JPH079085Y2 - 湿度センサ - Google Patents
湿度センサInfo
- Publication number
- JPH079085Y2 JPH079085Y2 JP8724590U JP8724590U JPH079085Y2 JP H079085 Y2 JPH079085 Y2 JP H079085Y2 JP 8724590 U JP8724590 U JP 8724590U JP 8724590 U JP8724590 U JP 8724590U JP H079085 Y2 JPH079085 Y2 JP H079085Y2
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- voltage
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- gas
- water vapor
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Description
【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、被測定ガス中に含まれる水蒸気の割合を検出
する湿度検出器に関する。
する湿度検出器に関する。
［従来の技術］ 従来より、酸素センサを用い、水の理論分解電圧より小
さい第１電圧、大きい第２電圧とを交互に切り換えて固
体電解質の電極間に印加し、各限界電流の差から湿度を
演算する湿度センサが知られている（実開昭62−126766
号公報）。
さい第１電圧、大きい第２電圧とを交互に切り換えて固
体電解質の電極間に印加し、各限界電流の差から湿度を
演算する湿度センサが知られている（実開昭62−126766
号公報）。
［考案が解決しようとする課題］ しかるに、従来の湿度センサは以下にような欠点があ
る。
る。
（ア）固体電解質がエージングすると第６図に示すよう
に、限界電流の差がIH-LからIH′−Ｌ′に縮まり、湿度
が低く測定される。
に、限界電流の差がIH-LからIH′−Ｌ′に縮まり、湿度
が低く測定される。
（イ）第７図に示すように、固体電解質の限界電流特性
は個々に異なるものであるので、限界電流の差もIh-1、
Ih′−ｌ′のように製品毎にばらつき、このため、酸素
センサの取り換えは不可能である。
は個々に異なるものであるので、限界電流の差もIh-1、
Ih′−ｌ′のように製品毎にばらつき、このため、酸素
センサの取り換えは不可能である。
本考案の目的は、長時間正確な湿度が検出でき、かつ酸
素センサを構成する部分の互換性が優れる湿度センサの
提供にある。
素センサを構成する部分の互換性が優れる湿度センサの
提供にある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本考案は、酸素イオンの良導
電性を有する固体電解質と、該固体電解質に該端面を密
着して配置される、第１電極および第２電極と、前記第
１電極に対し、水蒸気および酸素を含む被測定ガスの拡
散を制限するガス供給制限手段と、水の電気分解が始ま
る分解開始電圧未満の第１電圧と、分解開始電圧以上の
第２電圧とを交互に上記電極間に印加する電圧印加手段
と、上記第１電圧印加時に流れる第１限界電流値と、上
記第２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比を求
め、該比に基づいて被測定ガス中に含まれる水蒸気の割
合を演算する演算器とを備えた構成を採用した。
電性を有する固体電解質と、該固体電解質に該端面を密
着して配置される、第１電極および第２電極と、前記第
１電極に対し、水蒸気および酸素を含む被測定ガスの拡
散を制限するガス供給制限手段と、水の電気分解が始ま
る分解開始電圧未満の第１電圧と、分解開始電圧以上の
第２電圧とを交互に上記電極間に印加する電圧印加手段
と、上記第１電圧印加時に流れる第１限界電流値と、上
記第２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比を求
め、該比に基づいて被測定ガス中に含まれる水蒸気の割
合を演算する演算器とを備えた構成を採用した。
［作用および考案の効果］ （作用） 印加電圧、湿度を変化させると電流は第５図のように平
坦部を二つ有する特性を描く。
坦部を二つ有する特性を描く。
第６図に示すように、第１電圧印加時に流れる第１限界
電流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比
は、最初、IL：IHであり、固体電解質がエージングする
と、IL′：IH′となるが数々の実験から、水蒸気量に関
係なく、ほぼIL：IH＝IL′：IH′になることが判明して
いる。
