JPS5832152A - 湿度検出装置 - Google Patents
湿度検出装置Info
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- JPS5832152A JPS5832152A JP13116481A JP13116481A JPS5832152A JP S5832152 A JPS5832152 A JP S5832152A JP 13116481 A JP13116481 A JP 13116481A JP 13116481 A JP13116481 A JP 13116481A JP S5832152 A JPS5832152 A JP S5832152A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は湿度検出装置、固体検知素子を用いた高精度湿
度検出装置に関するものである。
度検出装置に関するものである。
従来、湿度検知素子として、物質表面への水の物理吸着
による電気抵抗変化を利用したものがある。この湿度検
知素子は、湿度変化を電気抵抗変化として取り扱えるこ
とから、電子回路との接続が容易であり1応用範囲も広
−という利点を有しており1その開発が盛んに行なわれ
ている。しかし、前述の検知素子にも問題がある。
による電気抵抗変化を利用したものがある。この湿度検
知素子は、湿度変化を電気抵抗変化として取り扱えるこ
とから、電子回路との接続が容易であり1応用範囲も広
−という利点を有しており1その開発が盛んに行なわれ
ている。しかし、前述の検知素子にも問題がある。
それは、水の物理吸着量が湿度以外に温度によっても変
化するので、湿度検知に際して温度の補正が必要である
こと、水の物理吸着による電気抵抗変化が指数関数的で
あるので、その電気抵抗値を対数変換しなければ湿度に
対してリニアな出力が得られないこと、および、湿度検
出を行なう際。
化するので、湿度検知に際して温度の補正が必要である
こと、水の物理吸着による電気抵抗変化が指数関数的で
あるので、その電気抵抗値を対数変換しなければ湿度に
対してリニアな出力が得られないこと、および、湿度検
出を行なう際。
3、−0
湿度検出素子に直流電圧を長期間印加すると、電気分解
や水の分極がおこり、湿度検知素子の特性変化や劣化が
促進されることである。
や水の分極がおこり、湿度検知素子の特性変化や劣化が
促進されることである。
一般に、湿度表示等を行なう機器においては。
4湿度検出装置の出力は湿度に対して線形である方が好
ましい。というのは、湿度に対して非線形であると、対
数増巾器等の非線形回路を用いて対数変換を行なう必要
があるからである。また、直流電圧印加による特性の変
化や劣化を防止するために、交流電圧による測定を行な
う必要がある。
ましい。というのは、湿度に対して非線形であると、対
数増巾器等の非線形回路を用いて対数変換を行なう必要
があるからである。また、直流電圧印加による特性の変
化や劣化を防止するために、交流電圧による測定を行な
う必要がある。
なお、前述の対数変換器としては、一般にトラ′ンジス
タあるいはダイオードの非線形素子を対数変換素子とし
て用いられる。これによれば、精度の高い対数変換を行
なえるものの、対数変換素子の電気特性は温度の影響全
党けやすく、対数変換素子を一定温度に保つか、または
、温度による電気特性変化を補償するために温度依存性
ヲ肩する抵抗体等を用いて、対数変換素子と熱的に結合
し、回路的に温度補償を行なう必要がある。また、交流
電圧による測定法には、整流回路や増巾器筒全必要とし
、精度が低下しやすく、回路も複雑になる等の欠点があ
る。
タあるいはダイオードの非線形素子を対数変換素子とし
て用いられる。これによれば、精度の高い対数変換を行
なえるものの、対数変換素子の電気特性は温度の影響全
党けやすく、対数変換素子を一定温度に保つか、または
、温度による電気特性変化を補償するために温度依存性
ヲ肩する抵抗体等を用いて、対数変換素子と熱的に結合
し、回路的に温度補償を行なう必要がある。また、交流
電圧による測定法には、整流回路や増巾器筒全必要とし
、精度が低下しやすく、回路も複雑になる等の欠点があ
る。
以上のことから、湿度検知回路以外に温度検知および補
償回路が必要であり1回路的に複雑で。
償回路が必要であり1回路的に複雑で。
調整箇所も多くなり、そのため装置の製造コストが大巾
に高くなる。
に高くなる。
本発明は前述の問題全解決するのに有用なものである。
すなわち5本発明は、湿度検知素子の抵抗の対数変換に
非線形素子としてダイオードを用いるとともに、このダ
イオードにより雰囲気温度全検出しながら対数変換全行
ない、対数変換出力と温度検出信号を回路により分離し
、その温度検出信号を用いて対数変換における温度補償
