JPS58205844A - 乾燥・結露・着霜識別センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、乾燥、結露および着霜の３状態をインピー
ダンスの変化として検出する乾燥・結露・着霜識別セン
サに関する。

各種電気機器において湿度制御は重要な問題であるため
、優れた湿度センサの開発が要望されている。また、特
定の装置においては結露による特性劣化の他に、ｗｉｇ
による特性の劣化が問題となっている。たとえば冷凍機
関係では着霜が生じると効率が低下し、霜を除去（るこ
とが必要となる。

そこでｗｉｉ状態を検出し得るセンサの開発が望まれて
いる。

従来、結露センサーとしては、たとえば結露による抵抗
値の変化を利用りるものなど種々の形式のセンサが開発
されている。他方、着霜センサとしては、共振体の共振
周波数が霜の付着により変化することを利用したものな
どが開発されている。

しかしながら、単一の素子で、結露および着霜の双方す
なわち乾燥・結露・着霜の３状態を検出し得るものは未
だなかった。したがって、装置が、乾燥、結露および着
霜の３つの状態のいずれにあるかを検出するには、少な
くとも２個の独立した検出素子が必要であり、装置を複
雑化していた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、乾燥、結露およ
び着霜の３状態のいずれにあるかを正確に検出し得るよ
うな乾燥・結露・着霜識別センサを提供することである
。

この発明は、要約すれば、所定距離を隔てて対向配置さ
れた半導体セラミクスからなる複数個の検知素体を備え
、この各半導体セラミクス間のインピーダンス変化によ
り、乾燥、結露および着霜の３状態を検出する、乾燥・
結露・着霜識別センサである。

この発明のその他の目的と特徴は、図面を参照して行な
う以下の詳細な説明により一層明らかとなろう。

第１図および第２図は、この発明の乾燥・結露・着霜識
別センサの具体的構造の一例を説明するための斜視図お
よび縦断面図である。第１図を参照して、半導体セラミ
クスからなる複数個の検知素体１．２を準備する。各検
知素体１，２には、リード線３．４が埋設して接続され
ている。次に、各検知素体１．２を所定距離を隔てて、
対向配置する。対向配置された各検知素体１．２を、第
２図に縦断面図で示されるように、絶縁スペーサ５゜６
を用いて固定する。このようにして、この発明の乾燥・
結露・着霜識別センサの一具体例が完成される。なお、
この発明の乾燥・結露・肴ｍ＊別センサの構造について
は、第１図および第２図に図示されたものに限られず、
様々な形状にすることが可能であることを指摘してお（
。たとえば、検知素体１，２は、第１図に示されたよう
な四角形のプレートに限られず、円板状であってもよい
。

また、リード線３．４の接続についても、図示のものに
限らず、各検知素体に取出電極を設け、それに接続して
もよ（、あるいは各検知素体１．２のいずれの位置に接
続されてもよい。すなわち、リード１３．４は、各検知
素体１．２ｆｌｆｌのインピーダンス変化を検出し得る
ようにさえ接続されておればよい。

この発明の検知素体に用いられる半導体セラミクスとし
ては、具体的には、たとえば半導体チタン酸バリウム、
半導体チタン酸ストロンチウム、（Ｌａ　Ｓｒ　）　Ｃ
ＯＯｓ　、フェライトなどの半導体セラミクスが用いら
れ轡る。好ましくは、結露状態において、ｆ４１　Ｌ　
／ご水の中にイオンを導出し得るような半導体が用いら
れ、それによって対向配置された各検知素体間に付着し
た結露すなわち水の中にイオンが導出することにより、
各検知素体間の抵抗竺がこのイオンに基づく水の電気伝
導により極めて小さくなる。

次に、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの測定の
原理を、第２図に示した具体例に基づいて説明する。各
検知素体１．２間の抵抗値変化は、リード線３．４１８
１に所定の電流を流すことにより、インピーダンス変化
として測定することができる。

