JPH07146273A - 温湿度センサ - Google Patents
温湿度センサInfo
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- JPH07146273A JPH07146273A JP29558793A JP29558793A JPH07146273A JP H07146273 A JPH07146273 A JP H07146273A JP 29558793 A JP29558793 A JP 29558793A JP 29558793 A JP29558793 A JP 29558793A JP H07146273 A JPH07146273 A JP H07146273A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定精度が高く小型化の可能な温湿度センサ
を提供する。 【構成】 チップ基板表面上に配設され、湿度を検出す
る湿度検出手段４と、前記湿度検出手段４に近接して前
記チップ基板表面上に配設され、前記湿度検出手段４の
周辺温度を検出する第１の温度検出手段３と、前記湿度
検出手段４の周辺を局所的に所定温度以上に加熱する加
熱手段２とを具備した第１のセンサチップＴ1 と、前記
センサ基板上に搭載され前記第１のセンサチップＴ1 の
設置された環境の温度を検出する第２の温度検出手段５
を具備した第２のセンサチップＴ2 とを具備し、第１の
センサチップＴ1 は、前記センサ基板１００上に、機械
的接続を行う熱的および電気的絶縁性の第１のワイヤＷ
2 と、電気的接続を行う第２のワイヤＷ1 とによって接
続されている。
を提供する。 【構成】 チップ基板表面上に配設され、湿度を検出す
る湿度検出手段４と、前記湿度検出手段４に近接して前
記チップ基板表面上に配設され、前記湿度検出手段４の
周辺温度を検出する第１の温度検出手段３と、前記湿度
検出手段４の周辺を局所的に所定温度以上に加熱する加
熱手段２とを具備した第１のセンサチップＴ1 と、前記
センサ基板上に搭載され前記第１のセンサチップＴ1 の
設置された環境の温度を検出する第２の温度検出手段５
を具備した第２のセンサチップＴ2 とを具備し、第１の
センサチップＴ1 は、前記センサ基板１００上に、機械
的接続を行う熱的および電気的絶縁性の第１のワイヤＷ
2 と、電気的接続を行う第２のワイヤＷ1 とによって接
続されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、温湿度センサに関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、氷温高湿度環境とよばれる−５〜
０°Ｃ，８０〜１００％での食品保存技術が注目されて
いる。
０°Ｃ，８０〜１００％での食品保存技術が注目されて
いる。
【０００３】食品保存環境としては、温度と湿度が大き
な役割を果たすため、温度と湿度とを高精度に検出し、
その検出値に応じた制御を行う必要がある。
な役割を果たすため、温度と湿度とを高精度に検出し、
その検出値に応じた制御を行う必要がある。
【０００４】一般に室温下におかれた氷温保存庫におけ
る湿度の検出は、高分子膜あるいはセラミックなどから
なる感湿膜に水分子が吸着することによる電気抵抗ある
いは容量変化を検出する湿度センサが用いられている。
る湿度の検出は、高分子膜あるいはセラミックなどから
なる感湿膜に水分子が吸着することによる電気抵抗ある
いは容量変化を検出する湿度センサが用いられている。
【０００５】しかしながら、このようなセンサは氷温環
境で使用した場合、保存庫のドアの開閉時における外気
導入時に結露し、その後数十分は湿度計測が不可能とな
るという問題がありまた、このような結露サイクルの繰
り返しによりセンサの特性が劣化するという問題があっ
た。
境で使用した場合、保存庫のドアの開閉時における外気
導入時に結露し、その後数十分は湿度計測が不可能とな
るという問題がありまた、このような結露サイクルの繰
り返しによりセンサの特性が劣化するという問題があっ
た。
【０００６】このように従来の湿度センサは、氷温高湿
度環境に用いると結露により正確な湿度検出を行うこと
ができず、また、正確な湿度検出をしようとすると、ド
アの開閉による外気の導入に起因する結露が消失するま
で待たねばならない。
度環境に用いると結露により正確な湿度検出を行うこと
ができず、また、正確な湿度検出をしようとすると、ド
アの開閉による外気の導入に起因する結露が消失するま
で待たねばならない。
【０００７】そこで、本発明者は、結露の影響を受ける
ことなく、氷温高湿度環境で湿度検出を高精度に連続し
て行うことを目的とし、湿度検出手段の周辺のみを局所
的に加熱する加熱手段を配設し、所定温度以上に加熱し
ながら測定すべき環境の湿度を検出すると共に、この湿
度検出手段の周辺温度と、環境温度とを測定しこれらの
値と検出湿度とから湿度を検出するようにした湿度検出
装置を提案している（特開平４−１１８５４７号）。
ことなく、氷温高湿度環境で湿度検出を高精度に連続し
て行うことを目的とし、湿度検出手段の周辺のみを局所
的に加熱する加熱手段を配設し、所定温度以上に加熱し
ながら測定すべき環境の湿度を検出すると共に、この湿
度検出手段の周辺温度と、環境温度とを測定しこれらの
値と検出湿度とから湿度を検出するようにした湿度検出
装置を提案している（特開平４−１１８５４７号）。
【０００８】この湿度検出装置は、例えば図９および図
１０に示すように、熱的に絶縁性の高い厚さ１mm縦５mm
