JPH0687048B2 - 有機高分子式湿度センサの動作回路 - Google Patents
有機高分子式湿度センサの動作回路Info
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- JPH0687048B2 JPH0687048B2 JP58189187A JP18918783A JPH0687048B2 JP H0687048 B2 JPH0687048 B2 JP H0687048B2 JP 58189187 A JP58189187 A JP 58189187A JP 18918783 A JP18918783 A JP 18918783A JP H0687048 B2 JPH0687048 B2 JP H0687048B2
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- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、雰囲気の湿度制御に必要な湿度センサの動作
回路に係り、特に有機高分子材料を感湿膜として用いた
湿度センサに好適な動作回路に関する。
回路に係り、特に有機高分子材料を感湿膜として用いた
湿度センサに好適な動作回路に関する。
空気調和技術の一環として湿度調節が重要な要素として
考えられるようになるにつれ、湿度センサの適用範囲は
広まるばかりとなり、湿度センサの性能改善に多大の努
力が払われるようになつてきた。
考えられるようになるにつれ、湿度センサの適用範囲は
広まるばかりとなり、湿度センサの性能改善に多大の努
力が払われるようになつてきた。
そして、このような観点から近年注目を集めている湿度
センサの一つに、有機高分子材料を感湿膜とした湿度セ
ンサがある。
センサの一つに、有機高分子材料を感湿膜とした湿度セ
ンサがある。
このような有機高分子式湿度センサの一例を第１図及び
第２図に示す。
第２図に示す。
これらの図において、第１図は平面図で、第２図はその
Ａ−Ａ′線による断面図であり、11は基板、12,13は電
極、14は感湿膜、15,16は端子である。なお、１は湿度
センサ全体を表わす。
Ａ−Ａ′線による断面図であり、11は基板、12,13は電
極、14は感湿膜、15,16は端子である。なお、１は湿度
センサ全体を表わす。
基板11は例えば酸化アルミニウムなどの誘電体で角形に
作られ、その一方の面に金の薄膜などで形成された幅の
狭い複数の細条からなる一対の電極12,13が、それぞれ
相互に所定の間隙を隔てた嵌合状態で配設されている。
そして、これらの電極12,13の間の基板11の表面には、
周囲の湿度に応じて導電率や誘導率が変化する有機高分
子材の層が塗布などによつて設けられ、これが感湿膜14
を形成している。
作られ、その一方の面に金の薄膜などで形成された幅の
狭い複数の細条からなる一対の電極12,13が、それぞれ
相互に所定の間隙を隔てた嵌合状態で配設されている。
そして、これらの電極12,13の間の基板11の表面には、
周囲の湿度に応じて導電率や誘導率が変化する有機高分
子材の層が塗布などによつて設けられ、これが感湿膜14
を形成している。
この感湿膜14に使用される有機高分子材としては、スル
ホン化したポリスチレンや、カチオニツクモノマ（例え
ばメタクリル・オキシ・トリメチル・アンモニウム・ク
ロライド）とビニルモノマ（例えばメチル・メタクリレ
ート）の共重合体などが用いられる。なお、この湿度セ
ンサ１の大きさの一例を示すと、基板11は厚さが1mmの
板材で、15mm角であり、電極12,13の厚さは10μｍ程
度、電極間の間隙は0.2mm程度、感湿膜14の厚さは10μ
ｍ程度である。
ホン化したポリスチレンや、カチオニツクモノマ（例え
ばメタクリル・オキシ・トリメチル・アンモニウム・ク
ロライド）とビニルモノマ（例えばメチル・メタクリレ
ート）の共重合体などが用いられる。なお、この湿度セ
ンサ１の大きさの一例を示すと、基板11は厚さが1mmの
板材で、15mm角であり、電極12,13の厚さは10μｍ程
度、電極間の間隙は0.2mm程度、感湿膜14の厚さは10μ
ｍ程度である。
この湿度センサ１の特性の一例を示すと第３図のように
なり、図においてＡは湿度に対する端子15,16間の電気
抵抗特性を、そしてＢは同じく静電容量特性をそれぞれ
