JPH10239264A - 電気抵抗式湿度センサ - Google Patents
電気抵抗式湿度センサInfo
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- JPH10239264A JPH10239264A JP9056968A JP5696897A JPH10239264A JP H10239264 A JPH10239264 A JP H10239264A JP 9056968 A JP9056968 A JP 9056968A JP 5696897 A JP5696897 A JP 5696897A JP H10239264 A JPH10239264 A JP H10239264A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 湿度センサと完全に同一材質を湿度不感構造
となし、おん度補正用おん度センサとすることにより、
おん度補正を行う線形特性を有する湿度センサは存在し
なかった。 【解決手段】 線形特性を有するウッドセラミックス基
板に電極を形成してなる湿度センサと、前記ウッドセラ
ミックスと同一特性のウッドセラミックス基板に電極を
形成するとともに、非吸湿性材質で表面に被膜を形成し
てなるおん度補正用おん度センサとからなり、湿度セン
サにより測定した抵抗値をおん度センサにより測定した
抵抗値によって補正し、相対湿度に比例した出力電圧を
得ることを特徴とする。
となし、おん度補正用おん度センサとすることにより、
おん度補正を行う線形特性を有する湿度センサは存在し
なかった。 【解決手段】 線形特性を有するウッドセラミックス基
板に電極を形成してなる湿度センサと、前記ウッドセラ
ミックスと同一特性のウッドセラミックス基板に電極を
形成するとともに、非吸湿性材質で表面に被膜を形成し
てなるおん度補正用おん度センサとからなり、湿度セン
サにより測定した抵抗値をおん度センサにより測定した
抵抗値によって補正し、相対湿度に比例した出力電圧を
得ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、湿度を検知する
湿度センサに係り、特にウッドセラミックスを用い、安
価で小型であり、耐熱性に優れかつ高精度な電気抵抗式
湿度センサに関する。
湿度センサに係り、特にウッドセラミックスを用い、安
価で小型であり、耐熱性に優れかつ高精度な電気抵抗式
湿度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】湿度センサは、空間の湿度を測定するば
かりでなく、加湿機、除湿機、湿度調節用の空調機等を
自動制御するために用いられている。これら湿度センサ
には、種々の材料が使用されているが、近年セラミック
スを用いた湿度センサが知られている。これらセラミッ
クス湿度センサは、一定電圧を印加すると電気抵抗が相
対湿度に対して指数的に変化するので、電気抵抗によっ
て相対湿度の値を知ることができる。通常のセラミック
ス湿度センサは、電気抵抗的には絶縁性のものを用いて
いるためにインピーダンスが高く、特に低湿度領域にお
いてインピーダンス値が非常に高くなり、通常の方法で
は湿度測定が難しくなって回路も複雑になるという問題
があった。
かりでなく、加湿機、除湿機、湿度調節用の空調機等を
自動制御するために用いられている。これら湿度センサ
には、種々の材料が使用されているが、近年セラミック
スを用いた湿度センサが知られている。これらセラミッ
クス湿度センサは、一定電圧を印加すると電気抵抗が相
対湿度に対して指数的に変化するので、電気抵抗によっ
て相対湿度の値を知ることができる。通常のセラミック
ス湿度センサは、電気抵抗的には絶縁性のものを用いて
いるためにインピーダンスが高く、特に低湿度領域にお
いてインピーダンス値が非常に高くなり、通常の方法で
は湿度測定が難しくなって回路も複雑になるという問題
があった。
【０００３】また、セラミックス湿度センサのほとんど
は、非線形特性を有し、実際には湿度ー抵抗特性の変化
は完全な指数関数的とはならずに湾曲している。このた
めに、測定範囲が広くなると測定誤差が大きくなり、高
精度の出力を得ることができなかった。また、湾曲に対
する線形化回路も完璧ではないために回路自体も相当複
雑化し、実用上も大きな障害となっていた。また、おん
度依存性があり、湿度が一定でもおん度により電気抵抗
が変化するという問題があった。さらに、通常のおん度
測定に用いるサーミスタ、白金測温体のおん度係数は、
湿度センサのおん度係数と異なるために、おん度補正の
完全性にかけるという問題もあった。
は、非線形特性を有し、実際には湿度ー抵抗特性の変化
は完全な指数関数的とはならずに湾曲している。このた
めに、測定範囲が広くなると測定誤差が大きくなり、高
精度の出力を得ることができなかった。また、湾曲に対
する線形化回路も完璧ではないために回路自体も相当複
雑化し、実用上も大きな障害となっていた。また、おん
度依存性があり、湿度が一定でもおん度により電気抵抗
が変化するという問題があった。さらに、通常のおん度
測定に用いるサーミスタ、白金測温体のおん度係数は、
湿度センサのおん度係数と異なるために、おん度補正の
完全性にかけるという問題もあった。
【０００４】このようなセラミック湿度センサにおける
おん度依存性を補正し、おん度補正用のおん度センサを
備えた湿度センサが提供されている。例えば、特開昭６
２−２７４２５１号公報記載の「湿度検出回路」、特公
平７−８１９７４号公報記載の「セラミックス湿度セン