まず、乾燥状態では、検知素体１と検知素体２との間に
は空隙７（第２図を参照されたい。）に空気層が存在す
るため、リード線３．４間のインピーダンスは比較的大
きい値を示す。次に、結露状態では、検知素体１と検知
素体２との間に結露が生じ、したがって水の電気伝導に
よりリード線３゜４の間のインピーダンスは極めて小さ
くなる。特に、上述されたように、水中にイオンを導出
し得る半導体セラミクスで検知素体１，２を構成した場
合には、イオン伝導により、リード線３．４間のインピ
ーダンスはさらに小さくなる。着霜状態＝５− では、検知素体１と検知素体２の空隙７に氷が付着する
ため、リード線３．４の間のインピーダンス変化すなわ
ち検！Ｉｌｌ　＊　Ｋ−１と検知素体２との間の抵抗値
変化は、空１１ｊｉ７に形成された氷の誘電率により影
響される。着霜状態におけるリード線３゜４間のインピ
ーダンス値は、乾燥状態におけるインピーダンス値によ
りも大きな鎮または小さな値のいずれにもなり得る。な
ぜならば、検知素体１゜２間の抵抗値変化を測定するた
めの電流の周波数、検知素体１，２を構成する半導体の
抵抗温度系数により、リード１３．／１１１０のインピ
ーダンスは大きく彰−されると考え得るからである。し
たがって、測定周波数Ｊ３よび半導体の選定を適切に行
なうことにより、ｗ霜状態と乾燥状態とを識別すること
が可能である。なａ３、第３図に半導体セラミクスの抵
抗温度特性の例を参考として示す。

以上のように、この発明によれば、所定距離を隔てて対
向配置された半導体セラミクスからなる複数個の検知素
体を備え、各半導体セラミクス間の抵抗値変化により、
ｌｌ１１乾燥、着霜の３状態−〇− を識別することができ、しかもセンサの構造が比較的簡
単であるため、信頼性に優れた乾燥・結露・ＷａＳ別セ
ンサを得ることができる。また、所定距離を隔てて対向
配置された検知素体の相互に対向する面に金属からなる
電極を形成しないため結露および着霜状態において付着
する水もしくは氷などの金属電極への付着による電極の
腐食は生じず、したがって耐久性に優れた乾燥・結露・
着霜識別センサを得ることができる。さらに、測定周波
数を変化することにより、検知素体間のインピーダンス
変化を任意に設定することができ、乾燥、結露および着
霜の３状態を正確に識別することがぐきる。なお、測定
周波数を高くすれば、検知索体間のインピーダンスは小
さくなることが確かめられている。

実施例１ 第４図に示されるような半導体チタン酸ストロンチウム
からなる円板９の一方端部に取出電極８を形成し、リー
ド線３をはんだ付けにより接続した。次に、エポキシ樹
脂によりリード線３と電極８との接続部分をコーティン
グした。このようにして形成した検知素体１を、２枚準
備し、ｌ！電極が形成されていない側を内側にして０．
５ｅ＋ｅの間隔を隔てて対向配置させて、乾燥・結露・
着雪識別センサを構成した。

乾燥、結露およびｗｍの３状態における各検知素体間の
インピーダンス変化を、リード線３．４の間に１Ｖの電
流を流し測定した。なお、測定電流の周波数は、５０１
１７および１００ＫＨ２の２つの条件に設定し／、：、
、ｉｔ！１定結宋定結筒１表に示す。

第１表から明らかなように、実施例１では、乾燥、結露
および着霜の３状態を明確に識別し得ることが理解され
るでａろう。

実施例２ １０１１１Ｘ２０ｍ−の大きさの半導体チタン酸バリウ
ムからなる角板の一端に、実施例１と同様に取出電極を
付け、リード線をはんだ付けにより接続した。次に、同
じ（実施例１と同様に、エポキシ樹脂で電極部分をコー
ティングした。このようにして形成された各検知素体を
、２枚準備し、０゜５ｉ＋ｍの間隔を隔てて対向配置さ
せて、乾燥・結露・着Ｎ識別センサを構成した。