示したものであり、この特性図から明らかなように、こ
の湿度センサでは、その電気抵抗と静電容量とは相対湿
度に対してほぼ指数関数的な変化を示し、湿度の検出を
行なうことができる。なお、この第３図は、第１図及び
第２図で示した湿度センサの等価回路が電気抵抗と静電
容量の並列回路であるとみなし、１KHzの周波数のもと
で測定した結果の一例である。
なり、図においてＡは湿度に対する端子15,16間の電気
抵抗特性を、そしてＢは同じく静電容量特性をそれぞれ
示したものであり、この特性図から明らかなように、こ
の湿度センサでは、その電気抵抗と静電容量とは相対湿
度に対してほぼ指数関数的な変化を示し、湿度の検出を
行なうことができる。なお、この第３図は、第１図及び
第２図で示した湿度センサの等価回路が電気抵抗と静電
容量の並列回路であるとみなし、１KHzの周波数のもと
で測定した結果の一例である。
さて、このような湿度センサを用いて湿度を検出するた
めには、上記のようにその電気抵抗や静電容量を測定
し、その測定値によつて湿度を検出しなければならない
から、当然、そのための動作回路が必要である。
めには、上記のようにその電気抵抗や静電容量を測定
し、その測定値によつて湿度を検出しなければならない
から、当然、そのための動作回路が必要である。
そして、このような場合に従来から用いられている動作
回路としては、例えば特開昭55-40935のように湿度セン
サに所定の電圧を印加し、これにより湿度センサに流れ
る電流を直接測定して湿度を求めたり、或いは湿度セン
サを抵抗分圧器の一つの抵抗素子として用い、抵抗分圧
器の出力電圧を測定して湿度を求めるようにした方式の
ものが主に使用されていた。
回路としては、例えば特開昭55-40935のように湿度セン
サに所定の電圧を印加し、これにより湿度センサに流れ
る電流を直接測定して湿度を求めたり、或いは湿度セン
サを抵抗分圧器の一つの抵抗素子として用い、抵抗分圧
器の出力電圧を測定して湿度を求めるようにした方式の
ものが主に使用されていた。
しかして、このような従来から用いられている動作回路
により上記のような有機高分子式湿度センサを使用する
と、比較的短時間でその電極に劣化を生じ、湿度検出特
性の経時変化が著しくなつてしまうという欠点があつ
た。
により上記のような有機高分子式湿度センサを使用する
と、比較的短時間でその電極に劣化を生じ、湿度検出特
性の経時変化が著しくなつてしまうという欠点があつ
た。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、有機
高分子式湿度センサに適用して湿度検出装置を構成した
場合にも、湿度センサの電極劣化の虞れがなく、充分に
安定な検出特性を保つて使用が可能になる有機高分子式
湿度センサの動作回路を提供するにある。
高分子式湿度センサに適用して湿度検出装置を構成した
場合にも、湿度センサの電極劣化の虞れがなく、充分に
安定な検出特性を保つて使用が可能になる有機高分子式
湿度センサの動作回路を提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、湿度検出動作中、
湿度センサの端子間に印加される電圧を常に所定値以下
に保つようにし、この電圧が電極のイオン化電圧以上に
ならないようにした点を特徴とする。
湿度センサの端子間に印加される電圧を常に所定値以下
に保つようにし、この電圧が電極のイオン化電圧以上に
ならないようにした点を特徴とする。
以下、本発明による有機高分子式湿度センサの動作回路
について、図示の実施例を用いて説明する。
について、図示の実施例を用いて説明する。
第４図は本発明の一実施例で、１は有機高分子式湿度セ
ンサ、２は交流電圧源、３は検出回路、４は結合用コン
デンサ、５は出力端子である。
ンサ、２は交流電圧源、３は検出回路、４は結合用コン
デンサ、５は出力端子である。
有機高分子式湿度センサ１は第１図及び第２図で説明し
たような、感湿膜として有機高分子材料を用いたもの
で、第３図で示すような特性を有する湿度センサであ
る。
たような、感湿膜として有機高分子材料を用いたもの
で、第３図で示すような特性を有する湿度センサであ
る。
交流電圧源２は演算増幅器21とコンデンサ22,それに抵
抗23〜25からなる矩形波発振器と、演算増幅器28からな
るバツフア増幅器を含み、コンデンサ４を介して有機高
分子式湿度ンサ１（以下、単にセンサと称す）に交流電
