JPH10325816A - 湿度検出回路及びこれを用いた湿度センサ - Google Patents
湿度検出回路及びこれを用いた湿度センサInfo
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- JPH10325816A JPH10325816A JP9134632A JP13463297A JPH10325816A JP H10325816 A JPH10325816 A JP H10325816A JP 9134632 A JP9134632 A JP 9134632A JP 13463297 A JP13463297 A JP 13463297A JP H10325816 A JPH10325816 A JP H10325816A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 雰囲気湿度の検知に際して、温度依存性が小
さくて広い湿度範囲の検知が可能な湿度センサを提供す
る。 【解決手段】 ２つの接合型の第１及び第２のＦＥＴ
１，３と、２つの湿度に対して抵抗値が変化する第１及
び第２の感湿素子２，４とを含み、第１のＦＥＴ１のド
レイン１ｃを電源端子とするとともにソース１ｂを出力
端子とし且つゲート１ａと回路のグランド５間に第１の
感湿素子２を設け、第２のＦＥＴ３のゲート３ａと電源
端子との間に第２の感湿素子４を設け、更に第２のＦＥ
Ｔ３のドレインを出力端子に及びソースをグランド端子
にそれぞれ接続する。
さくて広い湿度範囲の検知が可能な湿度センサを提供す
る。 【解決手段】 ２つの接合型の第１及び第２のＦＥＴ
１，３と、２つの湿度に対して抵抗値が変化する第１及
び第２の感湿素子２，４とを含み、第１のＦＥＴ１のド
レイン１ｃを電源端子とするとともにソース１ｂを出力
端子とし且つゲート１ａと回路のグランド５間に第１の
感湿素子２を設け、第２のＦＥＴ３のゲート３ａと電源
端子との間に第２の感湿素子４を設け、更に第２のＦＥ
Ｔ３のドレインを出力端子に及びソースをグランド端子
にそれぞれ接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エアコンや加湿器
及び除湿器等の空気調和制御や、プリンターや普通紙を
使用する複写機（ＰＰＣ）のトナー制御、及びビデオテ
ープレコーダや浴室等の結露検知等に使用される湿度検
出回路及びこれを用いた湿度センサに関する。
及び除湿器等の空気調和制御や、プリンターや普通紙を
使用する複写機（ＰＰＣ）のトナー制御、及びビデオテ
ープレコーダや浴室等の結露検知等に使用される湿度検
出回路及びこれを用いた湿度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は従来から使用されている湿度セ
ンサの回路図であり、湿度変化により交流抵抗値が変化
する感湿素子１６と、この感湿素子１６の温度依存性を
補償するための負特性サーミスタ１７が直列に接続さ
れ、この直列配置の両端に交流電源１８を接続してい
る。そして、この交流電源１８により交流電圧を印加す
ることで、感湿素子１６側の分電圧１９に雰囲気の湿度
に応じて変化する交流電圧が得られる。
ンサの回路図であり、湿度変化により交流抵抗値が変化
する感湿素子１６と、この感湿素子１６の温度依存性を
補償するための負特性サーミスタ１７が直列に接続さ
れ、この直列配置の両端に交流電源１８を接続してい
る。そして、この交流電源１８により交流電圧を印加す
ることで、感湿素子１６側の分電圧１９に雰囲気の湿度
に応じて変化する交流電圧が得られる。
【０００３】従来用いられている感湿素子としては、ポ
リアクリル酸系材料やポリスチレンスルフォン酸系材料
のような高分子電解質のイオン電導度が湿度変化に応じ
て変化することを利用したものや、ＭｇＣｒ2Ｏ4−Ｔｉ
Ｏ2系やＺｎＣｒ2Ｏ4−ＬｉＺｎＶＯ4系の多孔質セラミ
ック表面のプロトン電導が湿度に応じて変化することを
利用したものであり、実用上扱いが容易な１０7Ω以下
の範囲で交流抵抗値が変化するものが使用されている。
高分子電解質を使用したものは、電導が内部イオンに依
存するため交流を印加できず、また多孔質セラミックの
表面電導を利用したものは直流の使用は可能であるが極
めて流れる電流が少なく高抵抗であるため、従来の回路
では直接電圧として出力を得ることは困難である。すな
わち、従来の感湿素子を用いた回路では、回路に交流を
印加する必要があり、電子機器にこれらを組み込む際に
は、直流電源を交流に変換する発振回路等が必要とな
り、回路コストが増大してしまう。
リアクリル酸系材料やポリスチレンスルフォン酸系材料
のような高分子電解質のイオン電導度が湿度変化に応じ
て変化することを利用したものや、ＭｇＣｒ2Ｏ4−Ｔｉ
Ｏ2系やＺｎＣｒ2Ｏ4−ＬｉＺｎＶＯ4系の多孔質セラミ
ック表面のプロトン電導が湿度に応じて変化することを
利用したものであり、実用上扱いが容易な１０7Ω以下
の範囲で交流抵抗値が変化するものが使用されている。
