JPH07306170A - 湿度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単電源で使用する際、湿度変化に対して出力
電圧が飽和することなく広い範囲で精度良く湿度信号に
変換できる湿度検出装置を提供する。 【構成】 発振回路１の出力を湿度−電圧変換回路２に
加え、湿度変化を直流バイアイ電圧を基準にした交流電
圧の変化に変換し、この出力と加算電圧を反転加算回路
３の反転入力端に入力し、反転加算回路３の出力を積分
回路４に入力して直流電圧の湿度信号に変換する。 【効果】 ダイオードによる整流回路に代わり反転加算
回路の出力を積分して直流電圧に変換するから、ダイオ
ードの順方向電圧による電圧降下がない。湿度信号に変
換できる範囲がより広がり、電源電圧や湿度センサの抵
抗値の大小に影響されないほか、出力値を加算電圧の条
件設定で相対湿度の数値に関連させた湿度信号として容
易に数値設定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は湿度変化を検出して湿度
信号を出力する湿度検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、湿度変化を検出して湿度信号を出
力する湿度検出装置の利用分野が広くなってきた。例え
ば、冷暖房機、除湿機、加湿機および複写機等はマイク
ロコンピュータと湿度検出装置とを組み合わせた自動制
御方式が実用化されるに至っている。ここに用いられる
湿度センサは、高分子電解質を感湿材としたものが広く
用いられており、湿度変化に応じて電気抵抗値が変化す
る。この湿度センサに直流電圧を印加すると分極が生じ
て劣化する。そのため、発振器から出力される交流電圧
を印加して使用されている。

【０００３】従来の湿度検出装置は、湿度変化を直流電
圧の湿度信号に変換するため、湿度センサに交流電圧を
印加するための発振回路と、湿度変化を電圧の変化に変
換するための湿度−電圧変換回路と、湿度−電圧変換回
路から出力される交流電圧の変化を直流の電圧変化に変
換する整流回路と、整流回路の出力を入力して湿度−電
圧特性を得るための平滑回路とにより構成されていた。
その構成図を図８に示す。

【０００４】図８において、３４は発振回路、３５は湿
度−電圧変換回路、３６は整流回路、３７は平滑回路で
ある。

【０００５】発振回路３４は、湿度センサに交流電圧を
印加するためのものであるから、構成は後述の公知例に
記載されたウイーンブリッジ発振回路や無安定マルチバ
イブレータであって良い。

【０００６】湿度−電圧変換回路３５には相対湿度の変
化を抵抗値の変化に変換する湿度センサが用いられてい
る。以下相対湿度を湿度と呼ぶ。湿度センサの湿度−抵
抗値特性の一例を図１１に示す。

【０００７】その抵抗値は、湿度３０％ＲＨ、６０％Ｒ
Ｈ、９０％ＲＨで約６ＭΩ、２０ｋΩ、１ｋΩと指数関
数的に大きく変化している。

【０００８】従来の湿度検出装置は湿度信号に変換する
ため整流回路を用いており、整流回路としては、例え
ば、公知例１として特許公告平２−５１１４４号に示さ
れる回路がある。その構成は整流用ダイオード、差動増
幅器と抵抗器が組み合わされて構成され半波整流され
る。また、公知例２として公開特許公報昭６０−８０７
５１号に示されるような回路がある。その構成は対数変
換用ダイオード、整流用ダイオード、差動増幅器とコン
デンサが組み合わされて構成され半波整流される構成に
なっていた。

【０００９】これら従来の湿度検出装置は湿度変化を湿
度信号に変換するため、共に直流電圧Ｖｃｃ、Ｖｅｅの
正負両電源（以下両電源と呼ぶ）を供給して用いられて
いた。最近になって、小型化や省電力化のため正の単一
の電源（以下単電源と呼ぶ）で動作することが望まれ、
しかも、５Ｖ以下の低電圧で、低湿度から高湿度までの
広い範囲で湿度信号を精度良く出力できることが望まれ
ている。単電源で動作させるには、発振回路から出力さ
れる交流電圧の負の電圧が差動増幅器に入力されないよ
うにする必要があった。そのため、従来装置に直流のバ
イアス電圧回路を設けその正のバイアス電位を元にした
正負の交流電圧を湿度センサに加え湿度−電圧変換を行
う方法が用いられる。

【００１０】例えば、公知例１に示された整流回路を単
電源で用いる場合の構成を図９に示す。

【００１１】図９において３４は発振回路、３５は湿度
−電圧変換回路（前記公報では抵抗−電圧変換回路と呼
んでいる）、３６は整流回路、３７は平滑回路、４０、
４５はコンデンサ、６は湿度センサ、１７、４３、４４
は抵抗器、４１は差動増幅器、４２は整流用ダイオード
である。Ｖｃｃは単電源の供給電源。

