JPS5832152A

JPS5832152A - 湿度検出装置

Info

Publication number: JPS5832152A
Application number: JP13116481A
Authority: JP
Inventors: Fumio Fukushima; 二三夫福島; Jiro Terada; 二郎寺田; Koji Nitta; 新田　恒治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1983-02-25

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

Ｒｓ　　　　　　　　　　ＢＢＩｎ　　＝−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。

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。

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
。

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。

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。

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。

をＲｌｏ、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒｌｓ、Ｒ１４とする）で
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。

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。

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。

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。

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。

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。

たたし、ここで信号８＋、Ｓ２の波高値全それぞれＶｓ
　　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　。

ｖ２ｐは次式け）　、　（８１で表わされる。

ｖ、　、　−Ｒｓ　Ｖｓ　　、、、、、、　、、、、、
、、、、、−、、、、，０，、、、、、、、、、、、、
（７）１Ｒ５・ＶｓＶ２１）　＝□・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

出力電圧ｖ７７式（１２］と式（１６）工りＫＤ＠Ｖ６５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。

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。

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。

式（１８）に式（１２）と式（１７）を代入すると１次
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。

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。

式（２０）、（２１）を式（１９）に代入するとＶｏｕｔ　−□　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（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。

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。

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

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【特許請求の範囲】

（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。。