JPH0743334B2 - 湿度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、雰囲気湿度を検出するための湿度センサに関
する。

〔従来の技術〕

近時空調設備の普及に伴い、室内温度の調節のみならず
湿度の調節に対する要求も高度となってきている。さら
にまた、工場等における湿度管理などにおいても種々の
汚染物質の存在下での信頼度の高い湿度測定が要求され
るに到っている。

かかる目的に用いられる湿度センサとしては、電解質や
高分子材料などの吸湿性を利用して、これらの吸湿した
材料の電気抵抗や静電容量の変化を検出するものや、金
属やセラミックス材料などへの水分の吸着現象を利用し
て、これらの水分が吸着した材料の電気抵抗の変化を検
出するものが知られている。しかし、これらの従来の湿
度センサは、常温付近での水の物理的吸脱着に伴う材料
の特性変化が検出できるのみであり、また、種々の物質
の吸着による妨害を排除するために加熱クリーニングを
行なうなどの必要があった。

これに対して、金属性抵抗導線を活性セラミックス層で
包囲してなる感湿抵抗素子と補償抵抗素子とを組み合わ
せて構成した湿度センサは、長時間の連続測定ができる
耐久性を有するものの、可燃性のガスによって妨害を受
けやすく、信頼性が低い欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような事情の下で、本発明は水分以外の物質の妨害
を受け難く、高温での長時間の連続測定ができて、高い
応答性と耐久性とを兼ね備えた信頼性の高い湿度センサ
を提供することを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の湿度センサは、金属性抵抗導線を活性セラミッ
クス層で包囲してなる一組の抵抗素子の一方を雰囲気に
暴露し他方を雰囲気から遮断して組み合わせてなる湿度
センサにおいて、有機オキシシラン類、ケイ酸類および
ケイ酸塩類から選ばれた化合物と接触処理した抵抗素子
を少なくとも雰囲気に暴露される側の抵抗素子として用
いたものである。

本発明の湿度センサに用いられる金属性抵抗導線は、耐
蝕耐酸化性があり、安定した電気抵抗の温度係数を有す
るものであればよく、たとえば白金線などが好ましく用
いられる。このような抵抗導線は、たとえば不活性の絶
縁支持体の上に直接的あるいは間接的に支持されたコイ
ル状などの形態で用いることができる。

本発明の湿度センサに用いられる活性セラミックスは、
たとえば活性アルミナや活性ゼオライトなどであってよ
く、含水アルミナや含水アルミノケイ酸塩などを熱処理
することによって結晶水の一部または大部分を除去活性
化したものであるものが好ましいが、必ずしもこれに限
られるものではない。このような活性セラミックスは充
分に粉砕し、たとえば粘土や水酸化アルミニウムなどの
結合剤と混合したのち、水や有機溶剤など、および必要
に応じて増粘剤などを用いてペースト状の塗料としてお
く。

本発明の湿度センサを構成する抵抗素子は、このあらか
じめ用意した塗料を前記のような金属性抵抗導線の表面
上に薄く均一な厚さとなるように塗布し乾燥させた後
に、前記のセラミックスが活性を失わない温度条件で熱
処理して定着させるなどの従来の方法を利用して、製造
することができる。すなわち、前述のようにして抵抗素
子を製造するに当たって、たとえばケイ酸メチルやケイ
酸エチルなどのアルコキシシラン、アリールオキシシラ
ン、アルキルイミノオキシシランなどのような有機オキ
シシラン類、たとえばケイ酸ゾルなどのようなケイ酸類
およびたとえばケイ酸ナトリウムなどのようなケイ酸塩
類から選ばれた化合物と接触処理する手段を付加するの
であるが、このような化合物による処理は金属性抵抗導
線のみに対して行なってもよく、またはセラミックス塗
料を塗布した後に行なってもよく、あるいは塗布したセ
ラミックス塗料を熱処理した後に行なってもよい。

