WO2020110820A1 - 物理量測定装置 - Google Patents

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waveform
measuring device
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有毅 磯谷
浩昭 星加
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Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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    • 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
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G01F1/6965—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters comprising means to store calibration data for flow signal calculation or correction
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    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/15—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters specially adapted for gas meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases

Definitions

  • the present disclosure relates to a physical quantity measuring device.
  • Patent Document 1 an invention relating to a waveform measuring method and a flow rate calculating method of an electronic device that measures a waveform output from a frequency output type air flow meter and calculates a flow rate is known (see Patent Document 1 below).
  • the invention described in Patent Document 1 aims to reduce a flow rate detection error due to a non-linear relationship between a response delay in a transient region, a cycle, and a flow rate (see the same document, paragraph 0007, etc.). ..
  • the invention described in Patent Document 1 calculates the average period of all waveforms within a predetermined time interval with respect to the frequency output signal of the air flow meter, and determines the flow rate based on the average period. Convert. As a result, the flow rate detection error due to the influence of aliasing is reduced, and the differential correction is performed in the transient region to reduce the response delay. Further, instead of calculating the flow rate by calculating the average cycle after calculating the average cycle, the signal of the air flow meter is converted into the flow rate every cycle, and the averaging process is performed in units of the flow rate. This reduces the flow rate detection error due to the nonlinearity of the cycle and the flow rate (see the same document, paragraph 0008, etc.).
  • the process of calculating the average period of all waveforms within a predetermined time interval and converting to the flow rate based on the average period is performed uniformly without depending on the increase or decrease of the air flow rate.
  • uniform processing for example, when the amplitude of the air flow rate is small, the frequency analysis error of the air flow rate may increase under certain conditions.
  • the present disclosure provides a physical quantity measuring device capable of reducing a frequency analysis error of gas flow rate as compared with the related art.
  • One aspect of the present disclosure is a physical quantity measurement device including a flow rate sensor that outputs a signal according to the flow rate of gas, and a signal processing unit that processes an output signal of the flow rate sensor, wherein the signal processing unit is a predetermined
  • a buffer that stores flow rate data of the gas based on the output signal of the period, an offset adjustment unit that adjusts a zero point of a flow rate waveform based on the flow rate data stored in the buffer, and the zero point is adjusted.
  • a gain calculation unit that calculates a correction gain by which the flow rate waveform is multiplied, a correction calculation unit that corrects the flow rate waveform with the zero point adjusted by the correction gain, and a frequency analysis calculation of the corrected flow rate waveform are performed.
  • a frequency analysis unit for storing data obtained by calculation in the buffer, wherein the gain calculation unit calculates the correction gain that does not cause an overflow in the frequency analysis unit. It is a device.
  • FIG. 1 is a system diagram showing an example of an electronic fuel injection type internal combustion engine control system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a physical quantity measuring device used in the internal combustion engine control system shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a front view of a physical quantity measuring device used in the internal combustion engine control system shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a front view of the physical quantity measuring device shown in FIG. 3 with a cover removed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a partial configuration of the physical quantity measuring device according to the first embodiment.
  • 6 is a graph illustrating processing by the signal processing unit of the physical quantity measurement device shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a partial configuration of a physical quantity measurement device according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a graph illustrating an example of processing by the signal processing unit of the physical quantity measurement device shown in FIG. 7.
  • 8 is a graph illustrating an example of processing by the signal processing unit of the physical quantity measurement device shown in FIG. 7.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a partial configuration of a physical quantity measurement device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a system diagram of an electronic fuel injection type internal combustion engine control system 1 using a physical quantity measuring device 20 according to a first embodiment of the present disclosure.
  • intake air is taken in as the measured gas 2 from the air cleaner 21 based on the operation of the internal combustion engine 10 including the engine cylinder 11 and the engine piston 12.
  • the intake air is introduced into the combustion chamber of the engine cylinder 11 via the intake body, which is the main passage 22, the throttle body 23, and the intake manifold 24.
  • the physical quantity of the measured gas 2, which is the intake air introduced into the combustion chamber is measured by the physical quantity measuring device 20. Further, based on the physical quantity measured by the physical quantity measuring device 20, fuel is supplied from the fuel injection valve 14 and is introduced into the combustion chamber in the state of air-fuel mixture together with the intake air.
  • the fuel injection valve 14 is provided in the intake port of the internal combustion engine 10, the fuel injected into the intake port is mixed with the intake air, and the mixture of the fuel and the intake air becomes the intake valve 15. Is guided to the combustion chamber via the and is burned to generate mechanical energy.
  • the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber is a state in which fuel and air are mixed, and explosively burns by spark ignition of the spark plug 13 to generate mechanical energy.
  • the gas after combustion is guided to the exhaust pipe from the exhaust valve 16 and is exhausted outside the vehicle as the exhaust gas 3 from the exhaust pipe.
  • the flow rate of the measured gas 2, which is the intake air introduced into the combustion chamber, is controlled by the throttle valve 25 whose opening changes according to the operation of the accelerator pedal. Further, the fuel supply amount is controlled based on the flow rate of the intake air introduced into the combustion chamber.
  • the mechanical energy generated by the internal combustion engine 10 can be controlled by controlling the opening degree of the throttle valve 25 and controlling the flow rate of the intake air introduced into the combustion chamber.
  • the physical quantity measuring device 20 measures the physical quantity such as the flow rate, temperature, humidity, and pressure of the measured gas 2 which is the intake air taken in through the air cleaner 21 and flowing through the main passage 22.
  • the physical quantity measuring device 20 outputs an electric signal according to the physical quantity of the intake air.
  • the output signal of the physical quantity measuring device 20 is input to the control device 4.
  • the output of the throttle angle sensor 26 that measures the opening of the throttle valve 25 is input to the control device 4, and the positions and states of the engine piston 12, the intake valve 15, and the exhaust valve 16 of the internal combustion engine 10, and the internal combustion engine 10
  • the output of the rotation angle sensor 17 is input to the control device 4 in order to measure the rotation speed of the.
  • the output of the oxygen sensor 28 is input to the control device 4 in order to measure the state of the mixture ratio of the fuel amount and the air amount from the state of the exhaust gas 3.
  • the control device 4 calculates the fuel injection amount and the ignition timing based on the physical quantity of the intake air which is the output of the physical quantity measuring device 20 and the rotation speed of the internal combustion engine 10 which is measured based on the output of the rotation angle sensor 17. .. Based on the results of these calculations, the amount of fuel supplied from the fuel injection valve 14 and the ignition timing at which the spark plug 13 ignites are controlled. The fuel supply amount and the ignition timing are actually based on the temperature measured by the physical quantity measuring device 20, the change state of the throttle angle, the change state of the engine rotation speed, and the state of the air-fuel ratio measured by the oxygen sensor 28. It is controlled in detail.
  • the control device 4 further controls the amount of air bypassing the throttle valve 25 by the idle air control valve 27 in the idle operation state of the internal combustion engine 10 to control the rotation speed of the internal combustion engine 10 in the idle operation state.
  • the fuel supply amount and the ignition timing, which are the main control amounts of the internal combustion engine 10, are calculated using the output of the physical quantity measuring device 20 as a main parameter. Therefore, it is important to improve the measurement accuracy of the physical quantity measuring device 20, suppress the change over time, and improve the reliability in order to improve the control accuracy of the vehicle and ensure the reliability.
  • the physical quantity measuring device 20 maintains high reliability.
  • the vehicle equipped with the physical quantity measuring device 20 is used in an environment where there are large changes in temperature and humidity. It is desirable that the physical quantity measuring device 20 also takes into consideration changes in temperature and humidity in its use environment and measures against dust and contaminants. Further, the physical quantity measuring device 20 is attached to an intake pipe that is affected by heat generation from the internal combustion engine 10. Therefore, the heat generation of the internal combustion engine 10 is transmitted to the physical quantity measuring device 20 via the intake pipe which is the main passage 22. Since the physical quantity measuring device 20 measures the flow rate of the measurement gas by performing heat transfer with the measurement gas, it is important to suppress the influence of heat from the outside as much as possible.
  • the physical quantity measuring device 20 mounted on the vehicle merely solves the problem described in the column of the problem to be solved by the invention and has the effect described in the column of the effect of the invention, as described below. is not.
  • the physical quantity measuring device 20 fully considers the various problems described above, solves various problems required as a product, and exerts various effects. Specific problems to be solved by the physical quantity measuring device 20 and specific effects to be achieved will be described in the description of the embodiments below.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the characteristic part of the physical quantity measuring device 20 shown in FIG. Although details will be described later, the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment is characterized by the following configuration.
  • the physical quantity measuring device 20 includes a flow rate sensor 205 that outputs a signal according to the flow rate of the measured gas 2, and a signal processing unit 260 that processes the output signal of the flow rate sensor 205.
  • the signal processing unit 260 has a buffer 261, an offset adjustment unit 262, a gain calculation unit 263, a correction calculation unit 264, and a frequency analysis unit 265.
  • the buffer 261 stores the flow rate data of the measured gas 2 based on the output signal of the flow rate sensor 205 for a predetermined period.
  • the offset adjustment unit 262 adjusts the zero point of the flow rate waveform based on the flow rate data stored in the buffer 261.
  • the gain calculator 263 calculates a correction gain by which the zero point-adjusted flow rate waveform is multiplied.
  • the correction calculation unit 264 multiplies the flow rate waveform whose zero point has been adjusted by a correction gain to perform correction.
  • the frequency analysis unit 265 performs a frequency analysis calculation of the corrected flow rate waveform and stores the data obtained by the calculation in the buffer 261. Then, the gain calculation unit 263 calculates, as the correction gain, a gain that does not cause an overflow in the frequency analysis unit 265.
  • the signal processing unit 260 further includes a flow rate measurement unit 266 and a pulsation correction unit 267.
  • the physical quantity measuring device 20 includes a flow rate output unit 270.
  • the flow rate measurement unit 266 includes, for example, a conversion table that records the relationship between the output signal of the flow rate sensor 205 and the flow rate of the measurement target gas 2, and converts the output signal of the flow rate sensor 205 into flow rate data of the measurement target gas 2.
  • the pulsation correction unit 267 performs pulsation correction of the flow rate waveform of the measurement target gas 2 based on the flow rate data of the measurement target gas 2 converted by the flow rate measurement unit 266 and the result of the frequency analysis by the frequency analysis unit 265, and corrects it.
  • the flow rate data of the measured gas 2 thus obtained is input to the flow rate output unit 270.
  • the flow rate output unit 270 outputs the pulsation-corrected flow rate data of the measured gas 2 input from the signal processing unit 260 to the outside of the physical quantity measurement device 20 via an external terminal.
  • FIG. 3 is a front view of the physical quantity measuring device 20 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a front view of the physical quantity measuring device 20 of FIG. 3 with the cover 202 removed.
  • a sealing material that seals the circuit board 207 is omitted.
  • the physical quantity measuring device 20 is used by being inserted into the main passage 22 through a mounting hole provided in the passage wall of the main passage 22.
  • the physical quantity measuring device 20 includes a housing 201 and a cover 202 attached to the housing 201.
  • the housing 201 is configured by injection molding a synthetic resin material
  • the cover 202 is configured by a plate-shaped member made of a conductive material such as an aluminum alloy.
  • the cover 202 is formed in a thin plate shape and has a wide flat cooling surface.
  • the housing 201 includes a flange 211 fixed to the intake body, which is the main passage 22, a connector 212 protruding from the flange 211 and exposed to the outside from the intake body for electrical connection with an external device. It has a measuring portion 213 that extends so as to project toward the center of the main passage 22.
  • the flange 211 has, for example, a substantially rectangular shape in plan view having a predetermined plate thickness, and has a through hole at a corner.
  • the flange 211 is fixed to the main passage 22 by, for example, inserting a fixing screw into a through hole at a corner and screwing the fixing screw into a screw hole of the main passage 22.
  • the connector 212 has, for example, four external terminals and a correction terminal provided therein.
  • the external terminal is a terminal for outputting a physical quantity such as a flow rate and a temperature, which is a measurement result of the physical quantity measuring device 20, and a power supply terminal for supplying DC power for operating the physical quantity measuring device 20.
  • the correction terminal is a terminal used for measuring the produced physical quantity measuring device 20, obtaining a correction value for each physical quantity measuring device 20, and storing the correction value in a memory inside the physical quantity measuring device 20. ..
  • the measuring unit 213 has a thin and long shape extending from the flange 211 toward the center of the main passage 22, and has a wide front surface 221 and a rear surface, and a pair of narrow side surfaces such as an upstream end surface 223 and a downstream end surface 224.
  • the measuring unit 213 is inserted, for example, through a mounting hole provided in the main passage 22, and the flange 211 is brought into contact with the main passage 22 and is fixed to the main passage 22 with a screw, so that the main portion 22 can be connected via the flange 211. It is fixed to the passage 22.
  • the measurement unit 213 projects from the inner wall of the main passage 22 toward the central axis 22 a of the main passage 22 with the physical quantity measuring device 20 attached to the main passage 22.
  • the front surface 221 and the back surface are arranged parallel to each other along the central axis 22a of the main passage 22, and the narrow upstream end surface 223 and the downstream end surface 224 of the measuring portion 213 are located at one upstream side of the measuring portion 213 in the lateral direction.
