JP3382809B2 - 湿度センサの故障検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、空調制御システ
ムに用いて好適な湿度センサの故障検出装置に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】空気中の水分（湿度）と物質の相互作用
である吸湿・乾燥は、相対湿度が基本的な役割を担って
いる。このため、品質管理，乾燥工程の省エネルギ化で
は、相対湿度の測定が重要である。ここで、このような
工業用の湿度計測を目的として、高分子膜を用いた相対
湿度センサ（高分子膜湿度センサ素子）、およびこれを
用いた電子式湿度計が知られている。 【０００３】高分子膜湿度センサ素子は、高分子膜の水
分の吸収・放出に伴う誘電率変化から雰囲気の相対湿度
を測定するものである。基本的には、図７に示す構造の
コンデンサであり、高分子膜１−１の誘電率変化はコン
デンサの容量値変化として測定される。電極１−２，１
−３は極めて薄い金属の蒸着膜であり、電極１−２，１
−３を通して高分子膜１−１は水分を吸収・放出する。 【０００４】今、高分子膜１−１の厚さをｄ，誘電率を
ε，電極面積をＳとすると、コンデンサの容量値Ｃは、 Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ） で表せる。ここで、εが雰囲気と相対湿度の変化に応じ
て変わるため、Ｃを測定すればεが測定でき、結果とし
て相対湿度が測定できることになる。 【０００５】この高分子膜湿度センサ素子１は図８に示
す感湿特性を有している。０％ＲＨでの容量値をＣｏ，
ｘ％ＲＨでの容量値をＣｘとすると、Ｃｘ／Ｃｏがほゞ
一定値となる。すなわち、高分子膜湿度センサ素子１で
は、容量値と相対湿度とが比例している。この高分子膜
湿度センサ素子１を用いた電子式湿度計には携帯型セン
サや壁取付型センサ，フランジ型センサなどがある。 【０００６】空調制御システムでは給気温度の制御に加
えて湿度制御も行っている。図９は外気処理空調機の要
部を示す図である。同図において、２は挿入形温度検出
器、３は挿入形露点温度検出器、４は温度調節器、５は
湿度調節器、６−１，６−２，６−３はモータドライ
バ、７−１，７−２はモータバルブ、７−３はモジュト
ロールモータ、８はダンパアクチュエータ、９は冷却コ
イル、１０は加熱コイル、１１は加湿スプレー、１２は
送風機である。この外気処理空調機では、挿入形露点温
度検出器３としてフランジ型の電子式湿度計を用い、こ
の挿入形露点温度検出器３からの出力値（高分子膜湿度
センサ素子１からのセンサ信号に応ずる出力値）を湿度
調節器５へ与え、送風機１２からの給気が設定露点温度
（設定値）となるように加湿スプレー１１からの蒸気を
制御する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな挿入形露点温度検出器（以下、単に露点温度検出器
と言う）３を用いた空調制御システムによると、露点温
度検出器３中の高分子膜湿度センサ素子１が悪環境（高
温・結露・薬品など）で劣化し易く、劣化すると急激に
電気容量が低下する。湿度調節器５では、この高分子膜
湿度センサ素子１の電気容量の低下、すなわち露点温度
検出器３からの出力値の低下が高分子膜湿度センサ素子
１の劣化によるものなのか、実際の湿度低下によるもの
なのか、判別がつかない。 【０００８】このため、高分子膜湿度センサ素子１が劣
化した場合、すなわち高分子膜湿度センサ素子１が低湿
度側へ故障した場合、湿度調節器５は実際の湿度が低下
したととらえて、設定値に合致するように加湿スプレー
１１からの蒸気を制御する。図１０（ａ）に加湿スプレ
ー１１のオン・オフ動作を、図１０（ｂ）に設定値に対
する出力値（検出値）の変化を示す。同図に示すｔ１点
で高分子膜湿度センサ素子１が低湿度側へ故障したとす
れば、出力値の低下によって加湿スプレー１１がオンに
なり続け、加湿動作し続けることになる。これにより、
送風機１２からの給気の供給を受ける室内は高湿とな
り、壁面等に結露が起こり、壁，天井から水滴が落ちた
り、しみができるなどの不具合が生じる。 【０００９】例えば、クリーンルームや病院，手術室な
ど薬品の多く使われる環境では、高分子膜湿度センサ素
子１が劣化し易く、故障につながるケースが多い。こう
