JPS6398552A - おん度補償湿度検出改良回路 - 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】 〔産業上のｆｌｌ用分野〕 本発明は湿度変化に応じた信号を検出して湿度信号とし
て出力する湿度検出回路について、特にわん度補償機俺
が高精度となるように性濠な高めた、おん度補償湿度検
出改良回路に関するものである。

〔従来の技術〕

湿度センサは湿度を電気信号に変換するデバイスであり
、空間の湿度を単に測定する他に空間の湿度調節用の空
′：Ａ機、除湿機、加湿機等を自動制御するために使用
される。また近年、湿度センサとしてセラミックセンサ
が８用されている。セラミックセンサは金属酸化物の多
孔質焼結体から成る感湿抵抗体であり、ＭｇＣｒ２Ｏ４
−Ｔｉ０２系、Ｖ２０５−Ｔ　ｉ　０２　、系等のもの
が知られており、該孔内に湿度に応じて吸ｊ税着される
水分子の多少により、その電気抵抗が指数的に変化する
特性により湿度センサとして利用される。ところがこの
ようなセラミックセンサは感湿特性のほかにおん変時性
をも有しており、そのインピーダンス値がおん度の変化
により変動するので、湿度測定に使用するときは、湿度
検出回路中におん度補償回路を設けたものが発表されて
いる。しかしながらこのような補償回路の構成は湿度セ
ンサのおん度補償を行なうために複数のオペアンプや多
数の抵抗等々を用いる必要があり、回路構成が複雑とな
って回路基板の複雑化を招来させ、ひいては、回路装置
のコストダウンが図れない欠点があった。

そこで欠点を除去し回路を簡潔高能率化するため、本願
出願人は既に第５図に例示するような湿度検出回路を提
案した（特願昭Ｅｉｌ　−１１７４１４号）。

この第５図の回路はおん度による出力誤差を小さくする
ために湿度センサ２のサーミスタ定数と同一のサーミス
タ定数を有するおん度補償素子３を湿度センサ２に直列
に接続しておん度による影響を補償したものである。即
ち所定の印加電圧を発生する発振回路１の出力端に湿度
センサ２の一端が接続されており、発振回路１から出力
される所定の交流印加電圧が湿度センサ２に印加され、
湿度センサ２の′ＩＪＡ定する雰囲気の湿度が変化する
と、湿度センサ２とおん度補償素子３との接続点から湿
度変化に応じた検出信号が得られるが、この検出信号は
湿度センサ２及びおん度補償素子３の各サーミスタ定数
が等しいのでおん度依存性がないものとなっている。こ
の検出信号は！：ｉ流回路８により整流されて直流信号
となり、増幅回路４により直流増幅され、比較回路５で
基準信号と比較されてその大小関係に応じた出力が出力
回路６に出力され、出力回路６から測定雰囲気の湿度に
応じたオンオフ信号が出力されるものである。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、湿度センサに使われているセラミック組
成物と同一・のサーミスタ定数を有するおん度補償素子
を見つけ出すことは容易ではないし、入手ｉＪＴ　ｆｉ
素子中に存在しない場合もある。このような場合には所
ｑ！サーミスタ定数に近い値を有するおん度補ａ素子を
採用せざるを得ない。

従って、このような近似的サーミスタ定数のものを用い
ることにより、空間の湿度を調整するとおん度による出
力誤差が生ずるので、結局従来最新の技術を用いたとし
ても、第４図中破［Ｂで示すように比較的高おん度及び
比較的低おん度の範囲の出力においては、湿度検出の精
度が悪くなるという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記のような従来技術における問題点を解決
し、更に湿度検出の精度を向上せしむべくなされた、新
たな改良技術であり、以下にこれを開示する。即ち湿度
及びわん度の変化に応じてインピーダンス値が変化する
湿度センサとこのセンサに並列に接続された第１のイン
ピーダンスとから成る感湿回路の一端に湿度検出端の発
振回路を接続し、他端にわん度変化に応じてインピーダ
ンス値が変化するおん度補償素子と、この２に子に直列
に接続された第２のイピーダンスとに並列に第３のイン
ピーダンスが接続されて成るあん度補償回路を接続し、
更に前記他端に整流、。