横１５mmのガラスエポキシからなる基板１００の上に湿
度センサとヒータと第１の温度センサとを備えた第１の
センサチップＴ1 と、環境温度を測定する第２の温度セ
ンサを備えた第２のセンサチップＴ2 とを搭載してなる
ものである。ここでセンサチップは、基板上に直径２５
μm の金線Ｗで接続されている。第１のセンサチップＴ
1 は、シリコン基板１０１上に酸化シリコン膜（図示せ
ず）を介して膜厚０．１μm の窒化チタン（ＴｉＮ）薄
膜からなるヒータ１０２を設置し、絶縁膜としての酸化
シリコン（ＳｉＯ2 ）１０６を介して、この上層に第１
の温度センサ１０３およびプラチナ薄膜からなる下部電
極１４１と、ポリイミド膜からなる感湿膜１４２と、金
からなる上部電極１４３から構成され、湿度による感湿
膜１４２の容量変化を下部電極１４１と上部電極１４３
から取り出すようにした湿度センサ１０４を並設してい
る。一方、第２のセンサチップＴ2 は、この第１のセン
サチップＴ1 と離間してセンサヘッド基板１００上に設
置されるもので、シリコン基板１０１上に絶縁膜１０６
を介して第２の温度センサ１０５が配設されている。
１０に示すように、熱的に絶縁性の高い厚さ１mm縦５mm
横１５mmのガラスエポキシからなる基板１００の上に湿
度センサとヒータと第１の温度センサとを備えた第１の
センサチップＴ1 と、環境温度を測定する第２の温度セ
ンサを備えた第２のセンサチップＴ2 とを搭載してなる
ものである。ここでセンサチップは、基板上に直径２５
μm の金線Ｗで接続されている。第１のセンサチップＴ
1 は、シリコン基板１０１上に酸化シリコン膜（図示せ
ず）を介して膜厚０．１μm の窒化チタン（ＴｉＮ）薄
膜からなるヒータ１０２を設置し、絶縁膜としての酸化
シリコン（ＳｉＯ2 ）１０６を介して、この上層に第１
の温度センサ１０３およびプラチナ薄膜からなる下部電
極１４１と、ポリイミド膜からなる感湿膜１４２と、金
からなる上部電極１４３から構成され、湿度による感湿
膜１４２の容量変化を下部電極１４１と上部電極１４３
から取り出すようにした湿度センサ１０４を並設してい
る。一方、第２のセンサチップＴ2 は、この第１のセン
サチップＴ1 と離間してセンサヘッド基板１００上に設
置されるもので、シリコン基板１０１上に絶縁膜１０６
を介して第２の温度センサ１０５が配設されている。
【０００９】この構成によれば、湿度検出手段の周辺の
みを局所的に所定温度以上に加熱した状態で湿度検出を
行うようにしているため、外気が入ってきた場合にも、
即時に結露のない状態で湿度を測定することが可能とな
る上、結露のない状態で湿度を測定しているため、セン
サ自体の劣化を防止することができる。
みを局所的に所定温度以上に加熱した状態で湿度検出を
行うようにしているため、外気が入ってきた場合にも、
即時に結露のない状態で湿度を測定することが可能とな
る上、結露のない状態で湿度を測定しているため、セン
サ自体の劣化を防止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このセ
ンサ構造では、第１のセンサチップを加熱した状態では
センサ基板を通じた熱の逃げが大きく、第２のセンサチ
ップの温度も上昇してしまい正確な環境温度を測定する
ことができないという問題があった。さらにまた、第１
のセンサチップを加熱するために必要とする熱も、逃げ
の分だけ大きくなりセンサ消費電力が大きいという問題
があった。
ンサ構造では、第１のセンサチップを加熱した状態では
センサ基板を通じた熱の逃げが大きく、第２のセンサチ
ップの温度も上昇してしまい正確な環境温度を測定する
ことができないという問題があった。さらにまた、第１
のセンサチップを加熱するために必要とする熱も、逃げ
の分だけ大きくなりセンサ消費電力が大きいという問題
があった。
【００１１】そこで熱の逃げを小さくするためにワイヤ
でセンサチップを浮遊させると、機械的強度が不足し、
逆に機械的強度を保つためにワイヤ径を１６０μm 程度
まで太くするとワイヤを通して熱の逃げが大きくなると
いう問題があった。
でセンサチップを浮遊させると、機械的強度が不足し、
逆に機械的強度を保つためにワイヤ径を１６０μm 程度
まで太くするとワイヤを通して熱の逃げが大きくなると
いう問題があった。
【００１２】また、第２のセンサチップは第１のセンサ
チップの熱的影響を避ける必要があるため、所定の間隔
を隔てて設置する必要があり、このため装置が大型とな
るという問題もあった。
チップの熱的影響を避ける必要があるため、所定の間隔
を隔てて設置する必要があり、このため装置が大型とな
るという問題もあった。
【００１３】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、測定精度および応答性の高い温湿度センサを提供す
ることを目的とする。
で、測定精度および応答性の高い温湿度センサを提供す
ることを目的とする。
【００１４】また、小型で構成の簡単な温湿度センサを
提供することを目的とする。
提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、湿度
を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段に近接し
て前記チップ基板表面上に配設され、前記湿度検出手段
の周辺温度を検出する第１の温度検出手段と、前記湿度
検出手段の近傍を局所的に所定温度以上に加熱する加熱
手段とを具備した第１のセンサチップと、前記センサ基