サ」がある。前記「湿度検出回路」は、湿度およびおん
度の変化に応じてインピーダンスが変化する特性を具備
する湿度センサの一端に発信回路が接続され、該湿度セ
ンサの他端には該湿度センサと同一のサーミスタ定数を
有し、かつ、おん度変化に応じてインピーダンスが変化
するおん度補償素子が接続され、前記湿度センサとおん
度補償素子との接点における湿度検出信号を必要に応じ
て処理する整流回路および増幅回路が接続され、前記検
出信号または処理された検出信号が第一の入力端に入力
され、かつ、所定の基準信号が第二の入力端に入力され
ることにより、該基準信号と前記検出信号の大きさが比
較される比較回路が接続され、該比較回路の出力を受け
て、湿度信号を出力する出力回路が接続されていること
を特徴とする。
おん度依存性を補正し、おん度補正用のおん度センサを
備えた湿度センサが提供されている。例えば、特開昭６
２−２７４２５１号公報記載の「湿度検出回路」、特公
平７−８１９７４号公報記載の「セラミックス湿度セン
サ」がある。前記「湿度検出回路」は、湿度およびおん
度の変化に応じてインピーダンスが変化する特性を具備
する湿度センサの一端に発信回路が接続され、該湿度セ
ンサの他端には該湿度センサと同一のサーミスタ定数を
有し、かつ、おん度変化に応じてインピーダンスが変化
するおん度補償素子が接続され、前記湿度センサとおん
度補償素子との接点における湿度検出信号を必要に応じ
て処理する整流回路および増幅回路が接続され、前記検
出信号または処理された検出信号が第一の入力端に入力
され、かつ、所定の基準信号が第二の入力端に入力され
ることにより、該基準信号と前記検出信号の大きさが比
較される比較回路が接続され、該比較回路の出力を受け
て、湿度信号を出力する出力回路が接続されていること
を特徴とする。
【０００５】また、前記「セラミックス湿度センサ」
は、高い誘電率を有する緻密なセラミックス基板と、前
記基板の一方の面の一部に形成された高い誘電率を有す
る多孔質のセラミックス層と、前記多孔質のセラミック
ス層の上に形成されたメッシュ状の測定電極と、前記多
孔質セラミックス層が形成されていない部分に形成され
た参照電極と、前記セラミックス基板の他方の面に形成
された共通電極と、前記測定電極と共通電極との間の静
電容量および前記参照電極と共通電極との間の静電容量
を測定し、その結果を演算する演算装置を具備したこと
を特徴とするものである。このような構成にすることに
よって、おん度補償が可能となる。
は、高い誘電率を有する緻密なセラミックス基板と、前
記基板の一方の面の一部に形成された高い誘電率を有す
る多孔質のセラミックス層と、前記多孔質のセラミック
ス層の上に形成されたメッシュ状の測定電極と、前記多
孔質セラミックス層が形成されていない部分に形成され
た参照電極と、前記セラミックス基板の他方の面に形成
された共通電極と、前記測定電極と共通電極との間の静
電容量および前記参照電極と共通電極との間の静電容量
を測定し、その結果を演算する演算装置を具備したこと
を特徴とするものである。このような構成にすることに
よって、おん度補償が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−２７４２５１号公報記載の「湿度検出回路」にあ
っては、発信回路を使用しており、湿度センサの他端に
接続したおん度補償素子は湿度センサと同一のサーミス
タ定数を有し、かつ、おん度変化に応じてインピーダン
スが変化するものとしているため、湿度センサとおん度
センサは材質が異なるために特性を同一に製作するのは
困難であるという問題がある。また、特公平７−８１９
７４号公報記載の「セラミックス湿度センサ」にあって
は、セラミックス基板の面に多孔質層、測定電極、参照
電極、さらに共通電極、ガード電極を形成することは製
作上非常に複雑となるばかりでなく、演算装置での信号
処理も複雑になるという問題がある。
６２−２７４２５１号公報記載の「湿度検出回路」にあ
っては、発信回路を使用しており、湿度センサの他端に
接続したおん度補償素子は湿度センサと同一のサーミス
タ定数を有し、かつ、おん度変化に応じてインピーダン
スが変化するものとしているため、湿度センサとおん度
センサは材質が異なるために特性を同一に製作するのは
困難であるという問題がある。また、特公平７−８１９
７４号公報記載の「セラミックス湿度センサ」にあって
は、セラミックス基板の面に多孔質層、測定電極、参照
電極、さらに共通電極、ガード電極を形成することは製
作上非常に複雑となるばかりでなく、演算装置での信号
処理も複雑になるという問題がある。
【０００７】
【発明の目的】この発明はかかる現況に鑑みてなされた
もので、湿度ー抵抗特性が線形であるウッドセラミック
スを使用することにより、広い湿度範囲に渡り高精度で
しかも構成が簡単であり、信頼性、量産性に優れ、かつ
安価な電気抵抗式湿度センサを提供するものである。
もので、湿度ー抵抗特性が線形であるウッドセラミック
スを使用することにより、広い湿度範囲に渡り高精度で
しかも構成が簡単であり、信頼性、量産性に優れ、かつ
安価な電気抵抗式湿度センサを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために次のような構成とした。即ち、この発明の
請求項１に係る電気抵抗式湿度センサは、ウッドセラミ
ックス基板に電極を形成してなる湿度センサと、前記ウ
ッドセラミックスと同一特性のウッドセラミックス基板
に電極を形成するとともに、非吸湿性材質で表面に被膜