高分子電解質を使用したものは、電導が内部イオンに依
存するため交流を印加できず、また多孔質セラミックの
表面電導を利用したものは直流の使用は可能であるが極
めて流れる電流が少なく高抵抗であるため、従来の回路
では直接電圧として出力を得ることは困難である。すな
わち、従来の感湿素子を用いた回路では、回路に交流を
印加する必要があり、電子機器にこれらを組み込む際に
は、直流電源を交流に変換する発振回路等が必要とな
り、回路コストが増大してしまう。
【０００４】これに対し、直流電圧を直接入力して湿度
を検知する方法として、たとえば特開昭５２−１５３７
８８号公報に記載のものがあり、図１２にその湿度検出
回路を示す。
を検知する方法として、たとえば特開昭５２−１５３７
８８号公報に記載のものがあり、図１２にその湿度検出
回路を示す。
【０００５】図１２において、２０はＰチャンネル、エ
ンハンスメント型の電界効果型トランジスタ（以下、略
記する場合はＦＥＴと記す）、２１は直流電源、２２は
湿度及び温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体、２３は
固定の抵抗素子、２５は回路をスイッチングするための
リレー、２４はリレー２５により制御される検出回路で
ある。
ンハンスメント型の電界効果型トランジスタ（以下、略
記する場合はＦＥＴと記す）、２１は直流電源、２２は
湿度及び温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体、２３は
固定の抵抗素子、２５は回路をスイッチングするための
リレー、２４はリレー２５により制御される検出回路で
ある。
【０００６】このような回路においては、湿度あるいは
温度のいずれか一方の増加に伴って抵抗体２２の抵抗値
が小さくなるに従って、ＦＥＴ２０のゲートのバイアス
電圧の値が大きくなり、閾値電圧より大きくなったとき
に、ドレイン電流が流れ始める。そこで、このドレイン
電流の値が検出回路２４に内蔵されたリレー２５を動作
させる限界の値を越えたとき、検出回路２４が駆動す
る。例えば、抵抗体２２の抵抗値が１０7Ω以下になっ
たときに検出回路２４が駆動されるように設定されてい
るとすると、雰囲気の温度が４０〜５０℃のときには相
対湿度が７０％ＲＨ以上のときに、３０℃のときには８
３％以上のときに、２０℃のときには９５％以上のとき
に検出回路２４が作動する。すなわち、あらかじめ設定
された任意の温度における高湿度域を１点のみ検知する
ことができる。
温度のいずれか一方の増加に伴って抵抗体２２の抵抗値
が小さくなるに従って、ＦＥＴ２０のゲートのバイアス
電圧の値が大きくなり、閾値電圧より大きくなったとき
に、ドレイン電流が流れ始める。そこで、このドレイン
電流の値が検出回路２４に内蔵されたリレー２５を動作
させる限界の値を越えたとき、検出回路２４が駆動す
る。例えば、抵抗体２２の抵抗値が１０7Ω以下になっ
たときに検出回路２４が駆動されるように設定されてい
るとすると、雰囲気の温度が４０〜５０℃のときには相
対湿度が７０％ＲＨ以上のときに、３０℃のときには８
３％以上のときに、２０℃のときには９５％以上のとき
に検出回路２４が作動する。すなわち、あらかじめ設定
された任意の温度における高湿度域を１点のみ検知する
ことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな回路構成では、任意の温度のそれぞれについて、高
湿度域に含まれる唯１点の湿度の検知しかできないの
で、広い湿度範囲において湿度に応じた連続的な出力を
得ることはできない。このため、たとえばプリンターや
ＰＰＣ等に備えるような場合では、現実的に変化しうる
環境の相対湿度に応じてトナーを付着させるための静電
気量を制御する必要があるが、１点の湿度しか検知でき
ない場合では多くとも２段階の制御しかできず、湿度に
よるトナーの付着量の変化を滑らかに精度よく補正する
ことは困難である。
うな回路構成では、任意の温度のそれぞれについて、高
湿度域に含まれる唯１点の湿度の検知しかできないの
で、広い湿度範囲において湿度に応じた連続的な出力を
得ることはできない。このため、たとえばプリンターや
ＰＰＣ等に備えるような場合では、現実的に変化しうる
環境の相対湿度に応じてトナーを付着させるための静電
気量を制御する必要があるが、１点の湿度しか検知でき
ない場合では多くとも２段階の制御しかできず、湿度に
よるトナーの付着量の変化を滑らかに精度よく補正する
ことは困難である。
【０００８】本発明において解決すべき課題は、交流電
源に代えて直接直流電圧を入力し、且つ広い湿度範囲に
おいて湿度に応じてリニアな直流電圧出力が得られる湿
度センサを提供することにある。
源に代えて直接直流電圧を入力し、且つ広い湿度範囲に
おいて湿度に応じてリニアな直流電圧出力が得られる湿
度センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の湿度検出回路
は、接合型の第１及び第２の電界効果型トランジスタ