このような化合物による接触処理は、それぞれの化合物
を適宜の濃度で含有する溶液を塗布する方法のほか、化
合物の蒸気に暴露するなどの方法によってもよく、また
化合物が金属性抵抗導線に対して接触状態を維持してい
る間に必要に応じて熱処理を行なってもよい。

本発明の湿度センサにおいては、このような化合物によ
る接触処理を加えた抵抗素子を少なくとも雰囲気に暴露
される側の感湿抵抗素子として用いるものであるが、雰
囲気から遮断して設けられる側の温度補償用の抵抗素子
は、基本的に前記の感湿側の抵抗素子と同じ抵抗温度特
性を有する抵抗素子であれば、上記のような化合物によ
る接触処理を加えたものであっても加えないものであっ
てもよい。

前述のようにして得た感湿抵抗素子と補償抵抗素子とを
組み合わせた本発明の湿度センサは、たとえば第１図に
示すような測定回路によって湿度の検知を行なうが、Ａ
が感湿抵抗素子、Ｂが補償抵抗素子であり、電源Ｅより
電流を供給して出力Ｖを得るものである。

〔作 用〕

本発明の湿度センサは、前述のような化合物による接触
処理を加えた感湿抵抗素子を組み合わせてなるものであ
るが、感湿特性にはまったく影響がなく可燃性ガスに対
する感度のみが著しく抑制されたものとなっており、検
知精度を損なうことなく高感度で湿度の測定ができる。

〔実施例１〕 耐熱性材料の台座を貫通して5mm間隔で植立したコンス
タンタン製ピン２本に、径30μｍ長さ50mmの白金線を径
0.8mmのコイル状に巻いたものの両末端をスポット溶接
により固着した。

少量のケイ酸エチルを入れた密閉容器の中にこのコイル
を収容し、ケイ酸エチルの蒸気に暴露した状態でコイル
に通電して約600℃とし、10時間接触処理した。

その後、650℃で１時間熱処理したＡ型ゼオライト（モ
レキュラーシーブ5A）の粉末に対して水酸化アルミニウ
ムを10重量％となるよう添加し、更に充分に粉砕混合し
たのち水とグリセリンを加えてペースト状とした活性セ
ラミックス塗料を、前記のコイルに塗布し、乾燥した。

次いで電極間に電圧を印加することによりコイルを発熱
させて650℃で２時間加熱処理して焼成を行ない、更に
椀状にプレス成形したステンレス金網のカバーを被着し
かしめ固定して、抵抗素子（ａ）を作成した。

また、ケイ酸エチルによる処理を行なわないほかは上記
と全く同様にして、比較用の抵抗素子（ｂ）を作成し
た。

更に、ステンレス金網のカバーの代わりにステンレス板
で形成したキャップを被着してかしめ密封したほかは比
較用の抵抗素子（ｂ）と全く同様にして、温度補償用の
抵抗素子（ｃ）を作成した。

これらの抵抗素子を用いて、本発明の湿度センサ（ａ）
＋（ｃ）および対照の湿度センサ（ｂ）＋（ｃ）を組み
立て、感湿特性を調べた。その結果を第２図に示した。

また、温度25℃で相対湿度40％の空気中のエタノールの
濃度を変えて、センサ出力ベースの変動を調べた。その
結果を第３図に示した。

これらの結果から、ケイ酸エチルによる処理を行なった
抵抗素子（ａ）を用いた湿度センサは、エタノールによ
る出力への影響が著しく少なくなっていることがわか
る。

〔実施例２〕 ケイ酸エチルによる処理の代わりにケイ酸メチルによる
処理を行なった他は実施例１と全く同様にして抵抗素子
（ｄ）を作成し、湿度センサ（ｄ）＋（ｃ）を組み立て
てその感湿特性及びエタノールによる出力への影響を調
べた。