【００１２】発振回路３４は公知例１にはウイーンブリ
ッジ発振回路が記載されている。発振回路３４は抵抗
器、コンデンサと差動増幅器等で構成され、発振周波数
は抵抗器とコンデンサの時定数によって決められる。電
源を供給することで所定の振幅が出力されるようになっ
ている。

【００１３】湿度を検知するため発振回路３４の交流の
出力電圧が、コンデンサ４０を介して湿度−電圧変換回
路３５に加えられる。湿度−電圧変換回路３５は湿度セ
ンサ６と抵抗器１７の直列回路で抵抗分圧の構成になっ
ている。その分圧された電圧、すなわち抵抗器１７の端
子電圧が整流回路３６の入力端に加えられる。整流回路
３６の入力端は差動増幅器４１の非反転入力端で、差動
増幅器４１の出力端はダイオード４２のアノードに接続
され、差動増幅器４１の出力端とダイオード４２は直列
に接続されている。そして、ダイオード４２のカソード
には差動増幅器４１の反転入力端および一端がアースに
接続された抵抗器４３の他端と接続されて平滑回路３７
の入力端に接続されている。平滑回路３７は抵抗器４４
の一端が入力端で、抵抗４４の他端は出力端で一端がア
ースに接続されたコンデンサ４５の他端と接続されてい
る。

【００１４】発振回路３４の出力がコンデンサ４０を介
して湿度−電圧変換回路３５に加えられると、抵抗器１
７の端子電圧が整流回路３６の入力端に加えられる。整
流回路３６は、入力端の差動増幅器４１の非反転入力端
と差動増幅器４１の反転入力端とが同電位になるように
動作し、その電圧が抵抗器４３に生じる。この端子電圧
を平滑回路３７に入力し直流電圧の湿度信号に変換して
いる。また、抵抗器４３は平滑回路３７がピークホール
ドせず湿度変化を正常に平滑できるようにするための放
電抵抗として動作している。

【００１５】単電源で動作させるには、差動増幅器４１
の入力端にアースより負の電圧が入力されないようにす
る必要がある。そこで、直流バイアス回路５２を設け、
直流バイアス回路５２の出力端３９に所定の正の直流電
圧（以下バイアス電圧と呼ぶ）が出力される。このバイ
アス電圧を元にし、発振回路３４の交流の出力電圧がコ
ンデンサ４０を介して湿度−電圧変換回路３５に加えら
れる。そのため、湿度−電圧変換回路３５の湿度センサ
６の一端をコンデンサ４０に、抵抗器１７の他端を直流
バイアス回路５２の出力端３９に接続してある。

【００１６】また、公知例２に示された湿度−電圧変換
回路および整流回路を単電源で用いる場合の構成を図１
０に示す。図９と異なるところは対数変換と整流回路を
同時に構成したところである。

【００１７】図１０において、３４は発振回路で無安定
マルチバイブレータにより構成されている。４６は湿度
−電圧変換回路および整流回路、４０、５１、はコンデ
ンサ、６は湿度センサ、４８、５０はダイオード、４９
は対数変換用ダイオード、４７は差動増幅器。Ｖｃｃは
単電源の供給電源。

【００１８】発振回路３４の出力はコンデンサ４０を介
して湿度センサ６の一端に接続され、湿度センサ６の他
端は差動増幅器４７の反転入力端およびダイオード４８
のアノードと対数変換用ダイオード４９のカソードにそ
れぞれ接続され、ダイオード４８のカソードは差動増幅
器４７の出力端およびダイオード５０のアノードにそれ
ぞれ接続され、差動増幅器４７の出力端とダイオード５
０は直列に接続されている。そして、ダイオード５０の
カソードは対数変換用ダイオード４９のアノードおよび
一端がアースに接続されたコンデンサ５１の他端と接続
されて出力端に接続された構成となっている。

【００１９】発振回路３４の出力がコンデンサ４０を介
して湿度センサ６に加えられと、湿度に応じて湿度セン
サ６の抵抗値が変わり湿度センサ６に電流が流れる。そ
の交流電流はダイオード４８、５０、対数変換用ダイオ
ード４９と差動増幅器４７とコンデンサ５１とで整流さ
れ、対数変換用ダイオード４９の電圧−電流の非直線性
により対数変換され、湿度に応じた直流電圧の湿度信号
を得ている構成であった。

【００２０】単電源で動作させるには、バイアス電圧を
元にし、発振回路３４の交流の出力電圧をコンデンサ４
０を介して湿度センサ６に加えられる構成にする。その
ため、上述と同様に直流バイアス回路５２を設け、差動
増幅器４７の非反転入力端を直流バイアス回路５２の出
力端３９と接続する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来の湿度検出装置の
整流回路は、以上のようにダイオードと差増増幅器とそ
の他の部品で構成され、差増増幅器の出力端と整流用ダ
イオードは直列に接続され、ダイオードの出力を差増増
幅器の反転入力端に帰還していたので次のような問題が
あった。