と湿度検出出力の温度補償全行なっており、従来の装置
では二つの温度検出および回路が必要であったものが一
つの温度検出で可能となり、さらに対数変換も兼ねるこ
とができる。また、湿度検知素子に印加する電圧はパル
スであり、そのデューティレ 7オを小さくす
ることで平均直流電圧を減少させ。
非線形素子としてダイオードを用いるとともに、このダ
イオードにより雰囲気温度全検出しながら対数変換全行
ない、対数変換出力と温度検出信号を回路により分離し
、その温度検出信号を用いて対数変換における温度補償
と湿度検出出力の温度補償全行なっており、従来の装置
では二つの温度検出および回路が必要であったものが一
つの温度検出で可能となり、さらに対数変換も兼ねるこ
とができる。また、湿度検知素子に印加する電圧はパル
スであり、そのデューティレ 7オを小さくす
ることで平均直流電圧を減少させ。
素子の劣化と特性変化を防止している。そして、6 。
湿度検知素子の抵抗測定を印加するパルス電圧がピーク
値になっているときに行なうことにより。
値になっているときに行なうことにより。
交流測定のときエフも高い精度で測定でき5回路も簡素
化できる。
化できる。
以下1図面を用いてさらに詳細な説明を行なう。
第1図は本発明で用いる湿度検知素子の電気抵抗の湿度
依存性を示す図である。図中の温度は雰囲気温度を示す
。
依存性を示す図である。図中の温度は雰囲気温度を示す
。
なお、ここで用いた湿度検知素子の感湿素体はMgCr
20<i含む多孔質金属酸化物からなる焼結体であり、
その特性は下式によって表わすことができる。
20<i含む多孔質金属酸化物からなる焼結体であり、
その特性は下式によって表わすことができる。
ただし T:雰囲気温度(0K)
TO二二基湿温度(0K)
H:相対湿度 (96)
B:温度係数 (0K)
ム:湿度係数 (1/%)
R8:素子抵抗 (Ω)
Ro: T=To、 H==O(f%)のときの抵抗(
2)ここで雰囲気温度Tは次式で表わすことができる T=To +Δt ・・・・・・・・−・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)ただしΔt
は雰囲気温度T−と基準温度Tυ との差とする。式(
1)に式(2)全代入して変形すると。
2)ここで雰囲気温度Tは次式で表わすことができる T=To +Δt ・・・・・・・・−・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)ただしΔt
は雰囲気温度T−と基準温度Tυ との差とする。式(
1)に式(2)全代入して変形すると。
Rs BB
In =−人)I−1−、。+Jt−π・・・・・・
・・・・・・・側O 湿度検出における雰囲気温度′範囲を10〜60℃に限
定し、基準温度Toi30a°にすなわち36℃、雰囲
気温度Tと基準温度TOとの差Δを全±26 °にとす
ると1式(3)は次式のように変形できる。
・・・・・・・側O 湿度検出における雰囲気温度′範囲を10〜60℃に限
定し、基準温度Toi30a°にすなわち36℃、雰囲
気温度Tと基準温度TOとの差Δを全±26 °にとす
ると1式(3)は次式のように変形できる。
ここでTo)Δtの関係にあり1式(4)は次のように
近似できる。
近似できる。
ここでB、Toは定数であり、B′−B/T02とする
と1式(6)は ノ′ とおいたことによる誤差は、Δを一±2s(0K)の場
合、最大07%以下程度であり、実用上問題とならない
。
と1式(6)は ノ′ とおいたことによる誤差は、Δを一±2s(0K)の場
合、最大07%以下程度であり、実用上問題とならない
。
以上が本発明で用いる湿度検知素子の特性である。
第2図は本発明の湿度検出装置の一実施例のブロック図
である。
である。
図において、1はパルス制御器、 2.3.4は演算増
巾器、6.6は電圧記憶器、7は演算器。
巾器、6.6は電圧記憶器、7は演算器。
8はダイオード、9は湿度検知素子(抵抗値iRsとす
る)、10〜14は抵抗(それぞれの抵抗値j。
る)、10〜14は抵抗(それぞれの抵抗値j。
をRlo、R11,R12,Rls、R14とする)で
ある。
ある。
第3図は湿度検出装置の動作を示すタイミングチャート
であり、第2図における各部の波形を示す。
であり、第2図における各部の波形を示す。
第2図および第3図を用いて本実施例についての説明を
行なう。
行なう。
パルス制御器1は、第3図、に示すようなタイミングで
信号S+ 、S2.S3.S4i発生する。信号S1ノ
パルス巾あるいはデユーティレシオは、湿度検知素子9
が特性変化あるいは劣化を起こさないような値とし、パ
ルス巾を小さくするか、繰り返し周波数を低くしておく
ことで達成できる。
信号S+ 、S2.S3.S4i発生する。信号S1ノ