  • 223 is arranged so as to face the upstream side of the main passage 22, and the downstream end surface 224 on the other short side of the measuring unit 213 is arranged so as to face the downstream side of the main passage 22.
  • the front surface 221 of the measuring unit 213 is flat from the upstream end surface 223 to the downstream end surface 224 along the lateral direction.
  • the back surface of the measurement unit 213 is chamfered at the corner on the downstream end face 224 side, and is inclined in a direction that gradually approaches the front face as it moves from the intermediate position in the lateral direction to the downstream end face 224.
  • the cross-sectional shape of the measuring unit 213 is so-called streamlined. Therefore, the measured gas 2 flowing from the upstream of the main passage 22 can be smoothly guided to the downstream along the front surface 221 and the rear surface of the measurement unit 213, and the fluid resistance of the measurement unit 213 with respect to the measured gas 2 is reduced. be able to.
  • the measuring portion 213 has a stepped end portion in the protruding direction, and with the physical quantity measuring device 20 attached to the main passage 22, the lower surface 226 on the upstream side of the main passage 22 and the downstream side of the main passage 22. And a lower surface 227 thereof.
  • the lower surface 227 on the downstream side projects in the projecting direction than the lower surface 226 on the upstream side, and the step surface 228 connecting the lower surface 226 on the upstream side and the lower surface 227 on the downstream side is located upstream of the main passage 22. Arranged to face side.
  • the measurement unit 213 has a stepped surface 228 of the tip end portion 213a protruding from the lower surface 226 on the upstream side on the side opposite to the flange 211, and a part of the measured gas 2 such as intake air is supplied to the auxiliary passage in the measurement unit 213.
  • An inlet 231 for taking in is opened.
  • a first outlet 232 and a second outlet 233 for returning the measured gas 2 taken into the auxiliary passage in the measuring portion 213 to the main passage 22 are opened at the downstream end surface 224 of the tip portion 213a of the measuring portion 213.
  • the measurement part 213 has the upstream end face 223 as the first wall part arranged toward the upstream side in the flow direction of the measured gas 2 in the main passage 22.
  • the measurement unit 213 is arranged toward the upstream side in the flow direction of the measurement target gas 2 at a position downstream of the upstream end face 223 as the first wall section in the flow direction of the measurement target gas 2 in the main passage 22.
  • the stepped surface 228 of the tip portion 213a is provided as the second wall portion.
  • An inlet 231 of the sub passage is opened on the step surface 228 of the tip portion 213a.
  • the physical quantity measuring device 20 since the inlet 231 of the sub passage is provided at the tip end portion 213a of the measuring portion 213 extending from the flange 211 toward the center of the main passage 22, it is not near the inner wall surface of the main passage 22. It is possible to take in a gas in a portion close to the central portion apart from the inner wall surface into the sub passage. Therefore, the physical quantity measuring device 20 can measure the flow rate of the gas in the portion away from the inner wall surface of the main passage 22, and can suppress the decrease in measurement accuracy due to the influence of heat or the like.
  • the temperature of the main passage 22 is easily affected, and the temperature of the measured gas 2 is different from the original temperature of the gas. It will be different from the state. Particularly when the main passage 22 is an intake body of the engine, it is often maintained at a high temperature due to the influence of heat from the engine. For this reason, the gas in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 22 is often higher than the original temperature of the main passage 22, which causes a decrease in measurement accuracy. Further, the fluid resistance is large near the inner wall surface of the main passage 22, and the flow velocity is lower than the average flow velocity of the main passage 22. Therefore, if the gas in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 22 is taken into the sub passage as the measured gas 2, the decrease in the flow velocity with respect to the average flow velocity of the main passage 22 may lead to a measurement error.
  • the physical quantity measuring device 20 is provided with the inlet 231 at the distal end portion 213a of the thin and long measuring portion 213 extending from the flange 211 toward the center of the main passage 22, the physical quantity measuring device 20 is related to the decrease in the flow velocity near the inner wall surface of the main passage 22. It is possible to reduce the measurement error. Further, in the physical quantity measuring device 20, not only is the inlet 231 provided at the tip portion 213a of the measuring portion 213 extending from the flange 211 toward the center of the main passage 22, but also the first outlet 232 and the second outlet of the sub passage. Since 233 is also provided at the tip portion 213a of the measuring unit 213, the measurement error can be further reduced.
  • the physical quantity measuring device 20 has a shape in which the measuring unit 213 extends long along the axis extending from the outer wall of the main passage 22 toward the center, but the widths of the upstream end face 223 and the downstream end face 224 are larger than the width of the front face 221. It is narrow and the measurement unit 213 has a plate-like shape. Accordingly, the physical quantity measuring device 20 can suppress the fluid resistance of the measured gas 2 to a small value.
  • the measurement unit 213 is provided with a sub-passage groove 250 for forming the sub-passage 234 and a circuit chamber 235 for accommodating the circuit board 207.
  • the circuit chamber 235 and the auxiliary passage groove 250 are recessed in the front surface of the measuring unit 213, and are separately arranged on one side and the other side in the lateral direction of the measuring unit 213.
  • the circuit chamber 235 is arranged at a position upstream in the flow direction of the measured gas 2 in the main passage 22, and the auxiliary passage 234 is located downstream of the circuit chamber 235 in the main passage 22 in the flow direction of the measured gas 2. Placed in position. In the flow direction of the gas to be measured 2 in the main passage 22, the upstream surface of the upstream wall of the circuit chamber 235 is made the upstream end surface 223 of the measurement unit 213, which enables space saving.
  • the sub passage groove 250 forms the sub passage 234 in cooperation with the cover 202.
  • the sub passage 234 is provided so as to extend along the longitudinal direction of the measuring unit 213, which is the projecting direction of the measuring unit 213.
  • the sub-passage groove 250 forming the sub-passage 234 has a first sub-passage groove 251 and a second sub-passage groove 252 branched in the middle of the first sub-passage groove 251.
  • the first sub passage groove 251 extends between an inlet 231 that opens to the step surface 228 of the tip 213 a of the measuring unit 213 and a first outlet 232 that opens to the downstream end face 224 of the tip 213 a of the measuring unit 213.
  • the measuring portion 213 is formed so as to extend along the lateral direction.
  • the inlet 231 is opened so as to face the upstream side in the flow direction of the measured gas 2 in the main passage 22.
  • the first auxiliary passage groove 251 forms a first auxiliary passage 234a between the cover 202 and the inlet 231 along the central axis 22a of the main passage 22 to reach the first outlet 232.
  • the first sub passage 234a takes in the measured gas 2 flowing in the main passage 22 from the inlet 231, and returns the taken measured gas 2 to the main passage 22 from the first outlet 232.
  • the first sub passage 234 a extends from the inlet 231 along the flow direction of the measured gas 2 in the main passage 22, and is connected to the first outlet 232.
  • the first sub passage 234a has a branch portion 236 between the inlet 231 and the first outlet 232.
  • the branch portion 236 is provided near the inlet 231 on the upstream side of the measured gas 2 in the forward flow in the first sub passage 234a extending along the central axis 22a of the main passage 22.
  • the measured gas 2 flows along the central axis 22a of the main passage 22 from the air cleaner 21 toward the internal combustion engine 10 during forward flow, as shown in FIG.
  • the measured gas 2 flowing through the main passage 22 is taken into the first sub passage 234a from the inlet 231 at the time of forward flow, flows through the first sub passage 234a toward the first outlet 232, and from the branch portion 236 to the second portion. It flows into the sub passage 234b.
  • the second sub passage groove 252 branches toward the base end portion of the measuring portion 213, that is, the flange 211 at an intermediate position of the first sub passage groove 251, and extends in the longitudinal direction of the measuring portion 213, that is, the central axis 22 a of the main passage 22. They extend in a direction intersecting with each other, for example, a direction substantially orthogonal to the central axis 22a. Further, the second sub passage groove 252 is bent back toward the tip portion 213a in the vicinity of the flange 211 of the measuring portion 213, for example, curved in a U shape or an arc shape, and the second sub passage groove 252 extends in the longitudinal direction of the measuring portion 213, that is, in the main passage 22. It extends in a direction intersecting with the central axis 22a, for example, in a direction substantially orthogonal to the central axis 22a.
  • the second sub passage groove 252 is finally bent toward the downstream end surface 224 of the measuring unit 213 so as to be curved in an arc shape, for example, and is connected to the second outlet 233.
  • the second outlet 233 is opened so as to face the downstream side in the flow direction of the measured gas 2 in the main passage 22.
  • the second outlet 233 has an opening area that is substantially the same as or slightly larger than that of the first outlet 232, and is formed at a position adjacent to the first outlet 232 on the proximal end side in the longitudinal direction of the measuring unit 213.
  • the second sub-passage groove 252 forms a second sub-passage 234b between the cover 202 and the first sub-passage 234a, which branches toward the flange 211 and reaches the second outlet 233.
  • the second auxiliary passage 234b allows the measured gas 2 branched and flown from the first auxiliary passage 234a to pass therethrough and returns from the second outlet 233 to the main passage 22.
  • the second sub passage 234b has a path that reciprocates along the longitudinal direction of the measuring unit 213. More specifically, the second auxiliary passage 234b has, for example, a straight upstream portion 237, an arcuate or U-shaped curved portion 238, and a straight downstream portion 239.
  • the upstream portion 237 is branched from, for example, the branch portion 236 of the first sub passage 234a, and extends straight in a straight line in a direction intersecting with the central axis 22a of the main passage 22.
  • the upstream portion 237 extends, for example, in a direction substantially orthogonal to the central axis 22a of the main passage 22, that is, in a direction from the branch portion 236 of the first auxiliary passage 234a toward the flange 211.
  • the curved portion 238 is connected to the downstream end of the upstream portion 237 near the flange 211, for example, and is curved so as to be folded back toward the central axis 22a of the main passage 22.
  • the curved portion 238 has, for example, an arc shape or a U shape, and is curved so that the second sub passage 234b is folded back 180 degrees in the opposite direction.
  • the downstream portion 239 is connected to, for example, the downstream end of the curved portion 238 near the flange 211, and extends substantially straight in a straight line toward the central axis 22a of the main passage 22.
  • the downstream portion 239 extends, for example, substantially parallel to the upstream portion 237 toward the tip portion 213a of the measurement portion 213, and extends toward the downstream side of the branch portion 236 in the first auxiliary passage 234a.
  • the downstream portion 239 is curved near the second outlet 233 of the tip portion 213a in the direction along the central axis 22a of the main passage 22 and is connected to the second outlet 233.
  • the second auxiliary passage 234b has a curved shape. More specifically, the upstream portion 237 of the second sub passage 234b is branched from the branch portion 236 of the first sub passage 234a and extends in a direction intersecting the central axis 22a of the main passage 22.
  • the curved portion 238 of the second auxiliary passage 234b is curved so as to be folded back from the upstream portion 237 toward the central axis 22a of the main passage 22.
  • the downstream portion 239 of the second auxiliary passage 234b extends from the curved portion 238 toward the central axis 22a of the main passage 22.
  • the curved shape of the second sub passage 234b is formed by the upstream portion 237, the curved portion 238, and the downstream portion 239.
  • the second outlet 233 is omitted, and the downstream portion 239 of the second auxiliary passage 234b is connected to the downstream side of the branch portion 236 of the first auxiliary passage 234a so as to connect the second auxiliary passage 234b. May be joined to the first sub passage 234a.
  • the flow sensor 205 is disposed in the upstream portion 237 of the second sub passage 234b, for example. More specifically, in the upstream portion 237 of the second auxiliary passage 234b, the flow rate sensor 205 is arranged in the intermediate portion between the first auxiliary passage 234a and the curved portion 238. Since the second sub passage 234b has the curved shape as described above, a longer passage length can be secured, and when the measured gas 2 in the main passage 22 pulsates, the flow rate sensor 205 Can be reduced.
  • the sub passage 234 can be formed along the longitudinal direction that is the projecting direction of the measurement unit 213, and the length of the sub passage 234 can be sufficiently long.
  • the physical quantity measuring device 20 can include the auxiliary passage 234 having a sufficient length. Therefore, the physical quantity measuring device 20 can suppress the fluid resistance to a small value and can measure the physical quantity of the measurement target gas 2 with high accuracy.
  • the first sub passage 234a extends from the inlet 231 in the lateral direction of the measuring unit 213, that is, along the central axis 22a of the main passage 22 to reach the first outlet 232, it enters the first sub passage 234a from the inlet 231. Foreign matter such as dust can be directly discharged from the first outlet 232. As a result, it is possible to prevent foreign matter from entering the second auxiliary passage 234b and prevent the flow sensor 205 arranged in the second auxiliary passage 234b from being affected.
  • the inlet 231 and the first outlet 232 of the first auxiliary passage 234a have a larger opening area at the inlet 231 than at the first outlet 232.
  • the measured gas 2 that has flowed into the first sub passage 234a also flows into the second sub passage 234b that is branched in the middle of the first sub passage 234a. You can be surely guided.
  • a protrusion 253 is provided in the vicinity of the inlet 231 of the first auxiliary passage groove 251 at the center position of the inlet 231 in the longitudinal direction of the measuring unit 213.