を形成してなるおん度補正用おん度センサとからなり、
湿度センサにより測定した抵抗値を湿度センサと同一お
ん度係数を有するおん度センサにより測定した抵抗値に
よって補正し、相対湿度に比例した出力電圧を得ること
を特徴とする。また、請求項２に係る電気抵抗式湿度セ
ンサは、１つのウッドセラミックス基板の両端と中央部
に電極を形成し、一方の端部の電極と中央部の電極との
間の表面を非吸湿性材質で被膜を形成し、他方の端部の
電極と中央部の電極との間の前記被膜が形成されていな
い部分を湿度センサとなし、前記被膜を形成した部分を
おん度補正用おん度センサとしたことを特徴とする。ま
た、請求項３に係る電気抵抗式湿度センサは、１つのウ
ッドセラミックス基板を直線状に形成したことを特徴と
する。また、請求項４に係る電気抵抗式湿度センサは、
１つのウッドセラミックス基板をＵ字形に形成したこと
を特徴とする。請求項５に係る電気抵抗式湿度センサ
は、一つの絶縁性基板上に薄板または薄膜化した二枚の
ウッドセラミックスを設け、一方の表面を非吸湿性材質
で被膜を形成しておん度補正用おん度センサとし、他方
を被膜を形成しないで湿度センサとし、湿度センサによ
り測定した抵抗値をおん度センサにより測定した抵抗値
によって補正し、相対湿度に比例した出力電圧を得るこ
とを特徴とする。
成するために次のような構成とした。即ち、この発明の
請求項１に係る電気抵抗式湿度センサは、ウッドセラミ
ックス基板に電極を形成してなる湿度センサと、前記ウ
ッドセラミックスと同一特性のウッドセラミックス基板
に電極を形成するとともに、非吸湿性材質で表面に被膜
を形成してなるおん度補正用おん度センサとからなり、
湿度センサにより測定した抵抗値を湿度センサと同一お
ん度係数を有するおん度センサにより測定した抵抗値に
よって補正し、相対湿度に比例した出力電圧を得ること
を特徴とする。また、請求項２に係る電気抵抗式湿度セ
ンサは、１つのウッドセラミックス基板の両端と中央部
に電極を形成し、一方の端部の電極と中央部の電極との
間の表面を非吸湿性材質で被膜を形成し、他方の端部の
電極と中央部の電極との間の前記被膜が形成されていな
い部分を湿度センサとなし、前記被膜を形成した部分を
おん度補正用おん度センサとしたことを特徴とする。ま
た、請求項３に係る電気抵抗式湿度センサは、１つのウ
ッドセラミックス基板を直線状に形成したことを特徴と
する。また、請求項４に係る電気抵抗式湿度センサは、
１つのウッドセラミックス基板をＵ字形に形成したこと
を特徴とする。請求項５に係る電気抵抗式湿度センサ
は、一つの絶縁性基板上に薄板または薄膜化した二枚の
ウッドセラミックスを設け、一方の表面を非吸湿性材質
で被膜を形成しておん度補正用おん度センサとし、他方
を被膜を形成しないで湿度センサとし、湿度センサによ
り測定した抵抗値をおん度センサにより測定した抵抗値
によって補正し、相対湿度に比例した出力電圧を得るこ
とを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、図示する実施形態につい
て詳細に説明する。まず、この発明で使用されるウッド
セラミックスとは、木質系材料（木材、紙等）と熱硬化
性樹脂との複合材料を高温焼成して炭素化することによ
り得られる多孔質炭素材料をいう。ウッドセラミックス
は、廃材、廃紙（古紙）を原料としており、地球に優し
いエコマテリアルである。炭素材料が電気の良導体であ
ることは知られており、電気抵抗率はおん度依存性を示
す。ウッドセラミックスにもおん度依存性があり、これ
について測定したのが図２および図３である。
て詳細に説明する。まず、この発明で使用されるウッド
セラミックスとは、木質系材料（木材、紙等）と熱硬化
性樹脂との複合材料を高温焼成して炭素化することによ
り得られる多孔質炭素材料をいう。ウッドセラミックス
は、廃材、廃紙（古紙）を原料としており、地球に優し
いエコマテリアルである。炭素材料が電気の良導体であ
ることは知られており、電気抵抗率はおん度依存性を示
す。ウッドセラミックスにもおん度依存性があり、これ
について測定したのが図２および図３である。
【００１０】図１は、雰囲気おん度を２６℃に保ち、５
ｍＡの直流電流を流したときの湿度変化に応じた湿度ー
抵抗特性を測定したもので、ウッドセラミックスには木
質の種類として中質繊維板を用い、熱硬化性樹脂として
フェノール樹脂を超音波含侵させ、７５０℃で焼成した
ものを使用した。一般のセラミックスでは相対湿度（％
ＲＨ）に対して電気抵抗は指数関数的に変化し、かつ湾
曲した非線形特性を有しているが、ウッドセラミックス
では測定結果から明らかなように、相対湿度（％ＲＨ）
に対して線形特性を有しており、広い湿度範囲において
高精度な測定が可能であることが分かる。通常のセラミ
ックスでは絶縁性であるので、特にインピーダンス値が
高くなり低湿度で測定することが困難となる。
ｍＡの直流電流を流したときの湿度変化に応じた湿度ー
抵抗特性を測定したもので、ウッドセラミックスには木
質の種類として中質繊維板を用い、熱硬化性樹脂として
フェノール樹脂を超音波含侵させ、７５０℃で焼成した
ものを使用した。一般のセラミックスでは相対湿度（％
ＲＨ）に対して電気抵抗は指数関数的に変化し、かつ湾
曲した非線形特性を有しているが、ウッドセラミックス
では測定結果から明らかなように、相対湿度（％ＲＨ）
に対して線形特性を有しており、広い湿度範囲において
高精度な測定が可能であることが分かる。通常のセラミ
ックスでは絶縁性であるので、特にインピーダンス値が
高くなり低湿度で測定することが困難となる。