と、異なる値の湿度に対して抵抗値が変化する第１及び
第２の感湿素子とを含み、第１の電界効果型トランジス
タのドレインを電源端子とするとともにソースを出力端
子とし且つゲートと回路のグランド間に第１の感湿素子
を設け、第２の電界効果型トランジスタのゲートと電源
端子との間に第２の感湿素子を設け、更に第２の電界効
果型トランジスタのドレインを出力端子に及びソースを
グランド端子にそれぞれ接続したものであり、本発明の
湿度センサはこのような回路構成を含むものである。
は、接合型の第１及び第２の電界効果型トランジスタ
と、異なる値の湿度に対して抵抗値が変化する第１及び
第２の感湿素子とを含み、第１の電界効果型トランジス
タのドレインを電源端子とするとともにソースを出力端
子とし且つゲートと回路のグランド間に第１の感湿素子
を設け、第２の電界効果型トランジスタのゲートと電源
端子との間に第２の感湿素子を設け、更に第２の電界効
果型トランジスタのドレインを出力端子に及びソースを
グランド端子にそれぞれ接続したものであり、本発明の
湿度センサはこのような回路構成を含むものである。
【００１０】このような回路構成であれば、交流を使用
することなく、第１の電界効果型トランジスタのドレイ
ンに直流電圧を印加することで、湿度に対し直線的で、
かつ温度依存性が小さい直流電圧出力が得られる。
することなく、第１の電界効果型トランジスタのドレイ
ンに直流電圧を印加することで、湿度に対し直線的で、
かつ温度依存性が小さい直流電圧出力が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、接合型
の第１及び第２の電界効果型トランジスタと、異なる値
の湿度に対して抵抗値が変化する第１及び第２の感湿素
子とを含み、第１の電界効果型トランジスタのドレイン
を電源端子とするとともにソースを出力端子とし且つゲ
ートと回路のグランド間に第１の感湿素子を設け、第２
の電界効果型トランジスタのゲートと電源端子との間に
第２の感湿素子を設け、更に第２の電界効果型トランジ
スタのドレインを出力端子に及びソースをグランド端子
にそれぞれ接続したものであり、交流を使用することな
く、第１の電界効果型トランジスタのドレインに直流電
圧を印加することで、湿度に対し直線的で、かつ温度依
存性が小さい直流電圧出力が得られるという作用を有す
る。
の第１及び第２の電界効果型トランジスタと、異なる値
の湿度に対して抵抗値が変化する第１及び第２の感湿素
子とを含み、第１の電界効果型トランジスタのドレイン
を電源端子とするとともにソースを出力端子とし且つゲ
ートと回路のグランド間に第１の感湿素子を設け、第２
の電界効果型トランジスタのゲートと電源端子との間に
第２の感湿素子を設け、更に第２の電界効果型トランジ
スタのドレインを出力端子に及びソースをグランド端子
にそれぞれ接続したものであり、交流を使用することな
く、第１の電界効果型トランジスタのドレインに直流電
圧を印加することで、湿度に対し直線的で、かつ温度依
存性が小さい直流電圧出力が得られるという作用を有す
る。
【００１２】請求項２に記載の発明は、接合型の第１及
び第２の電界効果型トランジスタと、異なる値の湿度に
対して抵抗値が変化する第１及び第２の感湿素子とを含
み、第１の電界効果型トランジスタのドレインを電源端
子とするとともにゲートと回路のグランド間に第１の感
湿素子を設け、第２の電界効果型トランジスタのゲート
と電源端子との間に第２の感湿素子を設け、第２の電界
効果型トランジスタのドレインを第１の電界効果型トラ
ンジスタのソースに及び第２の電界効果型トランジスタ
のソースをグランド端子に接続し、更に第１の電界効果
型トランジスタのソースとグランド間に、合成抵抗値を
変更可能な２つの抵抗を直列に接続し、これらの２つの
抵抗の間を出力端子としたものであり、２つの抵抗のう
ち少なくとも一方の抵抗値を制御することで、個体ばら
つきの小さい湿度に応じた直流電圧出力が得られるとい
う作用を有する。
び第２の電界効果型トランジスタと、異なる値の湿度に
対して抵抗値が変化する第１及び第２の感湿素子とを含
み、第１の電界効果型トランジスタのドレインを電源端
子とするとともにゲートと回路のグランド間に第１の感
湿素子を設け、第２の電界効果型トランジスタのゲート
と電源端子との間に第２の感湿素子を設け、第２の電界
効果型トランジスタのドレインを第１の電界効果型トラ
ンジスタのソースに及び第２の電界効果型トランジスタ
のソースをグランド端子に接続し、更に第１の電界効果
型トランジスタのソースとグランド間に、合成抵抗値を
変更可能な２つの抵抗を直列に接続し、これらの２つの
抵抗の間を出力端子としたものであり、２つの抵抗のう
ち少なくとも一方の抵抗値を制御することで、個体ばら
つきの小さい湿度に応じた直流電圧出力が得られるとい
う作用を有する。
【００１３】請求項３に記載の発明は、以上の回路構成
を含む湿度センサであり、湿度に対し直線的で、かつ温
度依存性が小さい直流電圧出力による湿度検知が可能と
なるとともに、可変抵抗を個体毎に調整することで個体
