２１ａ～２１ｄは加熱制御装置（図示なし）に金線ボンディングワイヤーやリードフレームなどにより電気的に接続される。
　発熱体１９、２０としては、抵抗温度係数が高い材料として、例えば、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）等が選定され、絶縁層１８ａ、１８ｂとしては酸化シリコン（ＳｉＯ２）と窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）とが単層あるいは積層構成にて選定される。また、絶縁層１８ａ、１８ｂには、ポリイミドなどの樹脂材料やセラミック、ガラスなどを組み合わせて選定することもできる。また、電極２１ａ～２１ｄとしては、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）等が選定される。
　発熱体１９、２０、空洞部４、絶縁膜１８ａ、１８ｂおよび電極１０ａ～１０ｆは、フォトリソグラフィーを利用した半導体微細加工技術、異方性エッチング技術を用いて形成される。
　以下、本実施例における熱式湿度センサの測定原理を説明する。
　発熱抵抗体１９は、４００℃～５００℃程度に加熱制御される。また、発熱抵抗体２０は２００℃から３００℃に加熱制御される。空気の湿度が変化すると空気の熱伝導率が変化し、発熱抵抗体１９から空気へ放熱される熱量が変化する。この放熱量の変化を検出することにより絶対湿度の測定ができる。発熱抵抗体２０は、発熱抵抗体１９の周囲を一定温度に保持するための補助的な発熱体である。発熱抵抗体２０により、センサ素子４ｂが設置される空気の温度が変化しても発熱体１９の近傍は一定温度に保持することができ、湿度計測における温度特性を向上することができる。本実施例では発熱抵抗体２０を設ける構成としたが、発熱抵抗体１９のみでも湿度計測は可能である。一つの発熱抵抗体で構成する場合、必要に応じて温度センサなどを用いて空気の温度変化による計測誤差を別途補償することにより、温度特性の補償が可能である。
　本実施例における熱式湿度センサの特徴としては、空洞部１７を形成し薄膜部上に発熱抵抗体１９を設けていることから熱容量が小さく、空気の熱伝導率の変化に対して高速に応答することができる。その他の湿度センサ素子として、上述した静電容量型の素子があるが、基板上に形成した感湿膜中の水分の増減による誘電率の変化を検出する原理であるため応答が遅い。例えば、湿度変化による応答速度として、静電容量型では５～１０秒程度であるのに対して、熱式湿度センサでは数十ミリ秒以下である。
　本実施例に示す熱式湿度センサを用いたガスセンサ装置の作用・効果を説明する。上述したように熱式湿度センサは高速応答である特徴があるが、圧力変化に対しても同様に高速に応答する。この湿度センサ素子の応答性は、圧力センサを用いた圧力補正において重要となる。
　図１１に、熱式湿度センサの応答性と一般的な圧力センサの応答性とを比較した図を示す。
  熱式湿度センサ素子４ｂと圧力センサとは数ミリから数十ミリ秒（100Hz～１kHz）の応答速度である。したがって熱式湿度センサと圧力センサとはほぼ同等の応答性である。内燃機関を高回転で運転させると100Hz程度の吸気脈動が発生するが、熱式湿度センサ４ｂ及び圧力センサは十分に追従する。したがって熱式湿度センサ素子４ｂを用いることにより、高周波の吸気脈動時においても圧力センサ５の検出値を用いて熱式湿度センサ素子４ｂの検出値を補正することができる。その結果、高周波の吸気脈動時においても高精度な絶対湿度の瞬時値を計測することが可能である。
　さらに、図５に示した湿度センサ素子４の検出信号の信号処理部ＦＬＴ１や圧力センサ素子５の検出信号の信号処理部ＦＬＴ２を用いればさらに高精度化に効果がえられる。熱式湿度センサ４ｂの素子自体は高速であるが、圧力センサ素子５と微小に応答速度に差が生じる。そのため、信号処理部ＦＬＴ１、ＦＬＴ２を用いて、圧力センサ素子５の応答速度を湿度センサ素子４ｂの応答速度に近づける。または、湿度センサ素子４ｂの応答速度を圧力センサ素子５の応答速度に近づける処理を行う。これにより圧力センサ素子５と熱式湿度センサ素子４ｂとの特性が一致し、補正が簡易になり高精度化が図れる。特に、自動車の内燃機関ではその運転状態に応じて、発熱抵抗体１９の制御特性を変えることにより、熱式湿度センサ素子４ｂの応答速度が遅くなるように制御する場合があり得る。このような場合は、熱式湿度センサ素子４ｂの応答速度と圧力センサ素子５の応答速度との差が大きくなる。そこで、圧力センサ素子５の応答速度を湿度センサ素子４ｂの応答速度に近づける応答速度調整手段（応答速度調整部）としての信号処理部ＦＬＴ２が有効になる。