した場所で結露を起こすと、精密機器の故障や衛生上の
問題が起こる虞れがあり、過剰加湿の防止が望まれる。
なお、上述においては、高分子膜湿度センサ素子を例に
とって説明したが、どのような湿度センサ素子（セラミ
ック湿度センサ素子、塩化リチウム湿度センサ素子等）
でも低湿度側への故障が発生した場合には上記と同様の
問題が生じる。 【００１０】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、例えば空調
制御システムにおいて、湿度センサが低湿度側に故障し
た場合の過剰加湿を防止することの可能な湿度センサの
故障検出装置を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、最小値と通常では出力されない最
大値とを記憶手段に記憶させ、この記憶手段に記憶され
ている最小値と比較することで湿度センサの低湿度側へ
の故障を検出するものとし、これにより故障が検出され
た場合、湿度センサによって検出された湿度を表す出力
値の送出を中止し、その出力値の代わりに記憶手段に記
憶されている最大値を送出するようにしたものである。
この発明によれば、湿度センサが低湿度側へ故障した場
合、通常では出力されない最大値に従う制御が行われる
ようになる。 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図２はこの発明の一実施の形態を示
す湿度センサの故障検出装置の要部を示すブロック図で
ある。この装置は図９に示した露点温度検出器３の内部
にその基本機能と併せて組み込まれる。 【００１５】同図において、３−１はＣＰＵ、３−２は
ＲＡＭ、３−３はＲＯＭ、３−４は入力インターフェイ
ス、３−５は出力インターフェイスである。高分子膜湿
度センサ素子１からのセンサ信号は入力インターフェイ
ス３−４を介してＣＰＵ３−１へ与えられる。ＣＰＵ３
−１は、その基本機能として、高分子膜湿度センサ素子
１からのセンサ信号に応ずる出力値を求め、出力インタ
ーフェイス３−５を介して送出する。 【００１６】〔実施の形態１〕図１はこの露点温度検出
器３での特徴的な動作を示すフローチャートである。Ｃ
ＰＵ３−１は、初期設定を行った後（ステップ１０
１）、高分子膜湿度センサ素子１からのセンサ信号をＡ
／Ｄ変換する（ステップ１０２）。 【００１７】そして、このＡ／Ｄ変換後のセンサ信号
（湿度データ）とＲＯＭ３−３に記憶されている最小値
（０％ＲＨ）および最大値（１２０％ＲＨ）とを比較し
（ステップ１０３）、湿度データが最小値と最大値との
間にあれば（図３に示す区間Ｔ１〜Ｔ２）、その湿度デ
ータを温度データと一緒にＤ／Ａ変換して出力値とし
（ステップ１０４）、出力インターフェイス３−５を介
して送出する。そして、この出力値の送出後、ステップ
１０２へ戻る。 【００１８】正常であれば、ステップ１０２で得られる
湿度データは、精度上の誤差も含めて０％ＲＨから１２
０％ＲＨの範囲内にある。これにより、通常は、ステッ
プ１０２〜１０４の処理動作が繰り返される。 【００１９】ここで、高分子膜湿度センサ素子１が劣
化、すなわち高分子膜湿度センサ素子１が低湿度側へ故
障したとする。この場合、高分子膜湿度センサ素子１の
電気容量が急激に低下し、ステップ１０２で得られる湿
度データが０％ＲＨ以下となる。すると、ステップ１０
３において、湿度データが０％ＲＨ以下、すなわち最小
値≧湿度データとなる。 【００２０】これにより、ＣＰＵ３−１は、湿度データ
を最大値に固定する（ステップ１０５）。すなわち、本
来ならば湿度データを高分子膜湿度センサ素子１からの
センサ信号に従って０％ＲＨ以下の値とすべきところ
を、この湿度データの代わりにステップ１０３において
比較基準値として用いた最大値（１２０％ＲＨ）を湿度
データとする。 【００２１】そして、この湿度データをＤ／Ａ変換して
出力値とし（ステップ１０４）、出力インターフェイス
３−５を介して送出する。これにより、高分子膜湿度セ
ンサ素子１が低湿度側へ故障した場合、高分子膜湿度セ
ンサ素子１からの湿度データがあたかも１２０％ＲＨで
あるかのような出力値が湿度調節器５へ送られる。これ
により、加湿スプレー１１がオンになり続けることがな
くなり、過剰加湿が防止される。 【００２２】〔実施の形態２〕図４は露点温度検出器３