板上に搭載され前記第１のセンサチップの設置された環
境の温度を検出する第２の温度検出手段を具備した第２
のセンサチップとを具備し、第１のセンサチップは、前
記センサ基板上に、機械的接続を行う熱的および電気的
絶縁性の第１のワイヤと、電気的接続を行う第２のワイ
ヤとによって接続されていることを特徴とする。
を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段に近接し
て前記チップ基板表面上に配設され、前記湿度検出手段
の周辺温度を検出する第１の温度検出手段と、前記湿度
検出手段の近傍を局所的に所定温度以上に加熱する加熱
手段とを具備した第１のセンサチップと、前記センサ基
板上に搭載され前記第１のセンサチップの設置された環
境の温度を検出する第２の温度検出手段を具備した第２
のセンサチップとを具備し、第１のセンサチップは、前
記センサ基板上に、機械的接続を行う熱的および電気的
絶縁性の第１のワイヤと、電気的接続を行う第２のワイ
ヤとによって接続されていることを特徴とする。
【００１６】すなわち、本発明は、所定温度以上に加熱
しながら湿度を検出し、環境温度に基づいて換算するこ
とにより、結露の影響を防止しつつ高精度の湿度測定を
行うもので、湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度
検出手段の周辺温度を検出する第１の温度検出手段とを
配設するとともに、さらに前記湿度検出手段の近傍を局
所的に所定温度以上に加熱する加熱手段を配設し、湿度
検出手段および第１の温度検出手段の周辺を局所的に所
定温度以上に加熱するようにし、湿度検出手段の出力
を、第１の温度検出手段の出力および環境温度を検出す
る第２の温度検出手段の出力とに基づいて換算し、湿度
を検出するようにしている。
しながら湿度を検出し、環境温度に基づいて換算するこ
とにより、結露の影響を防止しつつ高精度の湿度測定を
行うもので、湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度
検出手段の周辺温度を検出する第１の温度検出手段とを
配設するとともに、さらに前記湿度検出手段の近傍を局
所的に所定温度以上に加熱する加熱手段を配設し、湿度
検出手段および第１の温度検出手段の周辺を局所的に所
定温度以上に加熱するようにし、湿度検出手段の出力
を、第１の温度検出手段の出力および環境温度を検出す
る第２の温度検出手段の出力とに基づいて換算し、湿度
を検出するようにしている。
【００１７】本発明の第２では、湿度を検出する湿度検
出手段と、前記湿度検出手段の周辺温度を検出する温度
検出手段と、前記湿度検出手段の周辺を局所的に所定温
度以上に加熱する加熱手段とを具備したセンサチップ
と、前記加熱手段への印加電力を測定する電力測定手段
と、前記印加電力と前記温度検出手段の出力とを２点以
上にわたり測定し、環境温度を算出する環境温度算出手
段とを具備し、前記湿度検出手段の出力を、前記環境温
度に基づいて換算し、測定すべき環境の湿度を測定する
ようにしたことを特徴とする。
出手段と、前記湿度検出手段の周辺温度を検出する温度
検出手段と、前記湿度検出手段の周辺を局所的に所定温
度以上に加熱する加熱手段とを具備したセンサチップ
と、前記加熱手段への印加電力を測定する電力測定手段
と、前記印加電力と前記温度検出手段の出力とを２点以
上にわたり測定し、環境温度を算出する環境温度算出手
段とを具備し、前記湿度検出手段の出力を、前記環境温
度に基づいて換算し、測定すべき環境の湿度を測定する
ようにしたことを特徴とする。
【００１８】すなわち本発明の第２では、第２の温度検
出手段を省略し、第１のセンサチップの温度と印加電力
との関係を少なくとも２点にわたり測定し、この関係曲
線から、環境温度を算出するようにしている。
出手段を省略し、第１のセンサチップの温度と印加電力
との関係を少なくとも２点にわたり測定し、この関係曲
線から、環境温度を算出するようにしている。
【００１９】
【作用】上記構成によれば、機械的接続と電気的接続を
独立した部材で達成するようにしているため、機械的接
続には、熱伝導率の小さい材料を熱の逃げが問題となら
ない程度にワイヤ径を太くして用いるとともに、電気的
な接続はワイヤ径を細くして行うことにより、ワイヤの
熱伝導による熱損失を最小に抑えることができる。
独立した部材で達成するようにしているため、機械的接
続には、熱伝導率の小さい材料を熱の逃げが問題となら
ない程度にワイヤ径を太くして用いるとともに、電気的
な接続はワイヤ径を細くして行うことにより、ワイヤの
熱伝導による熱損失を最小に抑えることができる。
【００２０】また、第２の温度検出手段を搭載した第２
のセンサチップを近接して設置しても、ワイヤからの熱
伝導によって第２の温度検出手段が第１のセンサチップ
の熱により加熱されて温度上昇を生じることがないた
め、良好に環境温度を検出することができ、高精度の湿
度検出を行うことができる。
のセンサチップを近接して設置しても、ワイヤからの熱
伝導によって第２の温度検出手段が第１のセンサチップ
の熱により加熱されて温度上昇を生じることがないた
め、良好に環境温度を検出することができ、高精度の湿
度検出を行うことができる。
【００２１】また、図９および図１０に示した従来例の
温湿度センサと同様、湿度検出手段の周辺のみを局所的
に所定温度以上に加熱した状態で湿度検出を行うように
しているため、外気が入ってきた場合にも、即時に結露
のない状態で湿度を測定することが可能となる。