　本実施例では、湿度センサ素子４として熱式湿度センサ素子４ｂを用いており、それ以外の構成は実施例１と同様に実施することができる。この場合、熱式湿度センサ素子４ｂの応答速度を考慮して、処理回路１４を構成する各部の状態が調整されることは言うまでもない。
　以下、内燃機関の吸気通路に設置される空気流量計と、温度、湿度などの環境センサとを一体化した複合センサ装置に、本発明を適用した実施例を説明する。本実施例では、一例として吸気流量センサと吸気温度センサと湿度センサと圧力センサとを一体化した複合センサ装置について説明する。
　図１２に、本実施例の複合センサ装置２２とその取付け構造を断面図で示す。図１２において、複合センサ装置２２は、内燃機関の吸気通路２の内部に突出するように取りつけられている。複合センサ装置２２のハウジング３の内部には、湿度センサ素子４、圧力センサ素子５、流量センサ素子２３、吸気温度センサ素子２４が搭載されている。流量センサ素子２３としては半導体基板に形成した薄膜部に発熱体（発熱抵抗体）を設け、発熱体の放熱量または発熱体周辺の温度分布の変化から流量を計測する熱式の素子が用いられる。吸気温度センサ素子２４としては、サーミスタや測温抵抗体などが用いられる。これらの湿度センサ素子４、圧力センサ素子５、流量センサ素子２３、吸気温度センサ素子２４は同一のセンサパッケージ１０に一体化されている。
　ハウジング３には吸気通路２の空気を分流する副通路２５が形成されており、副通路２５内に流量センサ素子２３が露出するように配置されている。吸気温度センサ素子２４がハウジング３の外へ突出するようにセンサパッケージ１０の一部をビーム形状に成型し、ビームの先端部に吸気温度センサ素子２４を配置する。
　図１３に、図１２において湿度センサ素子４および圧力センサ素子５が形成された箇所の拡大図を示す。
  湿度センサ素子４および圧力センサ素子５は、ハウジング３の内部に設けた計測室７（第１空洞部）に配置する。計測室７はハウジングの内部に設けた膨張室２６（第２空洞部）に連通部２７を介して連通する。膨張室２６には吸気通路２へ開口する連通路８が設けられる。連通路８は、ハウジング３の吸気通路２の流れに沿った面（側面）に設ける。連通路８から湿度センサ素子４までの容積変化としては、第１実施例と同様に、連通路８により吸気通路２への開口部が絞られ、膨張室６により容積が膨らみ、連通部７により容積が絞られ計測室５により容積が膨らむ構成である。
　図１４に、図１３のXIV－XIV線断面図を示す。
  図１４において、湿度センサ素子４及び圧力センサ素子５は、支持部材としてのセンサパッケージ１０により固定されている。支持部材１０としては、射出成形技術により製造したモールドパッケージを用いている。湿度センサ素子４の検出部１１は、パッケージから露出するように形成されている。支持部材１０はベース３ａとカバー３ｂとで覆われる。ベース３ａとカバー３ｂとによってハウジング３を形成している。ベース３ａ及びカバー３ｂを成型、接着または接合することにより、計測室７、膨張室２６、連通部２７、連通路８が形成される。
　次に、モールドパッケージ化したセンサパッケージ１０の構造を説明する。
　図１５Ａに、センサパッケージ１０の外観を示す。
  湿度センサ素子４、圧力センサ素子５及び流量センサ素子２１は検出部が露出するようにモールド樹脂によりパッケージ化する。吸気温度センサ素子２４はパッケージの一部を突出させたビーム２８の先端部に埋め込まれる。パッケージ内部には、これらの湿度センサ素子４、圧力センサ素子５、流量センサ素子２３、吸気温度センサ素子２２の駆動、検出、補正を行うための半導体チップ（処理回路部）１４が搭載されている。これらの素子への電源供給や、半導体チップ１４で検出した信号はリードフレーム１２ｄ、１２ａ1の一部をパッケージ１０から露出させた端子から出力される。
　図１５Ｂに、センサパッケージ１０の内部構造を示す。
  湿度センサ素子４、圧力センサ素子５、流量センサ素子２１及び半導体チップ１４は、リードフレーム１２ａ上に接着固定される。吸気温度センサ素子２４はビーム２８と供に延設したリードフレーム１２ｅの先端部に設置される。湿度センサ素子４の電極はボンディングワイヤー１３ｆにより半導体チップ１４に電気的に接続される。圧力センサ素子５の電極はボンディングワイヤー１３ｇにより半導体チップ１４に電気的に接続される。また、流量センサ素子２３も同様にボンディングワイヤー１３ｈにより半導体チップ１４に接続される。吸気温度センサ素子２４は、リードフレーム１２ｅと半導体チップ１４をボンディングワイヤー１３ｉにより接続することによって半導体チップ１４に電気的に接続される。