圧を供給する働きをする。ここで、演算増幅器（以下、
オペアンプという）21は無安定バイブレータを構成し、
コンデンサ22の容量値と抵抗23の抵抗値の積で定まるCR
時定数に応じた周波数で発振し、このときの出力矩形波
信号の振幅は直流電源電圧VCC，VEEで決められる。従つ
て、安定化電源などによつて安定化した直流電圧VCC，V
EEをオペアンプ21に供給してやれば、その出力から一定
振幅の矩形波が得られる。そこで、このオペアンプ21の
出力Voを抵抗26,27で所定値Ｖに分圧し、100％の負帰還
を施こしたオペアンプ28で取出すことにより所定の一定
出力の交流電圧源として動作することになる。検出回路
３はコンデンサ32とダイオード33〜35を有するオペアン
プ31を含み、交流電圧源２からコンデンサ４を介してセ
ンサ１に流れ込んだ交流電流を整流し、さらにダイオー
ド33の電圧一電流の非直線性により対数変換を行ない、
第３図に示すようなセンサ１の指数関数特性を直線特性
に直して検出出力を出力端子５に取り出す働きをする。
抗23〜25からなる矩形波発振器と、演算増幅器28からな
るバツフア増幅器を含み、コンデンサ４を介して有機高
分子式湿度ンサ１（以下、単にセンサと称す）に交流電
圧を供給する働きをする。ここで、演算増幅器（以下、
オペアンプという）21は無安定バイブレータを構成し、
コンデンサ22の容量値と抵抗23の抵抗値の積で定まるCR
時定数に応じた周波数で発振し、このときの出力矩形波
信号の振幅は直流電源電圧VCC，VEEで決められる。従つ
て、安定化電源などによつて安定化した直流電圧VCC，V
EEをオペアンプ21に供給してやれば、その出力から一定
振幅の矩形波が得られる。そこで、このオペアンプ21の
出力Voを抵抗26,27で所定値Ｖに分圧し、100％の負帰還
を施こしたオペアンプ28で取出すことにより所定の一定
出力の交流電圧源として動作することになる。検出回路
３はコンデンサ32とダイオード33〜35を有するオペアン
プ31を含み、交流電圧源２からコンデンサ４を介してセ
ンサ１に流れ込んだ交流電流を整流し、さらにダイオー
ド33の電圧一電流の非直線性により対数変換を行ない、
第３図に示すようなセンサ１の指数関数特性を直線特性
に直して検出出力を出力端子５に取り出す働きをする。
コンデンサ４は交流電圧源２の出力に含まれる直流分を
しや断し、それがセンサ１に加えられないようにし、こ
れによりセンサ１の劣化を防止する働きをする。なお、
このとき、このコンデンサ４のインピーダンスはセンサ
１のインピーダンスに比して充分に小さな値になるよう
にし、事実上無視し得るようにしておかなければならな
い。
しや断し、それがセンサ１に加えられないようにし、こ
れによりセンサ１の劣化を防止する働きをする。なお、
このとき、このコンデンサ４のインピーダンスはセンサ
１のインピーダンスに比して充分に小さな値になるよう
にし、事実上無視し得るようにしておかなければならな
い。
次に、この実施例の動作について説明する。
オペアンプ31の増幅度は通常極めて高いから、その−入
力の電位はほとんど０電圧に保たれており、かつコンデ
ンサ４のインピーダンスはセンサ１のインピーダンスに
比してほとんど無視できる程小さいから、センサ１には
交流電圧源２の交流出力電圧Ｖがそのまま印加され、こ
の結果、オペアンプ31にはセンサ１のインピーダンスと
交流電圧Ｖによつて定まる電流が流れ込み、それの対数
変換した直流電圧が出力端子５に現われている。
力の電位はほとんど０電圧に保たれており、かつコンデ
ンサ４のインピーダンスはセンサ１のインピーダンスに
比してほとんど無視できる程小さいから、センサ１には
交流電圧源２の交流出力電圧Ｖがそのまま印加され、こ
の結果、オペアンプ31にはセンサ１のインピーダンスと
交流電圧Ｖによつて定まる電流が流れ込み、それの対数
変換した直流電圧が出力端子５に現われている。
従つて、周囲の湿度に応じてセンサ１のインピーダンス
が第３図のように変化すると、それに応じてオペアンプ
31の−入力に流れ込む電流も変化し、出力端子５には湿
度に応じて変化する直流電圧が得られ、しかも、このと
き、オペアンプ31で対数変換が行なわれるため、出力端
子５に現われる直流電圧は湿度の変化にほぼ比例した値
になり、湿度の変化をそれに比例して変化する直流電圧
として検出することができる。