温湿度センサと同様、湿度検出手段の周辺のみを局所的
に所定温度以上に加熱した状態で湿度検出を行うように
しているため、外気が入ってきた場合にも、即時に結露
のない状態で湿度を測定することが可能となる。
【００２２】また、結露のない状態で湿度を測定してい
るため、センサ自体の劣化を防止することができる。
るため、センサ自体の劣化を防止することができる。
【００２３】また、常に連続して湿度の測定を行うこと
ができる。
ができる。
【００２４】この加熱手段の加熱温度は、外気などにふ
れた場合にも結露を生じない程度の温度とするのが望ま
しい。例えば、食品貯蔵庫の場合には、一例として、通
常時は７．５℃加熱し、結露時のみ３５℃加熱する。
れた場合にも結露を生じない程度の温度とするのが望ま
しい。例えば、食品貯蔵庫の場合には、一例として、通
常時は７．５℃加熱し、結露時のみ３５℃加熱する。
【００２５】本発明の第２では、第２の温度検出手段を
省略することができるため、センサの大幅な小形化をは
かることができる。そして、第１のセンサチップの温度
と印加電力との関係を少なくとも２点にわたり測定し、
この関係曲線から、環境温度を算出するようにしている
ため、温度センサを加熱する電力と温度の関係から２点
を通る直線が求められ、この直線の切片が環境温度であ
る。従ってこの環境温度を用いて同様に湿度検出を行う
ことができる。
省略することができるため、センサの大幅な小形化をは
かることができる。そして、第１のセンサチップの温度
と印加電力との関係を少なくとも２点にわたり測定し、
この関係曲線から、環境温度を算出するようにしている
ため、温度センサを加熱する電力と温度の関係から２点
を通る直線が求められ、この直線の切片が環境温度であ
る。従ってこの環境温度を用いて同様に湿度検出を行う
ことができる。
【００２６】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。
つ詳細に説明する。
【００２７】図１および図２は本発明の第１の実施例の
温湿度センサを示す図である。
温湿度センサを示す図である。
【００２８】この温湿度センサは、氷温保存庫内の温湿
度検出のために設置されるもので、熱的に絶縁性の高い
ガラスエポキシ基板からなるセンサヘッド基板１００上
に、ヒータと第１の温度センサおよび湿度センサとを備
えた第１のセンサチップＴ1と、環境温度測定のための
第２の温度センサを備えた第２のセンサチップＴ2 とが
ワイヤによって空間的に浮かせた状態で接続されてい
る。そして第１のセンサチップＴ1 は、直径２５μm の
６本の金線Ｗ1 でセンサヘッド基板１００上の駆動回路
への電気的接続が達成されると共に、０．８mm×０．２
mmの４本のガラスエポキシ線Ｗ2 で機械的接続が達成さ
れるように支持されており、第２のセンサチップＴ2
は、直径２５μm の２本の金線Ｗ1 でセンサヘッド基板
１００上の駆動回路への電気的接続が達成されると共
に、０．８mm×０．２mmの４本のガラスエポキシ線Ｗ2
で機械的接続が達成されるように支持されていることを
特徴とするものである。
度検出のために設置されるもので、熱的に絶縁性の高い
ガラスエポキシ基板からなるセンサヘッド基板１００上
に、ヒータと第１の温度センサおよび湿度センサとを備
えた第１のセンサチップＴ1と、環境温度測定のための
第２の温度センサを備えた第２のセンサチップＴ2 とが
ワイヤによって空間的に浮かせた状態で接続されてい
る。そして第１のセンサチップＴ1 は、直径２５μm の
６本の金線Ｗ1 でセンサヘッド基板１００上の駆動回路
への電気的接続が達成されると共に、０．８mm×０．２
mmの４本のガラスエポキシ線Ｗ2 で機械的接続が達成さ
れるように支持されており、第２のセンサチップＴ2
は、直径２５μm の２本の金線Ｗ1 でセンサヘッド基板
１００上の駆動回路への電気的接続が達成されると共
に、０．８mm×０．２mmの４本のガラスエポキシ線Ｗ2
で機械的接続が達成されるように支持されていることを
特徴とするものである。
【００２９】この湿度センサ４は、シリコン基板１上
に、酸化シリコン膜（図示せず）を介して構成された窒
化チタン膜からなるヒータ２上に酸化シリコン膜Ｓを介
してプラチナ薄膜で構成された下部電極１４１と、ポリ
イミド膜からなる感湿膜１４２と、金薄膜で構成された
上部電極１４３とが順次積層されて構成されており、湿
度による感湿膜１４２の容量変化を下部電極１４１と上
部電極１４３とから取り出すようにしたものである。
に、酸化シリコン膜（図示せず）を介して構成された窒
化チタン膜からなるヒータ２上に酸化シリコン膜Ｓを介
してプラチナ薄膜で構成された下部電極１４１と、ポリ
イミド膜からなる感湿膜１４２と、金薄膜で構成された
上部電極１４３とが順次積層されて構成されており、湿
度による感湿膜１４２の容量変化を下部電極１４１と上
部電極１４３とから取り出すようにしたものである。
【００３０】また、第１の温度センサ３は、湿度センサ
と並んで、ヒータ２上に酸化シリコン膜Ｓを介して配設
されたプラチナ（Ｐｔ）パターンからなるミアンダ状の
抵抗パターンからなり、温度変化に基づく抵抗値の変化
から温度を検出するものである。
と並んで、ヒータ２上に酸化シリコン膜Ｓを介して配設
されたプラチナ（Ｐｔ）パターンからなるミアンダ状の
抵抗パターンからなり、温度変化に基づく抵抗値の変化
から温度を検出するものである。
【００３１】さらにまた、第２の温度センサ５は、第１
の温度センサ３と同様、シリコン基板１上に酸化シリコ