パルス巾あるいはデユーティレシオは、湿度検知素子9
が特性変化あるいは劣化を起こさないような値とし、パ
ルス巾を小さくするか、繰り返し周波数を低くしておく
ことで達成できる。
ここで、信号S+、S2の波形は第3図に示すように互
いにオーバーラツプしないようにする。
いにオーバーラツプしないようにする。
前述の信号31i、入力抵抗伽表して抵抗10を、また
電流帰還素子として湿度検知素子9を有する演算増巾器
2の入力端子に、信号S2i、入力抵抗として抵抗11
を、また電流帰還素子として抵抗12を有する演算増巾
器3の人・力端子にそれぞれ印加する。
電流帰還素子として湿度検知素子9を有する演算増巾器
2の入力端子に、信号S2i、入力抵抗として抵抗11
を、また電流帰還素子として抵抗12を有する演算増巾
器3の人・力端子にそれぞれ印加する。
ここで、演算増巾器2の出力電圧v1 および演算増
巾器3の出力v2 の波高値は次のようになる。
巾器3の出力v2 の波高値は次のようになる。
たたし、ここで信号8+、S2の波高値全それぞれVs
とする。
とする。
なお、出力v1の波高値の絶対値’1V1p、 出力
v2 の波高値の絶対値@ V2 pとすると、 Vl
p 。
v2 の波高値の絶対値@ V2 pとすると、 Vl
p 。
v2pは次式け) 、 (81で表わされる。
v、 、 −Rs Vs 、、、、、、 、、、、、
、、、、、−、、、、,0,、、、、、、、、、、、、
(7)1 R5・Vs V21) =□・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8)2 前述の出力電圧V1 、 V2は抵抗13 、14’i
経て電流Iとして増巾器4に供給される。
、、、、、−、、、、,0,、、、、、、、、、、、、
(7)1 R5・Vs V21) =□・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8)2 前述の出力電圧V1 、 V2は抵抗13 、14’i
経て電流Iとして増巾器4に供給される。
増巾器4はダイオード8を電流帰還素子として用いるこ
とにより非線形増巾器として動作する。
とにより非線形増巾器として動作する。
増巾器4の出力電圧v3 は第3図に示す波形となり、
その波高値はvlpとV2pi交互に゛対数変換した値
となる。
その波高値はvlpとV2pi交互に゛対数変換した値
となる。
ここで第2図において電流Iとダイオード8に流れる電
流の絶対値は等しく、ダイオードの順方向電圧降下分V
F と電流工の関係は次式で表わすことができる。
流の絶対値は等しく、ダイオードの順方向電圧降下分V
F と電流工の関係は次式で表わすことができる。
0
あるいは
たたし、工:ダイオード電流(ム)
IO:比例足載(ム)
k:ボルツマン定数(JloK)
T:温度(0K)
q:電子の電荷(C)
電圧記憶器6.6はパルス制御器1からの信号Ss 、
84にエフ動作して、演算増巾器4の出力v5を記憶
する。
84にエフ動作して、演算増巾器4の出力v5を記憶
する。
パルス制御器1からの信号83 、84は、第3図に示
すように出力v3 の波形安定後に出力され。
すように出力v3 の波形安定後に出力され。
信号83 、 Saけ信号S1,82と任意の位相差を
保つようにしである。
保つようにしである。
電圧記憶器6の出力y4は式(7)と式(10)エフで
表わすことができる。
表わすことができる。
また、電圧記憶器6の出力電圧v5 は式(8)とで表
わすことができる。
わすことができる。
前述の出力電圧V4 、 Vsは演算器7に印加され。
そこで演算された後、出力端子16に出力電圧Vout
として得られる。 、 第4図は演算器7の構成の一例を示す回路図である。
として得られる。 、 第4図は演算器7の構成の一例を示す回路図である。
図において、入力電圧V4 、 Vsは増巾器21と抵
抗22〜25からなる引算器26に加えられる。
抗22〜25からなる引算器26に加えられる。
ここで抵抗22〜26の値が全て等しいとすると、引算
器26の出力電圧v6は、次式(13)で表わされる。
器26の出力電圧v6は、次式(13)で表わされる。
V6 = V4− Vs ・・・・・・・・・・・・
・−・・・・・・・・・・・・・・・−(13)ここで
式(11)と式(1−2)k代入すると次式のようにな
る。
・−・・・・・・・・・・・・・・・−(13)ここで
式(11)と式(1−2)k代入すると次式のようにな
る。
ここでR11・R13:=R1o・R14、Ro=R1
zであるとすると1式(6)と式(14)よ#)v6は
V6=旦(−AH−B’Δt) −1−−−−−1−1
−(15)となる。この出力電圧v6 は出力電圧v5
とともに割算器27に供給される。割算器27は2