が第３図のように変化すると、それに応じてオペアンプ
31の−入力に流れ込む電流も変化し、出力端子５には湿
度に応じて変化する直流電圧が得られ、しかも、このと
き、オペアンプ31で対数変換が行なわれるため、出力端
子５に現われる直流電圧は湿度の変化にほぼ比例した値
になり、湿度の変化をそれに比例して変化する直流電圧
として検出することができる。
一方、このとき、センサ１の端子15,16間に印加される
交流電圧は、オペアンプ21に供給されている直流電圧V
CC，VEEと抵抗26,27の分圧比でその最大値が決められて
いる。
交流電圧は、オペアンプ21に供給されている直流電圧V
CC，VEEと抵抗26,27の分圧比でその最大値が決められて
いる。
そこで、この交流電圧Ｖを所定値に定めることにより、
この実施例ではセンサ１の電極に劣化を生じるのが完全
に防止でき、センサ特性の経時変化をなくすことができ
る。なお、この詳しい説明は後述する。
この実施例ではセンサ１の電極に劣化を生じるのが完全
に防止でき、センサ特性の経時変化をなくすことができ
る。なお、この詳しい説明は後述する。
次に、第５図は本発明の他の一実施例で、第４図の実施
例と異なる点は、交流電圧源２の中身がオペアンプ21か
らなる矩形波発振器だけとなり、これに応じてセンサ１
に印加すべき交流電圧Ｖを所定値にするための電圧分圧
器が抵抗６と７によつて構成され、さらに、検出回路３
の中身が、オペアンプ31と抵抗37,38からなる電圧比較
器となり、これに応じて整流用のダイオード35と平滑用
のコンデンサ32がオペアンプ31の入力側に接続されてい
る点であり、その他は第４図の場合と同じである。
例と異なる点は、交流電圧源２の中身がオペアンプ21か
らなる矩形波発振器だけとなり、これに応じてセンサ１
に印加すべき交流電圧Ｖを所定値にするための電圧分圧
器が抵抗６と７によつて構成され、さらに、検出回路３
の中身が、オペアンプ31と抵抗37,38からなる電圧比較
器となり、これに応じて整流用のダイオード35と平滑用
のコンデンサ32がオペアンプ31の入力側に接続されてい
る点であり、その他は第４図の場合と同じである。
この第５図の実施例では、交流電圧源２の出力が矩形波
発振器を構成するオペアンプ21の出力電圧Voとなつてお
り、これがコンデンサ４を介してセンサ１の一方の端子
15にそのまま印加されるようになつている。
発振器を構成するオペアンプ21の出力電圧Voとなつてお
り、これがコンデンサ４を介してセンサ１の一方の端子
15にそのまま印加されるようになつている。
一方、センサ１の他方の端子16は抵抗７で接地され、さ
らにこれらの端子15,16の間には抵抗６が接続されてい
る。
らにこれらの端子15,16の間には抵抗６が接続されてい
る。
従つて、コンデンサ４のインピーダンスを無視し、さら
にセンサ１の静電容量を無視すると、センサ１に印加さ
れる交流電圧Ｖは次式のようになる。
にセンサ１の静電容量を無視すると、センサ１に印加さ
れる交流電圧Ｖは次式のようになる。
ここで、Rx……センサ１の抵抗値 Rp……抵抗６の抵抗値 Rs……抵抗７の抵抗値 この結果、抵抗７の両端に現われる交流電圧Vxはセンサ
１の抵抗値によつて変化する。
１の抵抗値によつて変化する。
そこで、この第５図の実施例では、抵抗７の交流電圧Vx
をダイオード33で整流し、コンデンサ32で平滑して交流
電圧Vxに比例した直流電圧Exを得、これをオペアンプ31
の＋入力に供給する。
をダイオード33で整流し、コンデンサ32で平滑して交流
電圧Vxに比例した直流電圧Exを得、これをオペアンプ31
の＋入力に供給する。
一方、このオペアンプ31は抵抗3,38で直流電源VCCらら
分圧して得た電圧Esがその−入力に与えられており、電
圧Esを基準電圧とする電圧比較器として動作するように
なつている。
分圧して得た電圧Esがその−入力に与えられており、電
圧Esを基準電圧とする電圧比較器として動作するように
なつている。
従つて、この第５図の実施例では、周囲の湿度が上昇す
るにつれて電圧Exが上昇し、それが基準電圧Esより大き
くなると出力端子５がハイレベルになり、電圧Exが基準
電圧Esより小さいときは出力端子５がローレベルを保つ
ように動作し、周囲の湿度変化を或る設定湿度に対する
上下関係によつて２つのレベルの信号の切換わりとして
検出することができる。