　半導体チップ１４の電源及び検出した信号はボンディングワイヤー１３ｊを介してリードフレーム１２ｄ、１２ａ1に接続され、パッケージ１０の外部に電極が取り出される。
本実施例ではリードフレーム１２ａ1を共通接地端子とするとともに湿度センサ素子４、圧力センサ素子５、流量センサ素子２１及び半導体チップ１４を搭載する部材としても用いている。
　図１６に、本実施例の半導体チップ１４におけるセンサ信号の処理形態を示す。
  半導体チップ１４には、湿度センサ４からのアナログ信号を入力しデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ１と、圧力センサ素子５からのアナログ信号を入力しデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ２とが備わる。ＡＤ１においてデジタル値に変換された湿度信号は信号処理部ＦＬＴ１により信号ノイズが除去され、演算器ＰＵに入力される。ＡＤ２においてデジタル値に変換された圧力信号は信号処理部ＦＬＴ２により信号ノイズの除去と上述した応答速度調整とが行われ、演算器ＰＵに入力される。更に、流量センサ素子２１からのアナログ信号を入力しデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ３、吸気温度センサ素子２４からのアナログ信号を入力しデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ４が搭載されている。ＰＵでは、湿度信号に対して補正演算が行われる。補正演算では、圧力信号値とあらかじめ記憶装置ＭＭＲに保存された定数とを基に補正量が決定され、湿度信号に補正量を加える。その後、演算器ＰＵで補正された湿度信号がＯＵＴＰＵＴとして出力される。本実施例では、各センサによって様々な情報を計測可能であり、これらのセンサ信号を出力するための出力回路ＭＰを備えている。出力回路ＭＰはいずれかのセンサ信号を選択し出力するマルチプレクサ機能を備えている。または、一つの出力信号線に複数のセンサ信号や電源電圧を重畳させる機能を備えている。
　本実施例の処理回路１４においても、実施例１及び実施例２で説明したような湿度センサ素子４の検出信号と圧力センサ素子５の検出信号との応答速度差を調整する処理が行われる。
　本実施例では流量センサ素子２１、吸気温度センサ素子２４、湿度センサ素子４（４ｂ）および圧力センサ素子５を複合した構成であることから、半導体チップ１４にデジタル補正機能を備えることにより、各センサ素子の信号を相互に補正し、高精度化することが可能である。例えば、流量センサ素子２１の信号に対し、湿度依存性、圧力依存性の補正を加えることが可能である。
　さらには、湿度センサ素子４と流量センサ素子２１とが複合されていることから、空気流量に加えて、空気に含まれる水分の流れ込み量を高精度に計測することもできる。特に、湿度センサ素子４として熱式湿度センサ素子４ｂを用いることにより、絶対湿度の計測が容易であり、空気に含まれる水分の流れ込み量をさらに高精度に計測し、内燃機関の燃焼制御を最適化することもできる。
　また、熱式湿度センサ素子４ｂは高温環境や高湿環境での特性に優れることから、より過酷な環境においてガスセンサ装置の高精度化、高信頼化が可能である。例えば、吸気通路２に過給器が搭載された内燃機関において、過給器の下流側で加圧や減圧が繰り返されるとともに、オイルなどの汚損物質が浮遊する通路内に搭載することが可能である。
　上述した各実施例によれば、濃度センサ（湿度センサを含む）と圧力センサとが同じ圧力となる空間に設置されるため、正確な圧力値を用いて正確な補正が可能である。したがって内燃機関の様々な運転条件下において良好な補正効果が得られ、ガスセンサ装置の高精度化が可能である。さらに、ガスセンサ装置単体で圧力補正が可能であるため、ガスセンサ装置を内燃機関へ適合させるための工数を削減できる。また吸気管長さ、センサ位置、吸気形状等が異なる車種ごとにガスセンサ装置を適合させるための工数を削減できる。
　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
　１…センサ装置、２…吸気通路、３…ハウジング、３ａ…ベース、３ｂ…カバー、４，４ｂ…湿度センサ素子、５…圧力センサ素子、６…吸気、７…連通路、８…気体取入口、１０…センサパッケージ、１１…検出部、１２…リードフレーム、１３…ワイヤ、１４…半導体チップ、１５…封止樹脂、１６…基板、１７…空洞部、１８…絶縁膜、１９，２０…発熱体、２１…電極、２２…複合センサ装置、２３…流量センサ素子、２４…吸気温度センサ素子、２５…副通路、２６…膨張室、２７…連通部、２８…ビーム。