乾燥、結露および着霜の３状態における各検知素体間の
インピーダンス変化を、周波数５０Ｈｚおよび１０　Ｋ
　ＨＺの２種の条件で測定した。測定結果を、第２表に
示す。

第２表から明らかなように、実施例２においても、乾燥
、結露および着霜の３状態を明確に識別することが理解
されるであろう。

次に、この発明の乾燥・結露・ｗ霜識別センサ９− を用いる結露・狛霜検知装置につき説明する。説明のた
めに、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの３状態
におＩＪるインピーダンス変化は、第５図に示される（
）のを用いることにする。すなわち、この結露・ｗｍ検
知＠習に用いられる乾燥・結露・着霜識別Ｉ！ンリは、
乾燥状態で最大のインピーダンス値を示し、結露状態で
最小値を示し、着霜状態で中間値を示す。

第６図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサを用
いる結露・着霜検知装置の一例を説明するためのブロッ
ク図である。第６図を参照して、この装置は、この発明
の乾燥・結露・着雪識別センサを含む検知部１０．検知
部１０の出力が与えられる２個の比較回路１１．１２、
比較回路１１に比較信号としての第１基準レベル信号を
入力する第１基準レベル設定手段１３、比較回路１２の
比較信号としての第２ＪＩ！準レベル信号を入力する第
２基準レベル設定手段１４および比較回路１１゜１′２
の出力により乾燥・結露・着霜の３状態を判別する判別
回路１５（第６図において１点鎖線で１０− 囲まれた部分）から構成される。

検知部１０は、この発明の乾燥・結露・＠Ｗ識別センサ
を含み、乾燥・結露・着霜の３状態で第５図のように変
化するインピーダンスに対応した信号を出力する。検知
部１０の出力は、第１の比較手段としての比較回路１１
およびＭ２の比較手段としての第２の比較回路１２に与
えられる。第１の比較回路１１には、第１基準レベル設
定手段により第１基準レベル信号が入ノコされる。この
信号の持つ第１基準レベルは、第５図から明らかなよう
に、結露状態における検知部１０のインピーダンスと着
霜状態における検知部１０のインピーダンスとの間に設
定される。第１の比較回路１１は、検知部１０のインピ
ーダンスと第１基準レベルとを比較し、検知部１０のイ
ンピーダンスの方が大ぎい場合にハイレベルの信号を出
力し、検知部１０のインピーダンスの方が小さい場合に
はローレベルの出力信号を出力する。他方、第２の比較
回路１２には、第２１準レベル設定手段より第２Ｊ！準
レベル信号ゲ入力される。この信号の持つ第２基準レベ
ルは、第５ｙ！Ｊから明らかなように、乾燥状態におけ
る検知部１ｏのインピーダンスと着霜状態における検知
部１０のインピーダンスとの間の値に設定される。した
がって、第２の比較回路１２は、検知部１０のインピー
ダンスと第２基準レベルとを比較し、検知部１ｏのイン
ピーダンスの方が大きい場合にハイレベルの信号を、逆
の場合にはローレベルの信号を出力する。

このように、第１おＪ：び第２の比較回路１１゜１２は
、検知部１０のインピーダンスの変化に応じて、ハイレ
ベルまた１、ｉｎ−レベルの信号を出力する。この各比
較回路１１．１２の出力は、第５図に示された関係から
明らかなように、次に掲げる第３表に示される。第３表
において、Ｈはハイレベルの信号を、Ｌはローレベルの
信号を、それぞれ示す。

