JPS5814031A - 水蒸気量センサ− - Google Patents
水蒸気量センサ−Info
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- JPS5814031A JPS5814031A JP11263081A JP11263081A JPS5814031A JP S5814031 A JPS5814031 A JP S5814031A JP 11263081 A JP11263081 A JP 11263081A JP 11263081 A JP11263081 A JP 11263081A JP S5814031 A JPS5814031 A JP S5814031A
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- amount sensor
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、応答性、再現性に優れ、特に湿度の連続的制
御を目的とする計測にも適した気体中の水蒸気量のセン
サーに関するものである。
御を目的とする計測にも適した気体中の水蒸気量のセン
サーに関するものである。
従来より空気中の水蒸気量を測定する手段として種々の
ものが用いられてきたが、何れも応答性。
ものが用いられてきたが、何れも応答性。
再現性、信頼性、保守の容易性及び経時変化等の緒特性
の全てについて満足できるものがなかった。
の全てについて満足できるものがなかった。
例えば、従来の乾湿球温度計は保守が十分になされてい
れば性能の経時変化は少なく比較的容易に正確に湿度の
測定を行ない得るが、この湿度計は被測定気体に大きな
影響を与えるために、狭い空間内の湿度測定には適さな
い。またこれは応答も遅く、小形化も容易にはできず、
指示値を電気信号に変換することも容易にはできない必
・ら、湿度の制御を目的とする計測には全く不向きであ
る。
れば性能の経時変化は少なく比較的容易に正確に湿度の
測定を行ない得るが、この湿度計は被測定気体に大きな
影響を与えるために、狭い空間内の湿度測定には適さな
い。またこれは応答も遅く、小形化も容易にはできず、
指示値を電気信号に変換することも容易にはできない必
・ら、湿度の制御を目的とする計測には全く不向きであ
る。
この点最近の金属酸化物（酸化アルミニウム等）または
電解質（塩化リチウム等）等を用いた静電容量式または
電気抵抗式湿度センサーは小形軽量で取扱いも容易であ
り、かつ測定値が電気信号として得られるさころから開
発に力が注がれている。
電解質（塩化リチウム等）等を用いた静電容量式または
電気抵抗式湿度センサーは小形軽量で取扱いも容易であ
り、かつ測定値が電気信号として得られるさころから開
発に力が注がれている。
しかしながら、これらのセンサーは抵抗体の吸着現象に
よって再現性が不十分であり、経時変化も大きいため、
信頼性の面で実用化の域に達していない。さらに最近に
なって、厚みすべり振動する圧電共振子（水晶振動子）
の少なくとも一方の表面に吸湿性物質の薄膜を形成し、
湿度変化に伴うこの圧電共振子の共振周波数の変化から
湿度を検出する湿度センサーも公表されている（特開昭
５２−５５５８０号公報）。しかしながらこの湿度セン
サーは、これより以前のセンサーに比較すれば応答連関
かやや速いが、しかし、内燃機関の特性改善のために機
関の吸入気中の水蒸気量を計測して連続的に制御しよう
とする場合のように極めて速い応答性が要求される場合
に適用するには、前記公開公報に開示された程度の応答
特性では列置不十分である。また互換性のある製品を得
ることが実際には困難である。
よって再現性が不十分であり、経時変化も大きいため、
信頼性の面で実用化の域に達していない。さらに最近に
なって、厚みすべり振動する圧電共振子（水晶振動子）
の少なくとも一方の表面に吸湿性物質の薄膜を形成し、
湿度変化に伴うこの圧電共振子の共振周波数の変化から
湿度を検出する湿度センサーも公表されている（特開昭
５２−５５５８０号公報）。しかしながらこの湿度セン
サーは、これより以前のセンサーに比較すれば応答連関
かやや速いが、しかし、内燃機関の特性改善のために機
関の吸入気中の水蒸気量を計測して連続的に制御しよう
とする場合のように極めて速い応答性が要求される場合
に適用するには、前記公開公報に開示された程度の応答
特性では列置不十分である。また互換性のある製品を得
ることが実際には困難である。