るにつれて電圧Exが上昇し、それが基準電圧Esより大き
くなると出力端子５がハイレベルになり、電圧Exが基準
電圧Esより小さいときは出力端子５がローレベルを保つ
ように動作し、周囲の湿度変化を或る設定湿度に対する
上下関係によつて２つのレベルの信号の切換わりとして
検出することができる。
そして、この実施例においても、上記の（１）式で与え
られるセンサ１に対する印加電圧Ｖを、センサ１の抵抗
値Rxが最大値を示したときでも所定値に保つように設定
することにより、センサ１の特性に対する経時変化をな
くすことができ、信頼性の高いセンサを得ることができ
る。
られるセンサ１に対する印加電圧Ｖを、センサ１の抵抗
値Rxが最大値を示したときでも所定値に保つように設定
することにより、センサ１の特性に対する経時変化をな
くすことができ、信頼性の高いセンサを得ることができ
る。
ここで、本発明によりセンサの電極のイオン化が防止さ
れ、その特性の経時変化をなくすことができる理由につ
いて説明する。
れ、その特性の経時変化をなくすことができる理由につ
いて説明する。
第３図に戻り、図の破線Ａ′,B′で示す特性は、第１図
及び第２図で説明したセンサ１に、周波数50Hz、尖頭値
が2Vの交流電圧を約500時間通電したときに、それぞれ
実線で示した特性Ａ′,Bから変化した状態を表わしたも
のである。なお、感湿膜14の材質は前述のメタクリル・
オキシ・トリメチル・アンモニウム・クロライドとメチ
ル・メタクリレートの共重合体であり、その共重合体の
含有する対イオンは塩素である。
及び第２図で説明したセンサ１に、周波数50Hz、尖頭値
が2Vの交流電圧を約500時間通電したときに、それぞれ
実線で示した特性Ａ′,Bから変化した状態を表わしたも
のである。なお、感湿膜14の材質は前述のメタクリル・
オキシ・トリメチル・アンモニウム・クロライドとメチ
ル・メタクリレートの共重合体であり、その共重合体の
含有する対イオンは塩素である。
この場合、初期の特性からの変化量は相対湿度（RH）換
算で約３％であり、実用上かなり問題になる。
算で約３％であり、実用上かなり問題になる。
また、この場合、特性が変化しただけではなくて電極
（このときは金電極）の端部に変色が現われていた。
（このときは金電極）の端部に変色が現われていた。
このことから次のことが判る。即ち、センサに印加され
ている交流の半サイクル期間に金電極がイオン化し、そ
れが塩素化合物になり、そのため塩素イオンが働きにく
くなつてしまう次の（２）式に示すような反応が、交流
を通電した場合にも発生してしまうのである。
ている交流の半サイクル期間に金電極がイオン化し、そ
れが塩素化合物になり、そのため塩素イオンが働きにく
くなつてしまう次の（２）式に示すような反応が、交流
を通電した場合にも発生してしまうのである。
Au＋4Cl-＝AuCl- 4＋3e ……………………（２） つまり、センサの特性に経時変化を生じるのは、交流電
圧を印加して使用しても、電極のイオン化が発生し、こ
れにより感湿膜中の可動イオンがだんだんに拘束されて
しまうためであり、特性変化を生じないようにするため
には、電極のイオン化を防止してやればよいことにな
る。
圧を印加して使用しても、電極のイオン化が発生し、こ
れにより感湿膜中の可動イオンがだんだんに拘束されて
しまうためであり、特性変化を生じないようにするため
には、電極のイオン化を防止してやればよいことにな
る。
ところで、このイオン化は、印加交流電圧の周波数を高
くし、半サイクル通電期間が短くなるようにしてやれば
少くすることができるが、本質的な解決にはならない。
くし、半サイクル通電期間が短くなるようにしてやれば
少くすることができるが、本質的な解決にはならない。
そこで、上記したセンサに印加する交流電圧の電圧値を
0.5Vづつ変化させ、それぞれについて特性の経時変化を
調べてみると第６図のような結果が得られた。この第６
図から明らかなとおり、特性に変化を生じるのは印加電
圧の尖頭値が1.0Vを超えたときだけであり、これ以下の
電圧では特性変化を全く生じないことが判る。
0.5Vづつ変化させ、それぞれについて特性の経時変化を
調べてみると第６図のような結果が得られた。この第６
図から明らかなとおり、特性に変化を生じるのは印加電
圧の尖頭値が1.0Vを超えたときだけであり、これ以下の
電圧では特性変化を全く生じないことが判る。