  • the protrusion 253 divides the size of the inlet 231 into two equal parts in the longitudinal direction of the measuring part 213, and divides the respective opening areas of the two divided inlets 231 from the opening areas of the first outlet 232 and the second outlet 233. I'm making it small.
  • the protrusion 253 restricts the size of the foreign matter that can enter the first sub passage 234a from the inlet 231 to be smaller than the first outlet 232 and the second outlet 233, and the foreign matter can cause the first outlet 232 and the second outlet 232 to enter. It is possible to prevent the 233 from being blocked.
  • the circuit board 207 is housed in a circuit room 235 provided on one side in the lateral direction of the measuring unit 213.
  • the circuit board 207 has a rectangular shape extending along the longitudinal direction of the measurement unit 213, and has a chip package 208, a pressure sensor 204, a temperature/humidity sensor 206, and an intake air temperature sensor on its surface. And 203 are implemented.
  • the circuit board 207 has a mounting portion common to all the sensors and can be commonly used for mounting patterns of various sensors.
  • the surface of the circuit board 207 is arranged, for example, substantially parallel to the measured gas 2 flowing through the main passage 22. As a result, the measuring unit 213 can be made thinner, and the pressure loss of the measured gas 2 flowing through the main passage 22 can be reduced.
  • the chip package 208 is mounted on the circuit board 207.
  • the flow rate sensor 205 and an LSI that is an electronic component that drives the flow rate sensor 205 are mounted and sealed by transfer molding.
  • the electronic components mounted on the chip package 208 form a signal processing unit 260 that processes the output signal of the flow rate sensor 205.
  • a part of the chip package 208 is inserted from the circuit board 207 into the second sub passage 234b at a central position in the longitudinal direction of the circuit board 207 so that the flow sensor 205 is arranged in the second sub passage 234b. It is mounted in a protruding state.
  • the chip package 208 is arranged between the sub passage 234 and the circuit room 235.
  • the circuit chamber 235 and the sub passage 234 are separated, and the flow to the flow rate sensor 205 arranged in the chip package 208 is rate-controlled by the shape of the sub passage 234. Therefore, there is no barrier in the sub-passage 234 that obstructs the flow of the gas to be measured 2, and the stable flow of the gas to be measured 2 can be supplied to the flow rate sensor 205. Therefore, the measuring unit 213 can be downsized while maintaining the flow velocity sensitivity, noise performance, and pulsation characteristics of the flow rate sensor.
  • the flow rate sensor 205 does not necessarily have to be provided in the chip package 208.
  • a part of the circuit board 207 may be projected to arrange the flow sensor 205 in the sub passage 234, or the flow sensor 205 mounted on the circuit board 207 may be arranged in the sub passage 234 by a plate-shaped support. Good.
  • the flow rate sensor 205 and the LSI may be integrally formed on the same semiconductor element or may be formed as separate semiconductor elements.
  • the flow rate sensor 205 is sealed with resin so that at least the flow rate measuring portion on the surface is exposed.
  • the structure in which the LSI is provided on the chip package 208 has been described, the structure may be such that the LSI is mounted on the circuit board 207.
  • An advantage of providing the LSI on the chip package 208 is that the LSI does not have to be mounted on the circuit board 207, which contributes to downsizing of the circuit board 207.
  • the chip package 208 has a concave groove extending along the flow direction of the measured gas 2 in the upstream portion of the second auxiliary passage 234b, and the flow sensor 205 is provided at the bottom of the concave groove.
  • the concave groove of the chip package 208 has a narrowed shape in which the width gradually narrows from both ends in the flow direction of the measured gas 2 flowing in the upstream portion of the second auxiliary passage 234b toward the central portion, and the narrowest central portion.
  • a flow sensor 205 is arranged in the section. With this throttle shape, the measured gas 2 flowing through the auxiliary passage 234 is rectified, and the influence of noise can be reduced.
  • the pressure sensor 204 is mounted on the longitudinal direction proximal end side of the circuit board 207 with respect to the chip package 208, and the temperature/humidity sensor 206 is mounted on the longitudinal direction distal end side of the circuit board 207 with respect to the chip package 208. ..
  • the leads of the intake air temperature sensor 203 are connected to the surface of the circuit board 207.
  • the intake air temperature sensor 203 has a lead connected to a position on the distal end side of the circuit board 207 in the longitudinal direction with respect to the temperature/humidity sensor 206, and a position where the sensor body 203b protrudes from the circuit board 207 in the longitudinal direction and is exposed to the outside of the measurement unit 213. It is implemented to be placed in.
  • the intake air temperature sensor 203 is arranged between the upstream end surface 223 of the measuring portion 213 on the flange 211 side and the step surface 228 of the tip portion 213a.
  • the intake air temperature sensor 203 is mounted on the circuit board 207 and is exposed outside the measuring unit 213.
  • the intake air temperature sensor 203 is composed of an axial lead component having a cylindrical sensor body and a pair of leads projecting from both axial ends of the sensor body in a direction away from each other.
  • the measuring unit 213 is provided with a protector 202a for protecting the intake air temperature sensor 203.
  • the pressure sensor 204 measures the pressure of the measurement target gas 2
  • the flow rate sensor 205 measures the flow rate of the measurement target gas 2.
  • the temperature/humidity sensor 206 measures the humidity of the measured gas 2
  • the intake air temperature sensor measures the temperature of the measured gas 2.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a partial configuration of the physical quantity measurement device 20 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the physical quantity measuring device 20 includes the flow rate sensor 205 that outputs a signal according to the flow rate of gas, and the signal processing unit 260 that processes the output signal of the flow rate sensor 205.
  • the signal processing unit 260 includes the buffer 261, the offset adjustment unit 262, the gain calculation unit 263, the correction calculation unit 264, and the frequency analysis unit 265, as described above.
  • the buffer 261 has a flow rate waveform buffer 261a, an offset waveform buffer 261b, and a correction waveform buffer 261c.
  • the flow rate sensor 205 has a heat generating resistor 205a and a temperature sensitive resistor 205b
  • the signal processing unit 260 has a flow rate measuring unit 266 as in the example shown in FIG. is doing.
  • the signal processing unit 260 has a minimum value detection unit 268a and a maximum value detection unit 268b.
  • the pulsation correction unit 267 and the flow rate output unit 270 shown in FIG. 2 are omitted.
  • the flow rate sensor 205 is mounted on the chip package 208 shown in FIG. 4, and is disposed, for example, in the upstream portion 237 of the auxiliary passage 234 provided in the measuring portion 213 of the housing 201 that constitutes the physical quantity measuring device 20. There is.
  • the flow rate sensor 205 has, for example, a pair of temperature-sensitive resistors 205b on both sides of the heating resistor 205a in the flow direction of the measured gas 2.
  • the flow rate sensor 205 measures the flow rate of the gas based on the temperature difference between the pair of temperature sensitive resistors 205b arranged on the upstream side and the downstream side of the heating resistor 205a in the flow direction of the measured gas 2. It is a thermal type flow meter. Further, the flow rate sensor 205 includes, in addition to the heating resistor 205a and the temperature sensitive resistor 205b, for example, a plurality of fixed resistors (not shown), electrode pads for electrical connection with the outside, and the like. ing.
  • the flow rate measuring unit 266 includes a voltage-flow rate conversion table based on the relationship between the voltage that is the output signal of the flow rate sensor 205 and the flow rate of the gas to be measured 2, and the output signal of the flow rate sensor 205 is measured. Convert to flow data of gas 2.
  • the flow rate measuring unit 266 is configured by, for example, electronic components such as an arithmetic unit and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the flow rate waveform buffer 261a stores, for example, the flow rate data of the measured gas 2 for a predetermined period output from the flow rate measuring unit 266 based on the output signal of the flow rate sensor 205 for the predetermined period.
  • the flow rate waveform buffer 261a is configured by a storage device such as a memory mounted on the chip package 208, for example.
  • the flow rate data stored in the flow rate waveform buffer 261a is sequentially overwritten with new flow rate data output from the flow rate measuring unit 266, for example, as time passes.
  • the minimum value detection unit 268a calculates the minimum value of the flow rate waveform in the graph with the flow rate on the vertical axis and the time on the horizontal axis based on the flow rate data stored in the flow rate waveform buffer 261a for a predetermined period.
  • the minimum value detection unit 268a includes, for example, electronic components such as an arithmetic unit and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the offset adjusting unit 262 adjusts the zero point of the flow rate waveform based on the flow rate data stored in the buffer 261. In the example shown in FIG. 5, the offset adjustment unit 262 sets the minimum value of the flow rate waveform output from the minimum value detection unit 268a as the zero point of the flow rate waveform, and adjusts the zero point of the flow rate waveform.
  • the offset adjusting unit 262 is configured by, for example, electronic components such as an arithmetic unit and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the offset waveform buffer 261b stores the flow rate data of the flow rate waveform whose zero point is adjusted by the offset adjusting unit 262.
  • the offset waveform buffer 261b is configured by a storage device such as a memory mounted on the chip package 208, for example.
  • the maximum value detection unit 268b detects the maximum value of the flow rate waveform after the zero point adjustment (offset) stored in the offset waveform buffer 261b after the zero point is adjusted by the offset adjustment unit 262.
  • the maximum value of the flow rate waveform is, for example, the maximum maximum value of the plurality of maximum values of the flow rate waveform after the offset.
  • the maximum value detection unit 268b is configured by, for example, electronic components such as an arithmetic unit and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the gain calculator 263 calculates a correction gain by which the zero point-adjusted flow rate waveform is multiplied.
  • the gain calculation unit 263 calculates a gain at which the frequency analysis unit 265 does not overflow as the correction gain.
  • the overflow is an arithmetic overflow, and means that the numerical type exceeds the upper limit of the representable value in the operation of the computer and the error caused thereby. Overflow is sometimes referred to as "overflow".
  • the gain calculation unit 263 is configured by, for example, an electronic device such as a calculation device and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the gain calculation unit 263 stores, as a limit value, for example, the maximum numerical value that does not cause an overflow in the frequency analysis unit 265 that stores transient data of frequency analysis calculation and calculation results. That is, when the maximum value of the flow rate waveform for performing the frequency analysis calculation exceeds this limit value, the frequency analysis unit 265 overflows.
  • the gain calculation unit 263 compares, for example, this limit value with the maximum value of the flow rate waveform after offset. Then, the gain calculation unit 263 calculates the correction gain so that the maximum value of the corrected flow waveform obtained by multiplying the corrected flow waveform by the correction gain is equal to or less than the limit value.
  • the gain calculation unit 263 calculates the correction gain, for example, so that the maximum value of the flow rate waveform after the offset flow rate waveform is multiplied by the correction gain is equal to the limit value at which the frequency analysis unit 265 does not overflow. May be.
  • the correction calculation unit 264 multiplies the flow rate waveform whose zero point has been adjusted by the offset adjustment unit 262 by the correction gain calculated by the gain calculation unit 263 and corrects it. More specifically, the correction calculation unit 264 reads the offset flow rate waveform from the offset waveform buffer 261b, and multiplies the corrected flow rate waveform by the correction gain output from the gain calculation unit 263 to obtain the corrected flow rate. Calculate waveform data.
  • the correction calculation unit 264 is configured by, for example, an electronic device such as a calculation device and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the correction waveform buffer 261c stores the flow rate data of the corrected flow rate waveform obtained by multiplying the flow rate waveform after the zero point adjustment by the offset adjustment unit 262, that is, the offset, by the correction gain by the correction calculation unit 264.
  • the maximum value of the flow rate of the corrected flow rate waveform is equal to or lower than the limit value at which the frequency analysis unit 265 does not overflow in the frequency analysis calculation of the frequency analysis unit 265.
  • the frequency analysis unit 265 reads the corrected flow rate waveform from the correction waveform buffer 261c and performs frequency analysis calculation of the flow rate waveform after the correction. Further, the frequency analysis unit 265 stores data obtained by calculation, such as transient data in the middle of calculation and calculation result, as shown in FIG. 2, for example. The frequency analysis unit 265 also stores the calculation result of the frequency analysis calculation in the buffer 261.
  • the frequency analysis unit 265 includes, for example, electronic components such as an arithmetic unit and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the pulsation correction unit 267 reads the result of the frequency analysis calculation by the frequency analysis unit 265 from the buffer 261 as shown in FIG. 2, for example. Further, the pulsation correction unit 267 reads, for example, the flow rate waveform output from the flow rate measurement unit 266 and stored in the flow rate waveform buffer 261a of the buffer 261. Then, the flow rate waveform based on the output signal of the flow rate sensor 205 is corrected based on the result of the frequency analysis calculation by the frequency analysis unit 265.
  • the flow rate output unit 270 outputs the flow rate data of the measured gas 2 after pulsation correction output from the pulsation correction unit 267 via the external terminal of the connector 212, as described above. And outputs it to the outside of the physical quantity measuring device 20.
  • the flow rate output unit 270 is composed of, for example, electronic components such as an arithmetic unit and a storage device mounted on the chip package 208, a program stored in the storage device, and an output terminal.
  • FIG. 6 is graphs (A) to (C) for explaining the processing by the signal processing unit 260 of the physical quantity measuring device 20 shown in FIG.
  • the vertical axis of each graph is the flow rate, and the horizontal axis is the time.
  • Graphs (A) to (C) are a graph of a flow rate waveform before zero point adjustment, a graph of a flow rate waveform after zero point adjustment, and a graph of a flow rate waveform after being multiplied by a correction gain, respectively.
