JP3106660B2 - 湿度検出装置 - Google Patents
湿度検出装置Info
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- JP3106660B2 JP3106660B2 JP04037628A JP3762892A JP3106660B2 JP 3106660 B2 JP3106660 B2 JP 3106660B2 JP 04037628 A JP04037628 A JP 04037628A JP 3762892 A JP3762892 A JP 3762892A JP 3106660 B2 JP3106660 B2 JP 3106660B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、湿度変化を電圧変化に
変換し、電気信号として出力する湿度検出装置に関する
ものである。
変換し、電気信号として出力する湿度検出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】多孔質に高分子電解質を含浸した湿度セ
ンサがある。この種の湿度センサは湿度に対する抵抗値
の変化幅が2.5桁以上と大幅に変わるので感度が良
く、抵抗値の変化幅が大きいから変化を検出し空調機や
加湿機などの機器を制御するには都合がよい。しかし、
最近では空間の快適性がより求められるようになり、マ
イクロコンピュータと湿度検出装置と組合せてより最適
な自動制御が必要となってきた。そこに用いられる湿度
検出装置も、湿度変化の検出だけでなく湿度を精度よく
測定できることが強く求められている。
ンサがある。この種の湿度センサは湿度に対する抵抗値
の変化幅が2.5桁以上と大幅に変わるので感度が良
く、抵抗値の変化幅が大きいから変化を検出し空調機や
加湿機などの機器を制御するには都合がよい。しかし、
最近では空間の快適性がより求められるようになり、マ
イクロコンピュータと湿度検出装置と組合せてより最適
な自動制御が必要となってきた。そこに用いられる湿度
検出装置も、湿度変化の検出だけでなく湿度を精度よく
測定できることが強く求められている。
【0003】図11に従来技術の湿度検出装置の構成の
ブロック図を示した。図12において、60は発振回
路、61は湿度検出回路、64は抵抗、65は湿度セン
サ、eは直列回路に印加される交流の電圧、66は湿度
検出回路61の出力を示す。62は整流回路、63は整
流回路62の出力を示す。
ブロック図を示した。図12において、60は発振回
路、61は湿度検出回路、64は抵抗、65は湿度セン
サ、eは直列回路に印加される交流の電圧、66は湿度
検出回路61の出力を示す。62は整流回路、63は整
流回路62の出力を示す。
【0004】以上のように構成された湿度検出装置の動
作について説明する。湿度センサ65は直流電圧を印加
すると分極する。そこで、発振回路60で交流電圧を発
生させ、この交流電圧が湿度検出回路61に加えられ
る。湿度検出回路62は、抵抗64と湿度センサ65と
の直列回路で構成されている。湿度の検出方法は、湿度
変化に応じ湿度センサ65の抵抗値が変化すると、電流
が変化する。その電流の変化を抵抗64の電圧降下の変
化として検出している。抵抗64の抵抗値をR、湿度セ
ンサ65の抵抗値をRH、印加電圧eの値を簡単のため
に1とすれば、湿度検出回路61の出力66は、式1の
分圧比の関係に置き換えて示すことができる。
作について説明する。湿度センサ65は直流電圧を印加
すると分極する。そこで、発振回路60で交流電圧を発
生させ、この交流電圧が湿度検出回路61に加えられ
る。湿度検出回路62は、抵抗64と湿度センサ65と
の直列回路で構成されている。湿度の検出方法は、湿度
変化に応じ湿度センサ65の抵抗値が変化すると、電流
が変化する。その電流の変化を抵抗64の電圧降下の変
化として検出している。抵抗64の抵抗値をR、湿度セ
ンサ65の抵抗値をRH、印加電圧eの値を簡単のため
に1とすれば、湿度検出回路61の出力66は、式1の
分圧比の関係に置き換えて示すことができる。
【0005】 出力66=RH/(R+RH)・・・・・・・・式1 更に、湿度検出回路61の出力66は整流回路62を介
して直流の電圧に変換し検出信号として63に出力して
いる。
して直流の電圧に変換し検出信号として63に出力して
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図12は、多孔質に高
分子電解質を含浸した湿度センサ特性の一例で、湿度と
抵抗値の関係を示した。抵抗値変化は対数的に大きく変
化し、直線的な変化でない。以下説明に用いるため、多
孔質に高分子電解質を含浸した湿度センサを湿度センサ
と称す。図12において、68は10℃、67は25
℃、69は40℃の場合を示した。
分子電解質を含浸した湿度センサ特性の一例で、湿度と
抵抗値の関係を示した。抵抗値変化は対数的に大きく変
化し、直線的な変化でない。以下説明に用いるため、多
孔質に高分子電解質を含浸した湿度センサを湿度センサ
と称す。図12において、68は10℃、67は25
℃、69は40℃の場合を示した。
【0007】この湿度センサを従来技術の湿度検出回路
61に用いると、式1の関係から図13に示すような出
力特性になる。但し、温度が25℃の場合を例示した。
図13において、特性70は抵抗64の値Rを2kオー