【００２２】一般に差動増幅器の動作としては、出力電
圧が飽和する正の飽和電圧Ｖｓ（以下飽和電圧と呼ぶ）
がある。そして、ダイオードには順方向電流が流れると
順方向電圧Ｖｆによる電圧降下が生じる。上述の構成で
は差動増幅器はダイオードの電圧降下を打ち消すように
差動増幅器の出力電圧が高くなる動作をする。

【００２３】ところで、差動増幅器が正常に動作し出力
できる電圧範囲は飽和電圧までであるから、整流回路が
湿度信号に変換できる範囲は差動増幅器の出力の飽和電
圧より更にダイオードの順方向電圧Ｖｆの分だけ低い電
圧が範囲となり、湿度信号に変換できる範囲が狭くなっ
ていた。以下湿度信号に変換できる範囲の電圧を動作電
圧と呼ぶ。

【００２４】（問題点１）図９に示す公知例１の整流回
路３６ではダイオード４２が導通する期間において正常
に湿度信号に変換できる入力電圧範囲は、飽和電圧より
更にダイオード４２の順方向電圧Ｖｆの分だけ低い動作
電圧以下が必要とされる。一例として、差動増幅器４１
に５Ｖの電圧を供給した場合、差動増幅器４１の飽和電
圧が３．８Ｖ、ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆが０．
６Ｖ程度の場合は整流回路３６の入力電圧範囲が３．２
Ｖまでとなる。湿度−電圧変換回路３５の湿度センサ６
に図１１の湿度−抵抗値特性の湿度センサを用い、ま
た、直流バイアス回路５２の出力端３９の電圧を飽和電
圧のほぼ半分のＶｓ／２の電圧に設定しておく。このバ
イアス電圧によって負の電圧が整流回路３６の入力端に
加わらない。抵抗器１７の値を２０ｋΩ程度に選定し分
圧回路を構成すると、その分圧比は湿度３０％ＲＨ、６
０％ＲＨ、９０％ＲＨにおいて、順に０．０４、０．
５、０．９５程度となる。

【００２５】発振回路３４の出力端３８の波高値が飽和
電圧Ｖｓの場合、高湿度側で特に９０％ＲＨでは湿度セ
ンサ６の抵抗値が小さく、分圧比は０．９５程度である
から飽和電圧に近い電圧が整流回路３６に入力され、入
力電圧範囲を上回り動作電圧を越えることになる。従っ
て、高湿度側で整流回路３６は正常に湿度信号に変換で
きず出力値は飽和することになる。そのため、高湿度側
の精度が悪くなった。電源の供給電圧が５Ｖ以下の低電
圧になるほどダイオード４２の順方向電圧Ｖｆの電圧降
下の値が無視できない。更に、動作範囲が狭くなるので
湿度センサ６の抵抗値や装置の供給電圧の大小に影響さ
れ、精度良く湿度信号に変換されないなどの欠点があっ
た。

【００２６】また、整流回路３６は抵抗器４３がなけれ
ば、ダイオード４２が逆流を阻止するため平滑回路３７
はピークホールドとなって湿度変化を正常に湿度信号と
して平滑されない問題があった。しかも、整流回路３６
は湿度に関係なく常にバイアス電圧分高い電圧が出力さ
れ、湿度に対応し関連した数値の出力信号に変換されな
い欠点があった。そのため、出力される湿度信号を湿度
に対応した換算表で換算し湿度を求める必要があり、利
用する範囲が制限された。

【００２７】（問題点２）図１０に示す公知例２の湿度
−電圧変換および整流回路４６も同様に差動増幅器４７
とダイオード５０を用いて構成され半波整流される。ダ
イオード５０が導通する期間においてダイオード４９の
電圧−電流の非直線性によって対数変換を行い湿度変化
を直線的な直流電圧の湿度信号に変換する構成である。
ダイオード５０が非導通する期間はダイオード４８が導
通し湿度センサ６に交流電流が流れつづける。

【００２８】図１０において、湿度センサ６の抵抗値が
高湿度側で数ｋオーム以下と小さくなると差動増幅器４
７はより多くの電流が流れるように作用する。電流が増
加するとダイオード５０の順方向電圧Ｖｆがより高くな
り、差動増幅器４７はその電圧降下を打ち消すように出
力電圧が増加する方向に動作する。湿度−電圧変換およ
び整流回路４６の出力はバイアス電圧にダイオード５０
の順方向電圧Ｖｆを加えたものであるから、反面より多
くの電流が流れるとダイオード５０の順方向電圧Ｖｆの
増加と差動増幅器４７の飽和電圧が合わさって湿度信号
に変換できる動作範囲がより狭くなっていた。しかも、
電圧−電流の非直線性の動作点を適性にするには電源電
圧や湿度センサ６の抵抗値の大小に伴う電流値に依存し
ていたので、動作点が電流値の高い側にずれると、より
電圧の変化が少なくなり飽和状態に近くなる。そのた
め、高湿度側では正常に湿度信号に変換できず、出力値
は直線性と精度がなくなっていた。