ばらつきの小さい湿度に応じた直流電圧出力が得られる
という作用を有する。
を含む湿度センサであり、湿度に対し直線的で、かつ温
度依存性が小さい直流電圧出力による湿度検知が可能と
なるとともに、可変抵抗を個体毎に調整することで個体
ばらつきの小さい湿度に応じた直流電圧出力が得られる
という作用を有する。
【００１４】請求項４に記載の発明は、電界効果型トラ
ンジスタが実装された同一基板上に設けた面状電極対と
面状電極対間の基板表面を感湿素子としたものであり、
容易な組立てで低コストの湿度センサが得られるという
作用を有する。
ンジスタが実装された同一基板上に設けた面状電極対と
面状電極対間の基板表面を感湿素子としたものであり、
容易な組立てで低コストの湿度センサが得られるという
作用を有する。
【００１５】請求項５に記載の発明は、回路構成部品及
びこれらを備える基板を、グランド端子にシールドされ
且つ外気が流入可能な通気孔を開けた導電性のカバーに
よって被覆したものであり、ノイズの湿度依存性が小さ
く、特に低湿度領域でもノイズの少ない出力が得られる
という作用を有する。
びこれらを備える基板を、グランド端子にシールドされ
且つ外気が流入可能な通気孔を開けた導電性のカバーに
よって被覆したものであり、ノイズの湿度依存性が小さ
く、特に低湿度領域でもノイズの少ない出力が得られる
という作用を有する。
【００１６】（実施の形態１）図１に本発明の第１の実
施の形態による湿度検出回路の回路図を、図２に図１の
回路を用いた湿度センサの斜視図を示す。
施の形態による湿度検出回路の回路図を、図２に図１の
回路を用いた湿度センサの斜視図を示す。
【００１７】図１及び図２において、第１のＦＥＴ１の
ゲート１ａとグランド５間に、プリント基板９上に形成
された一対の面状電極２ａ，２ｂ及び電極間表面２ｃか
らなる第１の感湿素子２が構成されている。また、第２
のＦＥＴ３のゲート３ａと第１のＦＥＴ１のドレイン１
ｃの間に、プリント基板９上に形成された面状電極４
ａ，４ｂ及び電極間表面４ｃからなる第２の感湿素子４
が構成され、ドレイン１ｃはハーメチックベース１０の
電源端子８に接続されている。更に、第２のＦＥＴ３の
ドレイン３ｃが第１のＦＥＴ１のソース１ｂに接続さ
れ、ハーメチックベース１０の出力端子７へ導かれる。
そして第２のＦＥＴ３のソース３ｂはグランド５に接続
され、ハーメチックベース１０のグランド端子６へ導か
れる。
ゲート１ａとグランド５間に、プリント基板９上に形成
された一対の面状電極２ａ，２ｂ及び電極間表面２ｃか
らなる第１の感湿素子２が構成されている。また、第２
のＦＥＴ３のゲート３ａと第１のＦＥＴ１のドレイン１
ｃの間に、プリント基板９上に形成された面状電極４
ａ，４ｂ及び電極間表面４ｃからなる第２の感湿素子４
が構成され、ドレイン１ｃはハーメチックベース１０の
電源端子８に接続されている。更に、第２のＦＥＴ３の
ドレイン３ｃが第１のＦＥＴ１のソース１ｂに接続さ
れ、ハーメチックベース１０の出力端子７へ導かれる。
そして第２のＦＥＴ３のソース３ｂはグランド５に接続
され、ハーメチックベース１０のグランド端子６へ導か
れる。
【００１８】プリント基板９上には各部品及び端子を電
気的に接続する銅パターンが構成され、銅パターンと第
１及び第２のＦＥＴ１，３及び端子は半田で電気的且つ
機械的に接続されている。本実施の形態では、第１及び
第２のＦＥＴ１，３として松下電子工業（株）製のゲー
ト入力抵抗値が約１０14Ωの接合型ＦＥＴである２ＳＫ
１８４２を用い、プリント基板９はガラス−エポキシ系
の材料を使用し、ＦＥＴの実装部，面状電極２ａ，２ｂ
及び面状電極４ａ，４ｂを除きレジストにより被覆され
ている。また、面状電極２ａ，２ｂ間及び４ａ，４ｂ間
はいずれも対向幅２ｍｍ、対向距離０．５ｍｍであり、
材質は銅パターンに半田メッキされたものである。
気的に接続する銅パターンが構成され、銅パターンと第
１及び第２のＦＥＴ１，３及び端子は半田で電気的且つ
機械的に接続されている。本実施の形態では、第１及び
第２のＦＥＴ１，３として松下電子工業（株）製のゲー
ト入力抵抗値が約１０14Ωの接合型ＦＥＴである２ＳＫ
１８４２を用い、プリント基板９はガラス−エポキシ系
の材料を使用し、ＦＥＴの実装部，面状電極２ａ，２ｂ
及び面状電極４ａ，４ｂを除きレジストにより被覆され
ている。また、面状電極２ａ，２ｂ間及び４ａ，４ｂ間
はいずれも対向幅２ｍｍ、対向距離０．５ｍｍであり、
材質は銅パターンに半田メッキされたものである。
【００１９】なお、面状電極２ａ，２ｂの形状やその電
極間の距離はＦＥＴの特性と感度が必要な湿度域に応じ
て任意に変更することができ、たとえば櫛形に電極を構
成することで、抵抗値を下げることも可能である。ま
た、感湿素子として、アルミナ基板上に銀の厚膜からな
る面状電極を形成したものも使用できる。
極間の距離はＦＥＴの特性と感度が必要な湿度域に応じ
て任意に変更することができ、たとえば櫛形に電極を構
成することで、抵抗値を下げることも可能である。ま
た、感湿素子として、アルミナ基板上に銀の厚膜からな
る面状電極を形成したものも使用できる。
【００２０】図３は、一対の面状電極２ａ，２ｂからな
る面状電極対、及びこれらの面状電極２ａ，２ｂ間の電
極間表面２ｃから構成される第１の感湿素子２の雰囲気
温度１０℃，２５℃及び４０℃における直流電圧測定に
よる感湿特性図である。なお、この感湿特性の測定は恒
温・恒湿槽中においてハイレジスタンスメータにより行
った。
る面状電極対、及びこれらの面状電極２ａ，２ｂ間の電
極間表面２ｃから構成される第１の感湿素子２の雰囲気
温度１０℃，２５℃及び４０℃における直流電圧測定に
よる感湿特性図である。なお、この感湿特性の測定は恒
温・恒湿槽中においてハイレジスタンスメータにより行
った。
【００２１】この特性図から判るように、感湿素子の抵
抗値は相対湿度の増加に伴い対数的に抵抗値が減少し、
相対湿度２０％ＲＨから９０％ＲＨの範囲で１０16〜１
０10Ωの変化を示しており、また温度が高いほど抵抗値
が低い傾向にある。
抗値は相対湿度の増加に伴い対数的に抵抗値が減少し、
相対湿度２０％ＲＨから９０％ＲＨの範囲で１０16〜１
０10Ωの変化を示しており、また温度が高いほど抵抗値
が低い傾向にある。
【００２２】次に、電源端子８にＤＣ５Ｖの電圧を印加
し、分流型の恒温・恒湿槽中において相対湿度を２０〜
９０％ＲＨ、温度１０℃，２５℃，４０℃に変化させて
出力端子７の直流電圧を測定した。なお、直流電圧の測
定はデジタルボルトメータで行った。
し、分流型の恒温・恒湿槽中において相対湿度を２０〜
９０％ＲＨ、温度１０℃，２５℃，４０℃に変化させて
出力端子７の直流電圧を測定した。なお、直流電圧の測
定はデジタルボルトメータで行った。
【００２３】図４は温度１０℃，２５℃，４０℃におけ
る相対湿度と出力端子７の直流電圧の関係を示す線図で
ある。
る相対湿度と出力端子７の直流電圧の関係を示す線図で
ある。
【００２４】湿度が高くなると第１の感湿素子２の抵抗
値が減少するので、これに伴い湿度により影響を受けな
い第１のＦＥＴ１のゲート１ａの入力抵抗との抵抗値バ
ランスにより、ゲート１ａに加わる電圧が小さくなるた
め、第１のＦＥＴ１のドレイン電流が少なくなり、第２
のＦＥＴ３の出力抵抗との関係よりソース１ｂの電圧が
小さくなる。また、第２の感湿素子４も湿度の上昇に伴
い抵抗値が減少するが、これに伴い湿度により影響を受
けない第２のＦＥＴ３のゲート３ａの入力抵抗との抵抗
値バランスにより、ゲート３ａに加わる電圧が大きくな
るため第２のＦＥＴ３のドレイン電流が大きくなる。す
なわち２つの第１及び第２のＦＥＴ１，３は逆の挙動を
示す。
値が減少するので、これに伴い湿度により影響を受けな
い第１のＦＥＴ１のゲート１ａの入力抵抗との抵抗値バ
ランスにより、ゲート１ａに加わる電圧が小さくなるた
め、第１のＦＥＴ１のドレイン電流が少なくなり、第２
のＦＥＴ３の出力抵抗との関係よりソース１ｂの電圧が
小さくなる。また、第２の感湿素子４も湿度の上昇に伴
い抵抗値が減少するが、これに伴い湿度により影響を受
けない第２のＦＥＴ３のゲート３ａの入力抵抗との抵抗
値バランスにより、ゲート３ａに加わる電圧が大きくな
るため第２のＦＥＴ３のドレイン電流が大きくなる。す
なわち２つの第１及び第２のＦＥＴ１，３は逆の挙動を
示す。
【００２５】第１の感湿素子２は湿度に対して抵抗値が
対数レベルで変化するため、第１のＦＥＴ１のみにより
出力端子７から得られる出力は湿度に対して、逆Ｓカー
ブを描くが、これに第２のＦＥＴ３の逆の効果が加わる
ことで、湿度に対する電圧の変化が抑制され、結果とし
て出力端子７の電圧は圧縮されたリニアな特性となる。
また、２つのＦＥＴ１，３自体の温度特性及び湿度に対
する電流の温度依存性は同様であるため、結果として雰
囲気の温度依存性の小さい、相対湿度のみに応じた電圧
出力が得られる。
対数レベルで変化するため、第１のＦＥＴ１のみにより
出力端子７から得られる出力は湿度に対して、逆Ｓカー
ブを描くが、これに第２のＦＥＴ３の逆の効果が加わる
ことで、湿度に対する電圧の変化が抑制され、結果とし
て出力端子７の電圧は圧縮されたリニアな特性となる。
また、２つのＦＥＴ１，３自体の温度特性及び湿度に対
する電流の温度依存性は同様であるため、結果として雰
囲気の温度依存性の小さい、相対湿度のみに応じた電圧
出力が得られる。
【００２６】本実施の形態によれば、その組立てに工数
を要する特殊な感湿素子を使用することなく、極めて容
易な方法で、更に交流を使用することなく、広い湿度範
囲の検知が可能な湿度検出回路が得られる。
を要する特殊な感湿素子を使用することなく、極めて容
易な方法で、更に交流を使用することなく、広い湿度範
囲の検知が可能な湿度検出回路が得られる。
【００２７】（実施の形態２）図５に本発明の第２の実
施の形態における湿度検出回路の回路図を、図６に図５
の回路を用いた湿度センサの斜視図を示す。
施の形態における湿度検出回路の回路図を、図６に図５
の回路を用いた湿度センサの斜視図を示す。
【００２８】図５及び図６において、第１の実施の形態
と同様に、第１のＦＥＴ１のゲート１ａとグランド５間
に、プリント基板９上に形成された面状電極２ａ，２ｂ
及び電極間表面２ｃからなる第１の感湿素子２が構成さ
れる。また、第２のＦＥＴ３のゲート３ａと第１のＦＥ
Ｔ１のドレイン１ｃの間に、プリント基板９上に形成さ
れた面状電極４ａ，４ｂ及び電極間表面４ｃからなる第
２の感湿素子４が構成され、ドレイン１ｃはハーメチッ
クベース１０の電源端子８に接続される。そして、第２
のＦＥＴ３のドレイン３ｃが第１のＦＥＴ１のソース１
ｂに接続され、第２のＦＥＴ３のソース３ｂはグランド
５に接続され、さらに第１のＦＥＴ１のソース１ｂとグ
ランド５の間に固定抵抗１１と可変抵抗１２が直列に接
続され、グランド５はハーメチックベース１０のグラン
ド端子６へ、固定抵抗１１と可変抵抗１２の中点１３が
ハーメチックベースの出力端子７へ導かれる。
と同様に、第１のＦＥＴ１のゲート１ａとグランド５間
に、プリント基板９上に形成された面状電極２ａ，２ｂ
及び電極間表面２ｃからなる第１の感湿素子２が構成さ
れる。また、第２のＦＥＴ３のゲート３ａと第１のＦＥ
Ｔ１のドレイン１ｃの間に、プリント基板９上に形成さ
れた面状電極４ａ，４ｂ及び電極間表面４ｃからなる第
２の感湿素子４が構成され、ドレイン１ｃはハーメチッ
クベース１０の電源端子８に接続される。そして、第２
のＦＥＴ３のドレイン３ｃが第１のＦＥＴ１のソース１
ｂに接続され、第２のＦＥＴ３のソース３ｂはグランド
５に接続され、さらに第１のＦＥＴ１のソース１ｂとグ
ランド５の間に固定抵抗１１と可変抵抗１２が直列に接
続され、グランド５はハーメチックベース１０のグラン
ド端子６へ、固定抵抗１１と可変抵抗１２の中点１３が
ハーメチックベースの出力端子７へ導かれる。
【００２９】なお、２つの任意の抵抗値を有する抵抗と
して、固定抵抗１１と可変抵抗１２を使用する代わり
に、半固定抵抗を使用するものとし、２つの抵抗値のバ
ランスを調整することによっても同様の結果が得られ
る。
して、固定抵抗１１と可変抵抗１２を使用する代わり
に、半固定抵抗を使用するものとし、２つの抵抗値のバ
ランスを調整することによっても同様の結果が得られ
る。
【００３０】第１の実施の形態におけるプリント基板の
製造と同様の方法で試料を３個作成し、可変抵抗１２の
抵抗値をいずれも最大に設定し、電源端子８にＤＣ５Ｖ
の電圧を印加し、分流型の恒温・恒湿槽中において相対
湿度を２０〜９０％ＲＨ、温度２５℃にて出力端子７の
直流電圧を測定した。
製造と同様の方法で試料を３個作成し、可変抵抗１２の
抵抗値をいずれも最大に設定し、電源端子８にＤＣ５Ｖ
の電圧を印加し、分流型の恒温・恒湿槽中において相対
湿度を２０〜９０％ＲＨ、温度２５℃にて出力端子７の
直流電圧を測定した。
【００３１】図７は各試料の相対湿度と出力端子７の直
流電圧の関係を示す線図であり、これから判るように、
各試料の相対湿度に対する電圧の変化はいずれも直線的
ではあるが、変化率はそれぞれ異なっている。
流電圧の関係を示す線図であり、これから判るように、
各試料の相対湿度に対する電圧の変化はいずれも直線的
ではあるが、変化率はそれぞれ異なっている。
【００３２】次に、先の３個の試料を温度２５℃及び相
対湿度４０％ＲＨの雰囲気中において、電源端子８にＤ
Ｃ５Ｖの電圧を印加し、出力端子７の直流電圧が約１．
５Ｖとなるようそれぞれの試料の可変抵抗１２の抵抗値
を調整して出力補正を行った。このようにして得られた
補正試料の電源端子８にＤＣ５Ｖの電圧を印加し、分流
型の恒温・恒湿槽中において、相対湿度を２０〜９０％
ＲＨ及び温度２５℃にて出力端子７の直流電圧を測定し
た。
対湿度４０％ＲＨの雰囲気中において、電源端子８にＤ
Ｃ５Ｖの電圧を印加し、出力端子７の直流電圧が約１．
５Ｖとなるようそれぞれの試料の可変抵抗１２の抵抗値
を調整して出力補正を行った。このようにして得られた
補正試料の電源端子８にＤＣ５Ｖの電圧を印加し、分流
型の恒温・恒湿槽中において、相対湿度を２０〜９０％
ＲＨ及び温度２５℃にて出力端子７の直流電圧を測定し
た。
【００３３】図８は各試料の相対湿度と直流電圧の関係
を示す線図であり、これから明らかなように、３つの試
料についてはそれぞれの相対湿度に対する変化率はほぼ
同様となっている。したがって、試料によらず湿度に対
する出力端子７の電圧が広い湿度範囲で一定値とするこ
とができ、試料による湿度検知のばらつきを防ぐことが
可能となる。
を示す線図であり、これから明らかなように、３つの試
料についてはそれぞれの相対湿度に対する変化率はほぼ
同様となっている。したがって、試料によらず湿度に対
する出力端子７の電圧が広い湿度範囲で一定値とするこ
とができ、試料による湿度検知のばらつきを防ぐことが
可能となる。
【００３４】（実施の形態３）第２の実施の形態におけ
る湿度検出回路に、図９に示す上部に通気孔１４を設け
たシールド用金属製のカバー１５を抵抗溶接機を用いて
図６のハーメチックベース１０に溶接し、出力端子８の
電圧に重畳するノイズ電圧の相対湿度依存性をカバーを
取り付けない状態と比較した。その比較結果を図１０に
示す。なお、測定は恒温・恒湿槽中において、オシロス
コープによりＰ−Ｐ値で行った。
る湿度検出回路に、図９に示す上部に通気孔１４を設け
たシールド用金属製のカバー１５を抵抗溶接機を用いて
図６のハーメチックベース１０に溶接し、出力端子８の
電圧に重畳するノイズ電圧の相対湿度依存性をカバーを
取り付けない状態と比較した。その比較結果を図１０に
示す。なお、測定は恒温・恒湿槽中において、オシロス
コープによりＰ−Ｐ値で行った。
【００３５】図１０から明らかなように、金属製のカバ
ー１５を取り付けない状態ではノイズ電圧の湿度依存性
が認められ、低湿度ほどノイズ電圧が大きくなる。これ
に対し、カバー１５を設け内部をシールドした試料で
は、ノイズ電圧の湿度依存性が極めて小さいため、特に
低湿度領域においてノイズ電圧を低減できる。すなわち
誤差の少ない湿度センサが得られる。
ー１５を取り付けない状態ではノイズ電圧の湿度依存性
が認められ、低湿度ほどノイズ電圧が大きくなる。これ
に対し、カバー１５を設け内部をシールドした試料で
は、ノイズ電圧の湿度依存性が極めて小さいため、特に
低湿度領域においてノイズ電圧を低減できる。すなわち
誤差の少ない湿度センサが得られる。
【００３６】なお、シールド用のカバーの材質は金属に
限らず、導電性のフィラーを含有したポリカーボネイト
やＰＢＴ、ＰＥＴ等の樹脂成形体でも可能である。
限らず、導電性のフィラーを含有したポリカーボネイト
やＰＢＴ、ＰＥＴ等の樹脂成形体でも可能である。
【００３７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明では、交流を使用
することなく、第１の電界効果型トランジスタのドレイ
ンに直流電圧を印加することで、湿度に対し直線的で、
かつ温度依存性が小さい直流電圧出力が得られるので、
従来に比べて高精度で広い湿度範囲の湿度値を検知する
ことができる。
することなく、第１の電界効果型トランジスタのドレイ
ンに直流電圧を印加することで、湿度に対し直線的で、
かつ温度依存性が小さい直流電圧出力が得られるので、
従来に比べて高精度で広い湿度範囲の湿度値を検知する
ことができる。
【００３８】請求項２に記載の発明では、二つの抵抗の
うち少なくとも一方を可変抵抗とすれば合成抵抗値を変
更することができ、この可変抵抗を個体毎に調整するこ
とで個体ばらつきの小さい湿度に応じた直流電圧出力が
得られるので、湿度検知精度をより一層向上させること
ができる。
うち少なくとも一方を可変抵抗とすれば合成抵抗値を変
更することができ、この可変抵抗を個体毎に調整するこ
とで個体ばらつきの小さい湿度に応じた直流電圧出力が
得られるので、湿度検知精度をより一層向上させること
ができる。
【００３９】請求項３に記載の発明では、以上の回路構
成を基にしていることから、同様に高精度で広い湿度範
囲の湿度値を検知できるとともに、湿度検知精度がより
一層向上した湿度センサを提供することができる。
成を基にしていることから、同様に高精度で広い湿度範
囲の湿度値を検知できるとともに、湿度検知精度がより
一層向上した湿度センサを提供することができる。
【００４０】請求項４に記載の発明では、容易な組立て
で低コストの湿度センサが得られるので、多量生産に最
適でコストパフォーマンスの幅広い改善が可能となる。
で低コストの湿度センサが得られるので、多量生産に最
適でコストパフォーマンスの幅広い改善が可能となる。
【００４１】請求項５に記載の発明では、ノイズの湿度
依存性が小さく、特に低湿度領域でもノイズの少ない出
力が得られるので、湿度の高低に関係なく高い精度での
検知が可能となる。
依存性が小さく、特に低湿度領域でもノイズの少ない出
力が得られるので、湿度の高低に関係なく高い精度での
検知が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における湿度検出回
路の回路図
路の回路図
【図２】図１の回路を用いた湿度センサの斜視図
【図３】実施の形態において用いた感湿素子の雰囲気温
度別の感湿特性図
度別の感湿特性図
【図４】実施の形態において用いた感湿素子の雰囲気温
度別の相対湿度と出力電圧の関係を示す線図
度別の相対湿度と出力電圧の関係を示す線図
【図５】本発明の第２の実施の形態における湿度検出回
路の回路図
路の回路図
【図６】図５の回路を用いた湿度センサの斜視図
【図７】試料の相対湿度と出力電圧の関係を示す線図
【図８】試料の相対湿度と出力電圧の関係を示す線図
【図９】本発明の第３の実施の形態における金属カバー
の斜視図
の斜視図
【図１０】図９の金属カバーの効果を示す湿度センサの
ノイズ特性図
ノイズ特性図
【図１１】従来の湿度センサの回路図
【図１２】従来の湿度センサの回路図