での特徴的な動作の別の例を示すフローチャートであ
る。ＣＰＵ３−１は、初期設定を行った後（ステップ４
０１）、高分子膜湿度センサ素子１からのセンサ信号を
Ａ／Ｄ変換する（ステップ４０２）。 【００２３】そして、このＡ／Ｄ変換後のセンサ信号
（湿度データ）とＲＯＭ３−３に記憶されている第１の
比較基準値（５％ＲＨ）および第２の比較基準値（１０
０％ＲＨ）とを比較し（ステップ４０３）、湿度データ
が第１の比較基準値と第２の比較基準値との間にあれば
（図５に示す区間Ｔ１〜Ｔ２）、その湿度データをＤ／
Ａ変換して出力値とし（ステップ４０４）、出力インタ
ーフェイス３−５を介して送出する。そして、この出力
値の送出後、ステップ４０２へ戻る。 【００２４】ステップ４０３において、湿度データが５
％ＲＨから１００％ＲＨの間になければ、ステップ４０
５へ進む。ステップ４０５において、ＣＰＵ３−１は、
湿度データとＲＯＭ３−３に記憶されている最小値（０
％ＲＨ）および最大値（１２０％ＲＨ）とを比較する。
湿度データが最小値と最大値との間にあれば（図５に示
す区間Ｔ０〜Ｔ１、Ｔ２〜Ｔ３）、ステップ４０６へ進
む。 【００２５】ステップ４０６において、ＣＰＵ３−１
は、湿度データが５％ＲＨ以下か否か、すなわち区間Ｔ
０〜Ｔ１にあるか否かをチェックする。湿度データが区
間Ｔ０〜Ｔ１にあれば、湿度データを５％ＲＨに固定す
る（ステップ４０７）。湿度データが区間Ｔ０〜Ｔ１に
なければ、すなわち区間Ｔ２〜Ｔ３にあれば、湿度デー
タを１００％ＲＨに固定する（ステップ４０８）。そし
て、この湿度データをＤ／Ａ変換して出力値とし（ステ
ップ４０４）、出力インターフェイス３−５を介して送
出する。 【００２６】正常であれば、ステップ４０２で得られる
湿度データは、精度上の誤差も含めて０％ＲＨから１２
０％ＲＨの範囲内にある。この実施の形態では、湿度デ
ータが０％ＲＨから５％ＲＨにある場合、および１００
％ＲＨから１２０％ＲＨにある場合、精度上の誤差範囲
にあるものとして、それぞれ湿度データを５％ＲＨおよ
び１００％ＲＨに固定する。これにより、通常は、ステ
ップ４０２〜４０８の処理動作が繰り返される。 【００２７】ここで、高分子膜湿度センサ素子１が劣
化、すなわち高分子膜湿度センサ素子１が低湿度側へ故
障したとする。この場合、高分子膜湿度センサ素子１の
電気容量が急激に低下し、ステップ４０２で得られる湿
度データが０％ＲＨ以下となる。すると、ステップ４０
５において、湿度データが０％ＲＨ以下、すなわち最小
値≧湿度データとなる。 【００２８】これにより、ＣＰＵ３−１は、湿度データ
を最大値に固定する（ステップ４０９）。すなわち、本
来ならば湿度データを高分子膜湿度センサ素子１からの
センサ信号に従って０％ＲＨ以下の値とすべきところ
を、この湿度データの代わりにステップ４０５において
比較基準値として用いた最大値（１２０％ＲＨ）を湿度
データとする。 【００２９】そして、この湿度データをＤ／Ａ変換して
出力値とし（ステップ４０４）、出力インターフェイス
３−５を介して送出する。これにより、高分子膜湿度セ
ンサ素子１が低湿度側へ故障した場合、高分子膜湿度セ
ンサ素子１からの湿度データがあたかも１２０％ＲＨで
あるかのような出力値が湿度調節器５へ送られる。これ
により、加湿スプレー１１がオンになり続けることがな
くなり、過剰加湿が防止される。 【００３０】なお、ステップ４０２で得られる湿度デー
タが１２０％ＲＨ以上となった場合にも、ＣＰＵ３−１
はステップ４０５でのＮＯに応じてステップ４０９へ進
み、その時の湿度データを最大値に固定する。この最大
値にはりつけられた湿度データから、すなわち通常では
出力されることのない１２０％ＲＨに対応する出力値か
ら、湿度調節器５側において露点温度検出器３の故障を
知ることができる。 【００３１】実施の形態１，２では、露点温度検出器３
内の湿度センサを高分子膜湿度センサ素子としたが、セ
ラミック湿度センサ素子や塩化リチウム湿度センサ素子
等としてもよいことは言うまでもない。また、実施の形
態１，２では、露点温度検出器３内に故障検出装置の全
てを組み込んだ形としたが、故障検出装置の一部または
全部を湿度調節器５側に設けてもよい。 【００３２】また、実施の形態１，２では、ＣＰＵ３−
１の処理動作として説明したが、同様な処理機能をハー
ド構成で得ることもできる。図６に湿度センサを塩化リ