ン膜Ｓを介して形成されたプラチナ（Ｐｔ）パターンか
らなるミアンダ状の抵抗パターンからなり、温度変化に
基づく抵抗値の変化から温度を検出するもので、第２の
センサチップを構成している。
の温度センサ３と同様、シリコン基板１上に酸化シリコ
ン膜Ｓを介して形成されたプラチナ（Ｐｔ）パターンか
らなるミアンダ状の抵抗パターンからなり、温度変化に
基づく抵抗値の変化から温度を検出するもので、第２の
センサチップを構成している。
【００３２】次に、この温湿度センサを用いた温度の測
定について説明する。
定について説明する。
【００３３】湿度センサ４、第１の温度センサ３および
第２の温度センサ５の出力をそれぞれ測定する。
第２の温度センサ５の出力をそれぞれ測定する。
【００３４】これらの各測定値をそれぞれａ（％Ｒ．
Ｈ．），ｂ（℃），ｃ（℃）とする。
Ｈ．），ｂ（℃），ｃ（℃）とする。
【００３５】そしてまず、図３に示すように各温度にお
ける飽和水蒸気量曲線を求めておく。ここで縦軸は飽和
水蒸気量（ｇ／ m3 ）、横軸は温度（℃）とした。温度
ｂ，ｃのときの飽和水蒸気量をそれぞれＢ，Ｃとする
と、第１の温度センサおよび湿度センサの置かれている
ヒータ２上の水蒸気量ｘ（ｇ／ m3 ）は、次式（１）で
求められる。
ける飽和水蒸気量曲線を求めておく。ここで縦軸は飽和
水蒸気量（ｇ／ m3 ）、横軸は温度（℃）とした。温度
ｂ，ｃのときの飽和水蒸気量をそれぞれＢ，Ｃとする
と、第１の温度センサおよび湿度センサの置かれている
ヒータ２上の水蒸気量ｘ（ｇ／ m3 ）は、次式（１）で
求められる。
【００３６】 ｘ（ｇ／ m3 ）＝ａ×Ｂ／１００……（１） この後、庫内温度すなわち第２の温度センサの出力ｃに
おける飽和水蒸気量Ｃとの比を求めることにより湿度ｙ
（％Ｒ．Ｈ．）を求めることができる。
おける飽和水蒸気量Ｃとの比を求めることにより湿度ｙ
（％Ｒ．Ｈ．）を求めることができる。
【００３７】ｙ（％Ｒ．Ｈ．）＝ｘ／Ｃ×１００ ＝ａ×Ｂ／Ｃ……（２） このようにして、極めて容易かつ高精度に氷温下での湿
度を求めることができる。
度を求めることができる。
【００３８】かかる構成によれば、従来例の場合、熱放
散係数が１３．３４mW/ ℃であったものが、本発明の構
成によれば熱放散係数は３．５７mW/ ℃となり、同一温
度に加熱するためには電力は約２７％に削減することが
でき第２のセンサチップへの熱的影響を大幅に低減する
ことができる。
散係数が１３．３４mW/ ℃であったものが、本発明の構
成によれば熱放散係数は３．５７mW/ ℃となり、同一温
度に加熱するためには電力は約２７％に削減することが
でき第２のセンサチップへの熱的影響を大幅に低減する
ことができる。
【００３９】また、第１のセンサチップの熱的影響が小
さいため、第１のセンサチップと第２のセンサチップと
をより近接して設置することができ、装置の小型化を達
成することができる。
さいため、第１のセンサチップと第２のセンサチップと
をより近接して設置することができ、装置の小型化を達
成することができる。
【００４０】なお、前記実施例では第１のセンサチップ
のみならず第２のセンサチップも電気的接続と機械的接
続とを別のワイヤで達成するようにしたが、第１のセン
サチップのみ、かかる構成にしてもよい。
のみならず第２のセンサチップも電気的接続と機械的接
続とを別のワイヤで達成するようにしたが、第１のセン
サチップのみ、かかる構成にしてもよい。
【００４１】また、前記実施例では温度変化による気体
の体積の変化を無視して湿度ｙを算出したが、より正確
な湿度値を得るためには飽和水蒸気圧の概念を用いて演
算するようにしても良い。
の体積の変化を無視して湿度ｙを算出したが、より正確
な湿度値を得るためには飽和水蒸気圧の概念を用いて演
算するようにしても良い。
【００４２】この例について以下に説明する。図４(a)
および(b) は説明図である。まず環境中の水蒸気量ｘは ｘ(g/m3 ) ＝（ｙ／１００）×Ｃ (3) で表され、ヒータ上の水蒸気量ｘ´は空気自体が絶対温
度に比例して膨脹しているので次式のように表される。
および(b) は説明図である。まず環境中の水蒸気量ｘは ｘ(g/m3 ) ＝（ｙ／１００）×Ｃ (3) で表され、ヒータ上の水蒸気量ｘ´は空気自体が絶対温
度に比例して膨脹しているので次式のように表される。
【００４３】 ｘ´(g/m3 ) ＝ｘ×（ｃ＋２７３）／（ｂ＋２７３） ＝（ｙ・Ｃ／１００) ・（ｃ＋２７３）／（ｂ＋２７３） (4) また、ｘ´はヒータ上相対湿度ａ（％ＲＨ）を用いると
次式のように表すことができる。
次式のように表すことができる。
【００４４】 ｘ´(g/m3 ) ＝（ａ／１００）×Ｂ (5) (4),(5) 式より環境湿度は(6) 式のように表すことがで
きる。
きる。
【００４５】 ｙ（％ＲＨ）＝ａ・（Ｂ／Ｃ）・（ｂ＋２７３）／（ｃ＋２７３） (6) 絶対湿度の定義より水分の重量、モル数、分子量、体積
をｍw ，ｎw ，Ｍw ，Ｖとすると、 Ｄ＝ｍw ／Ｖ＝ｎw ・Ｍw ／Ｖ (7) 気体の状態方程式は(6) 式となる。（ｅ：水蒸気圧，
Ｒ：気体定数，Ｔ：絶対温度） ｅＶ＝ｎw ＲＴ (8) (7),(8) 式より(9) 式を導くことができる。 Ｄ＝Ｍw ｅ／（ＲＴ） (9) (9) 式より飽和水蒸気量Ｂ(g/m3 ) ，Ｃ(g/m3 ) は(10)
式のように表すことができる。
をｍw ，ｎw ，Ｍw ，Ｖとすると、 Ｄ＝ｍw ／Ｖ＝ｎw ・Ｍw ／Ｖ (7) 気体の状態方程式は(6) 式となる。（ｅ：水蒸気圧，