【００１１】図２は、６５０℃で焼成した別のウッドセ
ラミックス試料について、直流電流１ｍＡを一定にし、
雰囲気おん度をパラメータとして２０℃、３０℃、４０
℃、５０℃と変えたときの湿度ー抵抗特性を測定したも
のである。一般のセラミックスが非線形特性を有するの
に対して、ウッドセラミックス試料の電気抵抗は、相対
湿度に対して非常によい線形特性を有していることが分
かり、広い湿度範囲にわたり高精度測定ができることが
分かる。
ラミックス試料について、直流電流１ｍＡを一定にし、
雰囲気おん度をパラメータとして２０℃、３０℃、４０
℃、５０℃と変えたときの湿度ー抵抗特性を測定したも
のである。一般のセラミックスが非線形特性を有するの
に対して、ウッドセラミックス試料の電気抵抗は、相対
湿度に対して非常によい線形特性を有していることが分
かり、広い湿度範囲にわたり高精度測定ができることが
分かる。
【００１２】図３は、相対湿度（％ＲＨ）を５％ＲＨ、
２６％ＲＨ、５３％ＲＨに保ち、直流電流を１ｍＡ一定
で流したときのおん度（℃）変化に応じたおん度ー抵抗
特性を測定したものである。該ウッドセラミックスに
は、木質の種類として中質繊維板を用い、熱硬化性樹脂
としてフェノール樹脂を超音波含侵させ、６５０℃で焼
成した別の試料のものを使用した。この測定結果から明
らかなように、一般のセラミックスとは異なり、おん度
に対しても線形特性を有しており、広いおん度範囲にお
いて高精度なおん度測定が可能であることが分かる。通
常のセラミックスをおん度測定に使用しようとしても、
特にインピーダンス値が高くなり低おん度では測定する
ことが困難となる。
２６％ＲＨ、５３％ＲＨに保ち、直流電流を１ｍＡ一定
で流したときのおん度（℃）変化に応じたおん度ー抵抗
特性を測定したものである。該ウッドセラミックスに
は、木質の種類として中質繊維板を用い、熱硬化性樹脂
としてフェノール樹脂を超音波含侵させ、６５０℃で焼
成した別の試料のものを使用した。この測定結果から明
らかなように、一般のセラミックスとは異なり、おん度
に対しても線形特性を有しており、広いおん度範囲にお
いて高精度なおん度測定が可能であることが分かる。通
常のセラミックスをおん度測定に使用しようとしても、
特にインピーダンス値が高くなり低おん度では測定する
ことが困難となる。
【００１３】上記のように、この発明ではウッドセラミ
ックスの線形特性を利用するとともに、同一材質により
湿度センサとおん度補正用のおん度センサを形成するも
のである。従って、同一材質で同一特性のウッドセラミ
ックスを湿度センサ、おん度センサとして使用するため
に、おん度係数が同一であることから湿度を読む際のお
ん度補正が非常に簡単な構成となる。
ックスの線形特性を利用するとともに、同一材質により
湿度センサとおん度補正用のおん度センサを形成するも
のである。従って、同一材質で同一特性のウッドセラミ
ックスを湿度センサ、おん度センサとして使用するため
に、おん度係数が同一であることから湿度を読む際のお
ん度補正が非常に簡単な構成となる。
【００１４】電子的湿度測定においては多くの感湿素子
がおん度依存性を持つので、正確な湿度を知るためには
同時におん度を測定し、おん度寄与分を差し引くことが
必要である。通常、このおん度補正を行うために、一般
にはサーミスタ、白金測温体などが用いられているが、
これらは湿度センサとは異質であり、おん度係数が大き
く異なるので湿度センサの出力処理回路とおん度センサ
の出力処理回路とはそれぞれ特異で複雑なものとなって
いた。
がおん度依存性を持つので、正確な湿度を知るためには
同時におん度を測定し、おん度寄与分を差し引くことが
必要である。通常、このおん度補正を行うために、一般
にはサーミスタ、白金測温体などが用いられているが、
これらは湿度センサとは異質であり、おん度係数が大き
く異なるので湿度センサの出力処理回路とおん度センサ
の出力処理回路とはそれぞれ特異で複雑なものとなって
いた。
【００１５】この発明では、ウッドセラミックスが湿
度、おん度の両方に対して良好な直線的な線形特性を有
することを利用して、一方を湿度不感構造とすれば、お
ん度センサとして容易におん度補正に用いることが可能
である。当然、他の一方はおん度と湿度の両方に感応す
るので、おん度センサの出力を使って、湿度センサ中の
「おん度寄与分＋湿度寄与分」の出力を差し引けば、湿
度寄与分のみが得られ、これによって相対湿度を容易に
知ることができる。すなわち、この発明の特徴の１つは
同一素子をおん度補正に用いることにより、処理回路が
非常に簡単容易なものとなり、しかも高精度となること
にある。
度、おん度の両方に対して良好な直線的な線形特性を有
することを利用して、一方を湿度不感構造とすれば、お
ん度センサとして容易におん度補正に用いることが可能
である。当然、他の一方はおん度と湿度の両方に感応す
るので、おん度センサの出力を使って、湿度センサ中の
「おん度寄与分＋湿度寄与分」の出力を差し引けば、湿
度寄与分のみが得られ、これによって相対湿度を容易に
知ることができる。すなわち、この発明の特徴の１つは
同一素子をおん度補正に用いることにより、処理回路が
非常に簡単容易なものとなり、しかも高精度となること
にある。
【００１６】次に、上記特性のウッドセラミックスを使
用した第１実施形態の湿度センサＳ１について説明す
る。まず、図４および図５に示す第１実施形態のものに
ついて説明すると、１はウッドセラミックス基板であ
り、前記ウッドセラミックス基板１の両端に測定電極