本発明はこれらの点に鑑みなされたものであり、応答性
及び再現性に優れ特に速やかな応答性が要求される湿度
の連続的制御を目的とする計測にも適した水蒸気量セン
サーを提供しようとするものである。本発明者は上述の
目的を満足する水蒸気量センサーを得べく種々実験を行
なった。従来は湿度センサーには吸湿物質を塗着又は貼
付せねばならないと考えられていたが、種々実験の結果
当該分野における技術者にとって従来全く予想し得なか
った意外な実験データが得られた。本発明はこの実験デ
ータに基づいて完成に導かれ、所期の（目的を達成した
ものである。以下図面を用いて本発明の実施例について
詳述することにより本発明を明らかにする。
及び再現性に優れ特に速やかな応答性が要求される湿度
の連続的制御を目的とする計測にも適した水蒸気量セン
サーを提供しようとするものである。本発明者は上述の
目的を満足する水蒸気量センサーを得べく種々実験を行
なった。従来は湿度センサーには吸湿物質を塗着又は貼
付せねばならないと考えられていたが、種々実験の結果
当該分野における技術者にとって従来全く予想し得なか
った意外な実験データが得られた。本発明はこの実験デ
ータに基づいて完成に導かれ、所期の（目的を達成した
ものである。以下図面を用いて本発明の実施例について
詳述することにより本発明を明らかにする。
第１図は本発明の一実施例としての水蒸気量センサーの
正面図、第２図は第１図の水蒸気量センサーの平面図で
ある。第１図及び第２図において対応部にはそれぞれ同
一符号を付しである。図において１は圧電気現象を生じ
る圧電体としての水晶片であり、該水晶片ｌの表面及び
裏面の中央部には、それぞれこの圧電体としての水晶片
１に振動電圧を印加するための箔状の金電極２．２／が
対向する対をなして配され、これら金電極２，２′の前
記水晶片１に接していない側の面はそれぞれ直接外気に
接触するように露出されている。従って前記水晶片１及
び一対の金電極２，２′は公知の水晶振動子における水
晶片及び電極と同様の形状をなしている。前記金電極２
，２′からはそれぞれ耐蝕性金属（例えばステンレス鋼
、ロジウム等）製のリード線８．８′が導出され、これ
らのリード線８．８′は絶縁ガラス等よりなるベース４
によりそれらの相対位置が固定されている。なお前記各
リード線８，８′は、各対応する金電極２，２′に接触
する部分が小径のコイルスプリング状となされ、それぞ
れ金電極２，２′とともに水晶片１を挾んで支持するよ
うになされている。
正面図、第２図は第１図の水蒸気量センサーの平面図で
ある。第１図及び第２図において対応部にはそれぞれ同
一符号を付しである。図において１は圧電気現象を生じ
る圧電体としての水晶片であり、該水晶片ｌの表面及び
裏面の中央部には、それぞれこの圧電体としての水晶片
１に振動電圧を印加するための箔状の金電極２．２／が
対向する対をなして配され、これら金電極２，２′の前
記水晶片１に接していない側の面はそれぞれ直接外気に
接触するように露出されている。従って前記水晶片１及
び一対の金電極２，２′は公知の水晶振動子における水
晶片及び電極と同様の形状をなしている。前記金電極２
，２′からはそれぞれ耐蝕性金属（例えばステンレス鋼
、ロジウム等）製のリード線８．８′が導出され、これ
らのリード線８．８′は絶縁ガラス等よりなるベース４
によりそれらの相対位置が固定されている。なお前記各
リード線８，８′は、各対応する金電極２，２′に接触
する部分が小径のコイルスプリング状となされ、それぞ
れ金電極２，２′とともに水晶片１を挾んで支持するよ
うになされている。
上述のような構成の本発明の水蒸気量センサーは以下の
ように作用する。発明者は本発明の水蒸気量センサーを
被測定気体中に置き、外部から前記リード線８，８／を
通して振動電圧を与え、そのときの水蒸気量センサーの
共振周波数を測定する実験を行った。この実験の結果、
被測定気体中の水蒸気量の変化と水蒸気量センサーの共
振周波数の遷移値との間には応答性及び再現性の極めて
よい一定の対応関係が存在することが明らかとなった。
ように作用する。発明者は本発明の水蒸気量センサーを
被測定気体中に置き、外部から前記リード線８，８／を
通して振動電圧を与え、そのときの水蒸気量センサーの
共振周波数を測定する実験を行った。この実験の結果、
被測定気体中の水蒸気量の変化と水蒸気量センサーの共
振周波数の遷移値との間には応答性及び再現性の極めて
よい一定の対応関係が存在することが明らかとなった。
このように応答性及び再現性の極めてよい一定の対応関