7の出力電圧であり、KDは割算器27の入用力端間の
比例定数である。
zであるとすると1式(6)と式(14)よ#)v6は
V6=旦(−AH−B’Δt) −1−−−−−1−1
−(15)となる。この出力電圧v6 は出力電圧v5
とともに割算器27に供給される。割算器27は2
7の出力電圧であり、KDは割算器27の入用力端間の
比例定数である。
出力電圧v77式(12]と式(16)工りKD@V6
5
式(16)においてΔtは式(2)よりΔt−7−TO
アあり、KDおよ。、n(二肛源−一)は。
アあり、KDおよ。、n(二肛源−一)は。
R11R13I。
、fあ、。ア、K。、−1゜7.。、2ヅ一)よ。
て式(16)に代入すると次式の↓うになる。
13、、−。
V7= KD’ (−AH−B’T−1−B’ To
)−・・・・−(17)前述の出力Vy 、 Vsと定
電圧源の出力Vc とを加算器に入力する。加算器2
8は三つの入力抵抗29.30.31と電流帰還抵抗3
2と演算増巾器33からなるものである。なお、抵抗2
9,30゜31.32の値全それぞれR29、Rso
4 R31。
)−・・・・−(17)前述の出力Vy 、 Vsと定
電圧源の出力Vc とを加算器に入力する。加算器2
8は三つの入力抵抗29.30.31と電流帰還抵抗3
2と演算増巾器33からなるものである。なお、抵抗2
9,30゜31.32の値全それぞれR29、Rso
4 R31。
R52とする。
ここで演算増巾器33の出力Voutは次式で表わすこ
とができる。
とができる。
式(18)に式(12)と式(17)を代入すると1次
式になる。
式になる。
・・・・・・・・・(19)
式(19)においてR31f次式の関係が成立するよう
に設定する。
に設定する。
4
また、R29およびVc ’i+次式の関係が成立する
ように設定する。
ように設定する。
式(20)、(21)を式(19)に代入すると
Vout −□ ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(22)Rs。
・・・・・(22)Rs。
となる。
次式となる。
Vout二ムtH・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・(23)たたし 五′:比
例定数(V/%) H:相対湿度(%) 湿度検出装置の出力You tは式(23)で表わすこ
とができ、温度には無関係となる。そしてその出力Vo
utは相対湿度のみに比例する。
・・・・・・・・・・・・・(23)たたし 五′:比
例定数(V/%) H:相対湿度(%) 湿度検出装置の出力You tは式(23)で表わすこ
とができ、温度には無関係となる。そしてその出力Vo
utは相対湿度のみに比例する。
1571.−、:、
以上の説明から明らかなように1本発明にかかる湿度検
出装置は、湿度および温度にエク電気抵 4抗体を固
体検知素子として用い、前記固体検知素子および基準抵
抗を電流帰還素子として用いる二つの増巾器と、ダイオ
ードを電流帰還素子として用いる非線形増巾器と、二つ
の異なる時刻における前記非線形増巾器の出力電圧を制
御パルスの入力により記憶する電圧記憶器と、前記電圧
記憶器の出力電圧を用いて→演算を行なう演算器と。
出装置は、湿度および温度にエク電気抵 4抗体を固
体検知素子として用い、前記固体検知素子および基準抵
抗を電流帰還素子として用いる二つの増巾器と、ダイオ
ードを電流帰還素子として用いる非線形増巾器と、二つ
の異なる時刻における前記非線形増巾器の出力電圧を制
御パルスの入力により記憶する電圧記憶器と、前記電圧
記憶器の出力電圧を用いて→演算を行なう演算器と。
パルス電圧を前記二つの増巾器へ交互に入力し、さらに
前記電圧記憶器の制御パルスを発生するパルス制御器と
を有し、前記の二つの増巾器の出力を前記非線形増巾器
に加えることにより5温度補正全した湿度検出信号を出
力することを特徴とするものである。これにより、湿度
検知素子の劣化と特性変化を防止し、信頼性の高い湿度
検出装置を実現することができる。湿度検出出力が相対
湿度に比例しており1表示、記録に便“利であり5他の
装置との接続が容易である。および、温度検出回路と対
数変換回路が兼用でき、低価格の装置を
前記電圧記憶器の制御パルスを発生するパルス制御器と
を有し、前記の二つの増巾器の出力を前記非線形増巾器
に加えることにより5温度補正全した湿度検出信号を出
力することを特徴とするものである。これにより、湿度
検知素子の劣化と特性変化を防止し、信頼性の高い湿度
検出装置を実現することができる。湿度検出出力が相対
湿度に比例しており1表示、記録に便“利であり5他の
装置との接続が容易である。および、温度検出回路と対
数変換回路が兼用でき、低価格の装置を