チウム湿度センサ素子とした場合のハード構成を例示す
る。同図において、１’は塩化リチウム湿度センサ素
子、３−６はハイブリッドＩＣ（ＨＩＣ）、３−７はコ
ンパレータ、３−８はスイッチ回路、３−９は出力回
路、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗である。 【００３３】塩化リチウム湿度センサ素子１’からのセ
ンサ信号はＨＩＣ３−６へ与えられる。ＨＩＣ３−６は
塩化リチウム湿度センサ素子１’からのセンサ信号に応
ずる出力電圧Ｖ１を出す。この出力電圧Ｖ１はコンパレ
ータ３−７およびスイッチ回路３−８へ与えられる。コ
ンパレータ３−７は、出力電圧Ｖ１と抵抗Ｒ１とＲ２と
の分圧電圧として規定される所定値（最小値）ＶＬとを
比較し、Ｖ１がＶＬ以上であれば「Ｈ」レベルを、ＶＬ
以下であれば「Ｌ」レベルの出力をスイッチ回路３−８
へ送る。 【００３４】スイッチ回路３−８は、コンパレータ３−
７より「Ｈ」レベルの信号が与えられている場合、スイ
ッチＳ１をオンとし、スイッチＳ２をオフとする。これ
により、出力電圧Ｖ１がＶＬよりも高い場合、すなわち
塩化リチウム湿度センサ素子１’が低湿度側へ故障して
いない場合、ＨＩＣ３−６からの出力電圧Ｖ１がスイッ
チ回路３−８を通過し、出力回路３−９を介して送出さ
れる。 【００３５】これに対して、コンパレータ３−７より
「Ｌ」レベルの信号が与えられた場合、スイッチ回路３
−８は、スイッチＳ１をオフとし、スイッチＳ２をオン
とする。これにより、出力電圧Ｖ１がＶＬよりも低くな
ると、すなわち塩化リチウム湿度センサ素子１’が低湿
度側へ故障すると、ＨＩＣ３−６からの出力電圧Ｖ１に
代わって、抵抗Ｒ３とＲ４との分圧電圧として規定され
るＶＨ（最大値）がスイッチ回路３−８を通過し、出力
回路３−９を介して送出される。 【００３６】以上説明したことから明らかなように本発
明によれば、湿度センサの低湿度側への故障が検出され
た場合、通常では出力されない最大値に従う制御が行わ
れるようになり、例えば、空調制御システムにおいて、
湿度センサが低湿度側に故障した場合の過剰加湿を防止
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 図２におけるＣＰＵでの特有の処理動作（実
施の形態１）を説明するためのフローチャートである。 【図２】 本発明の一実施の形態を示す湿度センサの故
障検出装置の要部を示すブロック図である。 【図３】 実施の形態１における湿度データと出力値と
の関係を示す図である。 【図４】 図２におけるＣＰＵでの特有の処理動作（実
施の形態２）を説明するためのフローチャートである。 【図５】 実施の形態２における湿度データと出力値と
の関係を示す図である。 【図６】 湿度センサを塩化リチウム湿度センサ素子と
した場合のハード構成を例示する図である。 【図７】 高分子膜湿度センサ素子の基本構造を示す図
である。 【図８】 高分子膜湿度センサ素子の感湿特性を示す図
である。 【図９】 外気処理空調機の要部を示す図である。 【図１０】 高分子膜湿度センサ素子の低湿側への故障
時の動作を説明するためのタイムチャートである。 【符号の説明】 １…高分子膜湿度センサ素子、３…挿入形露点温度検出
器、３−１…ＣＰＵ、３−２…ＲＡＭ、３−３…ＲＯ
Ｍ、３−４…入力インターフェイス、３−５…出力イン
ターフェイス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 F24F 6/00 - 6/18 F24F 11/00 - 11/02 102

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 最小値と通常では出力されない最大値と
   を記憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶されている最小値と比較することで
   湿度センサの低湿度側への故障を検出する故障検出手段
   と、 この故障検出手段により故障が検出された場合、前記湿
   度センサによって検出された湿度を表す出力値の送出を
   中止し、その出力値の代わりに前記記憶手段に記憶され
   ている最大値を送出する信号処理手段とを備えたことを
   特徴とする湿度センサの故障検出装置。