２、３を形成し、中央部に共通電極４を形成するととも
に、ウッドセラミックス基板１の半分となる前記測定電
極２と共通電極４との間を吸湿性のない材質、例えばエ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、アクリル系樹
脂、ＡＢＳ樹脂、シリコンゴム等による被膜５により全
体をシールしてなる。前記各電極にはリード線が取り付
けられる。前記構成において、被膜５が形成された測定
電極２と共通電極４との間を湿度に影響されず、おん度
補正を行うためのおん度センサ６となし、被膜５が形成
されていない測定電極３と共通電極４との間を湿度セン
サ７としたものである。
用した第１実施形態の湿度センサＳ１について説明す
る。まず、図４および図５に示す第１実施形態のものに
ついて説明すると、１はウッドセラミックス基板であ
り、前記ウッドセラミックス基板１の両端に測定電極
２、３を形成し、中央部に共通電極４を形成するととも
に、ウッドセラミックス基板１の半分となる前記測定電
極２と共通電極４との間を吸湿性のない材質、例えばエ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、アクリル系樹
脂、ＡＢＳ樹脂、シリコンゴム等による被膜５により全
体をシールしてなる。前記各電極にはリード線が取り付
けられる。前記構成において、被膜５が形成された測定
電極２と共通電極４との間を湿度に影響されず、おん度
補正を行うためのおん度センサ６となし、被膜５が形成
されていない測定電極３と共通電極４との間を湿度セン
サ７としたものである。
【００１７】また、図６および図７に示す第２実施形態
の湿度センサＳ２について説明すると、１１は平面Ｕ字
状に形成したウッドセラミックス基板であり、前記ウッ
ドセラミックス基板１１の両先端に測定電極１２、１３
を形成し、中央部に共通電極１４を形成してなる。そし
て、前記ウッドセラミックス基板１１の一方側の前記測
定電極１２と共通電極１４との間を第１実施形態と同様
に、吸湿性のない材質による被膜１５により全体をシー
ルしておん度センサ１６となし、被膜１５が形成されて
いない他方側の測定電極１３と共通電極１４の間を湿度
センサ１７としたものである。前記各電極にはリード線
が取り付けられる。
の湿度センサＳ２について説明すると、１１は平面Ｕ字
状に形成したウッドセラミックス基板であり、前記ウッ
ドセラミックス基板１１の両先端に測定電極１２、１３
を形成し、中央部に共通電極１４を形成してなる。そし
て、前記ウッドセラミックス基板１１の一方側の前記測
定電極１２と共通電極１４との間を第１実施形態と同様
に、吸湿性のない材質による被膜１５により全体をシー
ルしておん度センサ１６となし、被膜１５が形成されて
いない他方側の測定電極１３と共通電極１４の間を湿度
センサ１７としたものである。前記各電極にはリード線
が取り付けられる。
【００１８】図８及び図９はこの発明の第３実施形態の
湿度センサＳ３を示す。２１は絶縁性基板２８（セラミ
ックス、高分子、セルロース等）上に真空蒸着法または
スプレー法、塗布法によってコーティングしたウッドセ
ラミックス薄膜である。ここで、真空蒸着法によるウッ
ドセラミックス薄膜は、ウッドセラミックスをＲＦスパ
ッタリング、イオンプレーティング、イオンビーム蒸
着、熱蒸着等の通常の方法で形成することができる。ま
た、ウッドセラミックス粉末を有機溶剤に溶かして塗布
するか、スプレーした後に乾燥させても形成することが
できる。
湿度センサＳ３を示す。２１は絶縁性基板２８（セラミ
ックス、高分子、セルロース等）上に真空蒸着法または
スプレー法、塗布法によってコーティングしたウッドセ
ラミックス薄膜である。ここで、真空蒸着法によるウッ
ドセラミックス薄膜は、ウッドセラミックスをＲＦスパ
ッタリング、イオンプレーティング、イオンビーム蒸
着、熱蒸着等の通常の方法で形成することができる。ま
た、ウッドセラミックス粉末を有機溶剤に溶かして塗布
するか、スプレーした後に乾燥させても形成することが
できる。
【００１９】前記ウッドセラミックス薄膜２１の両端に
測定電極２２、２３を形成し、また、共通電極２４を形
成するとともに、片方のウッドセラミックス薄膜の測定
電極２２と共通電極２４との間を非吸湿性薄膜２５によ
り全体をシールしてなる。各電極にはリード線が取り付
けられる。前記構成において、非吸湿性薄膜２５が形成
された方は、湿度に影響されずおん度補正を行うための
おん度センサ２６となし、被膜なしの測定電極２３と共
通電極２４との間を湿度センサ２７としたものである。
また、上記２１については、絶縁性基板２８にプラスチ
ック、ガラス、セラミックス等の基板を用いれば、湿
度、おん度センサの材質２１として、ウッドセラミック
スバルクから切り出した薄板を用いることもできる。
測定電極２２、２３を形成し、また、共通電極２４を形
成するとともに、片方のウッドセラミックス薄膜の測定
電極２２と共通電極２４との間を非吸湿性薄膜２５によ
り全体をシールしてなる。各電極にはリード線が取り付
けられる。前記構成において、非吸湿性薄膜２５が形成
された方は、湿度に影響されずおん度補正を行うための
おん度センサ２６となし、被膜なしの測定電極２３と共
通電極２４との間を湿度センサ２７としたものである。
また、上記２１については、絶縁性基板２８にプラスチ
ック、ガラス、セラミックス等の基板を用いれば、湿
度、おん度センサの材質２１として、ウッドセラミック
スバルクから切り出した薄板を用いることもできる。
【００２０】上記実施形態においてはいずれも、おん度