第1図は本発明にかかる湿度検出装置の一実施例で用い
た湿度検知素子の湿度特性図、第2図はこの実施例のブ
ロック図、第3図は孟のタイミングチャート図、第4図
はこの実施例で用いた演算器の7例を示す回路図である
。 1・・・・・・パルス制御器、2,3.4・・・・・・
演算増巾器、5.6・・・・・・電圧記憶器、7・・・
・・・演算器、8・・・・・・ダイオード、9・・・・
・・湿度検知素子、10 、11゜12.13.14・
・・・・・抵抗。
た湿度検知素子の湿度特性図、第2図はこの実施例のブ
ロック図、第3図は孟のタイミングチャート図、第4図
はこの実施例で用いた演算器の7例を示す回路図である
。 1・・・・・・パルス制御器、2,3.4・・・・・・
演算増巾器、5.6・・・・・・電圧記憶器、7・・・
・・・演算器、8・・・・・・ダイオード、9・・・・
・・湿度検知素子、10 、11゜12.13.14・
・・・・・抵抗。
Claims (3)
- (1) 湿度および温度により電気抵抗が変化する抵
抗体を固体検知素子として用い、前記固体検知素子およ
び基準抵抗を電流帰還素子として用いる二つの増巾器と
、ダイオードを電流帰還素子として用いる非線形増巾器
と、二つの異なる時刻における前記非線形増巾器の出力
電圧を制御パルスの入力により記憶する電圧記憶器と、
前記電圧記憶器の出力電圧を用いて骨骨演算を行なう演
算器と、パルス電圧を前記二つの増巾器へ交互に入力し
、さらに前記電圧記憶器の制御パルスを発生するパルス
制御器と′f:有し、前記の二つの増巾器の出力を前記
非線形増巾器に加えることにより、温度補正をした湿度
検出信号を出力することを特徴とする湿度検出装置。 - (2)固体検知素子が多孔質金属酸化物磁器抵抗体から
なること全特徴とする特許請九囲第1項に記載の湿度検
出装置。 - (3)固体検知素子がMgCr2O4f含む多孔質磁器
抵抗体からなることを特徴とする特許請求範囲第1項に
記載の湿度検出装置。。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13116481A JPS5832152A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 湿度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13116481A JPS5832152A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 湿度検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5832152A true JPS5832152A (ja) | 1983-02-25 |
Family
ID=15051496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13116481A Pending JPS5832152A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 湿度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5832152A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6163148U (ja) * | 1984-10-01 | 1986-04-28 | ||
JPS6163147U (ja) * | 1984-10-01 | 1986-04-28 | ||
JPS6170760U (ja) * | 1984-10-17 | 1986-05-14 | ||
JPS61104367U (ja) * | 1984-12-14 | 1986-07-02 | ||
JPS61210934A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-19 | Marcon Electronics Co Ltd | 湿度測定回路 |
JPS6287842A (ja) * | 1985-10-12 | 1987-04-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 露点検出器 |
-
1981
- 1981-08-20 JP JP13116481A patent/JPS5832152A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6163148U (ja) * | 1984-10-01 | 1986-04-28 | ||
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