Claims (8)

  1. 　気体の濃度を計測する濃度センサと気体の圧力を計測する圧力センサとを備えたガスセンサ装置において、
    　ハウジング内に空気流から遮蔽された計測室を設け、前記計測室に前記濃度センサと前記圧力センサとを配置し、前記圧力センサの信号により前記濃度センサの信号を調整する処理回路部を設けたことを特徴とするガスセンサ装置。
  2. 　請求項１に記載のガスセンサ装置において、
    　前記処理回路部に圧力センサの圧力信号の応答速度を濃度センサの濃度信号の応答速度に近付ける応答速度調整部を設けたことを特徴とするガスセンサ装置。
  3. 　請求項２に記載のガスセンサ装置において、
    　前記応答速度調整部は、前記圧力センサからの圧力信号から前記濃度センサの濃度信号の応答速度に対応する周波数よりも高い高周波数信号成分を除去又は減衰する機能を有し、
    　前記濃度信号は前記応答速度調整部によって調整された後の圧力信号に基づいて補正されることを特徴とするガスセンサ装置。
  4. 　請求項３に記載のガスセンサ装置において、
    　前記処理回路部に、前記濃度センサからの濃度信号を入力しデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、前記圧力センサからの圧力信号を入力しデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換器とを備え、
    　前記応答速度調整部はデジタル値に変換された圧力信号から前記高周波数信号成分を除去又は減衰する機能を有し、
    　前記応答速度調整部によって前記高周波信号が除去又は減衰された後の圧力信号に基づいて、前記第１のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換された濃度信号に対して補正演算する演算器を備えたことを特徴とするガスセンサ装置。
  5. 　請求項４に記載のガスセンサ装置において、
    　前記計測室を測定対象となる気体が流れる外部空間に連通する連通路を設け、前記気体の流れに沿ったハウジング面に前記連通路を開口したことを特徴とするガスセンサ装置。
  6. 　請求項５に記載のガスセンサ装置において、
    　前記濃度センサは、発熱抵抗体の放熱量が気体の濃度によって変化することを利用して、気体の濃度を計測することを特徴とするガスセンサ装置。
  7. 　請求項６に記載のガスセンサ装置において、
    　前記濃度センサは、前記発熱抵抗体を半導体基板に形成した薄肉部上に形成したことを特徴とするガスセンサ装置。
  8. 　請求項１乃至７記載のいずれかに記載のガスセンサ装置において、
    　流量センサ素子及び吸気温度センサ素子を前記ハウジングと一体化して備え、前記湿度信号または前記圧力信号を用いて前記流量センサ素子の流量信号に対し補正を加えることを特徴とするガスセンサ装置。
PCT/JP2014/052386 2013-08-27 2014-02-03 ガスセンサ装置 WO2015029460A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/914,231 US9958305B2 (en) 2013-08-27 2014-02-03 Gas sensor device
DE112014003909.8T DE112014003909T5 (de) 2013-08-27 2014-02-03 Gassensorvorrichtung
CN201480047460.8A CN105492898B (zh) 2013-08-27 2014-02-03 气体传感器装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-175449 2013-08-27
JP2013175449A JP6021761B2 (ja) 2013-08-27 2013-08-27 ガスセンサ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015029460A1 true WO2015029460A1 (ja) 2015-03-05