  • the physical quantity measuring device 20 is arranged in the intake body which is the main passage 22 through which the measured gas 2 which is the intake air sucked from the air cleaner 21 of the electronic fuel injection type internal combustion engine control system 1 flows. ..
  • the physical quantity measuring device 20 measures a physical quantity including the flow rate of the measured gas 2 flowing through the main passage 22 and outputs it to the control device 4.
  • the physical quantity measuring device 20 includes the flow rate sensor 205 that outputs a signal according to the flow rate of the measurement target gas 2 and the signal processing unit 260 that processes the output signal of the flow rate sensor 205.
  • the signal processing unit 260 has a buffer 261, an offset adjustment unit 262, a gain calculation unit 263, a correction calculation unit 264, and a frequency analysis unit 265.
  • the buffer 261 stores the flow rate data of the measured gas 2 based on the output signal of the flow rate sensor 205 for a predetermined period.
  • the offset adjustment unit 262 adjusts the zero point of the flow rate waveform based on the flow rate data stored in the buffer 261.
  • the gain calculator 263 calculates the correction gain of the flow rate waveform with the zero point adjusted.
  • the correction calculation unit 264 multiplies the flow rate waveform whose zero point has been adjusted by a correction gain to perform correction.
  • the frequency analysis unit 265 performs a frequency analysis calculation of the corrected flow rate waveform and stores the data obtained by the calculation in the buffer 261. Then, the gain calculation unit 263 calculates, as the correction gain, a gain that does not cause an overflow in the frequency analysis unit 265.
  • the zero point adjustment of the flow rate waveform is performed by the offset adjustment unit 262, so that the flow rate waveform after the offset as shown in the graph (B) of FIG. 6 can be obtained.
  • the gain calculation unit 263 can calculate a correction gain that does not cause an overflow during the frequency analysis calculation by the frequency analysis unit 265. Further, the correction gain is multiplied by the corrected flow rate waveform by the correction calculation unit 264 to obtain a corrected flow rate waveform as shown in the graph (C) of FIG. 6. Further, the frequency analysis unit 265 performs a frequency analysis calculation on the corrected flow rate waveform, so that overflow in the frequency analysis unit 265 can be prevented.
  • the physical quantity measuring device capable of improving the accuracy of the frequency analysis result of the flow rate waveform and reducing the frequency analysis error of the gas flow rate regardless of the pulsation state of the flow rate waveform. 20 can be provided.
  • the signal processing unit 260 stores the flow rate data of gas based on the output signal of the flow rate sensor 205 for a predetermined period in the buffer 261 including the flow rate waveform buffer 261a as described above. To do.
  • the signal processing unit 260 can obtain a flow rate waveform as shown in the graph (A), for example, based on this flow rate data.
  • the signal processing unit 260 has a minimum value detection unit 268a that detects the minimum value Fmin of this flow rate waveform.
  • the offset adjusting unit 262 is configured to set the minimum value Fmin to the zero point of the flow rate waveform, as shown in the graph (B).
  • the zero point adjustment with the minimum value Fmin of the flow rate waveform as shown in the graph (A) as the zero point can be performed to obtain the offset flow rate waveform shown in the graph (B). Accordingly, the frequency analysis by the frequency analysis unit 265 can be performed on the flow rate data without a code.
  • the signal processing unit 260 has a maximum value detection unit 268b that detects the maximum value Fmax of the flow rate waveform after offset in which the zero point shown in the graph (B) is adjusted. ing. Further, the gain calculation unit 263 calculates the correction gain so that the maximum value Fmax of the flow rate waveform after the offset becomes equal to or less than the limit value at which the frequency analysis unit 265 does not cause an overflow in the frequency analysis unit 265.
  • the minimum value Fmin is set to the zero point, and the maximum value Fmax of the flow rate waveform having the zero point adjusted, and the frequency analysis unit 265 at the time of the frequency analysis calculation by the frequency analysis unit 265. It can be compared with a limit value at which overflow does not occur.
  • the maximum value Fmax of the flow rate waveform after offset shown in the graph (B) having the highest risk of causing the frequency analysis unit 265 to overflow can be set to be equal to or less than the above limit value. Therefore, during the frequency analysis calculation by the frequency analysis unit 265, overflow in the frequency analysis unit 265 can be prevented more reliably. Further, with the above configuration, the accuracy of the frequency analysis result of the flow rate waveform can be improved regardless of the pulsation state of the flow rate waveform.
  • the maximum value Fmax of the flow rate waveform after the offset before being multiplied by the correction gain is equal to or larger than the limit value at which the frequency analysis unit 265 does not overflow.
  • the maximum value Fmax of the flow rate waveform after being multiplied by the correction gain becomes a value as large as possible, which is equal to or less than the limit value at which the frequency analysis unit 265 does not overflow.
  • the gain calculator 263 can calculate the correction gain. As a result, the flow rate waveform after being multiplied by the correction gain is prevented from being extremely reduced, and deterioration of amplitude information can be suppressed.
  • the maximum value Fmax of the flow rate waveform after the offset before being multiplied by the correction gain is smaller than the limit value at which the frequency analysis unit 265 does not overflow. ..
  • the correction gain is calculated by the gain calculation unit 263 so that the maximum value Fmax of the flow rate waveform after being multiplied by the correction gain becomes a value as large as possible, which is equal to or less than a limit value at which the overflow does not occur in the frequency analysis unit 265.
  • the buffer 261 has a flow rate waveform buffer 261a, an offset waveform buffer 261b, and a correction waveform buffer 261c.
  • the flow rate waveform buffer 261a stores gas flow rate data based on the output signal of the flow rate sensor 205 for a predetermined period.
  • the offset waveform buffer 261b stores the flow rate data of the flow rate waveform with the zero point adjusted.
  • the correction waveform buffer 261c stores the flow rate data of the corrected flow rate waveform multiplied by the correction gain.
  • the risk of losing the data stored in each of the flow rate waveform buffer 261a, the offset waveform buffer 261b, and the correction waveform buffer 261c can be reduced compared to the case where a single buffer 261 is used. More specifically, when the frequency analysis process is performed in a shorter time than the time corresponding to the buffer length of the frequency analysis, it is possible to prevent the initial data from being lost, and to analyze a part of the analysis data multiple times. It is possible to prevent the processing from being executed.
  • the physical quantity measuring device 20 capable of reducing the frequency analysis error of the gas flow rate.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a partial configuration of the physical quantity measuring device 20 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a graph illustrating an example of processing by the signal processing unit 260 of the physical quantity measuring device 20 shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a graph illustrating another example of processing by the signal processing unit 260 of the physical quantity measuring device 20 shown in FIG. 7.
  • the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment has the intermediate value calculation unit 269a and the maximum absolute value calculation unit 269b in place of the minimum value detection unit 268a and the maximum value detection unit 268b. It is different from the physical quantity measuring device 20.
  • the other points of the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment are the same as those of the physical quantity measuring device 20 according to the first embodiment described above, and therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the signal processing unit 260 has the zero-point correction value Z between the maximum value Fmax and the minimum value Fmin of the flow rate waveform. It has an intermediate value calculation unit 269a for calculating Further, in the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment, the offset adjusting unit 262 sets the zero point correction value Z to the zero point of the flow rate waveform as shown in the graphs (B) of FIGS. 8 and 9.
  • the intermediate value calculation unit 269a and the maximum absolute value calculation unit 269b are configured by, for example, an electronic device such as a calculation device and a storage device mounted on the chip package 208, and a program stored in the storage device.
  • the frequency analysis of the flow rate waveform by the frequency analysis unit 265 can be performed on the signed flow rate data, and the same effect as that of the physical quantity measuring device 20 according to the first embodiment can be obtained.
  • the signal processing unit 260 calculates the maximum absolute value FAmax of the flow rate waveform with the zero point adjusted as shown in the graphs (B) of FIGS. 8 and 9. It has a value calculator 269b. Further, in the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment, the gain calculation unit 263 causes the maximum absolute value FAmax of the flow rate waveform with the zero point adjusted as shown in the graphs (B) of FIGS. 8 and 9 to be the frequency analysis unit. By the frequency analysis calculation of H.265, the correction gain is calculated so as to be equal to or less than the limit value at which the overflow does not occur in the frequency analysis unit 265.
  • the maximum absolute value FAmax of the flow rate waveform after offset with the zero point adjusted shown in the graphs (B) of FIGS. 8 and 9 is the absolute value of the flow rate corresponding to each flow rate data of the flow rate waveform after offset.
  • the value FA is the absolute value FA of the maximum flow rate within the predetermined period.
  • the maximum value detection unit 268b detects, for example, a plurality of maximum values and a plurality of minimum values of the flow waveform after offset, and detects the maximum value and the absolute value FA of the flow rate of the minimum value among the detected absolute values FA.
  • the maximum value is calculated as the maximum absolute value FAmax.
  • the frequency analysis of the flow rate waveform by the frequency analysis unit 265 can be performed on the signed flow rate data to prevent the overflow in the frequency analysis unit 265, and the physical quantity according to the first embodiment described above.
  • the same effect as the measuring device 20 can be obtained.
  • the intermediate value calculation unit 269a sets the maximum value Fmax of the flow rate waveform as the zero point correction value Z of the flow rate waveform of the graph (A), as shown in FIG.
  • the average value of the minimum value Fmin is calculated.
  • the correction gain calculated by the gain calculation unit 263 can be calculated based on the maximum absolute value FAmax of the maximum value Fmax and the minimum value Fmin of the flow rate waveform that has a high risk of causing an overflow in the frequency analysis unit 265. .. Therefore, the frequency analysis of the flow rate waveform by the frequency analysis unit 265 can be performed on the signed flow rate data, and the overflow in the frequency analysis unit 265 can be more reliably prevented.
  • the intermediate value calculation unit 269a calculates the average value of the flow rate waveform as the zero point correction value Z of the flow rate waveform of the graph (A) as shown in FIG. 9, for example. To do.
  • the correction gain calculated by the gain calculation unit 263 can be calculated based on the maximum absolute value FAmax of the maximum value Fmax or the minimum value Fmin of the flow rate waveform that has a high risk of causing an overflow in the frequency analysis unit 265. .. Therefore, the frequency analysis of the flow rate waveform by the frequency analysis unit 265 can be performed on the signed flow rate data, and the overflow in the frequency analysis unit 265 can be more reliably prevented.
  • the physical quantity measuring device 20 capable of reducing the frequency analysis error of the gas flow rate, as in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of part of the physical quantity measurement device 20 according to the third embodiment.
  • the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment is different from the physical quantity measuring device 20 according to the second embodiment shown in FIG. 7 in that it has a common buffer 261d instead of the offset waveform buffer 261b and the correction waveform buffer 261c.
  • the other points of the physical quantity measuring device 20 of the present embodiment are the same as those of the physical quantity measuring device 20 according to the second embodiment described above, and therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the buffer 261 has a flow rate waveform buffer 261a and a common buffer 261d.
  • the flow rate waveform buffer 261a stores the flow rate data of gas based on the output signal of the flow rate sensor 205 for a predetermined period, as described above.
  • the common buffer 261d stores the flow rate data of the flow rate waveform after the offset whose zero point is adjusted by the offset adjusting unit 262. Further, the common buffer 261d overwrites and stores the flow rate data after the offset with the flow rate data of the flow rate waveform obtained by multiplying the correction gain by the correction calculation unit 264.