比較１表示の機ず蔚を有する出力回路を接続して、おん
度補償特性を改良したものである。

前記出力回路は、整流回路と増幅回路と比較回路から成
るものであり、更にまた整流回路と対数変換と増幅回路
により成る構成を有するものも含まれる。

また末完ＩＪ１において使用される湿度センサはセラミ
ック焼結体のセンサである場合が含まれ、その組成は特
に限定しない。

おん度補償素子はおん度によってインピーダンス値が変
化し、前記湿度センサのわん度による変化を補僑するも
ので、例えばサーミスタがある。

このおん度補、償累子は湿度センサのサーミスタ定数に
最も近いサーミスタ定数を有するものを用いることが望
ましい。

〔作用〕

湿度検出端の発振回路から所定の電圧が感湿回路に印加
されると、感湿回路の湿度センサが、測定雰囲気の湿度
に応じた検出電気信号を湿度センナとわん度補償素子と
の接続点に発生する。この際に１本発明においては、わ
ん度変化に伴なう湿度センサのサーミスタ定数の変動を
、この湿度センサに並列に接続した第１のインピーダン
スと、湿度センサのサーミスタ定数に近似したサーミス
タ定数を有しかつわん度変化に応じてイノビーダンス値
が変化するわん度補償素子、この素子に直列に接続され
た第２のインピーダンス、及びわん度補償素子及び第２
のインピーダンスに並列に接続された第３のインピーダ
ンスから成るわん度補償回路と、によって補償して、わ
ん度変化による湿度検出の誤差を排除した正確な湿度の
検出が可能となる。

〔実施例〕

次に実施例を用いて、前記作用の具体内税す］笠も含め
１本発明について更に詳細に説明する。先ず、本説明の
原理は次の通りである。

一般に、半導体的性質を有する素子の特性として、成る
わん度変化（ＴＩからＴ２への変化）に対するインピー
ダンス値変化（Ｚｌから２２への変化）の数式的関係は
次のようになっている。

Ｚ２　＝　Ｚ　Ｌ　ｅｘｐ　Ｂ　（１／Ｔ２−１／Ｔ　
１＞−、−−−−−・−■ここで、Ｂはサーミスタ定数
（研究者間ではＢ定数と略称される）と称される定数で
あり、前記半導体的性質を有する素子（−例としてはセ
ラミックス）の夫々に固有のものである。

そこで、夫々サーミスタ定数を有する第一素子と第二素
子とを直列に接続し、その両端に所定電圧■を印加した
場合、第一素子の各わん度Ｔ１、Ｔ２に対するインピー
ダンス値を夫々Ｚｈｌ、Ｚｈ２、第二素子の各おん度Ｔ
Ｉ　、Ｔ２に対するインピーダンス値を夫々Ｚｔｌ、　
Ｚｔ２とし、画素子の接続点に表われる電圧を各おん度
ＴＩ　、Ｔ２についてＶＴＩ、ＶＴ２とすると、次のよ
うになる。

そこで、前記接続点の電圧がおん度に対する依存性を排
除するためには、常にＶＴｌ＝ＶＴ２なる関係が必要で
ある。

なる関係を成立させる必要がある。

−・方、第−素子及び第二素子は夫々サーミスタ定数Ｂ
ｈ、Ｂｔを有するので、 Ｚ　ｈ２＝　Ｚ　ｈｌｅｘｐ　Ｂ　ｈ（１／Ｔ２−１／
Ｔ　Ｏ−・−−（ａ）Ｚ　ｔ２＝　Ｚ　ｔｌｅｘｐ　Ｂ
　ｔ（１／Ｔ２−１／Ｔ　１）・−−−−■が成立して
いる。

従って、前記０式を恒常的に成立させるためには、各サ
ーミスタ常数Ｒｈ、Ｂｔを等しくすれば良いことが導出
゛される。

したがって、たとえば第一素子に湿度センサとしてのセ
ラミックスを用いた場合わん度のみならず湿度に対して
もイノビーダンス値の変化を示す特性があるので、上記
のようにサーミスタ常数を笠しくした接続状ｙムにすれ
ばその接続点からは湿度にのみ依存した信号が得られる
こととなる。