Family

ID=52586047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/052386 WO2015029460A1 (ja) 2013-08-27 2014-02-03 ガスセンサ装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9958305B2 (ja)
JP (1) JP6021761B2 (ja)
CN (1) CN105492898B (ja)
DE (1) DE112014003909T5 (ja)
WO (1) WO2015029460A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5826355B1 (ja) * 2014-10-03 2015-12-02 三菱電機株式会社 流量測定装置
JP2017075885A (ja) * 2015-10-16 2017-04-20 株式会社デンソー 物理量センササブアセンブリおよび物理量測定装置

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6099094B2 (ja) * 2013-06-21 2017-03-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 ガスセンサ装置およびガスセンサ装置の取付け構造
US10449320B2 (en) * 2013-10-15 2019-10-22 Fisher & Paykel Healthcare Limited Sensing and control arrangements for respiratory device
JP6686276B2 (ja) * 2014-12-09 2020-04-22 株式会社デンソー エアフロメータ
JP5933782B1 (ja) * 2015-03-16 2016-06-15 三菱電機株式会社 流量測定装置に一体に設けられた物理量測定装置および物理量測定方法
WO2017027334A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-16 Brewer Science Inc. Environmental sensor system and signal processor
JP6641789B2 (ja) 2015-08-27 2020-02-05 株式会社デンソー 空気流量測定装置
DE102015219501A1 (de) * 2015-10-08 2017-04-13 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums
JP6501902B2 (ja) * 2015-10-28 2019-04-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関制御装置
JP6474342B2 (ja) * 2015-10-28 2019-02-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 物理量検出装置
JP6611694B2 (ja) * 2015-12-15 2019-11-27 株式会社堀場製作所 排ガス計測システム
JP6421763B2 (ja) * 2016-01-13 2018-11-14 トヨタ自動車株式会社 湿度センサの異常検出装置
JP6739525B2 (ja) * 2016-05-23 2020-08-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 湿度測定装置
GB201609905D0 (en) * 2016-06-07 2016-07-20 Ge Oil & Gas Device and system for fluid flow measurement
JP6812688B2 (ja) * 2016-07-20 2021-01-13 株式会社デンソー 吸気流量測定装置
KR101839809B1 (ko) * 2016-08-12 2018-03-19 (주)포인트엔지니어링 마이크로 센서
WO2018037721A1 (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式湿度測定装置
US10650621B1 (en) 2016-09-13 2020-05-12 Iocurrents, Inc. Interfacing with a vehicular controller area network
JP6798336B2 (ja) * 2017-02-08 2020-12-09 株式会社デンソー 絶対湿度センサ
JP6544365B2 (ja) * 2017-02-08 2019-07-17 株式会社デンソー 絶対湿度センサ
WO2018179248A1 (ja) * 2017-03-30 2018-10-04 三菱電機株式会社 換気装置
JP2018179922A (ja) * 2017-04-21 2018-11-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 車載用センサモジュール
US11105292B2 (en) 2017-04-21 2021-08-31 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Humidity measurement device
JP6916667B2 (ja) * 2017-05-24 2021-08-11 株式会社堀場製作所 プローブデバイス、及び、排ガス分析装置
CN111801576B (zh) 2017-08-14 2022-11-25 汉席克卡德应用研究协会 具有压力传感器和热气敏传感器的传感器装置
JP7168340B2 (ja) * 2018-04-11 2022-11-09 日立Astemo株式会社 熱式流量計
WO2020095619A1 (ja) * 2018-11-08 2020-05-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式湿度測定装置
KR101977196B1 (ko) * 2018-11-23 2019-05-10 주식회사 파워맥스 통합형 센서
JP7049277B2 (ja) * 2019-01-11 2022-04-06 日立Astemo株式会社 物理量検出装置
CN109752418B (zh) * 2019-01-21 2021-11-05 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种微型热导气体传感器