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Abstract

従来よりも気体流量の周波数解析誤差を低減することができる物理量測定装置を提供する。 流量センサ２０５と信号処理部２６０を備える物理量測定装置２０である。 信号処理部２６０はバッファ２６１とオフセット調整部２６２とゲイン演算部２６３と補正演算部２６４と周波数解析部２６５とを有する。バッファ２６１は所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づく流量データを記憶する。オフセット調整部２６２は流量波形のゼロ点を調整する。ゲイン演算部２６３はゼロ点調整後の流量波形の補正ゲインを算出する。補正演算部２６４はゼロ点調整後の流量波形に補正ゲインを乗じて補正する。周波数解析部２６５は補正された流量波形の周波数解析演算を行うとともに演算で得られたデータをバッファ２６１に記憶させる。ゲイン演算部２６３は周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない補正ゲインを算出する。

Description

物理量測定装置
　本開示は、物理量測定装置に関する。
　従来から周波数出力方式の空気流量計から出力された波形を計測し、流量演算する電子機器の波形計測方法および流量演算方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された発明は、過渡領域での応答遅れと周期と流量の関係が非線形であることによる流量検出誤差を低減することを目的としている（同文献、第０００７段落等を参照）。
　この目的を達成するために、特許文献１に記載された発明は、空気流量計の周波数出力信号に対して、所定時間間隔内の全波形の平均周期を算出し、平均周期を元に流量に変換する。これにより、エイリアシングの影響による流量検出誤差を低減し、さらに過渡領域において微分補正をすることで、応答遅れを低減する。また、平均周期を算出後に流量に変換して流量を算出するのではなく、空気流量計の信号を１周期毎に流量に変換し、流量の単位で平均処理を行う。これにより、周期と流量の非線形性による流量検出誤差を低減する（同文献、第０００８段落等を参照）。
　特許文献１に記載された発明によれば、所定時間間隔内の全出力波形の平均値を元に流量を求めるために、あらゆる周波数の吸気脈動時であっても、エイリアシングによる流量検出誤差を低減可能である。吸気脈動はピストンの上下運動と、吸気管の共振から生じる現象であるため、エイリアシングを懸念して、特定の周波数を回避するための吸気管の設計が不要となる。それは、同時に空気流量演算周期を吸気脈動周期とは分離して、自由に設定することが可能であることを意味する（同文献、第０００９段落等を参照）。
特開２０１１－０５２９６４号公報
　前記従来の技術では、空気流量の増減に依存することなく、所定時間間隔内の全波形の平均周期を算出し、平均周期を元に流量に変換する処理が一様に行われる。このような一様な処理を行う場合、たとえば、空気流量の振幅が小さい場合など、特定の条件の下で、空気流量の周波数解析誤差が増大するおそれがある。
　本開示は、従来よりも気体流量の周波数解析誤差を低減することができる物理量測定装置を提供する。
　本開示の一態様は、気体の流量に応じた信号を出力する流量センサと、該流量センサの出力信号を処理する信号処理部とを備える物理量測定装置であって、前記信号処理部は、所定期間の前記出力信号に基づく前記気体の流量データを記憶するバッファと、前記バッファに記憶された前記流量データに基づく流量波形のゼロ点を調整するオフセット調整部と、前記ゼロ点が調整された前記流量波形に乗じる補正ゲインを算出するゲイン演算部と、前記ゼロ点が調整された前記流量波形に前記補正ゲインを乗じて補正する補正演算部と、補正された前記流量波形の周波数解析演算を行うとともに演算で得られたデータを前記バッファに記憶させる周波数解析部と、を有し、前記ゲイン演算部は、前記周波数解析部でオーバーフローが生じない前記補正ゲインを算出することを特徴とする物理量測定装置である。
　本開示の一態様によれば、気体流量の周波数解析誤差を低減することが可能な物理量測定装置を提供することができる。
電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムの一例を示すシステム図。 図１に示す内燃機関制御システムに使用される物理量測定装置のブロック図。 図１に示す内燃機関制御システムに使用される物理量測定装置の正面図。 図３に示す物理量測定装置のカバーを取り外した状態の正面図。 実施形態１に係る物理量測定装置の一部の構成を示すブロック図。 図５に示す物理量測定装置の信号処理部による処理を説明するグラフ。 実施形態２に係る物理量測定装置の一部の構成を示すブロック図。 図７に示す物理量測定装置の信号処理部による処理の一例を説明するグラフ。 図７に示す物理量測定装置の信号処理部による処理の一例を説明するグラフ。 実施形態３に係る物理量測定装置の一部の構成を示すブロック図。
　以下、図面を参照して本開示に係る物理量測定装置の実施形態を説明する。
（実施形態１）
　図１は、本開示の実施形態１に係る物理量測定装置２０を使用した電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム１のシステム図である。
　内燃機関制御システム１において、エンジンシリンダ１１とエンジンピストン１２を備える内燃機関１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体２としてエアクリーナ２１から吸入される。吸入空気は、主通路２２である吸気ボディと、スロットルボディ２３と、吸気マニホールド２４を介してエンジンシリンダ１１の燃焼室に導かれる。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体２の物理量は、物理量測定装置２０で測定される。さらに、物理量測定装置２０で測定された物理量に基づいて、燃料噴射弁１４より燃料が供給され、吸入空気と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。
　なお、本実施形態では、燃料噴射弁１４は内燃機関１０の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気に混合され、その燃料と吸入空気との混合気が、吸気弁１５を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。燃焼室に導かれた混合気は、燃料と空気とが混合された状態であり、点火プラグ１３の火花着火によって爆発的に燃焼して機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁１６から排気管に導かれ、排気ガス３として排気管から車外に排出される。
　燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体２の流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ２５により制御される。また、燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御される。スロットルバルブ２５の開度を制御して燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関１０が発生する機械エネルギを制御することができる。
　物理量測定装置２０は、エアクリーナ２１を介して取り込まれて主通路２２を流れる吸入空気である被計測気体２の流量、温度、湿度、圧力などの物理量を測定する。物理量測定装置２０は、吸入空気の物理量に応じた電気信号を出力する。物理量測定装置２０の出力信号は制御装置４に入力される。
　また、スロットルバルブ２５の開度を計測するスロットル角度センサ２６の出力が制御装置４に入力され、さらに内燃機関１０のエンジンピストン１２や吸気弁１５や排気弁１６の位置や状態、さらに内燃機関１０の回転速度を計測するために、回転角度センサ１７の出力が、制御装置４に入力される。排気ガス３の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ２８の出力が制御装置４に入力される。
　制御装置４は、物理量測定装置２０の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１７の出力に基づき計測された内燃機関１０の回転速度とに基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これらの演算結果に基づいて、燃料噴射弁１４から供給される燃料量、また点火プラグ１３により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際には、さらに物理量測定装置２０で測定される温度や、スロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ２８で計測された空燃比の状態に基づいて、きめ細かく制御されている。制御装置４は、さらに内燃機関１０のアイドル運転状態において、スロットルバルブ２５をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ２７により制御し、アイドル運転状態での内燃機関１０の回転速度を制御する。
　内燃機関１０の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも物理量測定装置２０の出力を主パラメータとして演算される。したがって、物理量測定装置２０の測定精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、物理量測定装置２０により測定される被計測気体２である吸入空気の物理量の測定精度の向上が極めて重要である。また、物理量測定装置２０が高い信頼性を維持していることも大切である。
　物理量測定装置２０が搭載される車両は、温度や湿度の変化が大きい環境で使用される。物理量測定装置２０は、その使用環境における温度や湿度の変化への対応や、塵埃や汚染物質などへの対応も、考慮されていることが望ましい。また、物理量測定装置２０は、内燃機関１０からの発熱の影響を受ける吸気管に装着される。このため、内燃機関１０の発熱が主通路２２である吸気管を介して物理量測定装置２０に伝わる。物理量測定装置２０は、被計測気体と熱伝達を行うことにより被計測気体の流量を測定するので、外部からの熱の影響をできるだけ抑制することが重要である。
　車両に搭載される物理量測定装置２０は、以下で説明するように、単に発明が解決しようとする課題の欄に記載された課題を解決し、発明の効果の欄に記載された効果を奏するだけではない。以下で説明するように、物理量測定装置２０は、上述した様々な課題を十分に考慮し、製品として求められている様々な課題を解決し、種々の効果を奏している。
物理量測定装置２０が解決する具体的な課題や奏する具体的な効果は、以下の実施形態に関する記載の中で説明する。
　図２は、図１に示す物理量測定装置２０の特徴部分の構成を説明するブロック図である。詳細については後述するが、本実施形態の物理量測定装置２０は、次のような構成を特徴としている。
　物理量測定装置２０は、被計測気体２の流量に応じた信号を出力する流量センサ２０５と、その流量センサ２０５の出力信号を処理する信号処理部２６０とを備える。信号処理部２６０は、バッファ２６１、オフセット調整部２６２、ゲイン演算部２６３、補正演算部２６４、および周波数解析部２６５を有している。バッファ２６１は、所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づく被計測気体２の流量データを記憶する。オフセット調整部２６２は、バッファ２６１に記憶された上記流量データに基づく流量波形のゼロ点を調整する。ゲイン演算部２６３は、ゼロ点が調整された流量波形に乗じる補正ゲインを算出する。補正演算部２６４は、ゼロ点が調整された流量波形に補正ゲインを乗じて補正する。周波数解析部２６５は、補正された流量波形の周波数解析演算を行うとともに演算で得られたデータをバッファ２６１に記憶させる。そして、ゲイン演算部２６３は、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じないゲインを上記補正ゲインとして算出する。
　図２に示す例において、信号処理部２６０は、さらに、流量測定部２６６と、脈動補正部２６７と、を有している。また、図２に示す例において、物理量測定装置２０は、流量出力部２７０を備えている。流量測定部２６６は、たとえば、流量センサ２０５の出力信号と被計測気体２の流量との関係を記録した変換テーブルを備え、流量センサ２０５の出力信号を被計測気体２の流量データに変換する。
　脈動補正部２６７は、流量測定部２６６によって変換された被計測気体２の流量データと、周波数解析部２６５による周波数解析の結果に基づいて、被計測気体２の流量波形の脈動補正を行い、補正された被計測気体２の流量データを流量出力部２７０へ入力する。
流量出力部２７０は、信号処理部２６０から入力された脈動補正後の被計測気体２の流量データを、外部端子を介して物理量測定装置２０の外部へ出力する。
　以下、図３および図４を参照して、本実施形態の物理量測定装置２０の構成を詳細に説明する。図３は、図１に示す物理量測定装置２０の正面図である。図４は、図３の物理量測定装置２０のカバー２０２を取り外した状態の正面図である。なお、図４では、回路基板２０７を封止する封止材の図示を省略している。
　物理量測定装置２０は、主通路２２の通路壁に設けられた取り付け孔から主通路２２の内部に挿入されて利用される。物理量測定装置２０は、ハウジング２０１と、ハウジング２０１に取り付けられるカバー２０２とを備えている。ハウジング２０１は、合成樹脂製材料を射出成形することによって構成されており、カバー２０２は、たとえばアルミニウム合金などの導電性材料からなる板状部材によって構成されている。カバー２０２は、薄い板状に形成されて、広い平坦な冷却面を有している。
　ハウジング２０１は、主通路２２である吸気ボディに固定されるフランジ２１１と、フランジ２１１から突出して外部機器との電気的な接続を行うために吸気ボディから外部に露出するコネクタ２１２と、フランジ２１１から主通路２２の中心に向かって突出するように延びる計測部２１３を有している。
　フランジ２１１は、たとえば、所定の板厚からなる平面視略矩形状を有しており、角部に貫通孔を有している。フランジ２１１は、たとえば、角部の貫通孔に固定ネジが挿通されて主通路２２のネジ穴に螺入されることにより、主通路２２に固定される。
　コネクタ２１２は、たとえば、その内部に４本の外部端子と、補正用端子とが設けられている。外部端子は、物理量測定装置２０の計測結果である流量や温度などの物理量を出力するための端子および物理量測定装置２０が動作するための直流電力を供給するための電源端子である。補正用端子は、生産された物理量測定装置２０の計測を行い、それぞれの物理量測定装置２０に関する補正値を求めて、物理量測定装置２０内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する端子である。
