JPH01207644A - 湿度検出器 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、相対湿度の変化を、多孔質湿度センサの電気
抵抗変化として検出し、相対温度変化に比例したアナロ
グ信号を出力する湿度検出器に関する。

［従来の技術］ 従来、相対湿度の変化を、素子の電気的特性の変化とし
て検出する湿度センサには、電解質系、有機物系、金属
系、金属酸化物系があり、現在実用化されているものは
、吸湿性高分子樹脂中に導電性粉末を混合した結露セン
サ、導電性高分子１漢による湿度センサ、ＺｎＣｒ２０
４−ＬｉＺｎＶＯ４系セラミック湿度センサｘ　　Ｔｉ
０ａ−Ｖ２０６系セラミック湿度センサ等がある。吸湿
性高分子樹脂中に導電性粉末混合した結露センサは、高
分子樹脂が吸湿すると膨張し、導電性粉末の粒子間距離
が増加し、抵抗値が増加するもので、一定の湿度になる
と急激な抵抗増加を起こす性質を利用したものである。

導電性高分子膜およびセラミック系湿度センサは、水の
吸着により素子の抵抗値が指数関数的に減少する性質を
利用したものである。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし従来技術では、結露センサは広範囲の湿度測定が
できず、高分子膜湿度センサは６０℃以上での測定がで
きない。また、高分子膜、セラミック系湿度センサ共に
低温度域で精度が悪化するという欠点があった。セラミ
ック系湿度センサの中には一定時間ごとに数１００℃ま
で加熱する必要のあるものが使用されていたが、これら
のセンサは、可燃性蒸気、またはガスの存在する場所で
は使用できない。さらにいずれのセンサも、高温、多湿
の環境で長時間使用すると劣化してしまう。

そこで本発明はこの様な問題点を解決するもので、その
目的とするところは、高温多湿な環境で長期の使用が可
能で、広範囲な湿度域で高精度な測定が可能な湿度検出
器を提供するところにある。

［問題点を解決するための手段］ （１）本発明の湿度検出器は、ガラス中に導電性粒子を
分散させた多孔質体のセンサを用いた湿度検出器におい
て、 （ａ）シリコンアルコキシド（Ｓ　ｉ（ＯＲ）ａ　、　
　Ｒ：アルキル基）を加水分解したゾルに炭素粒子を分
散させ、該ゾルをゲル化させ乾燥し、真空中または窒素
ガス中または不活性ガス中で５００℃〜１５００℃の温
度範囲で焼結し、焼結後に大気中または酸素を含むガス
中で３００℃〜５００℃の温度範囲で熱処理を施した湿
度センサ。

（ｂ）前記湿度センサをフィードバック抵抗として用い
、前記湿度センサの抵抗値変化によって増幅率が変化す
る構成の検出アンプ回路。

（ｃ）前記検出アンプの信号源となる発振回路。

（ｄ）前記検出アンプ回路の出力信号を整流し、前記湿
度センサによって検出された相対温度の変化に比例した
大きさの直流信号を出力する整流回路 （ｅ）前記整流回路の出力信号を対数変換する対数増幅
回路から構成されることを特徴とする。

湿度センサの焼結温度を５００℃以上とすることによっ
て焼結体の機械的強度が高くなり、かつ化学的に安定な
状態となる。また、１５００℃以上で焼結を行なっても
利点が無いので焼結温度は、５００℃〜１５００℃が望
ましい。また、焼結後の熱処理温度条件に関しては、後
の実施例で詳細に示すが、焼結後に熱処理を行なうこと
により焼結体の炭素粒子が一部焼失し、温度センサとし
て適当な細孔径分布を有する構造となる。熱処理温度条
件に関しては後の実施例で適切でない場合の比較例を示
すが、３００℃未満では、炭素粒子がほとんど焼失せず
効果が無く、５００℃を越えると炭素粒子がほとんど焼
失してしまうので、３００〜５００℃が望ましい。

［作用］ 本発明の湿度検出器は、石英ガラス中に炭素粉末を分散
させた多孔質体を湿度センサとして測定環境中に設置し
、温度センサを反転増幅回路のフィードバック抵抗とし
て用いて湿度センサの電気抵抗の変化により増幅率の変
化する検出アンプを構成し、検出アンプ入力に発振回路
から一定振幅、一定周波数の信号を与え、検出アンプ出
力を整流し、対数変換することによって、測定環境中の
湿度変化に比例して変化する出力信号が得られる。

［実施例］ 以下本発明について図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の湿度検出器の回路図で、発振回路１は
、一定振幅、一定周波数の信号を出力する。検出アンプ
２は湿度センサ３の抵抗値変化によって増幅率が変化す
る回路で、湿度センサの抵抗値をＲｓとすると入出力の
増幅率は、−Ｒｓ　／　Ｒ１ となり、出力信号の振幅が相対湿度の変化に伴って変化
する。整流回路４は、交流を直流に変換する回路で、検
出アンプの出力信号の絶対値の平均値を出力する。対数
増幅回路５は、入力信号を対数変換して出力する回路で
ある。対数増幅回路の基準電流は、 （ＶＲＩ−ＶＨ２）　／Ｒ２ となっている。