一方、このような1.0V近傍でしきい値を有するものとし
て、電極反応の標準電極電位があり、これは電極材質と
イオン種によつて決まることが知られている。その一例
を示すと Au＋I-＝AuI-＋ｅ ……0.53V Au＋4Br＝AuBr- 4＋3e ……0.87V Au＋4Cl-＝AuCl- 4＋3e ……1.00V Au＝Au 3+＋3e ……1.50V となつている。
て、電極反応の標準電極電位があり、これは電極材質と
イオン種によつて決まることが知られている。その一例
を示すと Au＋I-＝AuI-＋ｅ ……0.53V Au＋4Br＝AuBr- 4＋3e ……0.87V Au＋4Cl-＝AuCl- 4＋3e ……1.00V Au＝Au 3+＋3e ……1.50V となつている。
そこで、これに対応して、対イオンがそれぞれ弗素、塩
素、臭素、沃素、それに水酸基である共重合体を作成
し、これらを感湿膜としたセンサに短時間直流電圧を印
加したときの金電極のイオン化を、その変色の発生によ
つて調べ、その結果の一例を第７図に示す。この第７図
において、○印は金電極の端部に変化を生じなかつた場
合を示し×印は変色が発生した場合を示す。
素、臭素、沃素、それに水酸基である共重合体を作成
し、これらを感湿膜としたセンサに短時間直流電圧を印
加したときの金電極のイオン化を、その変色の発生によ
つて調べ、その結果の一例を第７図に示す。この第７図
において、○印は金電極の端部に変化を生じなかつた場
合を示し×印は変色が発生した場合を示す。
この第７図の結果と上記した標準電極電位とを比較して
みると、塩素イオン共存下での変色が0.9Vで発生する場
合を除き、これらは良い一致を示しており、第７図の結
果が理論的にも正しいことが判る。
みると、塩素イオン共存下での変色が0.9Vで発生する場
合を除き、これらは良い一致を示しており、第７図の結
果が理論的にも正しいことが判る。
この第７図の塩素イオン共存下の場合でも、変色が起こ
り始める電圧では変色の程度は小さく、電圧が高くなる
に従つて変色の程度は大きくなる。従つて、変色が起こ
り始める0.9Vないし1.0Vの電圧での変色の影響は、実用
上十分許容できる範囲である。
り始める電圧では変色の程度は小さく、電圧が高くなる
に従つて変色の程度は大きくなる。従つて、変色が起こ
り始める0.9Vないし1.0Vの電圧での変色の影響は、実用
上十分許容できる範囲である。
そこで、この第７図の結果から理解されることは、水酸
基の場合を除き、残りの４種類のハロゲン元素の中では
イオン化傾向の大きい元素、即ち弗素、塩素、臭素、沃
素の順にしきい値電圧が高くなつており、弗素の場合が
一番金電極の端部での変色を生じ難くなつていることが
判るほか、いずれの場合でもしきい値電圧が存在し、こ
の電圧以下で使用すればセンサに特性変化を生じさせな
いようにすることができることが判る。なお、水酸基を
対イオンとした場合には1.2Vまでイオン化が発生しない
から、この水酸基を対イオンとする共重合体を用いたセ
ンサでは、かなり印加電圧を高くしても特性変化を生じ
ることがなく、安定な動作が得られることも判る。
基の場合を除き、残りの４種類のハロゲン元素の中では
イオン化傾向の大きい元素、即ち弗素、塩素、臭素、沃
素の順にしきい値電圧が高くなつており、弗素の場合が
一番金電極の端部での変色を生じ難くなつていることが
判るほか、いずれの場合でもしきい値電圧が存在し、こ
の電圧以下で使用すればセンサに特性変化を生じさせな
いようにすることができることが判る。なお、水酸基を
対イオンとした場合には1.2Vまでイオン化が発生しない
から、この水酸基を対イオンとする共重合体を用いたセ
ンサでは、かなり印加電圧を高くしても特性変化を生じ
ることがなく、安定な動作が得られることも判る。
ところで、既に説明したとおり、第４図及び第５図の実
施例によれば、センサ１に印加される交流電圧Ｖが常に
所定値に制限されている。
施例によれば、センサ１に印加される交流電圧Ｖが常に
所定値に制限されている。
従つて、この電圧Ｖをセンサ１の感湿膜14に含まれてい
る対イオンの種類と、電極12,13の材質に応じて、それ
らのイオン化電圧以下の所定値となるようにしてやれ
ば、センサ１の特性に経時変化を発生させる虞れがなく
なり、常に安定確実に湿度検出動作を行なわせることが
できる。
る対イオンの種類と、電極12,13の材質に応じて、それ