　計測部２１３は、フランジ２１１から主通路２２の中心方向に向かって延びる薄くて長い形状を成し、幅広な正面２２１と背面、および幅狭な一対の側面である上流端面２２３と下流端面２２４を有している。計測部２１３は、たとえば、主通路２２に設けられた取り付け孔から内部に挿入され、フランジ２１１を主通路２２に当接させてねじで主通路２２に固定することで、フランジ２１１を介して主通路２２に固定される。
　計測部２１３は、物理量測定装置２０を主通路２２に取り付けた状態で、主通路２２の内壁から主通路２２の中心軸２２ａに向かって突出している。そして、正面２２１と背面が主通路２２の中心軸２２ａに沿って平行に配置され、計測部２１３の幅狭な上流端面２２３と下流端面２２４のうち計測部２１３の短手方向一方側の上流端面２２３が主通路２２の上流側を向くように配置され、計測部２１３の短手方向他方側の下流端面２２４が主通路２２の下流側を向くように配置される。
　計測部２１３の正面２２１は、短手方向に沿って上流端面２２３から下流端面２２４まで平坦である。一方、計測部２１３の背面は、下流端面２２４側の角部が面取りされており、かつ、短手方向中間位置から下流端面２２４まで移行するにしたがって正面に漸次接近する方向に傾斜している。これにより、計測部２１３の断面形状は、いわゆる流線型になっている。したがって、主通路２２の上流から流れてきた被計測気体２を計測部２１３の正面２２１および背面に沿って円滑に下流に導くことができ、被計測気体２に対する計測部２１３の流体抵抗を小さくすることができる。
　計測部２１３は、突出方向の端部が段差状に形成されており、物理量測定装置２０を主通路２２に取り付けた状態で、主通路２２の上流側の下面２２６と、主通路２２の下流側の下面２２７とを有している。計測部２１３は、上流側の下面２２６よりも下流側の下面２２７の方が突出方向に突出し、上流側の下面２２６と下流側の下面２２７との間を結ぶ段差面２２８が主通路２２の上流側を向くように配置される。
　また、計測部２１３は、フランジ２１１と反対側で上流側の下面２２６よりも突出した先端部２１３ａの段差面２２８に、吸入空気などの被計測気体２の一部を計測部２１３内の副通路に取り込むための入口２３１が開口して設けられている。そして、計測部２１３の先端部２１３ａの下流端面２２４には、計測部２１３内の副通路に取り込んだ被計測気体２を主通路２２に戻すための第１出口２３２および第２出口２３３が開口して設けられている。
　つまり、計測部２１３は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の上流側に向けて配置される第１壁部としての上流端面２２３を有する。また、計測部２１３は、第１壁部としての上流端面２２３よりも主通路２２における被計測気体２の流れ方向の下流側の位置において被計測気体２の流れ方向の上流側に向けて配置される第２壁部として先端部２１３ａの段差面２２８を有する。この先端部２１３ａの段差面２２８に、副通路の入口２３１が開口している。
　物理量測定装置２０は、副通路の入口２３１が、フランジ２１１から主通路２２の中心方向に向かって延びる計測部２１３の先端部２１３ａに設けられているので、主通路２２の内壁面近傍ではなく、内壁面から離れた中央部に近い部分の気体を副通路に取り込むことができる。このため、物理量測定装置２０は、主通路２２の内壁面から離れた部分の気体の流量を測定することができ、熱などの影響による計測精度の低下を抑制できる。
　主通路２２の内壁面近傍では、主通路２２の温度の影響を受け易く、気体の本来の温度に対して被計測気体２の温度が異なる状態となり、主通路２２内の主気体の平均的な状態と異なることになる。特に主通路２２がエンジンの吸気ボディである場合は、エンジンからの熱の影響を受け、高温に維持されていることが多い。このため主通路２２の内壁面近傍の気体は、主通路２２の本来の気温に対して高いことが多く、計測精度を低下させる要因となる。また、主通路２２の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路２２の平均的な流速に比べ、流速が低くなる。このため、主通路２２の内壁面近傍の気体を被計測気体２として副通路に取り込むと、主通路２２の平均的な流速に対する流速の低下が計測誤差につながるおそれがある。
　物理量測定装置２０は、フランジ２１１から主通路２２の中央に向かって延びる薄くて長い計測部２１３の先端部２１３ａに入口２３１が設けられているので、主通路２２の内壁面近傍の流速低下に関係する計測誤差を低減できる。また、物理量測定装置２０は、フランジ２１１から主通路２２の中央に向かって延びる計測部２１３の先端部２１３ａに入口２３１が設けられているだけでなく、副通路の第１出口２３２および第２出口２３３も計測部２１３の先端部２１３ａに設けられているので、さらに計測誤差を低減することができる。
　物理量測定装置２０は、計測部２１３が主通路２２の外壁から中央に向かう軸に沿って長く伸びる形状を成しているが、上流端面２２３および下流端面２２４の幅は、正面２２１の幅よりも狭く、計測部２１３が板状の形状を成している。これにより、物理量測定装置２０は、被計測気体２に対しては流体抵抗を小さい値に抑えることができる。
　計測部２１３には、副通路２３４を形成するための副通路溝２５０と、回路基板２０７を収容するための回路室２３５が設けられている。回路室２３５と副通路溝２５０は、計測部２１３の正面に凹設されており、計測部２１３の短手方向一方側と他方側に分かれて配置されている。回路室２３５は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の上流側の位置に配置され、副通路２３４は、回路室２３５よりも主通路２２における被計測気体２の流れ方向の下流側の位置に配置される。なお、主通路２２における被計測気体２の流れ方向において、回路室２３５の上流側の壁部の上流側の面を、計測部２１３の上流端面２２３とすることで省スペース化が可能となる。
　副通路溝２５０は、カバー２０２との協働により副通路２３４を形成する。副通路２３４は、計測部２１３の突出方向である計測部２１３の長手方向に沿って延在して設けられている。副通路２３４を形成する副通路溝２５０は、第１副通路溝２５１と、第１副通路溝２５１の途中で分岐する第２副通路溝２５２とを有している。
　第１副通路溝２５１は、計測部２１３の先端部２１３ａの段差面２２８に開口する入口２３１と、計測部２１３の先端部２１３ａの下流端面２２４に開口する第１出口２３２との間に亘って、計測部２１３の短手方向に沿って延在するように形成されている。入口２３１は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の上流側を向くように開口されている。第１副通路溝２５１は、カバー２０２との間に、入口２３１から主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びて第１出口２３２に至る第１副通路２３４ａを形成する。
　第１副通路２３４ａは、主通路２２内を流れる被計測気体２を入口２３１から取り込み、その取り込んだ被計測気体２を第１出口２３２から主通路２２に戻す。第１副通路２３４ａは、入口２３１から主通路２２内における被計測気体２の流れ方向に沿って延在し、第１出口２３２に接続されている。第１副通路２３４ａは、入口２３１と第１出口２３２との間に分岐部２３６を有している。
　分岐部２３６は、主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる第１副通路２３４ａにおいて、順流時の被計測気体２の上流側で入口２３１の近傍に設けられている。ここで、被計測気体２は、順流時に、図１に示すように、エアクリーナ２１から内燃機関１０へ向けて主通路２２の中心軸２２ａに沿って流れる。主通路２２を流れる被計測気体２は、順流時に、入口２３１から第１副通路２３４ａに取り込まれ、第１副通路２３４ａ内を第１出口２３２へ向けて流れるととともに、分岐部２３６から第２副通路２３４ｂへ流入する。
　第２副通路溝２５２は、第１副通路溝２５１の途中位置で計測部２１３の基端部すなわちフランジ２１１へ向けて分岐して、計測部２１３の長手方向すなわち主通路２２の中心軸２２ａに交差する方向、たとえば中心軸２２ａにおおむね直交する方向に延びている。
さらに、第２副通路溝２５２は、計測部２１３のフランジ２１１の近傍で先端部２１３ａへ向けて、たとえばＵ字状または円弧状に湾曲して折り返し、計測部２１３の長手方向すなわち主通路２２の中心軸２２ａに交差する方向、たとえば中心軸２２ａにおおむね直交する方向に延びている。
　第２副通路溝２５２は、最終的に、計測部２１３の下流端面２２４へ向けて、たとえば円弧状に湾曲するように曲折し、第２出口２３３に接続されている。第２出口２３３は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の下流側を向くように開口されている。第２出口２３３は、第１出口２３２とほぼ同等または若干大きい開口面積を有しており、第１出口２３２よりも計測部２１３の長手方向の基端部側に隣接した位置に形成されている。
第２副通路溝２５２は、カバー２０２との間に、第１副通路２３４ａからフランジ２１１へ向けて分岐して第２出口２３３に至る第２副通路２３４ｂを形成する。
　第２副通路２３４ｂは、第１副通路２３４ａから分岐されて流れ込んだ被計測気体２を通過させて第２出口２３３から主通路２２に戻す。第２副通路２３４ｂは、計測部２１３の長手方向に沿って往復する経路を有する。より詳細には、第２副通路２３４ｂは、たとえば、直線状の上流部２３７と、円弧状またはＵ字状の湾曲部２３８と、直線状の下流部２３９とを有している。
　上流部２３７は、たとえば、第１副通路２３４ａの分岐部２３６から分岐され、主通路２２の中心軸２２ａに交差する方向におおむね直線状にまっすぐ延びている。上流部２３７は、たとえば、主通路２２の中心軸２２ａにおおむね直交する方向、すなわち第１副通路２３４ａの分岐部２３６からフランジ２１１へ向かう方向へ延びている。
　湾曲部２３８は、たとえば、フランジ２１１の近傍で上流部２３７の下流側の端部に接続され、主通路２２の中心軸２２ａに向けて折り返すように湾曲している。湾曲部２３８は、たとえば、円弧状またはＵ字状の形状を有し、第２副通路２３４ｂを１８０度、逆方向に折り返すように湾曲している。
　下流部２３９は、たとえば、フランジ２１１の近傍で湾曲部２３８の下流側の端部に接続され、主通路２２の中心軸２２ａに向けておおむね直線状にまっすぐに延びている。下流部２３９は、たとえば、上流部２３７とおおむね平行に計測部２１３の先端部２１３ａへ向けて延び、第１副通路２３４ａにおける分岐部２３６よりも下流側へ向けて延びている。下流部２３９は、先端部２１３ａの第２出口２３３の近傍で主通路２２の中心軸２２ａに沿う方向に湾曲して、第２出口２３３に接続されている。
　第２副通路２３４ｂは、湾曲形状を有している。より具体的には、第２副通路２３４ｂの上流部２３７は、第１副通路２３４ａの分岐部２３６から分岐され、主通路２２の中心軸２２ａに交差する方向に延びている。第２副通路２３４ｂの湾曲部２３８は、上流部２３７から主通路２２の中心軸２２ａに向けて折り返すように湾曲している。第２副通路２３４ｂの下流部２３９は、湾曲部２３８から主通路２２の中心軸２２ａに向けて延びている。これら上流部２３７と湾曲部２３８と下流部２３９とによって、第２副通路２３４ｂの湾曲形状が形成されている。
　なお、図示は省略するが、たとえば、第２出口２３３を省略し、第１副通路２３４ａの分岐部２３６よりも下流側に第２副通路２３４ｂの下流部２３９を接続させ、第２副通路２３４ｂを第１副通路２３４ａに合流させてもよい。
　第２副通路２３４ｂは、たとえば上流部２３７に流量センサ２０５が配置されている。
より詳細には、第２副通路２３４ｂの上流部２３７において、流量センサ２０５は、第１副通路２３４ａと湾曲部２３８の中間部に配置されている。第２副通路２３４ｂは、上記のような湾曲形状を有することで、通路長さをより長く確保することができ、主通路２２内の被計測気体２に脈動が生じた場合に、流量センサ２０５への影響を小さくすることができる。
　上記構成によれば、計測部２１３の突出方向である長手方向に沿って副通路２３４を形成することができ、副通路２３４の長さを十分に長く確保できる。これにより、物理量測定装置２０は、十分な長さの副通路２３４を備えることができる。したがって、物理量測定装置２０は、流体抵抗を小さい値に抑えられるとともに高い精度で被計測気体２の物理量を計測することが可能である。
　第１副通路２３４ａは、入口２３１から計測部２１３の短手方向すなわち主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びて第１出口２３２に至るので、入口２３１から第１副通路２３４ａ内に侵入した塵埃などの異物をそのまま第１出口２３２から排出させることができる。これにより、異物が第２副通路２３４ｂに侵入するのを抑制し、第２副通路内２３４ｂに配置された流量センサ２０５に影響を与えるのを抑制することができる。
　第１副通路２３４ａの入口２３１と第１出口２３２は、入口２３１の方が第１出口２３２よりも大きな開口面積を有している。入口２３１の開口面積を第１出口２３２よりも大きくすることによって、第１副通路２３４ａに流入した被計測気体２を、第１副通路２３４ａの途中で分岐している第２副通路２３４ｂにも確実に導くことができる。
　第１副通路溝２５１の入口２３１の近傍には、計測部２１３の長手方向における入口２３１の中央位置に突起部２５３が設けられている。突起部２５３は、入口２３１の大きさを計測部２１３の長手方向に二等分し、二等分された入口２３１のそれぞれの開口面積を第１出口２３２および第２出口２３３の開口面積よりも小さくしている。突起部２５３は、入口２３１から第１副通路２３４ａに侵入可能な異物の大きさを第１出口２３２および第２出口２３３よりも小さいものだけに規制し、異物によって第１出口２３２や第２出口２３３が塞がれるのを防ぐことができる。
　回路基板２０７は、計測部２１３の短手方向一方側に設けられた回路室２３５に収容されている。回路基板２０７は、計測部２１３の長手方向に沿って延在する長方形の形状を有しており、その表面には、チップパッケージ２０８と、圧力センサ２０４と、温湿度センサ２０６と、吸気温度センサ２０３とが実装されている。回路基板２０７は、すべてのセンサに共通する搭載部を有しており、様々なセンサの実装パターンに対して共通して利用可能である。回路基板２０７の表面は、たとえば、主通路２２を流れる被計測気体２にほぼ平行に配置される。これにより、計測部２１３の薄型化が可能になり、主通路２２を流れる被計測気体２の圧力損失を低減することができる。
　チップパッケージ２０８は、回路基板２０７に実装されている。チップパッケージ２０８には、たとえば、流量センサ２０５、流量センサ２０５を駆動する電子部品であるＬＳＩが実装され、トランスファーモールドにより封止されている。このチップパッケージ２０８に実装された電子部品によって、流量センサ２０５の出力信号を処理する信号処理部２６０が構成されている。チップパッケージ２０８は、第２副通路２３４ｂ内に流量センサ２０５が配置されるように、回路基板２０７の長手方向の中央位置で回路基板２０７から第２副通路２３４ｂ内にチップパッケージ２０８の一部が突出した状態で実装されている。