WO2020234631A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 Arcelormittal A humidity detection equipment of a strip
JP2021124472A (ja) * 2020-02-10 2021-08-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 複合センサ
DE102021111431A1 (de) 2020-06-29 2021-12-30 Dräger Safety AG & Co. KGaA Überwachungssystem
US11772958B2 (en) * 2020-09-17 2023-10-03 Applied Materials, Inc. Mass flow control based on micro-electromechanical devices
KR102617973B1 (ko) * 2020-12-08 2023-12-27 (주)리벤씨 선박용 이중 연료 엔진 조립체
DE102021206131A1 (de) * 2021-06-16 2022-12-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Modul und Verfahren zum Überwachen von Umwelteinflüssen auf ein Modul
KR102641537B1 (ko) * 2021-12-06 2024-02-27 주식회사 현대케피코 열전도식 가스감지센서 및 이를 이용한 가스 측정방법
DE102022208864A1 (de) 2022-08-26 2024-02-29 Vitesco Technologies GmbH Sensor, Kanal und Brennstoffzellensystem
CN115523961B (zh) * 2022-11-03 2023-02-28 南京元感微电子有限公司 一种气体与电容式压力传感器及其加工方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05273168A (ja) * 1992-03-27 1993-10-22 Hiroaki Ogishima 水分活性測定器
JPH06281607A (ja) * 1993-01-29 1994-10-07 Shimadzu Corp ガス濃度連続分析装置
JPH10197305A (ja) * 1997-01-16 1998-07-31 Hitachi Ltd 熱式空気流量計及び熱式空気流量計用の測定素子
JP2001272370A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス濃度測定装置
JP2002373694A (ja) * 2001-05-23 2002-12-26 General Motors Corp <Gm> 圧力及びガス組成の変化に関して補償する相対湿度センサ
JP2010151795A (ja) * 2008-11-28 2010-07-08 Hitachi Automotive Systems Ltd 熱式空気流量センサ
JP2010261846A (ja) * 2009-05-08 2010-11-18 Denso Corp ガスセンサの信号処理装置
JP2011123076A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Siemens Ag 二酸化炭素センサ及びガス測定値を発生させるための付属する方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3182807B2 (ja) * 1991-09-20 2001-07-03 株式会社日立製作所 多機能流体計測伝送装置及びそれを用いた流体量計測制御システム
US5263369A (en) * 1992-07-24 1993-11-23 Bear Medical Systems, Inc. Flow sensor system and method
US7752885B2 (en) * 2006-12-07 2010-07-13 General Electric Company Gas analysis system and method
JP4882732B2 (ja) * 2006-12-22 2012-02-22 株式会社デンソー 半導体装置
JP4940172B2 (ja) * 2008-03-05 2012-05-30 日本特殊陶業株式会社 ＮＯｘセンサ制御装置及び車両側制御装置
JP5469553B2 (ja) * 2009-07-17 2014-04-16 日本碍子株式会社 アンモニア濃度検出センサ
JP4976469B2 (ja) * 2009-08-28 2012-07-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式湿度センサ
JP5406674B2 (ja) * 2009-11-06 2014-02-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流体流量センサおよびその製造方法
JP5519596B2 (ja) 2011-08-08 2014-06-11 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ装置およびガスセンサを用いた濃度測定方法
DE102011089897A1 (de) * 2011-12-23 2013-06-27 Continental Automotive Gmbh Sensorsystem
DE112012006615T5 (de) * 2012-06-27 2015-03-26 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Fluidmessvorrichtung
EP2720034B1 (en) * 2012-10-12 2016-04-27 ams International AG Integrated Circuit comprising a relative humidity sensor and a thermal conductivity based gas sensor
US9618653B2 (en) * 2013-03-29 2017-04-11 Stmicroelectronics Pte Ltd. Microelectronic environmental sensing module
US9310349B2 (en) * 2013-12-10 2016-04-12 Continental Automotive Systems, Inc. Sensor structure for EVAP hydrocarbon concentration and flow rate