係があるのは、本発明のセンサーは吸湿物質を全く有し
ないために応答を遅らせる程多量の水蒸気を吸収しまた
は放出する作用がなく、共振周波数の遷移は同相である
センサーの電極及び水晶片の外表面と気相である被測定
気体との界面における吸着現象によってこの界面の水蒸
気がセンサーに影響を与えるためであると考えられる。
係があるのは、本発明のセンサーは吸湿物質を全く有し
ないために応答を遅らせる程多量の水蒸気を吸収しまた
は放出する作用がなく、共振周波数の遷移は同相である
センサーの電極及び水晶片の外表面と気相である被測定
気体との界面における吸着現象によってこの界面の水蒸
気がセンサーに影響を与えるためであると考えられる。
従って本発明の水蒸気量センサーの共振周波数から被測
定気体中の水蒸気ｍ（例えば相対湿度）を正確に知るこ
とができる。このように何等の吸湿性物質も特設されて
いないセンサーによって水蒸気量の測定が正確に行ない
得ることは、従来当該分野においては全く予想されなか
ったことであり、画期的な結果である。本発明の水蒸気
量センサーの特性を、本発明と同様の形状を有し、金電
極にかえて銀電極とした装置（水晶片としてはｌ Ｑ
ＭＨｚ仕様のＡＴカットの水晶片を適用したもの）を用
いてシミュレーションを行なった結果を第８図のグラフ
に示す。第８図のグラフにおいて、縦軸は共振周波数の
遷移量−Δｆ （：Ｈｚ ）、横軸は相対湿度〔％〕で
あり、測定点としてはＪＩ８ に規定された湿度の定
点（塩類の飽和水溶液と共存して平衡にある気体の相対
湿度）等を選んでいる。なおこの特性は気温２５℃にお
ける測定結果である。本発明の水蒸気量センサーは前述
の公開公報所載の従来のセンサーに比し格段に優れた応
答性（従来１００％応答に約２０秒ないし数分要し７て
いたのに対し、本発明では約０．５秒以下）及び再現性
（±１％）を有している。これは次のような理由による
ものと考えられる。すなわち、上記従来のセンサーは、
吸湿性樹脂を小さな圧電共振子上に均一な薄膜を形成す
るように（実際には製品にばらつきが生じないようにこ
のような薄膜を形成するのけ困難であるが）配している
ので、吸湿性樹脂が水蒸気を吸収し、まだは放出するの
に時間がかかるので応答が遅れ、また高湿分囲気中では
吸湿性樹脂が多量に水分を含んで粘着性をもちはじめ、
塵埃等がセンサーに付着しやすくなるので、この付着し
た塵埃等の影響で特に高湿度領域の測定時にヒステリシ
スが増大してくる。また物性上の制約から使用温度範囲
も０〜５０℃程度に限定される。これに対し本発明の装
置は上述の応答遅れやヒステリシスの原因となる吸湿性
樹脂を有しないので、極めて応答が速く、高湿度高温度
領域においてもヒステリシスをほとんど生じない。また
本発明の装置は画一的に量産することが困難な吸湿性樹
脂の薄膜を有しないので、品質にばらつきのない製品が
容易に量産でき、互換性に富んでいる。
定気体中の水蒸気ｍ（例えば相対湿度）を正確に知るこ
とができる。このように何等の吸湿性物質も特設されて
いないセンサーによって水蒸気量の測定が正確に行ない
得ることは、従来当該分野においては全く予想されなか
ったことであり、画期的な結果である。本発明の水蒸気
量センサーの特性を、本発明と同様の形状を有し、金電
極にかえて銀電極とした装置（水晶片としてはｌ Ｑ
ＭＨｚ仕様のＡＴカットの水晶片を適用したもの）を用
いてシミュレーションを行なった結果を第８図のグラフ
に示す。第８図のグラフにおいて、縦軸は共振周波数の
遷移量−Δｆ （：Ｈｚ ）、横軸は相対湿度〔％〕で
あり、測定点としてはＪＩ８ に規定された湿度の定
点（塩類の飽和水溶液と共存して平衡にある気体の相対
湿度）等を選んでいる。なおこの特性は気温２５℃にお
ける測定結果である。本発明の水蒸気量センサーは前述
の公開公報所載の従来のセンサーに比し格段に優れた応
答性（従来１００％応答に約２０秒ないし数分要し７て
いたのに対し、本発明では約０．５秒以下）及び再現性
（±１％）を有している。これは次のような理由による
ものと考えられる。すなわち、上記従来のセンサーは、
吸湿性樹脂を小さな圧電共振子上に均一な薄膜を形成す
るように（実際には製品にばらつきが生じないようにこ
のような薄膜を形成するのけ困難であるが）配している
ので、吸湿性樹脂が水蒸気を吸収し、まだは放出するの
に時間がかかるので応答が遅れ、また高湿分囲気中では
吸湿性樹脂が多量に水分を含んで粘着性をもちはじめ、
塵埃等がセンサーに付着しやすくなるので、この付着し