電流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比
は、最初、IL：IHであり、固体電解質がエージングする
と、IL′：IH′となるが数々の実験から、水蒸気量に関
係なく、ほぼIL：IH＝IL′：IH′になることが判明して
いる。
ある製品において、第１電圧印加時に流れる第１限界電
流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比
は、第７図に示すようにIl：Ihであり、別の製品では
Il′：Ih′であるが、数々の実験から、水蒸気量に関係
なく、ほぼIl：Ih＝Il′：Ih′になることが判明してい
る。
流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比
は、第７図に示すようにIl：Ihであり、別の製品では
Il′：Ih′であるが、数々の実験から、水蒸気量に関係
なく、ほぼIl：Ih＝Il′：Ih′になることが判明してい
る。
（効果） 任意の同一水蒸気量において、第１電圧印加時に流れる
第１限界電流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流
値との比は、固体電解質がエージングしても一定であ
る。このため、長期間正確な湿度が検出できる。
第１限界電流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流
値との比は、固体電解質がエージングしても一定であ
る。このため、長期間正確な湿度が検出できる。
任意の同一水蒸気量において、第１電圧印加時に流れる
第１限界電流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流
値との比は、酸素センサを構成する部分を取り換えても
一定である。このため、酸素センサを構成する部分に互
換性に優れる。
第１限界電流値と第２電圧印加時に流れる第２限界電流
値との比は、酸素センサを構成する部分を取り換えても
一定である。このため、酸素センサを構成する部分に互
換性に優れる。
［実施例］ 本考案の第１実施例を第１図〜第４図に基づいて説明す
る。
る。
第１図に示すごとく、湿度センサＳは、固体電解質であ
る安定化ジルコニア板１と、該板１に端面21、31を密着
して配置されるカソード２およびアノード３と、前記カ
ソード２に対する被測定ガスの拡散制限を行うガス供給
制限手段４と、前記アノード３、カソード２に直流電圧
を印加する電圧印加手段５と、水蒸気圧を演算する演算
器６とを備える。
る安定化ジルコニア板１と、該板１に端面21、31を密着
して配置されるカソード２およびアノード３と、前記カ
ソード２に対する被測定ガスの拡散制限を行うガス供給
制限手段４と、前記アノード３、カソード２に直流電圧
を印加する電圧印加手段５と、水蒸気圧を演算する演算
器６とを備える。
安定化ジルコニア板１は、厚さ0.3mm、5mm×7mmの大き
さを呈し、酸素イオンの良導電性を有する。この板１は
後記する電極部22、32のみ300℃〜700℃で局所加熱す
る、発熱パターンを埋設したセラミックヒータ100上に
封着ガラスで固定される。
さを呈し、酸素イオンの良導電性を有する。この板１は
後記する電極部22、32のみ300℃〜700℃で局所加熱す
る、発熱パターンを埋設したセラミックヒータ100上に
封着ガラスで固定される。
カソード２およびアノード３は、多孔質の白金電極（厚
さ20μｍ）であり、１辺2.5mmの電極部22、32、および
幅1mm、長さ2mmの接続部23、33を有する。
さ20μｍ）であり、１辺2.5mmの電極部22、32、および
幅1mm、長さ2mmの接続部23、33を有する。
ガス供給制限手段４は、第２図にも示すように、アルミ
ナ多孔質層41、グレース層42で前記カソード２の電極部
22を覆って被測定ガスから隔離し、接続部23を露出させ
ることにより、カソード２に対し、被測定ガスの拡散制
限を行っている。
ナ多孔質層41、グレース層42で前記カソード２の電極部
22を覆って被測定ガスから隔離し、接続部23を露出させ
ることにより、カソード２に対し、被測定ガスの拡散制
限を行っている。
電圧印加手段５は、水の電気分解が始まる分解開始電圧
（約1.23V）未満の1Vと、分解開始電圧以上の2Vとが交
互にカソード２、アノード３間に印加されるように、電
圧源51、52を電子スイッチ53で切り換えている。
（約1.23V）未満の1Vと、分解開始電圧以上の2Vとが交
互にカソード２、アノード３間に印加されるように、電
圧源51、52を電子スイッチ53で切り換えている。
演算器６は、電流検出用抵抗61の両端の電圧を検出する
とともに、電圧スイッチ53の切り換え情報が入力され1V
印加時に流れる第１限界電流値と2V印加時に流れる第２
限界電流値との比を求め、該比に基づいて被測定ガス中