Ｒ：気体定数，Ｔ：絶対温度） ｅＶ＝ｎw ＲＴ (8) (7),(8) 式より(9) 式を導くことができる。 Ｄ＝Ｍw ｅ／（ＲＴ） (9) (9) 式より飽和水蒸気量Ｂ(g/m3 ) ，Ｃ(g/m3 ) は(10)
式のように表すことができる。
【００４６】 Ｂ＝Ｍw ｅs (b) ／｛Ｒ・（ｂ＋２７３）｝(g/m3 ) Ｃ＝Ｍw ｅs (c) ／｛Ｒ・（ｃ＋２７３）｝(g/m3 ) (10) 但し、ｅs (b) ，ｅs (c) はそれぞれｂ（℃），ｃ
（℃）での飽和水蒸気圧である。結局(10)式を(6) 式に
代入すると(11)式を導出することができる。
（℃）での飽和水蒸気圧である。結局(10)式を(6) 式に
代入すると(11)式を導出することができる。
【００４７】 ｙ（％ＲＨ）＝ａ・ｅs (b) ／ｅs (c) (11) このようにして極めて高精度の湿度を算出することがで
きる。
きる。
【００４８】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。
る。
【００４９】この例では第２の温度検出手段すなわち第
２のセンサチップを省略し、第１のセンサチップの温度
と印加電力との関係を少なくとも２点にわたり測定し、
この関係曲線から、環境温度を算出するようにしたこと
を特徴とする。
２のセンサチップを省略し、第１のセンサチップの温度
と印加電力との関係を少なくとも２点にわたり測定し、
この関係曲線から、環境温度を算出するようにしたこと
を特徴とする。
【００５０】この装置は図５に示すように、実施例１で
用いた第１のセンサチップと同様に形成されたヒータと
温度検出手段と湿度検出手段とを備えたセンサチップ１
１と、ヒータへ印加電力を測定するための電流計および
電圧計を備えた電力測定手段１２と、給電手段１３と、
駆動制御手段１４とを備えたことを特徴とする。
用いた第１のセンサチップと同様に形成されたヒータと
温度検出手段と湿度検出手段とを備えたセンサチップ１
１と、ヒータへ印加電力を測定するための電流計および
電圧計を備えた電力測定手段１２と、給電手段１３と、
駆動制御手段１４とを備えたことを特徴とする。
【００５１】駆動制御手段１４は、フローチャートを図
６に示すように、ヒータへの給電を制御し、例えば６０
mW，１０５mW，５００mWの電力をヒータに供給し、６０
mWと１０５mWの印加電力とヒータ温度の関係から，環境
温度を算出し、湿度を検出するように構成されている。
６に示すように、ヒータへの給電を制御し、例えば６０
mW，１０５mW，５００mWの電力をヒータに供給し、６０
mWと１０５mWの印加電力とヒータ温度の関係から，環境
温度を算出し、湿度を検出するように構成されている。
【００５２】すなわち、まずヒータパワーに１０５mWの
電力を供給し（ステップ６００）、バイアス温度が７．
５℃となるようにして所定時間経過後温度および湿度を
測定する（ステップ６０１）。ここで環境温度が−３．
９℃ならば、このときの温度は約３．６℃となってい
る。
電力を供給し（ステップ６００）、バイアス温度が７．
５℃となるようにして所定時間経過後温度および湿度を
測定する（ステップ６０１）。ここで環境温度が−３．
９℃ならば、このときの温度は約３．６℃となってい
る。
【００５３】そしてこのとき結露があるか否かを判断し
（ステップ６０２）、湿度センサの出力が８０％ＲＨを
越えた場合、結露ありと判定している。結露がある場合
はフラッシングを行い（ステップ６０３）、所定時間後
ステップ６００に戻る。ここでフラッシングとは、ヒー
タへの印加電力を増加させて（５００ｍＷを印加）バイ
アス温度を３５℃として、結露状態を解消させることを
意味している。
（ステップ６０２）、湿度センサの出力が８０％ＲＨを
越えた場合、結露ありと判定している。結露がある場合
はフラッシングを行い（ステップ６０３）、所定時間後
ステップ６００に戻る。ここでフラッシングとは、ヒー
タへの印加電力を増加させて（５００ｍＷを印加）バイ
アス温度を３５℃として、結露状態を解消させることを
意味している。
【００５４】一方結露がないと判断された場合は、ヒー
タへの電力供給を６０mWに下げ（ステップ６０４）、バ
イアス温度を４．２℃となるようにし、所定時間後、温
度（環境温度が−３．９℃ならば温度は約０．３℃とな
る）と湿度を測定する（ステップ６０５）。このときも
結露があるか否かを判断し、結露がある場合はフラッシ
ングを行い、ステップ６００に戻る。
タへの電力供給を６０mWに下げ（ステップ６０４）、バ
イアス温度を４．２℃となるようにし、所定時間後、温
度（環境温度が−３．９℃ならば温度は約０．３℃とな
る）と湿度を測定する（ステップ６０５）。このときも
結露があるか否かを判断し、結露がある場合はフラッシ
ングを行い、ステップ６００に戻る。
【００５５】結露がないと判断された場合、これら印加
電力６０mW，１０５mWのときのヒータ温度から環境温度
を算出し、さらに印加電力６０mWのときの湿度センサの
出力値に基づき湿度センサの出力を換算して環境湿度を
求める（ステップ６０６）。この結果を図７に示す。こ
の図から得られた環境温度は−３．９℃であった。実際
の温度を測定した結果、同じであった。
電力６０mW，１０５mWのときのヒータ温度から環境温度
を算出し、さらに印加電力６０mWのときの湿度センサの
出力値に基づき湿度センサの出力を換算して環境湿度を
求める（ステップ６０６）。この結果を図７に示す。こ
の図から得られた環境温度は−３．９℃であった。実際
の温度を測定した結果、同じであった。