ムに固定した場合で、湿度数十%以上の多湿度側が良く
計測できる。反面、湿度数十%以下の低湿度側で計測で
きない欠点がある。低湿度側で計測できなくなるのは、
湿度センサ65の抵抗値RHが抵抗64の値Rよりあま
りにも大きくなり、式1の分圧比は1に近づくため湿度
センサー65の抵抗値RHが変化に対しても、抵抗64
に端子電圧の変化として表れない。特性72は抵抗64
の値Rを20kオームに固定した場合で、湿度数十%付
近が良く計測できる。しかし、低湿多湿側で出力の変化
幅が減り、分解能が低下する欠点がある。低湿多湿側で
出力の変化幅が減るのは、湿度センサ65の抵抗値RH
と抵抗64の値Rとの差が大きくなり、湿度センサ65
の抵抗値変化に対して抵抗64に生じる端子電圧の変化
が少なくなるためである。特性71は抵抗64の値Rを
200kオームに固定した場合で、低湿度側が計測でき
るが多湿度側が計測できない欠点がある。多湿度側が計
測できないのは、湿度センサ65の抵抗値RHが抵抗6
4の値Rよりあまりにも小さくなり、式1の分圧比は0
に近づくため湿度センサーの抵抗値変化に対して、抵抗
64に端子電圧の変化が生じないからである。従って、
湿度を精度よく計測するためには、湿度変化に対して出
力66ができるだけ直線的な関係になる抵抗64の値R
を選定することが必要になる。
61に用いると、式1の関係から図13に示すような出
力特性になる。但し、温度が25℃の場合を例示した。
図13において、特性70は抵抗64の値Rを2kオー
ムに固定した場合で、湿度数十%以上の多湿度側が良く
計測できる。反面、湿度数十%以下の低湿度側で計測で
きない欠点がある。低湿度側で計測できなくなるのは、
湿度センサ65の抵抗値RHが抵抗64の値Rよりあま
りにも大きくなり、式1の分圧比は1に近づくため湿度
センサー65の抵抗値RHが変化に対しても、抵抗64
に端子電圧の変化として表れない。特性72は抵抗64
の値Rを20kオームに固定した場合で、湿度数十%付
近が良く計測できる。しかし、低湿多湿側で出力の変化
幅が減り、分解能が低下する欠点がある。低湿多湿側で
出力の変化幅が減るのは、湿度センサ65の抵抗値RH
と抵抗64の値Rとの差が大きくなり、湿度センサ65
の抵抗値変化に対して抵抗64に生じる端子電圧の変化
が少なくなるためである。特性71は抵抗64の値Rを
200kオームに固定した場合で、低湿度側が計測でき
るが多湿度側が計測できない欠点がある。多湿度側が計
測できないのは、湿度センサ65の抵抗値RHが抵抗6
4の値Rよりあまりにも小さくなり、式1の分圧比は0
に近づくため湿度センサーの抵抗値変化に対して、抵抗
64に端子電圧の変化が生じないからである。従って、
湿度を精度よく計測するためには、湿度変化に対して出
力66ができるだけ直線的な関係になる抵抗64の値R
を選定することが必要になる。
【0008】ここで、直線性を評価する方法として、直
線化率を用いる。直線化率を図14の値を用いて式2で
表す。直線化率は、それぞれの湿度に対して仮想直線7
2からのずれた割合を示し、数字が大きいほどずれも大
きい。但し、図14の73は低湿度(30%)の出力V
hで最大値、図14の74は多湿度(90%)の出力V
lで最小値を表す。図14のEは出力VhとVlとの差
で、ΔEは2点VhとVl間を直線上に結び、この仮想
直線72とのずれ幅を表す。
線化率を用いる。直線化率を図14の値を用いて式2で
表す。直線化率は、それぞれの湿度に対して仮想直線7
2からのずれた割合を示し、数字が大きいほどずれも大
きい。但し、図14の73は低湿度(30%)の出力V
hで最大値、図14の74は多湿度(90%)の出力V
lで最小値を表す。図14のEは出力VhとVlとの差
で、ΔEは2点VhとVl間を直線上に結び、この仮想
直線72とのずれ幅を表す。
【0009】 直線化率=ΔE/E×100・・・・・・・・式2 抵抗64を適当な抵抗値Rに選定した場合の直線化率を
図15に示した。78はRが20kオーム、76はRが
10kオーム、77はRが5kオームの場合である。1
0kオーム程度のところで直線化率の値が、他に比較し
て7〜8%程度まで小さくなっている。ところで、湿度
センサには図12に示すように温度特性がある。温度補
正をするため、抵抗64の代わりに温度によって抵抗値
が変わるサーミスタを用いる。一般に、所定の湿度で、
湿度センサの温度係数に近いサーミスタが用いられる。
図15に、サーミスタを用いた場合のそれぞれの温度
と、湿度に対して出力特性の直線化率を示した。図16
において、80はサーミスタの抵抗値が温度10℃で2
2kオーム、79は25℃で10kオーム、81は40
℃で5kオームになるサーミスタの温度特性の場合が例
示してある。温度によって直線化率の値の広がりが大き
くなり、精度が悪化する。
図15に示した。78はRが20kオーム、76はRが
10kオーム、77はRが5kオームの場合である。1
0kオーム程度のところで直線化率の値が、他に比較し
て7〜8%程度まで小さくなっている。ところで、湿度
センサには図12に示すように温度特性がある。温度補
正をするため、抵抗64の代わりに温度によって抵抗値
が変わるサーミスタを用いる。一般に、所定の湿度で、
湿度センサの温度係数に近いサーミスタが用いられる。
図15に、サーミスタを用いた場合のそれぞれの温度
と、湿度に対して出力特性の直線化率を示した。図16
において、80はサーミスタの抵抗値が温度10℃で2
2kオーム、79は25℃で10kオーム、81は40