に含まれる水蒸気圧を演算して表示器62に表示する。
とともに、電圧スイッチ53の切り換え情報が入力され1V
印加時に流れる第１限界電流値と2V印加時に流れる第２
限界電流値との比を求め、該比に基づいて被測定ガス中
に含まれる水蒸気圧を演算して表示器62に表示する。
つぎに、本考案の湿度センサＳの作動を説明する。
湿度センサＳが被測定ガス中に配され、アノード３、カ
ソード２間に直流電圧が印加されると、グレース層42で
覆われた電極部22内に酸素はイオン化されて酸素イオン
となり、被測定ガスの酸素は、カソード２からアノード
３へポンピングされる。この時、カソード２では電極部
22のみが局所加熱され、接続部23は酸素イオン導電性を
示す程加熱されないため、酸素は接続部23からグレース
層42で覆われた電極部22内へ拡散する。
ソード２間に直流電圧が印加されると、グレース層42で
覆われた電極部22内に酸素はイオン化されて酸素イオン
となり、被測定ガスの酸素は、カソード２からアノード
３へポンピングされる。この時、カソード２では電極部
22のみが局所加熱され、接続部23は酸素イオン導電性を
示す程加熱されないため、酸素は接続部23からグレース
層42で覆われた電極部22内へ拡散する。
被測定ガス温度80℃の時の、各湿度と電流との関係を第
３図に示す。
３図に示す。
（Ｉ）最初は、印加電圧に応じて電流を増大する。
（II）カソード２、アノード３間の印加電圧が約0.5V〜
1.2Vの範囲においては、電極部22内への酸素拡散量はカ
ソード２の接続部23で制御され、被測定ガス中の酸素濃
度に応じて制限されるため、拡散量が制限されるとそれ
に伴って電流値も制限されて、平坦状の第１限界電流値
となる。
1.2Vの範囲においては、電極部22内への酸素拡散量はカ
ソード２の接続部23で制御され、被測定ガス中の酸素濃
度に応じて制限されるため、拡散量が制限されるとそれ
に伴って電流値も制限されて、平坦状の第１限界電流値
となる。
（III）印加電圧が水の分解開始電圧前後では、印加電
圧に応じて電流が増大する傾向を示す。なお、分解開始
電圧を越えると、被測定ガス中の水蒸気が電気分解さ
れ、その分解で生じた酸素イオンもアノード３へポンピ
ングされるようになる。
圧に応じて電流が増大する傾向を示す。なお、分解開始
電圧を越えると、被測定ガス中の水蒸気が電気分解さ
れ、その分解で生じた酸素イオンもアノード３へポンピ
ングされるようになる。
（IV）印加電圧をさらに高くし、電圧1.7V〜2.4Vにする
と、カソード２の接続部23で水分の拡散量が制限され、
それに伴って電流値も制限されて、水蒸気圧に応じた平
坦状の第２限界電流値となる。
と、カソード２の接続部23で水分の拡散量が制限され、
それに伴って電流値も制限されて、水蒸気圧に応じた平
坦状の第２限界電流値となる。
つぎに、湿度センサＳの効果を述べる。
第１、第２限界電流値は、主にガス供給制限手段として
の接続部23による制限の程度や、安定化ジルコニア板１
の密度や厚み、板１の表面に形成されたカソード２の電
極部22の面積等によって決まるものであり、酸素センサ
部の製造時にばらつきによって、個々の湿度センサＳ毎
に異なる。また、安定化ジルコニア板１が長期間の使用
により劣化すると、使用初期に比べ第１、第２限界電流
値は減少する。
の接続部23による制限の程度や、安定化ジルコニア板１
の密度や厚み、板１の表面に形成されたカソード２の電
極部22の面積等によって決まるものであり、酸素センサ
部の製造時にばらつきによって、個々の湿度センサＳ毎
に異なる。また、安定化ジルコニア板１が長期間の使用
により劣化すると、使用初期に比べ第１、第２限界電流
値は減少する。
しかし、第１限界電流値と第２限界電流値との比（例え
ば第４図に示すR1＝第２限界電流値／第１限界電流値）
は、被測定ガス中の水蒸気圧が一定であれば、製造時に
ばらつきや劣化の程度に関係なく、ある一定の値を示
す。従って、電流値比であるR1と水蒸気圧との関係を予
め測定しておけば、R1にする水蒸気圧を求めることがで
きる。
ば第４図に示すR1＝第２限界電流値／第１限界電流値）
は、被測定ガス中の水蒸気圧が一定であれば、製造時に
ばらつきや劣化の程度に関係なく、ある一定の値を示
す。従って、電流値比であるR1と水蒸気圧との関係を予
め測定しておけば、R1にする水蒸気圧を求めることがで
きる。
すわなち、各平坦部における電流値比から湿度を求めて
いるため、安定化ジルコニア板１のばらつきによって各
限界電流値が異なっていても、演算して求められる水蒸
気圧は影響を受けず、また、酸素センサ部分を交換して
も演算器６を較正し直したりする必要はない。さらに、
板１の劣化によって各限界電流値が変化しても演算して
求められる水蒸気圧は、劣化の影響を受けることがな
い。
いるため、安定化ジルコニア板１のばらつきによって各