（以下余白） １□ 比較回路１１．１２の出力は、判別回路１５に与えられ
る。判別回路１５は、２個のインバータ１１．Ｉ２およ
び３個のノアゲーｔ”Ｇｚ、Ｇｚ。

Ｇ、から構成される。第１の比較回路１１の出力は、イ
ンバータ■、の入力端子およびノアゲートＧ、の一方入
力端子に与えられる。インバータＩ、の出力は、ノアゲ
ートＧ１．Ｇ２の各一方入り端子に与えられる。他方、
第２の比較回路１２の出力は、インバータ■２の入力端
子、ノアゲートＧ２の他方端子およびノアゲートＧ、の
他方入力端子に与えられる。インバータＩ２の出力は、
ノアゲートＧ、の他方入力端子に与えられる。なお、こ
の判別回路１５は正論理を採用している。

以上のように構成される判別回路１５は、乾燥、結露お
よびｌｌｌ１の３状態を次のように判別する。

１３− 今、乾燥状態では、第３表から明らかなように、比較回
路１１．１２はともにハイレベルの信号を出力する。第
１の比較回路１１からのハイレベルの信号はインバータ
Ｉ、およびノアゲートＧ、に与えられる。インバータ１
．に入力されたハイレベルの信号は、ローレベルの信号
に反転されて、ノアゲートＧ１およびＧ２に与えられる
。他方、第２の比較回路１２からのハイレベルの信号は
、インバータ１２、ノアゲートＧ２およびノアゲーｔ−
Ｇ、にりえられる。インバータ■２に入りされたハイレ
ベルの信号は、ローレベルの信号に反転されてノアゲー
トＧ、に与えられる。以上のように、乾燥状態では、ノ
アゲーｔ−Ｇ、のみが、その双方の入力端子にローレベ
ルの信号を入力される。

したがって、ノアゲートＧ、のみがハイレベルの信号を
出力する。同様に、検知部１０が着霜状態にあるときは
一１第３表から明らかなように、第１の比較回路１１は
ハイレベルの信号を出力し、第２の比較回路１２がロー
レベルの信号を出力するため、ノアゲートＧ２のみが、
その双方の入力端１４− 子にローレベルの信号を入力される。したがって、ノア
ゲートＧ２のみがハイレベルの信号を出力する。また、
検知部１０が結露状態にあるときは、第１および第２の
比較回路１１．１２は、ともにローレベルの信号を出力
するため、ノアゲートＧ、のみに、その双方の入力端子
がローレベルの信号を入力されるので、ノアゲートＧ、
のみがハイレベルの信号を出りする。

以上の説明から明らかなように、乾燥状態ではノアゲー
トＧ、が信号を出力し、着霜状態ではノアゲートＧ２が
信号を出力し、結露状態ではノアゲートＧ、が信号を出
力する。したがって、乾燥、結露および着霜の３状態を
判別することが可能となる。

第７図は、第６図に示された結露、着霜検知装置をより
具体的に説明するための回路図であり、第８図および第
９図は第７図の回路の動作を説明するための図である。

第７図に示される回路は、この発明の乾燥・結露・着霜
識別センサ２０、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６、コンパレータ２
１．２２および第８図に示されたものと同様の判別回路
２５（第７図で１点鎖線で示された部分）を基本的構成
要素とする。乾燥・結露・着霜識別センサ２０は、第５
図のように、乾燥、結露および着霜の３状態でそのイン
ピーダンスが変化する。乾燥・結露・着霜識別センサ２
０のインピーダンス変化は電圧の炭化として、ＭＯＳ−
ＦＥＴ２６のゲーＩ一端子に入力される。この入力は、
ＭＯＳ−ＦＥＴ２６で増幅・反転されて、コンパレータ
としてのオペレーションアンプ２１．２２に入力される
。各オペレーションアンプ２１．２２には、可変抵抗２
３．２４より第１および第２の基準レベル電圧がそれぞ
れ入力される。オペレーションアンプ２１．２２の出力
は、判別回路２５に与えられる。判別回路２５の構成は
、第６図に示された判別回路１５と同様であるため、相
当の参照′＃Ｉ＠をｆｌすることによりその説明を省略
する。　　、：・淘 このように構成される第７図の回路では、乾燥、結露お
よび着雪の３状態で、乾燥・結露・着霜識別センサ２０
のインピーダンスが変化するため、乾燥・結露・着霜識
別センサ２０はインピーダンスの変化に対応した電圧変
化を出力する。第７図の回路の接続点Ｘにおける電圧の
変化が、第８図に示される。乾燥・結露・着霜識別セン
サ２０よりの出力電圧は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６で増幅・
反転されて出力される。この出力電圧すなわち第７図の
接続点Ｙにおける電圧は、第９図に示される。