１ 第１のＦＥＴ １ａ ゲート １ｂ ソース １ｃ ドレイン ２ 第１の感湿素子 ２ａ 面状電極 ２ｂ 面状電極 ２ｃ 電極間基板表面 ３ 第２のＦＥＴ ３ａ ゲート ３ｂ ソース ３ｃ ドレイン ４ 第２の感湿素子 ４ａ 面状電極 ４ｂ 面状電極 ４ｃ 電極間基板表面 ５ グランド ６ グランド端子 ７ 出力端子 ８ 電源端子 ９ プリント基板 １０ ハーメチックベース １１ 固定抵抗 １２ 可変抵抗 １３ 固定抵抗と可変抵抗の中点 １４ 通気孔 １５ カバー １６ 感湿素子 １７ 負特性サーミスタ １８ 交流電源 １９ 交流電圧計 ２０ ＦＥＴ ２１ 直流電源 ２２ 抵抗体 ２３ 固定の抵抗素子 ２４ 検出回路 ２５ リレー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 浩一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】接合型の第１及び第２の電界効果型トラン
ジスタと、異なる値の湿度に対して抵抗値が変化する第
１及び第２の感湿素子とを含み、第１の電界効果型トラ
ンジスタのドレインを電源端子とするとともにソースを
出力端子とし且つゲートと回路のグランド間に第１の感
湿素子を設け、第２の電界効果型トランジスタのゲート
と電源端子との間に第２の感湿素子を設け、更に第２の
電界効果型トランジスタのドレインを出力端子に及びソ
ースをグランド端子にそれぞれ接続したことを特徴とす
る湿度検出回路。 - 【請求項２】接合型の第１及び第２の電界効果型トラン
ジスタと、異なる値の湿度に対して抵抗値が変化する第
１及び第２の感湿素子とを含み、第１の電界効果型トラ
ンジスタのドレインを電源端子とするとともにゲートと
回路のグランド間に第１の感湿素子を設け、第２の電界
効果型トランジスタのゲートと電源端子との間に第２の
感湿素子を設け、第２の電界効果型トランジスタのドレ
インを第１の電界効果型トランジスタのソースに及び第
２の電界効果型トランジスタのソースをグランド端子に
接続し、更に第１の電界効果型トランジスタのソースと
グランド間に、合成抵抗値を変更可能な２つの抵抗を直
列に接続し、これらの２つの抵抗の間を出力端子とした
ことを特徴とする請求項１記載の湿度検出回路。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の湿度検出回路を
含む湿度センサ。 - 【請求項４】電界効果型トランジスタが実装された同一
基板上に設けた面状電極対と面状電極対間の基板表面を
感湿素子とした請求項３記載の湿度センサ。 - 【請求項５】回路構成部品及びこれらを備える基板を、
グランド端子にシールドされ且つ外気が流入可能な通気
孔を開けた導電性のカバーによって被覆した請求項４記
載の湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134632A JPH10325816A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 湿度検出回路及びこれを用いた湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134632A JPH10325816A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 湿度検出回路及びこれを用いた湿度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325816A true JPH10325816A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15132920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9134632A Pending JPH10325816A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 湿度検出回路及びこれを用いた湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10325816A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106442630A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 北京桑德环境工程有限公司 | 在线水质检测装置、终端及系统与方法 |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP9134632A patent/JPH10325816A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106442630A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 北京桑德环境工程有限公司 | 在线水质检测装置、终端及系统与方法 |
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