【００５６】このことからも第１のセンサチップのみで
環境温度を高精度に検出することができることがわか
る。
環境温度を高精度に検出することができることがわか
る。
【００５７】前記実施例では氷温における環境温度検出
について説明したが、環境温度が室温近傍であった場合
も同様に高精度の検出が可能である、この時の測定結果
を図８に示す。この結果実際の環境温度が２４．３℃で
あったのに対し、測定結果から求めたものは２４．５℃
であった。この結果からも高精度の検出が可能であるこ
とがわかる。
について説明したが、環境温度が室温近傍であった場合
も同様に高精度の検出が可能である、この時の測定結果
を図８に示す。この結果実際の環境温度が２４．３℃で
あったのに対し、測定結果から求めたものは２４．５℃
であった。この結果からも高精度の検出が可能であるこ
とがわかる。
【００５８】さらにまた、上記構成によれば、全て薄膜
技術で形成することができるため、大幅な小形化をはか
ることができる。
技術で形成することができるため、大幅な小形化をはか
ることができる。
【００５９】なお、温湿度センサとしては容量変化型セ
ンサを用いたが、抵抗変化型センサを用いても良く、ま
た高温領域で使用する場合にはＡｌ2 Ｏ3 のセラミック
スを用いるようにしてもよい。そしてまたこれらの感湿
抵抗膜の材質あるいは絶縁性薄膜の材質等については適
宜変更可能である。
ンサを用いたが、抵抗変化型センサを用いても良く、ま
た高温領域で使用する場合にはＡｌ2 Ｏ3 のセラミック
スを用いるようにしてもよい。そしてまたこれらの感湿
抵抗膜の材質あるいは絶縁性薄膜の材質等については適
宜変更可能である。
【００６０】さらにヒータの形状としては実施例に限定
されることなく、適宜変形可能である。
されることなく、適宜変形可能である。
【００６１】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、装置の小形化および低価格化をはかることができ、
かつ高精度の湿度検出を行うことができる。
ば、装置の小形化および低価格化をはかることができ、
かつ高精度の湿度検出を行うことができる。
【図１】本発明の第１の実施例の温湿度センサを示す図
【図２】同温湿度センサを示す図
【図３】同温湿度センサでの測定のために用いられる飽
和水蒸気量曲線を示す図
和水蒸気量曲線を示す図
【図４】湿度算出のための説明図
【図５】本発明の第２の実施例の温湿度センサを示す図
【図６】本発明の第２の実施例の温湿度センサの駆動方
法を示すフローチャート図
法を示すフローチャート図
【図７】同温湿度センサの測定結果を示す図
【図８】同温湿度センサの測定結果を示す図
【図９】従来例の温湿度センサを示す図
【図１０】従来例の温湿度センサを示す図
１ 基板 ２ ヒータ ３ 第１の温度センサ ４ 湿度センサ ５ 第２の温度センサ １４１ 下部電極 １４２ 感湿膜 １４３ 上部電極 １０１ 基板 １０２ ヒータ １０３ 第１の温度センサ １０４ 湿度センサ １０５ 第２の温度センサ １０６ 絶縁膜 Ｔ1 第１のセンサチップ Ｔ2 第２のセンサチップ
Claims (2)
- 【請求項１】 配線パターンを備えたセンサ基板と、 チップ基板表面に形成され、湿度を検出する湿度検出手
段と、前記湿度検出手段に近接して前記チップ基板表面
上に配設され、前記湿度検出手段の周辺温度を検出する
第１の温度検出手段と、前記湿度検出手段の近傍を局所
的に所定温度以上に加熱する加熱手段とを具備した第１
のセンサチップと、 前記センサ基板上に搭載され前記第１のセンサチップの
設置された環境の温度を検出する第２の温度検出手段を
具備した第２のセンサチップとを具備し、 前記第１のセンサチップは、前記センサ基板上に、機械
的接続を行う熱的および電気的絶縁性の第１のワイヤ
と、前記配線パターンに対し電気的接続を行う第２のワ
イヤとによって接続されており、 前記湿度検出手段の出力を、前記第１の温度検出手段の
出力と、前記第２の温度検出手段の出力とに基づいて換
算し、測定すべき環境の湿度を測定するようにしたこと
を特徴とする温湿度センサ。 - 【請求項２】 配線パターンを備えたセンサ基板と、 チップ基板表面に形成され、湿度を検出する湿度検出手
段と、前記湿度検出手段に近接して前記チップ基板表面
上に配設され、前記湿度検出手段の周辺温度を検出する
温度検出手段と、前記湿度検出手段の周辺を局所的に所
定温度以上に加熱する加熱手段とを具備したセンサチッ
プと、 前記加熱手段への印加電力を測定する電力測定手段と前
記印加電力と前記温度検出手段の出力とを２点以上にわ
たり測定し、環境温度を算出する環境温度算出手段とを
具備し、 前記湿度検出手段の出力を、前記環境温度に基づいて換
算し、測定すべき環境の湿度を測定するようにしたこと