【００２９】電源の供給電圧が５Ｖ以下の低電圧になる
ほど飽和電圧とダイオード５０の順方向電圧Ｖｆの電圧
降下が無視できない。更に、動作範囲が狭くなるので湿
度センサ６の抵抗値や装置の供給電圧の大小に影響され
湿度信号に変換される範囲が狭くなる欠点があった。

【００３０】また、湿度−電圧変換および整流回路４６
は湿度に関係なく常に直流バイアス電圧分高い電圧が出
力され、湿度に対応し関連した数値の出力信号に変換さ
れない欠点があった。そのため、湿度信号を湿度に対応
した表で換算する必要があり不便であった。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の湿度検出装置は
上記問題点を解決する手段として湿度の変化に応じて抵
抗値が変化する湿度センサと、交流電圧を直流バイアス
電圧を基準にした交流電圧の変化に変換するための直流
バイアス回路と、湿度センサの抵抗値変化を交流電圧の
変化に変換する湿度−電圧変換回路と、湿度−電圧変換
回路から出力される交流電圧の変化と直流電圧を加算す
る反転加算回路と、この反転加算回路から出力される交
流電圧の変化を積分する積分回路を具備し、反転加算回
路は差動増幅器および抵抗器により構成され、直流バイ
アス電圧回路の出力端が差動増幅器の非反転入力端に接
続され、湿度−電圧変換回路の出力端は第１の抵抗器を
介して差動増幅器の反転入力端に接続され、直流バイア
ス電圧より高い電圧と一端が接続された第２の抵抗器を
差動増幅器の反転入力端に接続し、差動増幅器の出力端
はそれぞれ差動増幅器の反転入力端に一端が接続された
第３の抵抗器および積分回路の入力端に接続して構成さ
れ単電源で動作するようにした。

【００３２】本発明の湿度検出装置は上記問題点を解決
する手段として、湿度センサと第１の抵抗器が直列に接
続された第１の直列回路と双方向に並列に接続された対
数変換用ダイオードと第２の抵抗器が直列に接続された
第２の直列回路がともに直列に接続され、第１、第２の
直列回路の接続部は差動増幅器の反転入力端に接続さ
れ、第１の直列回路の一端はコンデンサを介して発振回
路の出力端と接続され、第２の直列回路の他端は差動増
幅器の出力端と接続されるとともに反転加算回路の一つ
の入力端に接続され、差動増幅器の非反転入力端は直流
バイアス回路の出力端と接続され、第２の直列回路の端
子電圧が第１の直列回路の端子電圧より小さくなるよう
に第２の抵抗器の抵抗値を第１の抵抗器の抵抗値より小
さく設定して湿度−電圧変換回路を構成した。

【００３３】

【作用】本発明の湿度検出装置はダイオードと差動増幅
器からなる整流回路に代え上記した構成により、反転加
算回路の差動増幅器の反転入力端に湿度−電圧変換回路
から出力される交流電圧と加算するための直流電圧を集
中させることによって、反転加算回路の出力は入力電圧
が湿度−電圧変換回路から出力される交流電圧だけの場
合の出力と、直流電圧だけの場合の出力とを加算したも
のとなる。例えば、入力電圧が湿度−電圧変換回路から
出力される交流電圧だけの場合、反転加算回路の出力は
直流バイアス電圧による電位を中心に逆位相の交流電圧
が出力される。また、入力電圧が直流バイアス電圧より
高い直流電圧だけの場合、反転加算回路の出力は直流バ
イアス電圧より逆に低い電圧が出力される。従って、湿
度−電圧変換回路から出力される交流電圧と直流バイア
ス電圧より高い直流電圧を反転加算回路の差動増幅器の
反転入力端に加算入力させると、反転加算回路の差動増
幅器の出力端は直流バイアス電圧分を打ち消すように作
用した交流電圧が出力される。

【００３４】そこで、湿度−電圧変換回路の出力電圧が
直流バイアス電圧より高い半サイクルの期間、差動増幅
器の出力端の電圧がアース側の電位に飽和するように反
転加算回路の抵抗値を選択することによって、湿度−電
圧変換回路の出力が直流バイアス電圧より低い半サイク
ルの期間のみ、差動増幅器の出力端には湿度センサの抵
抗値変化に応じてアース側の電位からの正の振幅電圧が
出力される。この振幅電圧を積分時定数が交流電圧の周
期より長い積分回路に入力すると平滑化され直流電圧の
変化に変換される。前記した反転加算回路はダイオード
による電圧降下がないから動作範囲が広くなり、低湿度
から高湿度までの湿度センサの抵値変化に応じた交流電
圧の変化を、精度良く直流電圧の変化に変換することが
できる。

【００３５】ところで湿度−電圧変換回路は上記した構
成により、湿度センサと抵抗器の第１の直列回路と双方
向に並列に接続した対数変換用ダイオードと抵抗器の第
２の直列回路がともに直列に接続されているので、差動
増幅器を用いて湿度センサと対数変換用ダイオードに流
れる電流が同じになるように構成できる。

【００３６】従って、抵抗器で高湿度側の電流を制限す
るように設定しておけば、ダイオードの電圧−電流の非
直線性の動作点を変えることができる。また、第２の直
列回路の端子電圧はダイオードの非直線性と抵抗器の直
線性のある電圧降下が加算されるから、高湿度側で抵抗
器の電圧降下がより加算されるように抵抗値を設定する
ことで、低湿度から高湿度までの湿度センサの抵値変化
に応じた交流電圧の変化に変換できる。この交流電圧の
変化を反転加算回路に加え、反転加算回路の出力を積分
回路に入力することで精度良く、しかも、直線性を改善
した湿度信号に変換することができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３８】図１は本発明の第１、第２の実施例におけ
る湿度検出装置のブロック図、図２は本発明の第１の実
施例における湿度検出装置の回路図、図３は図２におけ
る反転加算回路に湿度−電圧変換回路から出力される湿
度信号のみを入力した場合の出力端の出力電圧波形図、
図４は図２における反転加算回路に加算電圧と湿度信号
を入力した場合の出力端の出力電圧波形図、図５は本発
明の第１の実施例における湿度検出装置の湿度−出力電
圧特性を示す図、図６は本発明の第２の実施例における
湿度検出装置の回路図、図７は本発明の第２の実施例に
おける湿度検出装置の湿度−出力電圧特性を示す図であ
る。

【００３９】（実施例１）図１、図２、図３、図４およ
び図５において、１は発振回路、２は湿度−電圧変換回
路、３は反転加算回路、４は積分回路、５は直流バイア
ス回路、６は湿度センサである。

【００４０】発振回路１は湿度センサ６に交流の電圧を
印加するために用いられる。発振回路１は、例えば従来
技術のウイーンブリッジ発振回路や無安定マルチバイブ
レータを構成したものであって良い。図２の発振回路１
は簡単のためシュミットトリガーＩＣ７と発振周波数を
決めるための抵抗器８、コンデンサ９を用いて無安定マ
ルチバイブレータを構成した。

【００４１】図２において、１０、１３、１４、１７、
２１、２２、２３、２４、２６は抵抗器、１１、１８、
１５、２７はコンデンサ、１９、２４は差動増幅器、Ｖ
ｃｃは単電源の供給電源。

【００４２】抵抗器１０およびコンデンサ１１はノイズ
フィルタを構成し端子１２はシュミットトリガーＩＣ７
に電源を供給している。

【００４３】発振回路１の出力は、湿度センサ６に直流
電圧が加わらないようコンデンサ１８を介して湿度−電
圧変換回路２の入力端と接続してある。湿度−電圧変換
回路２は湿度センサ６、抵抗器１７およびバッファ用の
差動増幅器１９から構成されている。湿度センサ６は抵
抗器１７と直列に接続され、湿度センサ６の一端が湿度
−電圧変換回路２の入力端で、抵抗器１７の他端は直流
バイアス回路５の出力端１６と接続されている。湿度変
化による湿度センサ６の抵抗値変化を抵抗器１７の端子
電圧変化に変換し、この端子電圧を差動増幅器１９の非
反転入力端に加え、差動増幅器１９の出力端２０は差動
増幅器１９の反転入力端に接続されている。上記のよう
に接続された差動増幅器１９はインピーダンス変換の働
きをし、出力のインピーダンスが低くなるように変換し
てある。

【００４４】そのため、湿度−電圧変換回路２は反転加
算回路３等に干渉されずに動作する。そして、差動増幅
器１９の出力端２０には湿度変化による交流電圧の変化
が出力される。この出力端２０が湿度−電圧変換回路２
の出力端になる。直流バイアス回路５は抵抗器１３、１
４、コンデンサ１５で構成され、１２は直流バイアス回
路５の入力端、１６は出力端である。直流バイアス回路
５は差動増幅器２４の入力端に負の電圧が加わらないよ
う、正の直流電圧で交流電圧を持ち上げるためのもの
で、抵抗器１３、１４によって分圧された直流電圧が出
力端１６に出力される。この出力端１６の電位をバイア
ス電圧と呼ぶ。反転加算回路３は抵抗器２１、２２、２
３と差動増幅器２４で構成され、差動増幅器２４の非反
転入力端は直流バイアス回路５の出力端１６に接続さ
れ、湿度−電圧変換回路２の出力端２０は抵抗器２１を
介して差動増幅器２４の反転入力端に接続され、加算入
力電圧は直流バイアス回路５の入力端１２と抵抗器２２
の一端に接続し、抵抗器２２の他端を差動増幅器２４の
反転入力端に接続して加算してある。差動増幅器２４の
出力端２５は反転加算回路３の出力端で、抵抗器２３を
介して差動増幅器２４の反転入力端に接続するととも
に、積分回路４に入力されている。積分回路４は抵抗器
２６とコンデンサ２７で構成され抵抗器２６の一端が積
分回路４の入力端、他端が出力端である。コンデンサ２
７は一端が積分回路４の出力端と接続され、コンデンサ
２７の他端はアースと接続されており、積分時定数が発
振器の発振周期より長くなるように設定してある。