第９図から明らかなように、接続点Ｙにおける出力電圧
は、乾燥状態で最大値を示し、結露状態で最小値を示し
、着霜状態で中間値となる。ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の出力
電圧は、オペレーションアンプ２１．２２に入力される
。他方、各オペレーションアンプ２１．２２には可変抵
抗２３．２４によりレベル設定された第１および第２の
基準レベル電圧が入力される。第１および第２の基準レ
ベル電圧は第９図に示されるような値に選ばれる。

すなわち、第１の基準レベル電圧は着霜状態における出
力電圧と結露状態における出力電圧との間の値に選ばれ
、第２の基準レベル電圧は乾燥状態１７− にお９ノる出力電圧と着霜状態における出力電圧との間
の値に選ばれる。各オペレーションアンプ２１．２２は
、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の出力電圧と、第１基準レベル電
圧または第２基準レベル電圧とをそれぞれ比較する。し
たがって、乾燥・結露・着１ｌｉｉｌ別センサ２０のイ
ンピーダンス変化は、電圧変化として比較される。各オ
ペレーションアンプ２１．２２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６
の出力電圧の方が大きい場合にはハイレベルの信号を出
力し、逆の場合にはローレベルの信号を出力する。オペ
レーションアンプ２１．２２の出力信号は、第６図の比
較回路１１．１２について示された第３表の出力真ｌｌ
！値と同様になる。各オペレーションアンプ２１．２２
の出力信号は判別回路２５に入力されるが、判別回路２
５の動作については、第６図の判別回路１５と同様であ
るためその説明を省略する。

なお、第６図および第７図に示された各回路は、この発
明の乾燥・結露・＠Ｍ１Ｍ別センサを用いた結露・着霜
検知＊Ｗの単なる一例に１ぎす、した１８− がって第１および第２の比較回路ならびに判別回路につ
いては、当業者が容易に想到し得る範囲で様々に変形し
得ることを指摘しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの一
具体例を説明するための斜視図である。 第２図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの一
具体例の縦断面図である。第３図は、この発明に用いら
れる半導体セラミクスの抵抗濃度特性の具体的例を示す
図である。第４図は、この発明の一実施例に用いられる
検知素体の平面図である。第５図は、この発明の乾燥・
結露・着霜識別センサを用いた結露・着霜検知装置に使
用する、乾燥・結露・着霜識別センサのインピーダンス
特性を示す図である。第６図は、結露・着霜検知装置の
一例のブロック図であり、第７図は第６図にブロック図
で示された結露・着霜検知装置の具体的な回路図である
。第８図は、第７図の回路の接続点Ｘにおける出力電圧
を示す図である。第９図、第７図の回路の接続点Ｙにお
ける出力電圧を示す図である。 図において、１．２は検知素体を示す。 第１図 めｊ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　所定距離を隔てで対向配置された半導体セラミ
   クスからなる複数個の検知素体を備え、前記各半導体セ
   ラミクス間のインピーダンス変化により、乾燥、結露お
   よび着霜の３状態を検出する、乾燥・結露・着霜識別セ
   ンサ。
2. （２）　前記検知素体は、結露状態で結露中にイオンを
   導出し得る半導体セラミクスである、特許請求の範囲第
   １項記載の乾燥・結露・着霜識別センサ。