℃で5kオームになるサーミスタの温度特性の場合が例
示してある。温度によって直線化率の値の広がりが大き
くなり、精度が悪化する。
【0010】従来技術では、上述のように湿度検出回路
の出力特性の直線性は、直列抵抗の値に依存しているの
で、発振回路の出力インピーダンスが高いと直線性に影
響する。そのため発振回路の出力インピーダンスを小さ
くする必要がある。
の出力特性の直線性は、直列抵抗の値に依存しているの
で、発振回路の出力インピーダンスが高いと直線性に影
響する。そのため発振回路の出力インピーダンスを小さ
くする必要がある。
【0011】その他、湿度センサとの直列抵抗64をの
値を適当な一つの抵抗値に選定しても、湿度変化に対し
て抵抗値は固定されているから、湿度センサの抵抗値が
対数的に大きく2.5桁以上変化した場合、直線性がな
くなり直線化率の値も大きくなる。すなわち、低湿側、
多湿側で仮想直線からのずれが大きくなるから、出力特
性の分解能が低下する欠点がある。また、温度補正を考
慮したとしても直線化率の値の広がりが大きいので、湿
度の計測精度も悪化するなど計測には不都合という問題
点があった。
値を適当な一つの抵抗値に選定しても、湿度変化に対し
て抵抗値は固定されているから、湿度センサの抵抗値が
対数的に大きく2.5桁以上変化した場合、直線性がな
くなり直線化率の値も大きくなる。すなわち、低湿側、
多湿側で仮想直線からのずれが大きくなるから、出力特
性の分解能が低下する欠点がある。また、温度補正を考
慮したとしても直線化率の値の広がりが大きいので、湿
度の計測精度も悪化するなど計測には不都合という問題
点があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため、湿度変化を電圧の変化に変換する湿度検
出回路と、前記湿度検出回路を駆動するための交流電圧
を印加する回路とを具備し、前記湿度検出回路は第1の
感湿回路と第2の感湿回路とが直列に接続され、前記第
1の感湿回路と前記第2の感湿回路との接続部の電圧を
湿度検出電圧として出力し、前記第1の感湿回路は湿度
変化によって抵抗値が変化する第1の湿度センサと直列
に第1の抵抗と、更に、前記第1の湿度センサと並列に
第2の抵抗とからなる抵抗回路網で構成され、前記第2
の感湿回路は第3の抵抗と湿度変化によって抵抗値が変
化する第2の湿度センサとの並列回路で構成され、前記
第1の感湿回路と前記第2の感湿回路との接続部の電圧
が、低湿度から多湿度の範囲にわたり直線的になるよう
に前記第1の湿度センサの抵抗値、前記第1、第2の抵
抗値、前記第2の湿度センサの抵抗値、第3の抵抗値を
設定したことを特徴とするものである。
解決するため、湿度変化を電圧の変化に変換する湿度検
出回路と、前記湿度検出回路を駆動するための交流電圧
を印加する回路とを具備し、前記湿度検出回路は第1の
感湿回路と第2の感湿回路とが直列に接続され、前記第
1の感湿回路と前記第2の感湿回路との接続部の電圧を
湿度検出電圧として出力し、前記第1の感湿回路は湿度
変化によって抵抗値が変化する第1の湿度センサと直列
に第1の抵抗と、更に、前記第1の湿度センサと並列に
第2の抵抗とからなる抵抗回路網で構成され、前記第2
の感湿回路は第3の抵抗と湿度変化によって抵抗値が変
化する第2の湿度センサとの並列回路で構成され、前記
第1の感湿回路と前記第2の感湿回路との接続部の電圧
が、低湿度から多湿度の範囲にわたり直線的になるよう
に前記第1の湿度センサの抵抗値、前記第1、第2の抵
抗値、前記第2の湿度センサの抵抗値、第3の抵抗値を
設定したことを特徴とするものである。
【0013】更に、出力の直線性の温度補償をするため
に、少なくとも前記記載の第1の感湿回路は、温度変化
に対して抵抗値が変わる抵抗と湿度変化で抵抗値が変わ
る回路網を用いて構成するものである。
に、少なくとも前記記載の第1の感湿回路は、温度変化
に対して抵抗値が変わる抵抗と湿度変化で抵抗値が変わ
る回路網を用いて構成するものである。
【0014】
【作用】上記した構成であるから、交流電圧を印加する
回路によって発振回路のインピーダンスに左右されず、
湿度検出回路を低インピーダンスで駆動するように設定
できる。そして、湿度検出回路について、第1の感湿回
路の抵抗値をra、第2の感湿回路の抵抗値をrbとす
ると、本発明の湿度検出回路の出力は、第1の感湿回路
の抵抗値と第2の感湿回路の抵抗値の分圧比に応じた電
圧の変化を出力することになる。従って、湿度変化に対
する出力特性は、式3の関係の電圧変化となる。但し、
第1の感湿回路と第2の感湿回路の直列回路に印加され
る電圧eを簡単のため1とする。
回路によって発振回路のインピーダンスに左右されず、
湿度検出回路を低インピーダンスで駆動するように設定
できる。そして、湿度検出回路について、第1の感湿回
路の抵抗値をra、第2の感湿回路の抵抗値をrbとす
ると、本発明の湿度検出回路の出力は、第1の感湿回路
の抵抗値と第2の感湿回路の抵抗値の分圧比に応じた電
圧の変化を出力することになる。従って、湿度変化に対
する出力特性は、式3の関係の電圧変化となる。但し、
第1の感湿回路と第2の感湿回路の直列回路に印加され
る電圧eを簡単のため1とする。
【0015】 出力=rb/(ra+rb)・・・・・・・・式3 ここで、第1の湿度センサの抵抗値をh1、第2の湿度
センサの抵抗値をh2、第1の抵抗の値をa、第2の抵