以ド更に上記の原理に基づき、たとえば発振回路から交
流を出力させたとき、近似したサーミスタ定数を有する
湿度センサとおん度補償素子を用い、かつその温度補償
の誤差を更に修正補償するインピーダンス素子の組合せ
によるおん度補償回路を用いた湿度検出改良回路例につ
いて詳説する。

第一図は本発明のわん度補償湿度検出改良回路の基本的
な実施例を示す図である。ｌは交流発振回路、２は湿度
センサ、３はおん度補償素子であり、Ｚｌ、Ｚ２及びＺ
３はインピーダンスである。感湿回路はインピーダンス
Ｚ１が湿度センサ２と並列に接続されて構成される。イ
ンピーダンスＺＬは低おん低湿においてセンサ２のイン
ピーダンス値が大きくなるのを抑えるような抵抗−おん
変時任を有している。おん度補償回路はインピーダンス
２．３が、おん度補償素子３と直列に接続されたインピ
ーダンスＺ２とに並列に接続されて構成されている。ま
た、おん度補償素子３に直列に接続されたインピーダン
スＺ２は高おんにおけるおん度補償素子３のインピーダ
ンス値の抵ドな補償するような抵抗−おん変時性を有し
ている。インピーダンスＺ３はあん度補償素子３の低お
んにおけるインピーダンス値の−Ｅ５１．を補償するよ
うな抵抗−おん変時性を有している・、このように３個
のインピーダンスを組み合わせ配設したことにより、出
力のおん度−抵抗特性を直線に近いものにすることがで
き、おん度補償特性が著しく改善される。従って発振回
路ｌから所定電圧の発振出力が湿度センサ２に印加され
ると、湿度センサ２は湿１■に応じた電気信号をＸ出力
として出力する。出力回路については整流、比較１表示
の機能を有すると共に、必要に応じ適宜増幅する。前述
の３個のインピーダンスの値はそれぞれ湿度センサ２及
びおん度補償素子３の持つインピーダンス値を上置して
決定されるものであり、特に限定はしない。

次に第２図及びｆＪＳ３図はそれぞれ第１図のＸ及び又
はＹについての本発明の湿度検出改良回路の実施例を示
す図である。第２図では感湿回路とおん度補償回路との
分圧（電圧）即ち発振回路ｌから電圧の分圧であるＸ出
力ＶｄがダイオードＤｉ　Ｄ２及びコンデンサＣ１から
成る整流回路により整流され、次に非反転増幅器ＯＰＩ
により電圧を安定化される。あん度補償がなされた湿度
センサ２の出力が増幅回路４により増幅された後に比較
回路５において、基準信号＄ｉ（図示省略）からの設定
湿度を表わす基準信号との比較が行なわれ、その結果の
出力が出力回路６から湿度信号として、或いは設定湿度
を保つための制御値として出力される。この出力が空調
制御機器等の制御に利用される。

第３図では、整流精度を高めかつ出力を増幅するために
、反転増幅器ＯＰ２、ダイオードＤ４、Ｄ５をそれぞれ
並列及び直列に入れた整流回路を湿度セレナ２に直列に
接続すると共に２反転増幅ムＯＰ２の帰、還回路におん
度補償回路を設けている。従って、帰還抵抗がおん度補
償抵抗となる。

ダイオードＤ４はリミッタ・ダイオードである。

コンデンサＣ２は電圧を平滑化するものであり。

対数変換回路７はセラミック湿度センサの抵抗−おん変
時性が指数特性であるため、センサ本来のこの特性を利
用して出力を直線化して１表示に際して見やすくなるた
めに出力を対数変換するものである。対数変換回路７か
らの出力は増幅回路４及び出力回路６を経て、例えば湿
度表示回路に接続される。