を特徴とする温湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29558793A JP3369677B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | 温湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29558793A JP3369677B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | 温湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07146273A true JPH07146273A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3369677B2 JP3369677B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=17822563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29558793A Expired - Fee Related JP3369677B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | 温湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3369677B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1148334A1 (de) * | 2000-04-20 | 2001-10-24 | ELK Gesellschaft für Erstellung, Layout und Konzeption elektonischer Systeme mit beschränkter Haftung | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der relativen Feuchte in Luft-/Gasgemischen |
| WO2002004933A1 (de) * | 2000-07-11 | 2002-01-17 | Testo Gmbh & Co. | Vorrichtung und verfahren zur ermittlung der feuchte in gasen |
| US7077004B2 (en) | 2003-08-02 | 2006-07-18 | E+E Elektronik Ges.M.B.H | Method and device for measuring humidity |
| US7176700B2 (en) | 2005-02-24 | 2007-02-13 | Denso Corporation | Moisture sensor device and self-diagnosing method therefor |
| US7387024B2 (en) | 2004-02-27 | 2008-06-17 | Denso Corporation | Capacitive type humidity sensor |
| JP2014038056A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 湿度検出装置 |
| JP2021139676A (ja) * | 2020-03-03 | 2021-09-16 | 株式会社チノー | 加熱型センサ搭載検出回路 |
| JPWO2024171884A1 (ja) * | 2023-02-17 | 2024-08-22 | ||
| WO2024190173A1 (ja) * | 2023-03-14 | 2024-09-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 物理量計測システム |
| JPWO2024190177A1 (ja) * | 2023-03-14 | 2024-09-19 | ||
| WO2025074886A1 (ja) * | 2023-10-03 | 2025-04-10 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ガス分析方法及びガス分析システム |
-
1993
- 1993-11-25 JP JP29558793A patent/JP3369677B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2021139676A (ja) * | 2020-03-03 | 2021-09-16 | 株式会社チノー | 加熱型センサ搭載検出回路 |
| JPWO2024171884A1 (ja) * | 2023-02-17 | 2024-08-22 | ||
| WO2024190173A1 (ja) * | 2023-03-14 | 2024-09-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 物理量計測システム |
| JPWO2024190177A1 (ja) * | 2023-03-14 | 2024-09-19 | ||
| WO2024190177A1 (ja) * | 2023-03-14 | 2024-09-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 物理量計測システム |
| WO2025074886A1 (ja) * | 2023-10-03 | 2025-04-10 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ガス分析方法及びガス分析システム |
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|---|---|
| JP3369677B2 (ja) | 2003-01-20 |
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