抗の値をb、第3の抵抗の値をcとし、 h2≒h1・・・・・・・・式4 c>b>a・・・・・・・・式5 式4、式5の関係にすれば、湿度変化に対して第1の感
湿回路の抵抗値raの変化を制限して、aからbの範囲
内に構成できる。また、第2の感湿回路の抵抗値rbは
第2の湿度センサの抵抗値h2の最小値からcまでの範
囲内で変化するように制限できる。従って、第1の感湿
回路の抵抗値raの変化幅は、第2の感湿回路の抵抗値
rbの変化幅より小さい。そして、第1の感湿回路の抵
抗値raの値を、低湿度側で適当に大きく、多湿度側で
適当に小さくなるように設定できる。
センサの抵抗値をh2、第1の抵抗の値をa、第2の抵
抗の値をb、第3の抵抗の値をcとし、 h2≒h1・・・・・・・・式4 c>b>a・・・・・・・・式5 式4、式5の関係にすれば、湿度変化に対して第1の感
湿回路の抵抗値raの変化を制限して、aからbの範囲
内に構成できる。また、第2の感湿回路の抵抗値rbは
第2の湿度センサの抵抗値h2の最小値からcまでの範
囲内で変化するように制限できる。従って、第1の感湿
回路の抵抗値raの変化幅は、第2の感湿回路の抵抗値
rbの変化幅より小さい。そして、第1の感湿回路の抵
抗値raの値を、低湿度側で適当に大きく、多湿度側で
適当に小さくなるように設定できる。
【0016】従って、低湿度から多湿度の範囲にわたり
湿度検出回路の出力が直線的になるように、第1の感湿
回路の抵抗値と、第2の感湿回路の抵抗値を制限し設定
することが可能となる。
湿度検出回路の出力が直線的になるように、第1の感湿
回路の抵抗値と、第2の感湿回路の抵抗値を制限し設定
することが可能となる。
【0017】
【実施例】(実施例1) 以下、本発明の一実施例について説明する。
【0018】図1は、本発明の一実施例を示すブロック
図、図2は図1の詳細図である。図1および図2におい
て、1は発振回路、2は駆動回路、3は湿度検出回路、
6は第1の感湿回路、7は第2の感湿回路、eは湿度検
出回路に印加される電圧、4は湿度検出回路の出力、5
は整流回路、8は整流回路の出力を示す。図2におい
て、駆動回路2の18、19は抵抗、17は差動増幅
器、20はコンデンサ、湿度検出回路3の21は抵抗、
22は湿度センサ、23、24は抵抗、25は湿度セン
サ、26は抵抗、整流回路5の27は差動増幅器、28
はダイオード、29は抵抗、30は抵抗、31はコンデ
ンサ、9は中間電源回路、11は中間電源回路の出力、
10は電源線を示す。
図、図2は図1の詳細図である。図1および図2におい
て、1は発振回路、2は駆動回路、3は湿度検出回路、
6は第1の感湿回路、7は第2の感湿回路、eは湿度検
出回路に印加される電圧、4は湿度検出回路の出力、5
は整流回路、8は整流回路の出力を示す。図2におい
て、駆動回路2の18、19は抵抗、17は差動増幅
器、20はコンデンサ、湿度検出回路3の21は抵抗、
22は湿度センサ、23、24は抵抗、25は湿度セン
サ、26は抵抗、整流回路5の27は差動増幅器、28
はダイオード、29は抵抗、30は抵抗、31はコンデ
ンサ、9は中間電源回路、11は中間電源回路の出力、
10は電源線を示す。
【0019】発振回路1は交流電圧を発生するために用
いられる。例えば、無安定マルチバイブレータの回路で
構成されている。駆動回路2は、発振回路1の出力イン
ピーダンスに左右されず低インピーダンスで、発振回路
1の出力を湿度検出回路3に加えるために用いられる。
駆動回路2の出力は、中間電源回路9の出力11の差電
圧を抵抗18、19で分圧し、差動増幅器17の非反転
入力に加え、出力を反転入力に加えて、更にコンデンサ
20を介して湿度検出回路3を駆動している。従って、
抵抗18、19で電圧eの振幅が設定される。コンデン
サ20は、十分インピーダンスが低いものを用い、湿度
センサが分極しないように直流電圧を阻止している。湿
度検出回路3は、第1の感湿回路6と第2の感湿回路7
の直列回路で構成され、第1の感湿回路6と第2の感湿
回路7との接続部を湿度検出回路3の出力4としてい
る。また、抵抗21は印加される電圧波形を低湿度側で
整形するため補助的に接続してある。整流回路5は出力
4を直流に変換するために用いる。整流回路5は、たと
えば、出力4を差動増幅器27の非反転入力に加え、出
力をダイオード28を介し反転入力に加えて、更に、抵
抗29、30、コンデンサ31からなる平滑回路を通し
直流に変換してある。そして、出力4が整流回路5によ
って直流電圧に変換され整流回路5の出力8に出力し、
制御等の信号として利用される。差動増幅回路を単一電
源で動作させる場合、湿度センサに直流バイアスが加わ
らないように、中間電源回路9を設ける。従って、湿度
検出回路3には中間電源回路9の出力11を基準とした
交流電圧eが印加される。
いられる。例えば、無安定マルチバイブレータの回路で
構成されている。駆動回路2は、発振回路1の出力イン
ピーダンスに左右されず低インピーダンスで、発振回路
1の出力を湿度検出回路3に加えるために用いられる。
駆動回路2の出力は、中間電源回路9の出力11の差電
圧を抵抗18、19で分圧し、差動増幅器17の非反転
入力に加え、出力を反転入力に加えて、更にコンデンサ
20を介して湿度検出回路3を駆動している。従って、
抵抗18、19で電圧eの振幅が設定される。コンデン
サ20は、十分インピーダンスが低いものを用い、湿度
センサが分極しないように直流電圧を阻止している。湿
度検出回路3は、第1の感湿回路6と第2の感湿回路7