【００４５】上記した構成により、反転加算回路３の差
動増幅器２４の反転入力端に湿度−電圧変換回路２から
出力される交流電圧と加算するための直流電圧を集中さ
せることができる。これによって、反転加算回路３の出
力は反転加算回路３の入力電圧が湿度−電圧変換回路２
から出力される交流電圧だけの場合の出力と、直流電圧
だけの場合の出力とを加算したものとなる。例えば、反
転加算回路３の入力電圧が湿度−電圧変換回路２から出
力される湿度信号で交流電圧だけの場合、反転加算回路
３の出力端２５には図３に示すようにバイアス電圧を中
心に逆位相の交流電圧が出力される。また、反転加算回
路３の入力電圧がバイアス電圧より高い直流電圧だけの
場合、出力端２５にはバイアス電圧より逆に低い電圧が
出力される。従って、湿度−電圧変換回路２から出力さ
れる湿度信号の交流電圧とバイアス電圧より高い直流電
圧を差動増幅器２４の反転入力端に加算入力させると、
図４に示すように出力端２５にはバイアス電圧分を打ち
消すように作用した電圧が出力される。

【００４６】図４に出力端２５の電圧波形を示したよう
に、反転加算回路３の抵抗器２１、２２、２３の抵抗値
を選択し増幅率を変えることで、湿度−電圧変換回路２
から出力される交流電圧がバイアス電圧より高い半サイ
クルの期間、出力端２５の電圧をアース側の電位に飽和
させることができる。その結果、湿度−電圧変換回路２
か出力される交流電圧がバイアス電圧より低い半サイク
ルの期間のみ、出力端２５には湿度センサ６の抵抗値変
化に応じてアース側の電位からの正の振幅電圧が出力さ
れる。

【００４７】この振幅電圧を積分時定数が発振器の発振
周期より長い積分回路４に入力すると平滑化され直流電
圧の湿度信号に変換され、図５に示すような直線性と精
度が良い湿度検出装置の湿度−出力電圧特性が得られ
る。

【００４８】前記した反転加算回路３には直列にダイオ
ードが接続されてないので、ダイオードによる電圧降下
がなく、しかも、反転加算回路３の出力インピーダンス
は低いため湿度変化を積分回路４でピークホールドされ
ることなく正常に精度良く直流電圧の湿度信号に変換さ
れる。例えば、発振回路１の出力電圧の波高値が飽和電
圧の場合、高湿度側で湿度センサ６の抵抗値が小さくな
り湿度−電圧変換回路２の分圧比が０．９５になっても
整流回路の入力範囲は飽和電圧まで広く許されるから、
差動増幅器１９の出力端２０の出力電圧は飽和すること
がない。図５で比較した従来例の出力特性は高湿度側で
湿度信号が飽和して変化がない。しかし、本発明によれ
ば図５に示すように低湿度から高湿度までの湿度センサ
６の抵値変化に応じた交流電圧の変化を、精度良く直流
電圧の変化に変換することができる。また、電源電圧が
５Ｖ以下の低電圧においてもダイオードによる電圧降下
が生じないので、電源電圧や湿度センサ６の大小に影響
されず広い範囲で精度良く直列電圧の湿度信号を出力す
ることができる。しかも、反転加算回路３は直流加算電
圧と増幅率を変えることでバイアス電圧分を打ち消すよ
うに設定でき、湿度に対応し関連した数値に出力電圧が
容易に設定できる。例として、湿度が６０％ＲＨのとき
０．６Ｖと数値が相対湿度と関連した数値に出力値の設
定が可能となり、使い易く利用範囲も広がる。

【００４９】（実施例２）実施例１と異なるところは湿
度−電圧変換回路２の構成が異なり、湿度センサと第１
の抵抗器との第１の直列回路および双方向に並列接続さ
れた対数変換用ダイオードと第２の抵抗器との第２の直
列回路とがともに直列に接続され、第２の直列回路の端
子電圧が第１の直列回路の端子電圧より小さくなるよう
に第２の抵抗器の抵抗値を第１の抵抗器の抵抗値より小
さく設定して差動増幅器を用いて湿度センサに流れる電
流と対数変換用ダイオードに流れる電流が同じになるよ
うに構成したところにある。

【００５０】図１と図６において、６は湿度センサ、２
１、２９、３２は抵抗器、１８はコンデンサ、２８は差
動増幅器、３０、３１は対数変換用ダイオードである。
５３は湿度−電圧変換回路２と差動増幅器２８の出力
端、１６は直流バイアス回路５の出力端である。その他
の構成は実施例１の図２と同じであるので説明は省略す
る。