　チップパッケージ２０８は、副通路２３４と回路室２３５との間に亘って配置されている。これにより、回路室２３５と副通路２３４が分離され、チップパッケージ２０８に配置された流量センサ２０５への流れが副通路２３４の形状によって律速される。そのため、副通路２３４内に被計測気体２の流れを阻害する障壁物がない構成となり、被計測気体２の安定的な流れを流量センサ２０５へ供給することができる。したがって、流量センサの流速感度、ノイズ性能や脈動特性を維持しつつ、計測部２１３を小型化することが可能である。
　なお、流量センサ２０５は、必ずしもチップパッケージ２０８に設けられている必要はない。たとえば、回路基板２０７の一部を突出させて流量センサ２０５を副通路２３４に配置してもよく、回路基板２０７に実装された流量センサ２０５を板状の支持体によって副通路２３４に配置してもよい。
　流量センサ２０５とＬＳＩは同一半導体素子に一体に形成されていても、別の半導体素子として形成されていてもよい。流量センサ２０５は、表面の流量計測部が少なくとも露出するように樹脂によって封止されている。チップパッケージ２０８にＬＳＩを設ける構造について説明したが、回路基板２０７にＬＳＩを搭載する構造としてもよい。チップパッケージ２０８にＬＳＩを設ける利点としては、回路基板２０７にＬＳＩを搭載しなくてもよいことから、回路基板２０７の小型化に寄与する点である。
　チップパッケージ２０８は、第２副通路２３４ｂの上流部における被計測気体２の流れ方向に沿って延びる凹溝を有し、この凹溝の底部に流量センサ２０５を備えている。チップパッケージ２０８の凹溝は、第２副通路２３４ｂの上流部を流れる被計測気体２の流れ方向における両端部から中央部へ向けて徐々に幅が狭まる絞り形状を有し、最も幅が狭い中央部に流量センサ２０５が配置されている。この絞り形状により、副通路２３４を流れる被計測気体２が整流され、ノイズの影響を低減することができる。
　圧力センサ２０４は、チップパッケージ２０８よりも回路基板２０７の長手方向基端部側に実装されており、温湿度センサ２０６は、チップパッケージ２０８よりも回路基板２０７の長手方向先端側に実装されている。そして、回路基板２０７の表面には、吸気温度センサ２０３のリードが接続されている。吸気温度センサ２０３は、温湿度センサ２０６よりも回路基板２０７の長手方向先端側の位置にリードが接続され、センサ本体２０３ｂが回路基板２０７から長手方向にはみ出して計測部２１３の外部に露出した位置に配置されるように実装されている。
　吸気温度センサ２０３は、計測部２１３のフランジ２１１側の上流端面２２３と、先端部２１３ａの段差面２２８との間に配置されている。吸気温度センサ２０３は、回路基板２０７に実装され、計測部２１３の外に露出して設けられている。吸気温度センサ２０３は、円柱状のセンサ本体と、センサ本体の軸方向両端部から互いに離間する方向に向かって突出する一対のリードとを有するアキシャルリード部品によって構成されている。計測部２１３には、吸気温度センサ２０３を保護するためのプロテクタ２０２ａが設けられている。
　計測部２１３には、その長手方向に沿って基端部側から先端部側に向かって（計測部２１３の突出方向に向かって）、（１）圧力センサ２０４、（２）流量センサ２０５、（３）温湿度センサ２０６、（４）吸気温度センサ２０３が順番に配置されている。圧力センサ２０４は、被計測気体２の圧力を測定し、流量センサ２０５は、被計測気体２の流量を測定する。温湿度センサ２０６は、被計測気体２の湿度を測定し、吸気温度センサは、被計測気体２の温度を測定する。
　図５は、本開示の実施形態１に係る物理量測定装置２０の一部の構成を示すブロック図である。
　物理量測定装置２０は、前述のように、気体の流量に応じた信号を出力する流量センサ２０５と、その流量センサ２０５の出力信号を処理する信号処理部２６０とを備えている。また、信号処理部２６０は、前述のように、バッファ２６１と、オフセット調整部２６２と、ゲイン演算部２６３と、補正演算部２６４と、周波数解析部２６５とを有している。なお、図５に示す例において、バッファ２６１は、流量波形バッファ２６１ａと、オフセット波形バッファ２６１ｂと、補正波形バッファ２６１ｃとを有している。
　また、図５に示す例において、流量センサ２０５は、発熱抵抗体２０５ａと感温抵抗体２０５ｂとを有し、信号処理部２６０は、図２に示す例と同様に、流量測定部２６６を有している。また、図５に示す例において、信号処理部２６０は、最小値検出部２６８ａと、最大値検出部２６８ｂとを有している。なお、図５に示す例では、図２に示す脈動補正部２６７および流量出力部２７０の図示を省略している。
　流量センサ２０５は、前述のとおり、図４に示すチップパッケージ２０８に実装され、たとえば、物理量測定装置２０を構成するハウジング２０１の計測部２１３に設けられた副通路２３４の上流部２３７に配置されている。流量センサ２０５は、たとえば、被計測気体２の流れ方向において、発熱抵抗体２０５ａの両側に一対の感温抵抗体２０５ｂを有している。
　すなわち、流量センサ２０５は、被計測気体２の流れ方向において発熱抵抗体２０５ａの上流側と下流側に配置された一対の感温抵抗体２０５ｂの温度差に基づいて、気体の流量を測定する、熱式流量計である。また、流量センサ２０５は、発熱抵抗体２０５ａと感温抵抗体２０５ｂとに加えて、たとえば、図示を省略する複数の固定抵抗や、外部との電気的な接続を行うための電極パッドなどを備えている。
　流量測定部２６６は、前述のように、たとえば流量センサ２０５の出力信号である電圧と被計測気体２の流量との関係に基づく電圧－流量変換テーブルを備え、流量センサ２０５の出力信号を被計測気体２の流量データに変換する。流量測定部２６６は、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　流量波形バッファ２６１ａは、たとえば、所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づいて流量測定部２６６から出力された所定期間の被計測気体２の流量データを記憶する。流量波形バッファ２６１ａは、たとえば、チップパッケージ２０８に実装されたメモリなどの記憶装置によって構成される。流量波形バッファ２６１ａに記憶された流量データは、たとえば、時間の経過にともなって、順次、流量測定部２６６から出力された新しい流量データに上書きされる。
　最小値検出部２６８ａは、たとえば、流量波形バッファ２６１ａに記憶された所定期間の流量データに基づいて、縦軸を流量、横軸を時間とするグラフにおける流量波形の最小値を演算する。最小値検出部２６８ａは、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　オフセット調整部２６２は、バッファ２６１に記憶された上記流量データに基づく流量波形のゼロ点を調整する。図５に示す例において、オフセット調整部２６２は、最小値検出部２６８ａから出力された流量波形の最小値を流量波形のゼロ点に設定して、流量波形のゼロ点を調整する。オフセット調整部２６２は、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　オフセット波形バッファ２６１ｂは、オフセット調整部２６２によってゼロ点が調整された流量波形の流量データを記憶する。オフセット波形バッファ２６１ｂは、たとえば、チップパッケージ２０８に実装されたメモリなどの記憶装置によって構成される。
　最大値検出部２６８ｂは、オフセット調整部２６２によってゼロ点が調整され、オフセット波形バッファ２６１ｂに記憶されたゼロ点調整（オフセット）後の流量波形の最大値を検出する。ここで、流量波形の最大値とは、たとえば、オフセット後の流量波形の複数の極大値のうち、最大の極大値である。最大値検出部２６８ｂは、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　ゲイン演算部２６３は、ゼロ点が調整された流量波形に乗じる補正ゲインを算出する。
ゲイン演算部２６３は、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じないゲインを、上記補正ゲインとして算出する。ここで、オーバーフローとは、算術オーバーフローであり、コンピュータの演算において数値型が表現可能な値の上限を超えること、およびそれによって発生したエラーを意味する。オーバーフローは、「桁あふれ」と呼ばれることもある。ゲイン演算部２６３は、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　ゲイン演算部２６３には、たとえば、周波数解析演算の過渡データや演算結果が記憶される周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない最大の数値が、限界値として記憶されている。すなわち、周波数解析演算を行う流量波形の最大値がこの限界値を超えると、周波数解析部２６５でオーバーフローが発生する。ゲイン演算部２６３は、たとえば、この限界値と、オフセット後の流量波形の最大値とを比較する。そして、ゲイン演算部２６３は、オフセット後の流量波形に補正ゲインを乗じた補正後の流量波形の最大値が上記限界値以下になるように、補正ゲインを算出する。ゲイン演算部２６３は、たとえば、オフセット後の流量波形に補正ゲインを乗じた後の流量波形の最大値が、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値と等しくなるように、補正ゲインを算出してもよい。
　補正演算部２６４は、オフセット調整部２６２によってゼロ点が調整された流量波形に対して、ゲイン演算部２６３によって算出された補正ゲインを乗じて補正する。より具体的には、補正演算部２６４は、オフセット波形バッファ２６１ｂからオフセット後の流量波形を読み出し、ゲイン演算部２６３から出力された補正ゲインをオフセット後の流量波形に乗じることで、補正後の流量波形のデータを演算する。補正演算部２６４は、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　補正波形バッファ２６１ｃは、オフセット調整部２６２によるゼロ点調整すなわちオフセット後の流量波形に対し、補正演算部２６４によって補正ゲインを乗じた、補正後の流量波形の流量データを記憶する。この補正後の流量波形の最大値の流量は、周波数解析部２６５の周波数解析演算において、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値以下である。
　周波数解析部２６５は、補正波形バッファ２６１ｃから補正された流量波形を読み出し、この補正後の流量波形の周波数解析演算を行う。また、周波数解析部２６５は、たとえば図２に示すように、演算途中の過渡データや演算結果など、演算で得られたデータを記憶する。また、周波数解析部２６５は、周波数解析演算の演算結果をバッファ２６１に記憶させる。周波数解析部２６５は、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　図５では省略されているが、脈動補正部２６７は、たとえば図２に示すように、周波数解析部２６５による周波数解析演算の結果を、バッファ２６１から読み出す。また、脈動補正部２６７は、たとえば、流量測定部２６６から出力されてバッファ２６１の流量波形バッファ２６１ａに記憶された流量波形を読み出す。そして、周波数解析部２６５による周波数解析演算の結果に基づいて、流量センサ２０５の出力信号に基づく流量波形を補正する。
　また、図５では省略されているが、流量出力部２７０は、前述のように、脈動補正部２６７から出力された脈動補正後の被計測気体２の流量データを、コネクタ２１２の外部端子を介して物理量測定装置２０の外部へ出力する。流量出力部２７０は、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、記憶装置に記憶されたプログラム、および出力端子などによって構成される。
　以下、本実施形態の物理量測定装置２０の作用について、図６を参照して説明する。
　図６は、図５に示す物理量測定装置２０の信号処理部２６０による処理を説明するグラフ（Ａ）～（Ｃ）である。各グラフの縦軸は流量であり、横軸は時間である。グラフ（Ａ）～（Ｃ）は、それぞれ、ゼロ点調整前の流量波形のグラフと、ゼロ点調整後の流量波形のグラフと、補正ゲインを乗じた後の流量波形のグラフである。
　物理量測定装置２０は、前述のように、たとえば電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム１のエアクリーナ２１から吸入された吸入空気である被計測気体２が流れる主通路２２である吸気ボディに配置される。物理量測定装置２０は、主通路２２を流れる被計測気体２の流量を含む物理量を測定し、制御装置４へ出力する。
　物理量測定装置２０は、前述のように、被計測気体２の流量に応じた信号を出力する流量センサ２０５と、その流量センサ２０５の出力信号を処理する信号処理部２６０とを備える。信号処理部２６０は、バッファ２６１、オフセット調整部２６２、ゲイン演算部２６３、補正演算部２６４、および周波数解析部２６５を有している。バッファ２６１は、所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づく被計測気体２の流量データを記憶する。
オフセット調整部２６２は、バッファ２６１に記憶された上記流量データに基づく流量波形のゼロ点を調整する。ゲイン演算部２６３は、ゼロ点が調整された流量波形の補正ゲインを算出する。補正演算部２６４は、ゼロ点が調整された流量波形に補正ゲインを乗じて補正する。周波数解析部２６５は、補正された流量波形の周波数解析演算を行うとともに演算で得られたデータをバッファ２６１に記憶させる。そして、ゲイン演算部２６３は、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じないゲインを上記補正ゲインとして算出する。
　この構成により、流量センサ２０５の出力信号に基づいて、図６のグラフ（Ａ）に示すような流量波形を得ることができる。さらに、この流量波形のゼロ点調整を、オフセット調整部２６２によって行うことで、図６のグラフ（Ｂ）に示すようなオフセット後の流量波形を得ることができる。また、周波数解析部２６５による周波数解析演算時にオーバーフローが生じない補正ゲインを、ゲイン演算部２６３によって算出することができる。さらに、その補正ゲインを、補正演算部２６４によってオフセット後の流量波形に乗じることで、図６のグラフ（Ｃ）に示すような補正後の流量波形が得られる。さらに、この補正後の流量波形に対して、周波数解析部２６５によって周波数解析演算を行うことで、周波数解析部２６５でのオーバーフローを防止することができる。
　また、上記の構成により、オフセット調整部２６２によるゼロ点調整後の流量波形の振幅が比較的に大きい場合でも、補正ゲインを乗じた後の補正後の流量波形が極端に縮小されることを防止して、振幅情報の劣化を抑制することができる。一方、流量センサ２０５の出力信号に基づく流量波形の振幅が比較的に小さい場合は、ゼロ点調整後の流量波形に補正ゲインを乗じることで、流量波形の振幅情報を拡大することができる。したがって、本実施形態によれば、流量波形の脈動の状態にかかわらず、流量波形の周波数解析結果の精度を向上させることができ、気体流量の周波数解析誤差を低減することが可能な物理量測定装置２０を提供することができる。