らのイオン化電圧以下の所定値となるようにしてやれ
ば、センサ１の特性に経時変化を発生させる虞れがなく
なり、常に安定確実に湿度検出動作を行なわせることが
できる。
なお、以上の実施例ではいずれも、交流電圧源２として
矩形波発振器を使用しているが、これはそれぞれ一実施
例であり、他のどのような交流電圧源を用いても、それ
が安定化された所定の交流出力を与え得るものである限
り本発明の実施例ということができるのはいうまでもな
い。
矩形波発振器を使用しているが、これはそれぞれ一実施
例であり、他のどのような交流電圧源を用いても、それ
が安定化された所定の交流出力を与え得るものである限
り本発明の実施例ということができるのはいうまでもな
い。
また、センサ１としても、第１図及び第２図に示した例
に限られることなく、有機高分子材料を感湿膜として用
いたものならどのような湿度センサでもよく、例えば電
極12,13として金の代りに酸化ルテニウム、硼化ジルコ
ニア、炭化シリコン、窒素硼素などの導電性の化合物を
用いたものによつて本発明を実施してもよいことはいう
までもない。なお、電極12,13として銀を用いたセンサ
も知られているが、銀電極の場合の反応式は次の
（３），（４）式となる。
に限られることなく、有機高分子材料を感湿膜として用
いたものならどのような湿度センサでもよく、例えば電
極12,13として金の代りに酸化ルテニウム、硼化ジルコ
ニア、炭化シリコン、窒素硼素などの導電性の化合物を
用いたものによつて本発明を実施してもよいことはいう
までもない。なお、電極12,13として銀を用いたセンサ
も知られているが、銀電極の場合の反応式は次の
（３），（４）式となる。
Ag＝Ag+＋ｅ ……（３） AgCl-＝AgCl＋ｅ ……（４） そして、これらのしきい値電圧は金の場合に比していず
れも低く、例えば（３）式では約0.8V、（４）式では約
0.2Vとなつており、従つて、銀を電極とした場合のメリ
ツトはあまりない。
れも低く、例えば（３）式では約0.8V、（４）式では約
0.2Vとなつており、従つて、銀を電極とした場合のメリ
ツトはあまりない。
以上説明したように、本発明によれば、有機高分子材料
を感湿膜とした湿度センサを用いても、その検出特性に
劣化を生じる虞れをなくすことができるから、従来技術
の欠点を除き、有機高分子式湿度センサの得長を充分に
活かし、長期間にわたつて安定に、かつ正確に検出動作
を行なうことができる湿度検出装置を得ることができ
る。
を感湿膜とした湿度センサを用いても、その検出特性に
劣化を生じる虞れをなくすことができるから、従来技術
の欠点を除き、有機高分子式湿度センサの得長を充分に
活かし、長期間にわたつて安定に、かつ正確に検出動作
を行なうことができる湿度検出装置を得ることができ
る。
また、本発明によれば、有機高分子式湿度センセに印加
する交流電圧の周波数を低くしても、センサの劣化を充
分に防止できるから、商用交流周波数でそのままセンサ
を動作させることができ、ローコストで湿度検出装置を
提供することができる。
する交流電圧の周波数を低くしても、センサの劣化を充
分に防止できるから、商用交流周波数でそのままセンサ
を動作させることができ、ローコストで湿度検出装置を
提供することができる。
第１図は有機高分子式湿度センサの一例を示す平面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ′線による断面図第３図は有機
高分子式湿度センサの特性の一例を示す特性図、第４図
は本発明による有機高分子式湿度センサの動作回路の一
実施例を示す回路図、第５図は同じく他の一実施例を示
す回路図、第６図は動作説明用の特性図、第７図はイオ
ン化発生の説明図である。 １……有機高分子式センサ、２……交流電圧源、３……
検出回路。
第２図は第１図のＡ−Ａ′線による断面図第３図は有機
高分子式湿度センサの特性の一例を示す特性図、第４図
は本発明による有機高分子式湿度センサの動作回路の一
実施例を示す回路図、第５図は同じく他の一実施例を示
す回路図、第６図は動作説明用の特性図、第７図はイオ
ン化発生の説明図である。 １……有機高分子式センサ、２……交流電圧源、３……