第４図は湿度検出回路のおん度−出力電圧特性を示す図
であり、従来技術のものＢとの比較において本発す１の
ものＡの効果を図示してる０例えば相対湿度を７０．ｒ
％ｌで一定にした場合に、Ａは第１図に示した本発明の
湿度検出回路の（出力Ｘにおける）おん度−出力電圧特
性を示し、Ｂは第５図に示した従来の湿度の検出回路の
おん度−出力電圧特性を示している。従来の湿度検出回
路ではＢのように高、おん及び低おんでの出力電圧はお
ん度の＃響を受けて甚だしく直線からずれるが、これに
対し、本発明の湿度検出改良回路は第四図のＡに示すよ
うに出力電圧は殆んどおん度による影響を受けない。

〔末完Ｉｌｌの効果〕

（１）以上詳細に説明したよりに、本発明のおん度補償
湿度検出改良回路によれば、湿度検出回路の湿度センサ
及びわん度補償素子に３個のインピーダンスを並列及び
直列に接続した簡潔な回路構成によって、高おん及び低
おんにおける出力のおん度補償の精度を著しく改善する
ことができるという顕著な効果が得られる。

（２）従って、このおん度補償のインピーダンス組み合
わせの回路は極めて簡潔で目的をほぼ達成し得るもので
あるから、従来技術に見られる非常に複雑な補償回路に
比較し、そのコストも格段に安上りとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本説明のわん度補償湿度検出改良回路の基本的
な実、施例を示す図、第２図及び第３図はそれぞれ本説
明の実施態様を示す図、ｔＪＳＡ図は本説明の湿度検出
改良回路と従来の湿度検出回路のあん度−出力電圧特性
を比較して示す図、第５図は従来の湿度検出回路を例示
する図である。 ｌ・・・発振回路、２・・・湿度センサ、３・・・わん
度補償素子、Ｚｌ〜ｚ３・・・・インピーダンス、Ｒ１
・・・抵抗、Ｄ１〜Ｄ５・・・ダイオード、ＣＩ　、Ｃ
２・・・コンデンサ、 ＯＰＩ　、ＯＦ２・・・増幅器 特許出願人　　　日本セメント株式会社代　　理　　人
　　弁　　理　　士　　　Ｆｉｔ　　中　貞　夫１・ニ
ー：了’！ｒ１．．。 （、−、− 第１図 第２図 第３図 第４国

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）湿度の高低に関する印加電圧を発振する発振回路
   と、湿度及びおん度の変化に応じてインピーダンス値が
   変化する湿度センサと該センサに並列に接続された第１
   のインピーダンスとから成る感湿回路であってその一端
   が前記発振回路に接続された感湿回路と、前記湿度セン
   サのサーミスタ定数に近似した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値が変化するおん
   度補償素子と該おん度補償素子に直列に接続された第２
   のインピーダンスと前記直列接続されたおん度補償素子
   及び第２のインピーダンスに並列に接続された第３のイ
   ンピーダンスとから成るおん度補償回路であって前記感
   湿回路の他端に接続されたおん度補償回路と、更に、整
   流、比較、表示の機能を有する出力回路とから成ること
   を特徴とする、おん度補償湿度検出改良回路。
2. （２）前記、整流、比較、表示の機能を有する出力回路
   が、前記感湿回路の前記他端における湿度検出信号を整
   流する整流回路と、該整流回路の出力を増幅する増幅回
   路と、該増幅回路からの湿度検出信号と所定の基準信号
   との大きさを比較する比較回路と、該比較回路からの出
   力をオンオフ信号として出力する出力回路である、特許
   請求の範囲第１項に記載の、おん度補償湿度検出改良回
   路。
3. （３）前記、整流、比較、表示の機能を有する出力回路
   が、前記感湿回路の前記他端における湿度検出信号を整
   流する整流回路と、該整流回路からの入力を表示の容易
   化のために対数変換して出力する対数変換回路と、該対
   数変換回路の出力を増幅する増幅回路と、該増幅回路か
   らの出力を湿度信号として出力する出力回路とから成る
   ものである、 特許請求の範囲第１項に記載の、おん度補償湿度検出改
   良回路。
4. （４）前記湿度センサがセラミックセンサである、特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の、お
   ん度補償湿度検出改良回路。