た塵埃等の影響で特に高湿度領域の測定時にヒステリシ
スが増大してくる。また物性上の制約から使用温度範囲
も０〜５０℃程度に限定される。これに対し本発明の装
置は上述の応答遅れやヒステリシスの原因となる吸湿性
樹脂を有しないので、極めて応答が速く、高湿度高温度
領域においてもヒステリシスをほとんど生じない。また
本発明の装置は画一的に量産することが困難な吸湿性樹
脂の薄膜を有しないので、品質にばらつきのない製品が
容易に量産でき、互換性に富んでいる。
このことは苛酷な条件下で使用されるセンサーさして極
めて重要な利点である。また一般に従来の電気式湿度セ
ンサーは高湿領域における測定では湿度が一定でも時間
の経過とともに指示値が増大する傾向を呈していた。こ
の現象はまだ十分に解析されていないが、水分を多く吸
着したセンサーにおいて電極近傍等で何等かの電気化学
的反応がひき起こされていることによるものであると推
定される。従来はこの対策としてセンサーを周囲温度よ
り高温を保つよう加熱して吸着した水分を迅速に離脱さ
せる方法（特開昭５４−９４０９０号公報）が考案され
ていたが、このような方法をとればセンサー近傍の湿度
が本来測定の対象となる湿度と差異を生じてしまう。本
発明の装置によれば上述のように高湿領域においても迅
速確実に測定ができこのような問題は全くない。また本
発明の装置は金電極と耐蝕性金属リード線を用いている
ので腐食性ガス分囲気中での連続使用も可能であり、ま
た塵埃等が付着しても洗滌することができ経年変化も極
めて少ない。また使用温度範囲も一８０〜＋２５０℃で
実用的な測定が可能である。
めて重要な利点である。また一般に従来の電気式湿度セ
ンサーは高湿領域における測定では湿度が一定でも時間
の経過とともに指示値が増大する傾向を呈していた。こ
の現象はまだ十分に解析されていないが、水分を多く吸
着したセンサーにおいて電極近傍等で何等かの電気化学
的反応がひき起こされていることによるものであると推
定される。従来はこの対策としてセンサーを周囲温度よ
り高温を保つよう加熱して吸着した水分を迅速に離脱さ
せる方法（特開昭５４−９４０９０号公報）が考案され
ていたが、このような方法をとればセンサー近傍の湿度
が本来測定の対象となる湿度と差異を生じてしまう。本
発明の装置によれば上述のように高湿領域においても迅
速確実に測定ができこのような問題は全くない。また本
発明の装置は金電極と耐蝕性金属リード線を用いている
ので腐食性ガス分囲気中での連続使用も可能であり、ま
た塵埃等が付着しても洗滌することができ経年変化も極
めて少ない。また使用温度範囲も一８０〜＋２５０℃で
実用的な測定が可能である。
以上を要するに、本発明の水蒸気量センサーは、応答性
、再現性、信頼性、保守の容易性及び経時変化等の緒特
性について、湿度の連続的制御を目的とする計測に適用
するにも十分満足できる性能を有するものである。
、再現性、信頼性、保守の容易性及び経時変化等の緒特
性について、湿度の連続的制御を目的とする計測に適用
するにも十分満足できる性能を有するものである。
また本発明の特殊な用途として、相対湿度１００％以上
の領域、すなわち湯気が存在する分囲気において、その
水分量を推定するためのセンサーとして用いたり、本発
明の装置を特殊な半透膜で密閉して被測定溶液中に沈め
、その溶液中の水分量を測定するだめのセンサーとして
も応用することができる。
の領域、すなわち湯気が存在する分囲気において、その
水分量を推定するためのセンサーとして用いたり、本発
明の装置を特殊な半透膜で密閉して被測定溶液中に沈め
、その溶液中の水分量を測定するだめのセンサーとして
も応用することができる。
なお、上述においては圧電体として水晶片を用いた場合
の実施例について説明したが、圧電体としては、水晶片
にかえて、圧電セラミック片、圧電音叉、または超音波
共振体等を適用することも可能である。これらの圧電体
の選択は価格、共振周波数等を測定の目的や表示回路部
の仕様等に合わせて勘案し、任意に行なえばよい。
の実施例について説明したが、圧電体としては、水晶片
にかえて、圧電セラミック片、圧電音叉、または超音波
共振体等を適用することも可能である。これらの圧電体
の選択は価格、共振周波数等を測定の目的や表示回路部
の仕様等に合わせて勘案し、任意に行なえばよい。
第１図は本発明の水蒸気量センサーの実施例を示す正面
図、第２図は第１図の水蒸気量センサーの平面図、第８
図は本発明の水蒸気量センサーの特性をシミュレーショ