センサ６、１６、２６は、湿度を遮断する被膜５、１
５、２５でシールされており、おん度による電気抵抗値
の変化を測定することにより、湿度センサ７、１７、２
７による抵抗値の測定結果を、おん度補正用おん度セン
サ６、１６、２６による抵抗値を用いることにより、電
気抵抗値を補正することで相対湿度を求めることが可能
となり、正確な湿度を知ることができる。尚、湿度セン
サと、おん度補正用おん度センサとは、第３実施形態の
よに勿論分離してそれぞれ別個に形成してもよいが、第
１、第２実施形態のように１つのウッドセラミックス基
板の半分を湿度センサとなし、他の半分をおん度補正用
おん度センサとすることで製作工程を簡単化できる。
センサ６、１６、２６は、湿度を遮断する被膜５、１
５、２５でシールされており、おん度による電気抵抗値
の変化を測定することにより、湿度センサ７、１７、２
７による抵抗値の測定結果を、おん度補正用おん度セン
サ６、１６、２６による抵抗値を用いることにより、電
気抵抗値を補正することで相対湿度を求めることが可能
となり、正確な湿度を知ることができる。尚、湿度セン
サと、おん度補正用おん度センサとは、第３実施形態の
よに勿論分離してそれぞれ別個に形成してもよいが、第
１、第２実施形態のように１つのウッドセラミックス基
板の半分を湿度センサとなし、他の半分をおん度補正用
おん度センサとすることで製作工程を簡単化できる。
【００２１】次いで、上記湿度センサの回路図の一例を
図１０に基づいて説明する。図１０は、アナログ回路の
代表例であり、相対湿度（％ＲＨ）に比例した出力電圧
を得る。センサ駆動回路２０におけるおん度センサ６と
湿度センサ７からの出力は、バッファ回路３０における
演算増幅器３１、３２に入力され、差動増幅回路４０に
おいておん度補正を行った後、差動増幅された出力回路
５０において相対湿度信号として出力される。
図１０に基づいて説明する。図１０は、アナログ回路の
代表例であり、相対湿度（％ＲＨ）に比例した出力電圧
を得る。センサ駆動回路２０におけるおん度センサ６と
湿度センサ７からの出力は、バッファ回路３０における
演算増幅器３１、３２に入力され、差動増幅回路４０に
おいておん度補正を行った後、差動増幅された出力回路
５０において相対湿度信号として出力される。
【００２２】さらに詳述すると、センサ駆動回路２０に
おいて、２９は定電流源である。おん度センサ６と湿度
センサ７は、電気的に直列接続されているので、定電流
源２９を用いて数ｍＡの定電流ＩＳを印加すれば、湿度
センサ７の両端にはＩＳ×Ｒ１＝Ｅ１の電位差を発生
し、おん度センサ６の両端にはＩＳ×Ｒ２＝Ｅ２の電位
差が発生する。したがって差動増幅すれば、ＩＳ・Ｒ２
−ＩＳ・Ｒ１＝ＩＳ・ＲＨ＝Ｅ２−Ｅ１となり、このＥ
２−Ｅ１が湿度に比例した出力となる。
おいて、２９は定電流源である。おん度センサ６と湿度
センサ７は、電気的に直列接続されているので、定電流
源２９を用いて数ｍＡの定電流ＩＳを印加すれば、湿度
センサ７の両端にはＩＳ×Ｒ１＝Ｅ１の電位差を発生
し、おん度センサ６の両端にはＩＳ×Ｒ２＝Ｅ２の電位
差が発生する。したがって差動増幅すれば、ＩＳ・Ｒ２
−ＩＳ・Ｒ１＝ＩＳ・ＲＨ＝Ｅ２−Ｅ１となり、このＥ
２−Ｅ１が湿度に比例した出力となる。
【００２３】ここで、最も簡単な単電源回路（シングル
エンド）でＥ２−Ｅ１を実現するには、Ｖ２−２Ｖ１と
なる回路をとることとなる。演算（Ｖ２−２Ｖ１）は後
述する差動増幅回路４０で減算を行う。ここで、センサ
駆動回路２０におけるＲＴは抵抗変化のおん度寄与分で
あり、ＲＨは抵抗変化の湿度寄与分であり、どちらも負
性抵抗特性である。
エンド）でＥ２−Ｅ１を実現するには、Ｖ２−２Ｖ１と
なる回路をとることとなる。演算（Ｖ２−２Ｖ１）は後
述する差動増幅回路４０で減算を行う。ここで、センサ
駆動回路２０におけるＲＴは抵抗変化のおん度寄与分で
あり、ＲＨは抵抗変化の湿度寄与分であり、どちらも負
性抵抗特性である。
【００２４】バッファ回路３０は典型的な演算増幅器３
１、３２による増幅度１のインピーダンス変換回路であ
る。前記バッファ回路３０を設ける目的は、Ｖ１および
Ｖ２の信号源抵抗が異なることに起因する差動増幅回路
４０の精度低下を回避することにある。差動増幅回路４
０は、典型的な演算増幅器４１による差動入力型減算回
路である。この回路において、反転入力側の帰還抵抗は
２Ｒとなっているため、Ｖ０＝Ｖ２−２Ｖ１となり、出
力として相対湿度に比例した出力電圧を得る。ここで、
例えば、湿度０％ＲＨにおいては、Ｒ２、Ｒ１ともにお
ん度寄与分のみとなるからＲ２＝Ｒ１となることは自明
である。
１、３２による増幅度１のインピーダンス変換回路であ
る。前記バッファ回路３０を設ける目的は、Ｖ１および
Ｖ２の信号源抵抗が異なることに起因する差動増幅回路
４０の精度低下を回避することにある。差動増幅回路４
０は、典型的な演算増幅器４１による差動入力型減算回
路である。この回路において、反転入力側の帰還抵抗は
２Ｒとなっているため、Ｖ０＝Ｖ２−２Ｖ１となり、出
力として相対湿度に比例した出力電圧を得る。ここで、
例えば、湿度０％ＲＨにおいては、Ｒ２、Ｒ１ともにお
ん度寄与分のみとなるからＲ２＝Ｒ１となることは自明
である。
【００２５】この場合は、Ｅ２＝Ｅ１、すなわち、Ｖ２
−２Ｖ１＝０となり、したがって出力Ｖ０＝０となり、
湿度０％ＲＨ相当となる。湿度１００％ＲＨにおいて
は、Ｒ１＝ｍｉｎ（負性抵抗であるから）、すなわちＥ
１＝ｍｉｎ、Ｖ２−２Ｖ１ｍｉｎ＝Ｖ０ｍａｘとなる。
したがって、出力Ｖ０は最大出力となり湿度１００％Ｒ