つぎに本発明の湿度センサの試料の製法について説明す
る。

（製法例１） テトラエトキシシラン（Ｓ　ｉ（ＯＣ２Ｈ３）４）　１
００ｍ１に０．０２Ｎ塩酸３３ｍ１を加え、１時間攪は
んし、テトラエトキシシランを加水分解すると透明で均
一なゾルが得られる。このゾルにカーボンブラック２１
．５ｇを加え、３０分間攪はんし、カーボンブラックを
分散させると黒色で均一なゾルが得られる。このゾルに
０．ＩＮアンモニア水を滴下してｐＨ値を５にすると１
時間後にゲル化した。このゲルを６０’Ｃで２４時間乾
燥させた後、焼結炉に入れ、ＩＴｏｒｒ以下の真空度で
５００００に加熱し、５００℃で１時間保持した。得ら
れた焼結体を、体積比で酸素５０％、窒素５０％の混合
ガスを流しなから３００℃で１０時間熱処理した。熱処
理後の焼結対から５　ｍｍｘ　５　ｍｍＸ　１　ｍｍの
サンプルを切り出しアルミナ基板に接着し電極を付け、
第２図に示す湿度センサを製作した。第２図において、
２１は焼結体、２２は電極、２３はリード線、２４は基
板である。第３図は、本湿度センサの感湿特性図である
。

（製法例２） カーボンブラックの量を１０．８ｇとした以外はすべて
製法例１と同様に、乾燥ゲルを製作した。

この乾燥ゲルを焼結炉内で窒素ガスを流しながら１００
０℃まで加熱し、１０００℃で５時間保持した。得られ
た焼結体を大気中で４００″Ｃまで加熱し、４００℃で
５時間保持した。この熱処理後の焼結体から製法例１と
同様に湿度センサを製作した。製法例２によって得られ
た温度センサの感湿特性を第４図に示す。本湿度センサ
を沸騰水中で１時間煮沸して、１００℃で１時間乾燥さ
せた後に感湿特性を調べたところ、煮沸前と同様の特性
を示し、劣化は認められなかった。

次に特許請求の範囲に記載された熱処理温度条件以外で
熱処理を行なった場合の比較例を示す。

（比較例１） 熱処理の温度を２００℃とした以外はすべて製法例２と
同様に湿度センサを製作した。感湿特性を第５図に示す
。本比較例の湿度センサは、直線性、変化範囲共に実用
的でないと考えられる。

（比較例２） 熱処理の温度を６００℃とした以外はすべて製法例２と
同様に湿度センサを製作した。本比較例の湿度センサは
極めて高抵抗で、感温特性は通常の測定器では測定不可
能であった。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明の湿度センサは、湿度センサと
して、シリコンアルコキシドを加水分解したゾルに、炭
素粒子を分散させ、該ゾルを、ゲル化させ、乾燥、焼結
して得られた湿度センサを熱処理による安定化を施した
後に用いるので、高温高温な環境で長時間使用を続けて
も安定した特性を示し、また、炭素粒子（実施例ではカ
ーボンブラック）の含有量により温度センサの感温特性
を広範囲に変化させることが出来るので、従来測定が困
難であった低湿度域での測定を高精度に行うことが可能
である。尚、本発明で用いた湿度センサはきわめて安価
なために、従来の温度センサを用いた場合に比べて低コ
ストな温度検出器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の湿度検出器の回路図。 第２図は、湿度センサの構造図 第３．４図は、本発明の温度センサの感湿特性図。 第５図は、比較例の感湿特性図 以上 ２１大克銘体 第２図 第５図 −７１ｊＦ乙イ正１　（、Ω、） ｎＭムイ直　（、Ω、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス中に導電性粒子を分散させた多孔質体のセ
   ンサを用いた湿度検出器において、（ａ）シリコンアル
   コキシド（Ｓｉ（ＯＲ）＿４、Ｒ：アルキル基）を加水
   分解したゾルに炭素粒子を分散させ、該ゾルをゲル化さ
   せ乾燥し、真空中または窒素ガス中または不活性ガス中
   で５００℃〜１５００℃の温度範囲で焼結し、焼結後に
   大気中または酸素を含むガス中で３００℃〜５００℃の
   温度範囲で熱処理を施した湿度センサ。 （ｂ）前記温度センサをフィードバック抵抗として用い
   、前記温度センサの抵抗値変化によって増幅率が変化す
   る構成の検出アンプ回路。 （ｃ）前記検出アンプの信号源となる発振回路。 （ｄ）前記検出アンプ回路の出力信号を整流し、前記温
   度センサによって検出された相対湿度の変化に比例した
   大きさの直流信号を出力する整流回路 （ｅ）前記整流回路の出力信号を対数変換する対数増幅
   回路から構成されることを特徴とする湿度検出器。