　また、本実施形態の物理量測定装置２０において、信号処理部２６０は、前述のように、流量波形バッファ２６１ａを含むバッファ２６１に、所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づく気体の流量データを記憶する。信号処理部２６０は、この流量データに基づいて、たとえばグラフ（Ａ）に示すような流量波形を得ることができる。さらに、信号処理部２６０は、この流量波形の最小値Ｆｍｉｎを検出する最小値検出部２６８ａを有している。そして、オフセット調整部２６２は、グラフ（Ｂ）に示すように、この最小値Ｆｍｉｎを流量波形のゼロ点に設定するように構成されている。
　この構成により、たとえばグラフ（Ａ）に示すような流量波形の最小値Ｆｍｉｎをゼロ点とするゼロ点調整を行って、グラフ（Ｂ）に示すオフセット後の流量波形を得ることができる。これにより、周波数解析部２６５による周波数解析を符号なしの流量データに対して行うことができる。
　さらに、本実施形態の物理量測定装置２０において、信号処理部２６０は、グラフ（Ｂ）に示すゼロ点が調整されたオフセット後の流量波形の最大値Ｆｍａｘを検出する最大値検出部２６８ｂを有している。またゲイン演算部２６３は、オフセット後の流量波形の最大値Ｆｍａｘが、周波数解析部２６５の周波数解析演算によって周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値以下になるように、補正ゲインを算出する。
　この構成により、グラフ（Ｂ）に示すように、最小値Ｆｍｉｎがゼロ点に設定されてゼロ点調整された流量波形の最大値Ｆｍａｘと、周波数解析部２６５による周波数解析演算時に周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値とを、比較することができる。これにより、周波数解析部２６５にオーバーフローを生じさせるリスクが最も高いグラフ（Ｂ）に示すオフセット後の流量波形の最大値Ｆｍａｘを、上記限界値以下にすることができる。したがって、周波数解析部２６５による周波数解析演算時に、周波数解析部２６５でのオーバーフローをより確実に防止できる。また、上記の構成により、流量波形の脈動の状態にかかわらず、流量波形の周波数解析結果の精度を向上させることができる。
　より具体的には、たとえば、図６のグラフ（Ｂ）のように、補正ゲインを乗じる前のオフセット後の流量波形の最大値Ｆｍａｘが、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値以上である場合を想定する。この場合、図６のグラフ（Ｃ）のように、補正ゲインを乗じた後の流量波形の最大値Ｆｍａｘが、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値以下のできるだけ大きい値となるように、ゲイン演算部２６３によって補正ゲインを演算することができる。これにより、補正ゲインを乗じた後の流量波形が極端に縮小されることが防止され、振幅情報の劣化を抑制することができる。
　また、たとえば、図６のグラフ（Ｂ）のように、補正ゲインを乗じる前のオフセット後の流量波形の最大値Ｆｍａｘが、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値よりも小さい場合を想定する。この場合、補正ゲインを乗じた後の流量波形の最大値Ｆｍａｘが、周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値以下のできるだけ大きい値となるように、ゲイン演算部２６３によって補正ゲインを演算することができる。これにより、図６のグラフ（Ｃ）に示す縮小された流量波形とは逆に、図６のグラフ（Ｂ）に示す流量波形を拡大することができ、流量波形のより詳細な振幅情報を得ることができる。
　また、本実施形態の物理量測定装置２０において、バッファ２６１は、流量波形バッファ２６１ａと、オフセット波形バッファ２６１ｂと、補正波形バッファ２６１ｃと、を有している。流量波形バッファ２６１ａは、所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づく気体の流量データを記憶する。オフセット波形バッファ２６１ｂは、ゼロ点が調整された流量波形の流量データを記憶する。補正波形バッファ２６１ｃは、補正ゲインを乗じた補正後の流量波形の流量データを記憶する。
　この構成により、単一のバッファ２６１を用いる場合と比較して、流量波形バッファ２６１ａ、オフセット波形バッファ２６１ｂ、および補正波形バッファ２６１ｃのそれぞれに記憶されたデータが消失するリスクを低減することができる。より具体的には、周波数解析処理を、周波数解析のバッファ長に相当する時間よりも短時間で実施する場合に、初期のデータを喪失することが防止され、解析データの一部に複数回の処理が実行されるのを防止できる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、気体流量の周波数解析誤差を低減することが可能な物理量測定装置２０を提供することができる。
（実施形態２）
　図７は、実施形態２に係る物理量測定装置２０の一部の構成を示すブロック図である。
図８は、図７に示す物理量測定装置２０の信号処理部２６０による処理の一例を説明するグラフである。図９は、図７に示す物理量測定装置２０の信号処理部２６０による処理の他の一例を説明するグラフである。
　本実施形態の物理量測定装置２０は、最小値検出部２６８ａおよび最大値検出部２６８ｂに代えて、中間値演算部２６９ａおよび最大絶対値演算部２６９ｂを有する点で、図５に示す実施形態１に係る物理量測定装置２０と異なっている。本実施形態の物理量測定装置２０のその他の点は、前述の実施形態１に係る物理量測定装置２０と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の物理量測定装置２０において、信号処理部２６０は、図８および図９のグラフ（Ａ）に示すように、流量波形の最大値Ｆｍａｘと最小値Ｆｍｉｎとの間のゼロ点補正値Ｚを演算する中間値演算部２６９ａを有している。また、本実施形態の物理量測定装置２０において、オフセット調整部２６２は、図８および図９のグラフ（Ｂ）に示すようにゼロ点補正値Ｚを流量波形のゼロ点に設定する。中間値演算部２６９ａおよび最大絶対値演算部２６９ｂは、たとえば、チップパッケージ２０８に実装された演算装置や記憶装置などの電子部品、および記憶装置に記憶されたプログラムなどによって構成される。
　このような構成により、周波数解析部２６５による流量波形の周波数解析を符号付きの流量データに対して行って、前述の実施形態１に係る物理量測定装置２０と同様の効果を奏することができる。
　また、本実施形態の物理量測定装置２０において、信号処理部２６０は、図８および図９のグラフ（Ｂ）に示すようにゼロ点が調整された流量波形の最大絶対値ＦＡｍａｘを演算する最大絶対値演算部２６９ｂを有している。また、本実施形態の物理量測定装置２０において、ゲイン演算部２６３は、図８および図９のグラフ（Ｂ）に示すようにゼロ点が調整された流量波形の最大絶対値ＦＡｍａｘが、周波数解析部２６５の周波数解析演算によって周波数解析部２６５でオーバーフローが生じない限界値以下になるように、補正ゲインを算出する。
　ここで、図８および図９のグラフ（Ｂ）に示すゼロ点が調整されたオフセット後の流量波形の最大絶対値ＦＡｍａｘとは、オフセット後の流量波形の個々の流量データに対応する流量の絶対値ＦＡが、所定期間の中で最大となる流量の絶対値ＦＡである。より具体的には、最大値検出部２６８ｂは、たとえば、オフセット後の流量波形の複数の極大値と複数の極小値を検出し、検出した極大値および極小値の流量の絶対値ＦＡの中で最大のものを、最大絶対値ＦＡｍａｘとする演算を行う。
　このような構成により、周波数解析部２６５による流量波形の周波数解析を符号付きの流量データに対して行って、周波数解析部２６５でのオーバーフローを防止することができ、前述の実施形態１に係る物理量測定装置２０と同様の効果を奏することができる。
　また、本実施形態の物理量測定装置２０において、中間値演算部２６９ａは、たとえば、図８に示すように、グラフ（Ａ）の流量波形のゼロ点補正値Ｚとして、流量波形の最大値Ｆｍａｘと最小値Ｆｍｉｎの平均値を演算する。
　この構成により、ゲイン演算部２６３によって算出する補正ゲインを、周波数解析部２６５でオーバーフローを発生させるリスクが高い流量波形の最大値Ｆｍａｘおよび最小値Ｆｍｉｎの最大絶対値ＦＡｍａｘを基準に算出することができる。したがって、周波数解析部２６５による流量波形の周波数解析を符号付きの流量データに対して行って、周波数解析部２６５でのオーバーフローを、より確実に防止することができる。
　また、本実施形態の物理量測定装置２０において、中間値演算部２６９ａは、たとえば、図９に示すように、グラフ（Ａ）の流量波形のゼロ点補正値Ｚとして、流量波形の平均値を演算する。
　この構成により、ゲイン演算部２６３によって算出する補正ゲインを、周波数解析部２６５でオーバーフローを発生させるリスクが高い流量波形の最大値Ｆｍａｘまたは最小値Ｆｍｉｎの最大絶対値ＦＡｍａｘを基準に算出することができる。したがって、周波数解析部２６５による流量波形の周波数解析を符号付きの流量データに対して行って、周波数解析部２６５でのオーバーフローを、より確実に防止することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、気体流量の周波数解析誤差を低減することが可能な物理量測定装置２０を提供することができる。
（実施形態３）
　図１０は、実施形態３に係る物理量測定装置２０の一部の構成を示すブロック図である。本実施形態の物理量測定装置２０は、オフセット波形バッファ２６１ｂおよび補正波形バッファ２６１ｃに代えて、共通バッファ２６１ｄを有する点で、図７に示す実施形態２に係る物理量測定装置２０と異なっている。本実施形態の物理量測定装置２０のその他の点は、前述の実施形態２に係る物理量測定装置２０と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の物理量測定装置２０において、バッファ２６１は、流量波形バッファ２６１ａと、共通バッファ２６１ｄを有している。流量波形バッファ２６１ａは、前述のように、所定期間の流量センサ２０５の出力信号に基づく気体の流量データを記憶する。共通バッファ２６１ｄは、オフセット調整部２６２によってゼロ点が調整されたオフセット後の流量波形の流量データを記憶する。また、共通バッファ２６１ｄは、そのオフセット後の流量データに、補正演算部２６４によって補正ゲインを乗じた流量波形の流量データを上書きして記憶する。
　この構成により、前述の実施形態２に係る物理量測定装置２０と同様の効果を奏することができるだけでなく、バッファ２６１の構成を簡略化して、物理量測定装置２０のコストを低減することができる。
　以上、図面を用いて本開示に係る物理量測定装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
２　　　　　被計測気体（気体）
２０　　　　物理量測定装置
２０５　　　流量センサ
２６０　　　信号処理部
２６１　　　バッファ
２６１ａ　　流量波形バッファ
２６１ｂ　　オフセット波形バッファ
２６１ｃ　　補正波形バッファ
２６１ｄ　　共通バッファ
２６２　　　オフセット調整部
２６３　　　ゲイン演算部
２６４　　　補正演算部
２６５　　　周波数解析部
２６８ａ　　最小値検出部
２６８ｂ　　最大値検出部
２６９ａ　　中間値演算部
２６９ｂ　　最大絶対値演算部
ＦＡｍａｘ　最大絶対値
Ｆｍｉｎ　　最小値
Ｆｍａｘ　　最大値
Ｚ　　　　　ゼロ点補正値

Claims (9)

  1. 　気体の流量に応じた信号を出力する流量センサと、該流量センサの出力信号を処理する信号処理部とを備える物理量測定装置であって、
    　前記信号処理部は、所定期間の前記出力信号に基づく前記気体の流量データを記憶するバッファと、前記バッファに記憶された前記流量データに基づく流量波形のゼロ点を調整するオフセット調整部と、前記ゼロ点が調整された前記流量波形に乗じる補正ゲインを算出するゲイン演算部と、前記ゼロ点が調整された前記流量波形に前記補正ゲインを乗じて補正する補正演算部と、補正された前記流量波形の周波数解析演算を行うとともに演算で得られたデータを前記バッファに記憶させる周波数解析部と、を有し、
    　前記ゲイン演算部は、前記周波数解析部でオーバーフローが生じない前記補正ゲインを算出することを特徴とする物理量測定装置。
  2. 　前記信号処理部は、前記流量波形の最小値を検出する最小値検出部を有し、
    　前記オフセット調整部は、前記最小値を前記流量波形のゼロ点に設定することを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
  3. 　前記信号処理部は、前記流量波形の最大値と最小値との間のゼロ点補正値を演算する中間値演算部を有し、
    　前記オフセット調整部は、前記ゼロ点補正値を前記流量波形のゼロ点に設定することを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
  4. 　前記中間値演算部は、前記ゼロ点補正値として、前記流量波形の平均値を演算することを特徴とする請求項３に記載の物理量測定装置。
  5. 　前記中間値演算部は、前記ゼロ点補正値として、前記流量波形の最大値と最小値の平均値を演算することを特徴とする請求項３に記載の物理量測定装置。
  6. 　前記信号処理部は、前記ゼロ点が調整された前記流量波形の最大値を検出する最大値検出部を有し、
    　前記ゲイン演算部は、前記最大値が、前記周波数解析演算によって前記周波数解析部でオーバーフローが生じない限界値以下になるように、前記補正ゲインを算出することを特徴とする請求項２に記載の物理量測定装置。
  7. 　前記信号処理部は、前記ゼロ点が調整された前記流量波形の最大絶対値を演算する最大絶対値演算部を有し、
    　前記ゲイン演算部は、前記ゼロ点が調整された前記流量波形の最大絶対値が、前記周波数解析演算によって前記周波数解析部でオーバーフローが生じない限界値以下になるように、前記補正ゲインを算出することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の物理量測定装置。
  8. 　前記バッファは、流量波形バッファと、前記ゼロ点が調整された前記流量波形の流量データを記憶するオフセット波形バッファと、前記補正ゲインを乗じた前記流量波形の流量データを記憶する補正波形バッファと、を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
  9. 　前記バッファは、前記ゼロ点が調整された前記流量波形の流量データを記憶するとともに、該流量データに前記補正ゲインを乗じた前記流量波形の流量データを上書きして記憶する共通バッファを有することを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
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