Ｈ相当となる。これにより０〜１００％ＲＨの間の任意
の湿度における出力は、湿度に比例した各出力を得るこ
とができる。この出力をアナログ比較回路に入力すれば
設定しきい値に応じたＯＮ／ＯＦＦ出力を得ることがで
き、この出力により湿度の２値制御を行うことができ
る。また、アナログ表示計器により湿度を読みとること
ができる。さらに、この出力をＡ／Ｄ変換によりデジタ
ル値化すればコンピュータによる表示制御等に適用する
ことも可能である。尚、バッファ回路３０はＲ１、Ｒ２
の値によって適宜省略することが可能である。また、バ
ッテリの節約を考慮して直流の代わりにセンサをパルス
駆動する場合には、バッファ回路３０と差動増幅回路４
０との間に整流回路を設ければ、上記回路がそのまま使
用できる。
−２Ｖ１＝０となり、したがって出力Ｖ０＝０となり、
湿度０％ＲＨ相当となる。湿度１００％ＲＨにおいて
は、Ｒ１＝ｍｉｎ（負性抵抗であるから）、すなわちＥ
１＝ｍｉｎ、Ｖ２−２Ｖ１ｍｉｎ＝Ｖ０ｍａｘとなる。
したがって、出力Ｖ０は最大出力となり湿度１００％Ｒ
Ｈ相当となる。これにより０〜１００％ＲＨの間の任意
の湿度における出力は、湿度に比例した各出力を得るこ
とができる。この出力をアナログ比較回路に入力すれば
設定しきい値に応じたＯＮ／ＯＦＦ出力を得ることがで
き、この出力により湿度の２値制御を行うことができ
る。また、アナログ表示計器により湿度を読みとること
ができる。さらに、この出力をＡ／Ｄ変換によりデジタ
ル値化すればコンピュータによる表示制御等に適用する
ことも可能である。尚、バッファ回路３０はＲ１、Ｒ２
の値によって適宜省略することが可能である。また、バ
ッテリの節約を考慮して直流の代わりにセンサをパルス
駆動する場合には、バッファ回路３０と差動増幅回路４
０との間に整流回路を設ければ、上記回路がそのまま使
用できる。
【００２６】図１１は、上記湿度センサのデジタル回路
の例を示す。近年ＩＣが非常に安価に入手できるように
なってきたので、図１０のアナログ回路は図１１のデジ
タル回路を用いても湿度検出ができる。前記湿度センサ
７、１７、２７が発生する電位差Ｅ１、おん度センサ
６、１６、２６が発生する電位差Ｅ２は、それぞれＡ／
Ｄ変換され、ＲＯＭテーブルもしくはワン・ボード・マ
イコン等に入力し、予め記憶されているデータと比較し
ておん度補正を行った後に、相対湿度を出力する。
の例を示す。近年ＩＣが非常に安価に入手できるように
なってきたので、図１０のアナログ回路は図１１のデジ
タル回路を用いても湿度検出ができる。前記湿度センサ
７、１７、２７が発生する電位差Ｅ１、おん度センサ
６、１６、２６が発生する電位差Ｅ２は、それぞれＡ／
Ｄ変換され、ＲＯＭテーブルもしくはワン・ボード・マ
イコン等に入力し、予め記憶されているデータと比較し
ておん度補正を行った後に、相対湿度を出力する。
【００２７】
【発明の効果】この発明に係る湿度センサは、唯一線形
特性を有するウッドセラミックスを使用し、表面をシー
ルして湿度不感構造としたものをおん度補正用センサと
し、同一おん度係数のものをおん度補正に用いる構成と
したから、広範囲にわたって湿度を高精度、高信頼度で
測定でき、量産性に優れ、安価でしかも小型化が可能な
湿度センサを得ることができる。また、おん度補正を同
一材質のウッドセラミックスで行うことにより、おん度
係数を同一となし、回路を大幅に簡略化することができ
る。また、適度の抵抗を有している（絶縁性でない）た
め、ウッドセラミックスを使用し、電気抵抗式であるこ
とにより、それ自体に電流を流し、加熱クリーニングを
行うことができる。従って、他の感湿体、例えば、高分
子、セルロース、セラミックス、毛髪等のようにかびる
ことがない。
特性を有するウッドセラミックスを使用し、表面をシー
ルして湿度不感構造としたものをおん度補正用センサと
し、同一おん度係数のものをおん度補正に用いる構成と
したから、広範囲にわたって湿度を高精度、高信頼度で
測定でき、量産性に優れ、安価でしかも小型化が可能な
湿度センサを得ることができる。また、おん度補正を同
一材質のウッドセラミックスで行うことにより、おん度
係数を同一となし、回路を大幅に簡略化することができ
る。また、適度の抵抗を有している（絶縁性でない）た
め、ウッドセラミックスを使用し、電気抵抗式であるこ
とにより、それ自体に電流を流し、加熱クリーニングを
行うことができる。従って、他の感湿体、例えば、高分
子、セルロース、セラミックス、毛髪等のようにかびる
ことがない。
【図１】湿度ー抵抗特性図である。
【図２】同じく、湿度ー抵抗特性図である。
【図３】おん度ー抵抗特性図である。
【図４】第１実施形態を示す平面図である。
【図５】図４Ａ−Ａ線断面図である。
【図６】第２実施形態を示す平面図である。
【図７】図６Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図８】第３実施形態を示す平面図である。
【図９】図８Ｃ−Ｃ線断面図である。
【図１０】この発明によるアナログ回路図である。
【図１１】この発明によるデジタル回路図である。
１ ウッドセラミックス ２ 測定電極 ３ 測定電極 ４ 共通電極 ５ 非吸湿性被膜 ６ おん度センサ ７ 湿度センサ １１ ウッドセラミックス １２ 測定電極 １３ 測定電極 １４ 共通電極 １５ 非吸湿性被膜 １６ おん度センサ １７ 湿度センサ ２０ センサ駆動回路 ２１ ウッドセラミックス薄膜または薄板 ２２ 測定電極 ２３ 測定電極 ２４ 共通電極 ２５ 非吸湿性被膜 ２６ おん度センサ ２７ 湿度センサ ２８ 絶縁性基板 ２９ 定電流源 ３０ バッファ回路 ３１、３２ 演算増幅器 ４０ 差動増幅回路 ４１ 演算増幅器 ５０ 出力回路