【００５１】湿度センサ６と抵抗器２９は第１の直列回
路を構成している。発振回路１の出力はコンデンサ１８
を介して第１の直列回路の湿度センサ６の一端と接続さ
れ、湿度センサ６の他端は抵抗器２９を介して差動増幅
器２８の反転入力端と接続されている。差動増幅器２８
の非反転入力端は、直流バイアス回路５の出力端１６と
接続されている。対数変換用ダイオード３０のアノード
は対数変換用ダイオード３１のカソードと、対数変換用
ダイオード３０のカソードは対数変換用ダイオード３１
のアノードと接続され双方向に並列に接続になってい
る。双方向に並列に接続された対数変換用ダイオード３
０、３１と抵抗器３２が直列に接続され第２の直列回路
が構成されている。差動増幅器２８の出力端３３は第２
の直列回路の抵抗器３２の一端と反転加算回路３の抵抗
器２１の一端にそれぞれ接続され、抵抗器３２の他端は
対数変換用ダイオード３０のカソードと接続されてい
る。第２の直列回路の対数変換用ダイオード３０のアノ
ードは差動増幅器２８の反転入力端と接続した構成にな
っている。

【００５２】ここで、湿度センサ６の電圧降下と第１の
抵抗器である抵抗器２９の電圧降下の和を第１の直列回
路の端子電圧とする。また、ダイオード３０、３１の電
圧降下と第２の抵抗器である抵抗器３２の電圧降下の和
を第２の直列回路の端子電圧とする。発振回路１の出力
電圧をＶｓ、出力端１６のバイアス電圧をＶｓ／２とす
る。

【００５３】湿度−電圧変換回路２の差動増幅器２８の
作用によって第１の直列回路と第２の直列回路に流れる
電流は同じになる。そこで、湿度７０％ＲＨ以上の高湿
度側で第１の直列回路の端子電圧より第２の直列回路の
端子電圧が小さくなるように、抵抗器２９、３２の抵抗
値を設定すれば高湿度になって湿度センサ６の抵抗値が
小さくなっても湿度−電圧変換回路の出力端３３の出力
は飽和電圧以上になることがなく、しかも動作範囲は広
い。高湿度側で対数変換用ダイオード３０、３１に流れ
る電流を制限するように抵抗器２９、３２の値を選択す
れば、電圧−電流特性の非直線性の動作点を変えること
ができる。対数変換用ダイオード３０、３１の電圧降下
に抵抗器３２の直線性のある電圧降下が加わるので、湿
度と第２の直列回路の端子電圧との直線性を改善するこ
とができる。

【００５４】抵抗器３２の値は抵抗器２９の値より小さ
くし数百オーム程度が望ましい。第２の直列回路の端子
電圧とバイアス電圧との和が出力端３３の出力電圧とな
るから、この出力端３３の出力を抵抗器２１を介して反
転加算回路３の反転力端に入力し反転加算回路３の出力
を積分回路４で積分すれば、更に湿度センサ６の抵抗値
や電源電圧の大小に影響されず低湿度から高湿度まで精
度と直線性が良い直流電圧の湿度信号に変換することが
できる。図７にその湿度検出装置の湿度−出力電圧特性
を示す。

【００５５】従って、従来例では高湿度側で湿度センサ
６の抵抗値が小さくなりすぎると、湿度と湿度信号の直
線性が悪くなっていたが、本発明の構成では湿度センサ
６の抵抗値や電源電圧の大小に影響されず、湿度信号に
変換される範囲が従来より広くなり、直線性と精度の良
い湿度信号に変換することができる。

【００５６】前述のように、反転加算回路３は直流加算
電圧と増幅率を変えることで直流バイアス電圧分を打ち
消すように設定でき、湿度と関連した数値に出力値が容
易に設定できる。例として、湿度が６０％ＲＨのとき
０．６Ｖ、８０％ＲＨのとき０．８Ｖと数値が対応した
出力値の設定が可能となり、湿度換算表を用いずとも記
録計などに接続して利用できるなど範囲も広がる利点が
ある。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば単電源を供給する湿度検
出装置において、従来のダイオードと差動増幅器を組み
合わせた整流回路に代わり、抵抗器と差動増幅器と加算
電圧による反転加算回路を用いた。そして、バイアス電
圧を基準にして湿度−電圧変換回路から出力される交流
電圧の変化と、加算電圧とを反転加算回路の反転入力端
に入力し、反転加算回路の出力を積分回路に入力して直
電圧の湿度信号に変換する構成にしたことにより、従来
例のようにダイオードによる電圧降下がない。

【００５８】その結果、湿度信号に変換できる範囲がよ
り広がり、高湿度側で湿度センサの抵抗値が小さくなっ
ても精度良く湿度信号に変換できる利点がある。従っ
て、電源電圧や湿度センサの抵抗値の大小により影響さ
れない。また、加算電圧の条件設定を行うことで湿度の
数値に関連させた出力値が湿度信号として容易に設定で
きるので利用範囲が広くなる利点がある。