の直列回路で構成され、第1の感湿回路6と第2の感湿
回路7との接続部を湿度検出回路3の出力4としてい
る。また、抵抗21は印加される電圧波形を低湿度側で
整形するため補助的に接続してある。整流回路5は出力
4を直流に変換するために用いる。整流回路5は、たと
えば、出力4を差動増幅器27の非反転入力に加え、出
力をダイオード28を介し反転入力に加えて、更に、抵
抗29、30、コンデンサ31からなる平滑回路を通し
直流に変換してある。そして、出力4が整流回路5によ
って直流電圧に変換され整流回路5の出力8に出力し、
制御等の信号として利用される。差動増幅回路を単一電
源で動作させる場合、湿度センサに直流バイアスが加わ
らないように、中間電源回路9を設ける。従って、湿度
検出回路3には中間電源回路9の出力11を基準とした
交流電圧eが印加される。
【0020】ここで、本発明に係る湿度検出回路3の動
作を更に詳細に説明する。第1の感湿回路6は湿度セン
サ22と抵抗23の並列回路と直列に抵抗24を接続し
て構成されている。感湿回路7は湿度センサ25と抵抗
26の並列回路で構成されている。湿度センサは、湿度
変化によってその抵抗値が図12に例示したように対数
的に大きく変化する。従って、第2の感湿回路7のよう
に湿度センサ25と並列に抵抗26を接続するとその上
限値が制限されることになる。その抵抗rbの関係を図
3の36に示した。但し、温度が25℃、並列抵抗26
の抵抗値cが1400kオームの場合を例示した。次
に、第1の感湿回路6に用いる湿度センサ22につい
て、その抵抗値h1を湿度センサ25の抵抗値h2とほ
ぼ同じ程度にしている。この湿度センサ22と抵抗23
の並列回路と直列に抵抗24を接続することによって、
抵抗値h1の上限値と下限値が制限できる。図3の37
に湿度と第1の感湿回路6の抵抗値raについて、その
関係を示した。但し、温度が25℃、並列抵抗値23の
抵抗値bが700kオーム、直列抵抗24の抵抗値aが
10kオームの場合を例示した。このようにして、湿度
検出回路3を第1の感湿回路6と第2の感湿回路7との
直列回路に構成し、直列接続部から出力4を得ると、出
力は式3の関係となる。図4に湿度と出力4との関係を
示した。尚図4はグラフを見やすくするために出力4の
電圧から出力11を取り除いた出力をグラフ化したもの
である。出力11は一定電圧であるから、出力11を取
り除いてグラフ化した値の直線化率には差がない。そし
て、直線化率は図5の38のようになった。低湿度から
多湿度の範囲の数点の各湿度について直線化率の値が数
%以下である。従来技術の10%近い値と比較すれば、
さらに直線的になっている。これは、第2の感湿回路7
の最大値を制限し、そして、第1の感湿回路6の抵抗値
raの値を、低湿度側で適当な値に大きく、多湿度側で
適当な値に小さくなるように設定できるからである。
作を更に詳細に説明する。第1の感湿回路6は湿度セン
サ22と抵抗23の並列回路と直列に抵抗24を接続し
て構成されている。感湿回路7は湿度センサ25と抵抗
26の並列回路で構成されている。湿度センサは、湿度
変化によってその抵抗値が図12に例示したように対数
的に大きく変化する。従って、第2の感湿回路7のよう
に湿度センサ25と並列に抵抗26を接続するとその上
限値が制限されることになる。その抵抗rbの関係を図
3の36に示した。但し、温度が25℃、並列抵抗26
の抵抗値cが1400kオームの場合を例示した。次
に、第1の感湿回路6に用いる湿度センサ22につい
て、その抵抗値h1を湿度センサ25の抵抗値h2とほ
ぼ同じ程度にしている。この湿度センサ22と抵抗23
の並列回路と直列に抵抗24を接続することによって、
抵抗値h1の上限値と下限値が制限できる。図3の37
に湿度と第1の感湿回路6の抵抗値raについて、その
関係を示した。但し、温度が25℃、並列抵抗値23の
抵抗値bが700kオーム、直列抵抗24の抵抗値aが
10kオームの場合を例示した。このようにして、湿度
検出回路3を第1の感湿回路6と第2の感湿回路7との
直列回路に構成し、直列接続部から出力4を得ると、出
力は式3の関係となる。図4に湿度と出力4との関係を
示した。尚図4はグラフを見やすくするために出力4の
電圧から出力11を取り除いた出力をグラフ化したもの
である。出力11は一定電圧であるから、出力11を取
り除いてグラフ化した値の直線化率には差がない。そし
て、直線化率は図5の38のようになった。低湿度から
多湿度の範囲の数点の各湿度について直線化率の値が数
%以下である。従来技術の10%近い値と比較すれば、
さらに直線的になっている。これは、第2の感湿回路7
の最大値を制限し、そして、第1の感湿回路6の抵抗値
raの値を、低湿度側で適当な値に大きく、多湿度側で
適当な値に小さくなるように設定できるからである。
【0021】ところで、直線化率は、抵抗24の値Cに
よって変わる。直列抵抗24の値Cが20kオームの場
合を図5の39に、値Cが5kオームの場合を図5の4
0に示した。次に、図6に湿度センサ22の抵抗値h1
と湿度センサ25の抵抗値h2との関係と直線化率につ
いて示した。41は抵抗値h1とh2がほぼ同じ場合、
42は抵抗値h2がh1の1.25倍の場合、43は抵
抗値h2がh1の0.75倍の場合である。この場合、
抵抗値h1とh2はほぼ同じ場合の直線化率が良い。
よって変わる。直列抵抗24の値Cが20kオームの場
合を図5の39に、値Cが5kオームの場合を図5の4
0に示した。次に、図6に湿度センサ22の抵抗値h1
と湿度センサ25の抵抗値h2との関係と直線化率につ
いて示した。41は抵抗値h1とh2がほぼ同じ場合、
42は抵抗値h2がh1の1.25倍の場合、43は抵
抗値h2がh1の0.75倍の場合である。この場合、
抵抗値h1とh2はほぼ同じ場合の直線化率が良い。
【0022】このように、従来の湿度センサの特性を利
用し、ほぼ同じ湿度センサを回路に含む感湿回路を直列
に接続し、更に、抵抗26の抵抗値cを抵抗23の抵抗
値bより高く設定し、抵抗24の抵抗値aを抵抗23の
抵抗値bより小さく適宜選択することによって、低湿度
から多湿度の範囲にわたり湿度検出回路の出力の直線化
率がよい条件が存在する。従って、直線性が向上し、湿
度変化を精度よく計測することができる。
用し、ほぼ同じ湿度センサを回路に含む感湿回路を直列
に接続し、更に、抵抗26の抵抗値cを抵抗23の抵抗
値bより高く設定し、抵抗24の抵抗値aを抵抗23の
抵抗値bより小さく適宜選択することによって、低湿度
から多湿度の範囲にわたり湿度検出回路の出力の直線化
率がよい条件が存在する。従って、直線性が向上し、湿
度変化を精度よく計測することができる。
【0023】更に、湿度センサ22、25の温度特性に
対して直線化率の温度補正をするため、抵抗24の代わ
りにサーミスタを直列に接続する。図7に直線化率の温
度特性を示した。サーミスタの温度特性は従来のものを
用いた。44は温度が25℃、45は温度が10℃、4
6は温度が40℃の場合である。従来技術よりも直線化
率の値の広がりが10%以内と少なく、従来技術の十数
%以内よりはるかに直線が良い。第1の感湿回路と第2
の感湿回路との接続部を湿度検出電圧として出力するか
ら、第1、第2の湿度センサの温度特性が互いに出力変
化を緩和するように作用するため、従来特性のサーミス
タを用いた温度補正であっても、従来技術よりも直線化
率の値の広がりが少なく、温度変化にたいして10%以
内にできる。ところで、低温度側、高温度側でサーミス
タの抵抗値を補償する必要がある場合は、サーミスタと
並列にあるいは直列に抵抗を接続してもよい。
対して直線化率の温度補正をするため、抵抗24の代わ
りにサーミスタを直列に接続する。図7に直線化率の温
度特性を示した。サーミスタの温度特性は従来のものを
用いた。44は温度が25℃、45は温度が10℃、4
6は温度が40℃の場合である。従来技術よりも直線化
率の値の広がりが10%以内と少なく、従来技術の十数
%以内よりはるかに直線が良い。第1の感湿回路と第2
の感湿回路との接続部を湿度検出電圧として出力するか
ら、第1、第2の湿度センサの温度特性が互いに出力変
化を緩和するように作用するため、従来特性のサーミス
タを用いた温度補正であっても、従来技術よりも直線化
率の値の広がりが少なく、温度変化にたいして10%以
内にできる。ところで、低温度側、高温度側でサーミス
タの抵抗値を補償する必要がある場合は、サーミスタと
並列にあるいは直列に抵抗を接続してもよい。
【0024】(実施例2) 実施例2として湿度検出回路3の構成方法を図8に示し
た。47は多孔質基材、48、49、50は電極、5
1、52は駆動端子、53は出力端子、その他は図2と
同じであるので省略する。
た。47は多孔質基材、48、49、50は電極、5
1、52は駆動端子、53は出力端子、その他は図2と
同じであるので省略する。
【0025】異なるところは、同一の多孔質基材47に
電極48、49、50を設け高分子電解質を含浸する。
そして、電極48と電極49間で図2の湿度センサ22
を形成し、電極49と電極50間で図2の湿度センサ2
5を形成した。湿度検出回路3を構成するには、電極4
8と電極49間に抵抗23を接続し、電極48と抵抗2
4と接続し駆動端子51を介して駆動回路2の出力と接
続する。一方、電極49と電極50間に抵抗26を接続
し出力端子53を介して出力11に接続する。更に、電
極49から駆動端子52を設け整流回路5に接続すれば
よい。
電極48、49、50を設け高分子電解質を含浸する。
そして、電極48と電極49間で図2の湿度センサ22
を形成し、電極49と電極50間で図2の湿度センサ2
5を形成した。湿度検出回路3を構成するには、電極4
8と電極49間に抵抗23を接続し、電極48と抵抗2
4と接続し駆動端子51を介して駆動回路2の出力と接
続する。一方、電極49と電極50間に抵抗26を接続
し出力端子53を介して出力11に接続する。更に、電
極49から駆動端子52を設け整流回路5に接続すれば
よい。
【0026】このように構成することによって、ほぼ同
じ湿度センサが容易に対にして構成できるから、温度特
性も同じであって直線化率のばらつきも少なくなる。従
って、測定精度も向上するなどの利点がある。
じ湿度センサが容易に対にして構成できるから、温度特
性も同じであって直線化率のばらつきも少なくなる。従
って、測定精度も向上するなどの利点がある。
【0027】(実施例3) 実施例3として湿度検出回路3のその他の構成方法を図
9に示した。異なるところは、一対の湿度センサ54と
直列にサーミスタ55と抵抗56を接続したところにあ
る。測定範囲外での高温多湿度側で、湿度センサ54と
サーミスタ55の抵抗値が著しく小さくなり、湿度セン
サ54の消費電力を制限する必要がある場合に、サーミ
スタ55と直列に抵抗56を接続することが可能であ
る。
9に示した。異なるところは、一対の湿度センサ54と
直列にサーミスタ55と抵抗56を接続したところにあ
る。測定範囲外での高温多湿度側で、湿度センサ54と
サーミスタ55の抵抗値が著しく小さくなり、湿度セン
サ54の消費電力を制限する必要がある場合に、サーミ
スタ55と直列に抵抗56を接続することが可能であ
る。
【0028】(実施例4) 実施例4として湿度検出回路3のその他の構成方法を図
10に示した。異なるところは、一対の湿度センサ54
と直列にサーミスタ58と並列にサーミスタ59を接続
したところにある。とくに湿度が数十%の範囲で、温度
補償を高精度にする必要がある場合、補償回路57とし
てサーミスタ58と59を組み合わせることが可能であ
る。
10に示した。異なるところは、一対の湿度センサ54
と直列にサーミスタ58と並列にサーミスタ59を接続
したところにある。とくに湿度が数十%の範囲で、温度
補償を高精度にする必要がある場合、補償回路57とし
てサーミスタ58と59を組み合わせることが可能であ
る。
【0029】
【発明の効果】本発明は、上記した構成であるから、交
流電圧を印加する回路によって発振回路のインピーダン
スに左右されず振幅を設定でき、湿度検出回路を低イン
ピーダンスで駆動することがてきる。従って、直線性に
影響しない利点がある。しかも、湿度検出回路の出力特
性の直線性を改良するため、第1の抵抗と第2の抵抗と
第1の湿度センサとの抵抗回路網で構成した第1の感湿
回路と、更に、第2の湿度センサと第3の抵抗とを並列
接続した第2の感湿回路とを直列に接続し、第1の感湿
回路と第2の感湿回路との接続部を湿度検出電圧として
出力する構成にした。このことによって、湿度変化に対
して抵抗値が2.5桁以上変化する従来の湿度センサの
特性を利用しても、第1、第2、第3の抵抗値を適宜選
択すれば、第1の感湿回路と第2の感湿回路の抵抗値の
変化範囲が適当な値に制限できる。そして、第1の感湿
回路6の抵抗値を、低湿度側で適当な値に大きく、多湿
度側で適当な値に小さくなるように設定できるから、低
湿度から多湿度の範囲にわたり従来技術より、湿度検出
回路の出力特性の直線化率が数%以内という良い条件が
存在する。従って、従来技術より直線性が向上し、湿度
変化を精度よく計測することができる利点がある。ま
た、第1の感湿回路と第2の感湿回路との接続部を湿度
検出電圧として出力するから、第1、第2の湿度センサ
の温度特性が互いに出力変化を緩和するように作用する
ため、従来特性のサーミスタを用いた温度補正であって
も、従来技術よりも直線化率の値の広がりが少なく、温
度変化に対して10%以内にできる。従って、温度変化
に対しても従来より直線性が向上し、湿度変化を精度よ
く計測することができる。しかも、出力4を整流回路5
によって直流電圧に変換する簡単な手段で、計測や制御
等の信号として利用できるなど効果が大である。
流電圧を印加する回路によって発振回路のインピーダン
スに左右されず振幅を設定でき、湿度検出回路を低イン
ピーダンスで駆動することがてきる。従って、直線性に
影響しない利点がある。しかも、湿度検出回路の出力特
性の直線性を改良するため、第1の抵抗と第2の抵抗と
第1の湿度センサとの抵抗回路網で構成した第1の感湿
回路と、更に、第2の湿度センサと第3の抵抗とを並列
接続した第2の感湿回路とを直列に接続し、第1の感湿
回路と第2の感湿回路との接続部を湿度検出電圧として
出力する構成にした。このことによって、湿度変化に対
して抵抗値が2.5桁以上変化する従来の湿度センサの
特性を利用しても、第1、第2、第3の抵抗値を適宜選
択すれば、第1の感湿回路と第2の感湿回路の抵抗値の
変化範囲が適当な値に制限できる。そして、第1の感湿
回路6の抵抗値を、低湿度側で適当な値に大きく、多湿
度側で適当な値に小さくなるように設定できるから、低
湿度から多湿度の範囲にわたり従来技術より、湿度検出
回路の出力特性の直線化率が数%以内という良い条件が
存在する。従って、従来技術より直線性が向上し、湿度
変化を精度よく計測することができる利点がある。ま
た、第1の感湿回路と第2の感湿回路との接続部を湿度
検出電圧として出力するから、第1、第2の湿度センサ
の温度特性が互いに出力変化を緩和するように作用する
ため、従来特性のサーミスタを用いた温度補正であって
も、従来技術よりも直線化率の値の広がりが少なく、温
度変化に対して10%以内にできる。従って、温度変化
に対しても従来より直線性が向上し、湿度変化を精度よ
く計測することができる。しかも、出力4を整流回路5
によって直流電圧に変換する簡単な手段で、計測や制御
等の信号として利用できるなど効果が大である。
【図1】本発明の一実施例における湿度検出装置を示す
ブロック図
ブロック図
【図2】本発明の一実施例における湿度検出装置の詳細
図
図
【図3】本実施例に用いる第1の感湿回路と第2の感湿
回路における湿度と抵抗値の関係を示す特性図
回路における湿度と抵抗値の関係を示す特性図
【図4】本実施例に係る湿度検出回路のもっとも直線が
得られる条件の出力特性図
得られる条件の出力特性図
【図5】本実施例に係る第1の感湿回路の直線化率を示
す図
す図
【図6】本実施例に係る第2の感湿回路おいて、第2の
湿度センサの値の条件を変えた場合の直線化率の関係を
示す図
湿度センサの値の条件を変えた場合の直線化率の関係を
示す図
【図7】本実施例に係る第1の感湿回路おいて、抵抗の
変わりにサーミスタを用いた場合の温度と直線化率の関