Claims (5)
- 【請求項１】 ウッドセラミックス基板に電極を形成し
てなる湿度センサと、前記ウッドセラミックスと同一特
性のウッドセラミックス基板に電極を形成するととも
に、非吸湿性材質で表面に被膜を形成してなるおん度補
正用おん度センサとからなり、湿度センサにより測定し
た抵抗値を湿度センサと同一おん度係数を有するおん度
センサにより測定した抵抗値によって補正し、相対湿度
に比例した出力電圧を得ることを特徴とする電気抵抗式
湿度センサ。 - 【請求項２】 １つのウッドセラミックス基板の両端と
中央部に電極を形成し、一方の端部の電極と中央部の電
極との間の表面を非吸湿性材質で被膜を形成し、他方の
端部の電極と中央部の電極との間の前記被膜が形成され
ていない部分を湿度センサとなし、前記被膜を形成した
部分をおん度補正用おん度センサとしたことを特徴とす
る請求項１記載の電気抵抗式湿度センサ。 - 【請求項３】 １つのウッドセラミックス基板を直線状
に形成したことを特徴とする請求項２記載の電気抵抗式
湿度センサ。 - 【請求項４】 １つのウッドセラミックス基板をＵ字形
に形成したことを特徴とする請求項２記載の電気抵抗式
湿度センサ。 - 【請求項５】 一つの絶縁性基板上に薄板または薄膜化
した二枚のウッドセラミックスを設け、一方の表面を非
吸湿性材質で被膜を形成しておん度補正用おん度センサ
とし、他方を被膜を形成しないで湿度センサとし、湿度
センサにより測定した抵抗値をおん度センサにより測定
した抵抗値によって補正し、相対湿度に比例した出力電
圧を得ることを特徴とする電気抵抗式湿度センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9056968A JPH10239264A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 電気抵抗式湿度センサ |
| FR9800324A FR2760092B1 (fr) | 1997-02-25 | 1998-01-14 | Dispositif formant detecteur d'humidite du type a resistance electrique |
| US09/007,366 US6229318B1 (en) | 1997-02-25 | 1998-01-15 | Electrical resistance type humidity sensor |
| GB9801892A GB2322452B (en) | 1997-02-25 | 1998-01-28 | Electrical resistance type humidity sensor |
| DE19803540A DE19803540C2 (de) | 1997-02-25 | 1998-01-29 | Feuchtigkeitssensor vom elektrischen Widerstandstyp |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9056968A JPH10239264A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 電気抵抗式湿度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239264A true JPH10239264A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=13042335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9056968A Pending JPH10239264A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 電気抵抗式湿度センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6229318B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10239264A (ja) |
| DE (1) | DE19803540C2 (ja) |
| FR (1) | FR2760092B1 (ja) |
| GB (1) | GB2322452B (ja) |
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| KR100351810B1 (ko) * | 1999-12-13 | 2002-09-11 | 엘지전자 주식회사 | 절대습도센서 |
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| JPH10239264A (ja) | 1997-02-25 | 1998-09-11 | Sanriki Kogyo Kk | 電気抵抗式湿度センサ |
| KR100633655B1 (ko) | 1999-12-22 | 2006-10-11 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 센서 소자 및 그 제조 방법 |
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