検出回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 寛児 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 土谷 茂樹 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 金城 徳幸 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大原 周一 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 柏木 光義 茨城県勝田市大字足崎字西原1380番１号 日立化成工業株式会社石神工場内 (56)参考文献 特開 昭55−40935（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】対イオンを含む有機高分子材料からなる感
湿膜を一対の電極間に備え、これら一対の電極間のイン
ピーダンス変化により周囲の湿度を検出するようにした
湿度センサにおいて、上記一対の電極にコンデンサを介
して電圧出力端子が接続された交流定電圧源を設け、こ
の交流定電圧源の出力電圧により、湿度検出動作中に上
記一対の電極間に現われる交流電圧の上限が、これら電
極のイオン化電圧以下に設定されるように構成したこと
を特徴とする有機高分子湿度センサの動作回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58189187A JPH0687048B2 (ja) | 1983-10-12 | 1983-10-12 | 有機高分子式湿度センサの動作回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58189187A JPH0687048B2 (ja) | 1983-10-12 | 1983-10-12 | 有機高分子式湿度センサの動作回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080751A JPS6080751A (ja) | 1985-05-08 |
| JPH0687048B2 true JPH0687048B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=16236959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58189187A Expired - Lifetime JPH0687048B2 (ja) | 1983-10-12 | 1983-10-12 | 有機高分子式湿度センサの動作回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687048B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3699583A1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-26 | Sensirion AG | Capacitive sensor |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5636046A (en) * | 1979-09-01 | 1981-04-09 | Shinei Kk | Detecting device for relative humidity |
| JPS573036A (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Oxygen concentration detector |
| JPS5769237A (en) * | 1980-10-17 | 1982-04-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Temperature and humidity sensing device |
-
1983
- 1983-10-12 JP JP58189187A patent/JPH0687048B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6080751A (ja) | 1985-05-08 |
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