ンにより求めた結果としてのグラフである。 １・・・圧電体（水晶片） ２．２′・・・金電極 ８．８′・・リード線 ４・・・ベース 代理人 弁理士 東島隆治
図、第２図は第１図の水蒸気量センサーの平面図、第８
図は本発明の水蒸気量センサーの特性をシミュレーショ
ンにより求めた結果としてのグラフである。 １・・・圧電体（水晶片） ２．２′・・・金電極 ８．８′・・リード線 ４・・・ベース 代理人 弁理士 東島隆治
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （り圧電体、該圧電体に振動電圧を印加するように一対
の所定位置に一方の面が直接外気に接触するようにして
それぞれ配された箔状の金電極、及び前記各金電極から
それぞれ導出されたリード線を有する水蒸気量センサー
。 （２）前記圧電体は水晶片である特許請求の範囲第１項
記載の水蒸気量センサー。 （３）前記圧電体は圧電セラミック片である特許請求の
範囲第１項記載の水蒸気量センサー。 （４１前記圧電体は圧電音叉である特許請求の範囲第１
項記載の水蒸気量センサー。 （６）前記圧電体は超音波共振体である特許請求の範囲
第１項記載の水蒸気量センサー。 （６）前記リード線は耐蝕性金属である特許請求の範囲
第１項ないし第５項記戦の水蒸気量センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11263081A JPS5814031A (ja) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | 水蒸気量センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11263081A JPS5814031A (ja) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | 水蒸気量センサ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5814031A true JPS5814031A (ja) | 1983-01-26 |
Family
ID=14591533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11263081A Pending JPS5814031A (ja) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | 水蒸気量センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5814031A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6453130A (en) * | 1987-06-02 | 1989-03-01 | Esu Deijiyoratsupu Robaato | Constant temperature operation type hygrometer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5160584A (en) * | 1974-11-25 | 1976-05-26 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Shimokenchi sochi |
-
1981
- 1981-07-17 JP JP11263081A patent/JPS5814031A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5160584A (en) * | 1974-11-25 | 1976-05-26 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Shimokenchi sochi |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6453130A (en) * | 1987-06-02 | 1989-03-01 | Esu Deijiyoratsupu Robaato | Constant temperature operation type hygrometer |
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