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05273168A (ja) * 1992-03-27 1993-10-22 Hiroaki Ogishima 水分活性測定器
JPH06281607A (ja) * 1993-01-29 1994-10-07 Shimadzu Corp ガス濃度連続分析装置
JPH10197305A (ja) * 1997-01-16 1998-07-31 Hitachi Ltd 熱式空気流量計及び熱式空気流量計用の測定素子
JP2001272370A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス濃度測定装置
JP2002373694A (ja) * 2001-05-23 2002-12-26 General Motors Corp <Gm> 圧力及びガス組成の変化に関して補償する相対湿度センサ
JP2010151795A (ja) * 2008-11-28 2010-07-08 Hitachi Automotive Systems Ltd 熱式空気流量センサ
JP2010261846A (ja) * 2009-05-08 2010-11-18 Denso Corp ガスセンサの信号処理装置
JP2011123076A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Siemens Ag 二酸化炭素センサ及びガス測定値を発生させるための付属する方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5826355B1 (ja) * 2014-10-03 2015-12-02 三菱電機株式会社 流量測定装置
JP2017075885A (ja) * 2015-10-16 2017-04-20 株式会社デンソー 物理量センササブアセンブリおよび物理量測定装置
WO2017064958A1 (ja) * 2015-10-16 2017-04-20 株式会社デンソー 物理量センササブアセンブリおよび物理量測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9958305B2 (en) 2018-05-01
DE112014003909T5 (de) 2016-05-12
JP2015045515A (ja) 2015-03-12
US20160202200A1 (en) 2016-07-14
CN105492898A (zh) 2016-04-13
JP6021761B2 (ja) 2016-11-09
CN105492898B (zh) 2018-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6021761B2 (ja) ガスセンサ装置
JP4341506B2 (ja) 湿度センサおよび湿度検出機能を有する複合センサ
JP5883887B2 (ja) 流量計測装置
JP5743871B2 (ja) 熱式流量計
JP3335860B2 (ja) 熱式空気流量計用測定素子及び熱式空気流量計
JP5055349B2 (ja) 熱式ガスセンサ
JP6686276B2 (ja) エアフロメータ
US20070089504A1 (en) Gas flow measuring apparatus
JP2012220189A (ja) 熱式空気流量計
US8935959B2 (en) Thermal type flow rate sensor
JP5152292B2 (ja) 流量計測装置
JP6043833B2 (ja) 熱式流量計
JP5644674B2 (ja) 熱式流量測定装置
JP6134840B2 (ja) 熱式流量計
JP5120289B2 (ja) 空気流量測定装置
JP6739525B2 (ja) 湿度測定装置
JP6784316B2 (ja) エアフロメータ
JP2020003440A (ja) 熱式流量測定装置
JP6952577B2 (ja) 気体センサ装置
JP4914226B2 (ja) 気体流量計
JP5218384B2 (ja) 空気流量測定装置
JP5968279B2 (ja) 熱式流量計

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480047460.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14839438

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14914231

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120140039098

Country of ref document: DE

Ref document number: 112014003909

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14839438

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1