【００５９】加えて、本発明は湿度センサと抵抗器の第
１の直列回路と双方向に並列接続した対数変換用ダイオ
ードと抵抗器の第２の直列回路と差動増幅器を用いて湿
度−電圧変換回路を構成した。

【００６０】その結果、第１の直列回路の端子電圧より
第２の直列回路の端子電圧が小さくなるように抵抗器の
抵抗値を設定すれば高湿度になって湿度センサの抵抗値
が小さくなっても、湿度−電圧変換回路の出力端の出力
は飽和電圧以上になることがなく飽和しない。また、高
湿度側で抵抗器により電流を制限することで対数変換用
ダイオードの電圧−電流の非直線性の動作点を変え対数
変換を行えるほか、対数変換用ダイオードの電圧降下に
抵抗器の電圧降下が加わり、湿度と第２の直列回路の端
子電圧の直線性が改善される利点がある。しかも、直列
に整流用ダイオードを用いてないから整流用ダイオード
による電圧降下がなく動作電圧が広くなる利点がある。
従って、湿度センサの抵抗値や電源電圧の大小に影響さ
れず湿度信号に変換される範囲が従来より広くなり、高
湿度側まで湿度変化を精度と直線性が良く直流電圧の湿
度信号に変換できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１、第２の実施例における湿度検出
装置のブロック図

【図２】本発明の第１の実施例における湿度検出装置の
回路図

【図３】図２における反転加算回路に湿度−電圧変換回
路から、出力される湿度信号のみを入力した場合の出力
端の出力電圧波形図

【図４】図２における反転加算回路に加算電圧と湿度信
号を入力した場合の出力端の出力電圧波形図

【図５】本発明の第１の実施例における湿度検出装置の
湿度−出力電圧特性を示す図

【図６】本発明の第２の実施例における湿度検出装置の
回路図

【図７】本発明の第２の実施例における湿度検出装置の
湿度−出力電圧特性を示す図

【図８】従来の湿度検出装置のブロック図

【図９】従来の湿度検出装置の公知例１の回路図

【図１０】従来の湿度検出装置の公知例２の回路図

【図１１】湿度センサの湿度−抵抗値特性図

【符号の説明】

１ 発振回路 ２ 湿度−電圧変換回路 ３ 反転加算回路 ４ 積分回路 ５ 直流バイアス回路 ６ 湿度センサ ２１，２２，２３，２９，３２ 抵抗器 ２４ 差動増幅器 ３０，３１ 対数変換用ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湿度の変化に応じて抵抗値が変化する湿度
   センサと、交流電圧を直流バイアス電圧を基準にした交
   流電圧の変化に変換するための直流バイアス電圧回路
   と、前記湿度センサの抵抗値変化を交流電圧の変化に変
   換する湿度−電圧変換回路と、前記湿度−電圧変換回路
   から出力される交流電圧の変化と直流の入力電圧を加算
   する反転加算回路と、この反転加算回路から出力される
   交流電圧の変化を積分する積分回路を具備し、前記反転
   加算回路は差動増幅器および抵抗器により構成され、前
   記直流バイアス電圧回路の出力端が前記差動増幅器の非
   反転入力端に接続され、前記湿度−電圧変換回路の出力
   端は第１の抵抗器を介して前記差動増幅器の反転入力端
   に接続され、直流バイアス電圧より高い電圧と一端が接
   続された第２の抵抗器を前記差動増幅器の反転入力端に
   接続し、前記差動増幅器の出力端はそれぞれ前記差動増
   幅器の反転入力端に一端が接続された第３の抵抗器およ
   び前記積分回路の入力端に接続して構成され単電源で動
   作させたことを特徴とする湿度検出装置。
2. 【請求項２】湿度−電圧変換回路は湿度センサと第１の
   抵抗器が直列に接続されたの第１の直列回路と双方向に
   並列に接続された対数変換用ダイオードと第２の抵抗器
   が直列に接続された第２の直列回路がともに直列に接続
   され、前記第１、第２の直列回路の接続部を差動増幅器
   の反転入力端に接続され、前記第１の直列回路の一端は
   コンデンサを介して発振回路の出力端と接続され、前記
   第２の直列回路の他端は前記差動増幅器の出力端と接続
   されるとともに反転加算回路の一つの入力端に接続さ
   れ、前記差動増幅器の非反転入力端は直流バイアス回路
   の出力端と接続され、前記第２の直列回路の端子電圧が
   前記第１の直列回路の端子電圧より小さくなるように前
   記第２の抵抗器の抵抗値を前記第１の抵抗器の抵抗値よ
   り小さく設定して湿度−電圧変換回路を構成したことを
   特徴とする請求項１記載の湿度検出装置。