係を示す図
変わりにサーミスタを用いた場合の温度と直線化率の関
係を示す図
【図8】本発明に係る湿度検出回路の構成を示す第2の
実施例を示す図
実施例を示す図
【図9】本発明に係る湿度検出回路の構成を示す第3の
実施例を示す図
実施例を示す図
【図10】本発明に係る湿度検出回路の構成を示す第4
の実施例を示す図
の実施例を示す図
【図11】従来の湿度検出装置を示すブロック図
【図12】多孔質に高分子電解質を含浸して構成した湿
度センサの特性図
度センサの特性図
【図13】従来の湿度検出回路の抵抗の条件と出力特性
を示す図
を示す図
【図14】直線化率を説明するための図
【図15】従来の湿度検出回路の抵抗の条件と直線化率
の関係を示す図
の関係を示す図
【図16】従来の湿度検出回路の抵抗の変わりにサーミ
スタを用いた場合の温度と直線化率の関係を示す図
スタを用いた場合の温度と直線化率の関係を示す図
1 発振回路 2 駆動回路 3 湿度検出回路 4 出力 6 第1の感湿回路 7 第2の感湿回路 21 抵抗 22 湿度センサ 23 抵抗 24 抵抗 25 湿度センサ 26 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧元 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 辻 哲次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 多木 宏光 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−126536(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/00 - 27/24
Claims (2)
- 【請求項1】湿度変化を電圧の変化に変換する湿度検出
回路と、前記湿度検出回路を駆動するための交流電圧を
印加する回路を備え、前記湿度検出回路は第1の感湿回
路と第2の感湿回路とが直列に接続され、前記第1の感
湿回路と前記第2の感湿回路との接続部の電圧を湿度検
出電圧として出力し、前記第1の感湿回路は湿度変化に
よって抵抗値が変化する第1の湿度センサと直列に第1
の抵抗と、更に、前記第1の湿度センサと並列に第2の
抵抗とからなる抵抗回路網で構成され、前記第2の感湿
回路は第3の抵抗と湿度変化によって抵抗値が変化する
第2の湿度センサとの並列回路で構成され、前記第1の
感湿回路と前記第2の感湿回路との接続部の電圧が、低
湿度から多湿度の範囲にわたり直線的になるように前記
第1の湿度センサの抵抗値、前記第1、第2の抵抗値、
前記第2の湿度センサの抵抗値、第3の抵抗値を設定し
たことを特徴とする湿度検出装置。 - 【請求項2】第1項記載の第1の感湿回路は、少なくと
も温度変化に対して抵抗値が変わる抵抗と湿度変化で抵
抗値が変わる回路網を用いたことを特徴とする請求項1
記載の湿度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04037628A JP3106660B2 (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 湿度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04037628A JP3106660B2 (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 湿度検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05232055A JPH05232055A (ja) | 1993-09-07 |
JP3106660B2 true JP3106660B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=12502908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04037628A Expired - Fee Related JP3106660B2 (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 湿度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3106660B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6663834B1 (en) * | 2000-10-27 | 2003-12-16 | Mine Safety Appliance Company | Catalytic sensor |
CN114353865B (zh) * | 2021-12-13 | 2024-04-16 | 广东盈科电子有限公司 | 一种温湿度检测电路及温湿度检测方法 |
-
1992
- 1992-02-25 JP JP04037628A patent/JP3106660B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05232055A (ja) | 1993-09-07 |
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