本例の湿度センサ（ｄ）＋（ｃ）の感湿特性を調べたと
ころ、実施例１における湿度センサ（ａ）＋（ｃ）とほ
ぼ同等の特性を有していることがわかった。

〔実施例３〕 実施例１における比較用の抵抗素子（ｂ）の作成と同様
の手順によって白金線コイルに活性セラミックス塗料を
塗布し焼成を行なったのち、実施例１におけると同様の
方法でケイ酸エチルによる処理を行なって、抵抗素子
（ｅ）を作成した。

この抵抗素子（ｅ）と実施例１で得た温度補償用の抵抗
素子（ｃ）とを用いて湿度センサ（ｅ）＋（ｃ）を組み
立て、感湿特性を調べたところ、実施例１における温度
センサ（ａ）＋（ｃ）と殆ど同一の特性を有しているこ
とがわかった。

〔実施例４〕 実施例１における比較例の抵抗素子（ｂ）の作成と同様
の手順によって白金線コイルに活性セラミックス塗料を
塗布し焼成を行なって抵抗素子を得、これを４−メチル
ペンチリデン（２）−イミノオキシ（トリメトキシ）シ
ランの少量を注入して密閉容器に入れてその蒸気に暴露
し、電極間に通電して約500℃とし、１時間接触処理し
た。

こうして得た抵抗素子（ｆ）と実施例１で得た温度補償
用の抵抗素子（ｃ）とを用いて湿度センサ（ｆ）＋
（ｃ）を組み立て、感湿特性を調べたところ、実施例１
における湿度センサ（ａ）＋（ｃ）と同等の特性を有し
ていることがわかった。

〔実施例５〕 実施例４における蒸気暴露処理に代えて、ケイ酸ゾル
（25％水溶液）を塗布含浸し、乾燥した他は実施例４と
同様の手順に従って、抵抗素子（ｇ）を作成した。

こうして得た抵抗素子（ｇ）と実施例１で得た温度補償
用の抵抗素子（ｃ）とを用いて湿度センサ（ｇ）＋
（ｃ）を組み立て、感湿特性を調べたところ、実施例１
における湿度センサ（ａ）＋（ｃ）と殆ど同等の特性を
有していることがわかった。

〔実施例６〕 実施例１における白金線コイルのケイ酸エチル処理に代
えて、水ガラスの30％水溶液に白金線コイルを浸漬し乾
燥する処理を行なった他は実施例１と同様の手順に従っ
て、抵抗素子（ｈ）を作成した。

こうして得た抵抗素子（ｈ）と実施例１で得た温度補償
用の抵抗素子（ｃ）とを用いて湿度センサ（ｈ）＋
（ｃ）を組み立て、感湿特性を調べたところ、実施例１
における湿度センサ（ａ）＋（ｃ）と殆ど同等の特性を
有していることがわかった。

〔発明の効果〕

本発明の湿度センサは、特定の化合物による接触処理に
よって可燃性ガスに対する感度を抑制した感湿抵抗素子
と補償抵抗素子とを組み合わせてなるもので、湿度に対
する感度が損なわれることがないうえに、高精度と高感
度とを兼ね備えており、優れた耐久性をも有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の湿度センサを用いた湿度測定用回路の
構成図であり、 第２図は本発明例および従来例の湿度センサの感湿特性
を示すグラフ、 第３図は同じくエタノールの濃度とセンサ出力との関係
を示すグラフである。 Ａ……感湿抵抗素子、Ｂ……補償抵抗素子、Ｅ……電
源、Ｖ……出力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−32349（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−85753（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−124551（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属性抵抗導線を活性セラミックス層で包
   囲してなる一組の抵抗素子の一方を雰囲気に暴露し他方
   を雰囲気から遮断して組み合わせてなる湿度センサにお
   いて、有機オキシシラン類、ケイ酸類およびケイ酸塩類
   から選ばれた化合物と接触処理した抵抗素子を少なくと
   も雰囲気に暴露される側の抵抗素子として用いたことを
   特徴とする湿度センサ。