限界電流値が異なっていても、演算して求められる水蒸
気圧は影響を受けず、また、酸素センサ部分を交換して
も演算器６を較正し直したりする必要はない。さらに、
板１の劣化によって各限界電流値が変化しても演算して
求められる水蒸気圧は、劣化の影響を受けることがな
い。
第８図は本考案の第２実施例である。
湿度センサS1は、第８図に示すように、安定化ジルコニ
ア板１の対向する面にアノード３とカソード２とをそれ
ぞれ設けている。なお、本実施例ではカソード２を覆う
微小孔46を備えた函体44により空隙部45への被測定ガス
の拡散を制限している。
ア板１の対向する面にアノード３とカソード２とをそれ
ぞれ設けている。なお、本実施例ではカソード２を覆う
微小孔46を備えた函体44により空隙部45への被測定ガス
の拡散を制限している。
第９図は本考案の第３実施例である。
本実施例の湿度センサS2は、第９図に示すように、カソ
ード２を多孔質からなる函体47で覆って、空隙部45への
被測定ガスの拡散を制限している。
ード２を多孔質からなる函体47で覆って、空隙部45への
被測定ガスの拡散を制限している。
上記第２、第３実施例のものも、各平坦部における電流
値比から湿度を求めているため、第１実施例のものと同
様な効果を奏する。
値比から湿度を求めているため、第１実施例のものと同
様な効果を奏する。
第１図〜第４図は本考案の第１実施例を示す。 第１図は湿度センサの原理説明図、第２図はその要部断
面図、第３図はそのセンサの印加電圧と電流との関係を
示すグラフ、第４図は電流値比と水蒸気比のグラフであ
る。 第５図〜第７図は本考案の作用効果を説明するための、
印加電圧と電流との関係を示すグラフである。 第８図、第９図は本考案の第２、第３実施例における湿
度センサの断面図である。 図中１…安定化ジルコニア板（固体電解質） ２…カソード（第１電極）、３…アノード（第２電
極）、４…ガス供給制限手段、５…電圧印加手段、６…
演算器、21、31…端面
面図、第３図はそのセンサの印加電圧と電流との関係を
示すグラフ、第４図は電流値比と水蒸気比のグラフであ
る。 第５図〜第７図は本考案の作用効果を説明するための、
印加電圧と電流との関係を示すグラフである。 第８図、第９図は本考案の第２、第３実施例における湿
度センサの断面図である。 図中１…安定化ジルコニア板（固体電解質） ２…カソード（第１電極）、３…アノード（第２電
極）、４…ガス供給制限手段、５…電圧印加手段、６…
演算器、21、31…端面
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオンの良導電性を有する固体電解質
と、 該固体電解質に各端面を密着して配置される、第１電極
および第２電極と、 前記第１電極に対し、水蒸気および酸素を含む被測定ガ
スの拡散を制限するガス供給制限手段と、 水の電気分解が始まる分解開始電圧未満の第１電圧と、
分解開始電圧以上の第２電圧とを交互に上記電極間に印
加する電圧印加手段と、 上記第１電圧印加時に流れる第１限界電流値と、上記第
２電圧印加時に流れる第２限界電流値との比を求め、該
比に基づいて被測定ガス中に含まれる水蒸気の割合を演
算する演算器と を備えてなる湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8724590U JPH079085Y2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8724590U JPH079085Y2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0445964U JPH0445964U (ja) | 1992-04-20 |
| JPH079085Y2 true JPH079085Y2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=31819438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8724590U Expired - Fee Related JPH079085Y2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH079085Y2 (ja) |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP8724590U patent/JPH079085Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0445964U (ja) | 1992-04-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |