CN1721846A

CN1721846A - 湿度检测器

Info

Publication number: CN1721846A
Application number: CNA2004100908840A
Authority: CN
Inventors: 松尾义郎
Original assignee: Matsuo Electric Co Ltd
Current assignee: Matsuo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-01-18
Also published as: US7313946B2; KR20060006704A; US20060010967A1

Abstract

一种密闭在壳式内、基于热容法的湿度检测器，由相对简单的结构实施。所述湿度检测器包括：第一温度传感器，用于读出检测对象的温度；第二温度传感器，用于读出检测对象的温度；小加热器，用于加热第二温度传感器；及处理单元，用于根据第一温度传感器输出的信号和由小加热器加热后的第二温度传感器输出的信号，获得有关检测对象中湿度百分数的数据。

Description

湿度检测器

技术领域

本发明涉及一种湿度检测器，用于检测含水的检测对象，如废弃物或土壤中的湿度百分数。更进一步地，还涉及一种可用于检测降雨是否开始的湿度检测器，以免在下雨时还进行不必要的洒水或保护洗好的衣物、农产品等免遭雨淋，使其保持干燥状态。

背景技术

作为一种处理废弃物的手段，有一种被称作腐烂处理法的方法。它利用需氧细菌使废弃物发酵，在这样的处理方法中，为了使需氧细菌容易具有活性，需要根据需氧细菌的特性掌握在废弃物中控制温度、含氧量、湿度等的知识。

日本专利申请JP-A-2000-288514号公报公开一种废弃物处理器，它利用细菌来处理废弃物。在此废弃物处理器中，废弃物由废弃物装填孔装入，电动机带动搅拌叶片旋转，废弃物被搅拌叶片搅拌。为方便使需氧细菌具有活性，采用加热器加热废弃物。加热温度由温度传感器检测，以使其处于适当的加热温度。但该废弃物处理器中不包括湿度检测器，不能测出废弃物中湿度百分数，因此在环境湿度使细菌处在容易具有活性状态的情况下进行废弃物处理的想法未能被考虑到。

使需氧细菌富有活性且数量激增的最佳环境是例如湿度百分数达到60％的环境。如果湿度小于或大于此值，则会出现不仅废弃物的分解处理所需时间长，而且放出不正常气体等问题。此外，当废弃物太干燥时，则会出现细菌床细粉末飞扬，从而阻塞导管或除臭管的问题。

另外，由于出自厨房的废弃物含有大量水分，当有新的废弃物投入废弃物处理器时，废弃物处理器中湿度百分数几乎上升至100％。此后，废弃物处理器中的湿度百分数逐渐降低，湿度百分数为最佳值的状况持续相对较短时期后，便进入干燥状态。由于在传统的废弃物处理器中这样的循环重复进行，因此，很难说需氧细菌富有活性的状态是稳定的。

通常，作为检测湿度百分数或湿度的方法有电阻法、热容法、电容法、光学法等。每种方法都有其优缺点。作为一种有代表性的方法，可列举电阻法，它适用于检测空气中的湿度。当检测器用于检测相对干净的空气时，如天气观测，使用基于电阻法的敞开式检测器足够了，它不封装在密闭的壳中。

但为了检测垃圾中的湿度百分数，如废弃物，使用敞开式检测器就不合适，用封装在密闭壳中的密闭壳式检测器是合适的。

此外，当试图如在雨量检测器中那样检测雨滴击打时，使用敞开式检测器也是不合适的。其理由如下，当雨滴落在好天气时积聚在检测器上的灰尘时，因为污物与灰尘粘在传感器上，阻力值时时在变，传感器指示检测结果的功能丧失，因此清洗是必要的。对雨量检测器而言，密闭的壳式检测器也是合适的。

通常，如果检测对象中的湿度百分数低，如在空气中进行湿度百分数检测时那样，则可使用敞开式检测器，但若检测对象中的湿度百分数高，则使用密闭.的壳式检测器更合适。因此，如何获得基于热容法并且结构相对简单的密闭壳式湿度检测器还是个问题。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的目的是实现一种基于热容法的密闭壳式湿度检测器。它的结构相对简单，能稳定地保持在使需氧细菌在例如一个废弃物处理器中容易富有活性的状态。

为了解决上述问题，根据本发明第一实施例的湿度检测器包括：第一温度传感器，用于读出检测对象的温度；第二温度传感器，用于读出检测对象的温度；加热设备，用于加热第二温度传感器；以及处理器，用于根据第一温度传感器输出的信号及被加热设备加热后的第二温度传感器输出的信号，获得检测对象中湿度百分数相关的数据。

此外，根据本发明第二实施例的湿度检测器包括：温度传感器，用于读出检测对象的温度；加热设备，用于加热温度传感器；及处理器，用于根据温度传感器未加热时输出的信号和温度传感器被加热设备加热后输出的信号，确定下雨是否开始。

根据本发明的第一实施例，位于密闭壳式内、基于热容法的湿度检测器是根据二种温度传感器在二种加热条件上读出的温度数据获得有关湿度百分数的数据，因此具有相对简单的组成。

此外，根据本发明的第二实施例，位于密闭壳式内、基于热容法的湿度检测器是用一个温度传感器在二种加热状态下的数据确定下雨是否开始，因此具有相对简单的组成。

附图说明

图1是本发明的第一实施例所述的湿度检测器的组成结构框图。

图2是图1所示的温度传感器11的外观图。

图3是图1所示的温度传感器12的外观图。

图4是图1所示的湿度传感器10的外观图。

图5是显示本发明第一实施例所述的湿度检测器的温升与经过时间关系的曲线图。

图6是本发明的第二实施例所述的湿度检测器的组成结构框图。

图7是剖视图，显示本发明的第二实施例所述的湿度检测器的结构。

图8是显示本发明的第二实施例所述的湿度检测器所测出的温度变化的曲线图。

具体实施方式

以下参看附图详细说明本发明的具体实施例。

图1是本发明的第一实施例所述的湿度检测器的组成结构框图。根据该实施例的湿度检测器适用于例如废弃物处理器。

如图1所示，此湿度检测器具有：一湿度传感器10，可输出二种检测信号；一信号处理单元20，可对二种由湿度传感器10输出的检测信号进行信号处理，如放大与A/D变换；计算处理单元30，可根据信号处理单元20输出的数字信号获得检测对象中湿度百分数的相关数据；存储单元40，可存储为获得有关湿度百分数的数据所需的数据；显示单元50，可显示与计算处理单元30输出的显示信号一致的各种值；二个继电器61、62，可根据计算处理单元30输出的控制信号开闭各自的电路；及电源单元70，可向各单元供应电源电压。在此，信号处理单元20、计算处理单元30、及存储单元40可整合在一个小模块中。

本湿度传感器10是一热容式传感器，包括第一及第二温度传感器11、12，它们可读出检测对象的温度并输出热敏信号；及小加热器13，作为加热温度传感器12的加热元件。如图2所示，第一温度传感器11是将半导体传感器如二极管或热敏电阻封装在密闭的壳110中，密闭的壳110的材料具有良好的耐腐蚀性、耐畸变性、耐冲击性，如铝及不锈钢。二根引线连接到半导体传感器的导热端子(H)及接地端子(G)。此外，如图3所示，第二温度传感器12是将半导体传感器如二极管或热敏电阻封装在一个与密闭的壳110相同的密闭的壳120中形成，且在此密闭的壳120中还封装小加热器13。二根引线连接到半导体传感器的导热端子(H)及接地端子(G)。还有二根引起连接到小加热器13的导热端子(H)和接地端子(G)。

当测定湿度百分数时，将第一及第二温度传感器11、12放置在与检测对象直接接触的地方，并向小加热器13供电，使其发热达到预定值。在小加热器13发热时，用第一温度传感器11测出检测对象的温度，并使用小加热器13加热的第二温度传感器12测出检测对象的温度。于是，第一和第二温度传感器11、12输出二种温度检测信号。

此外，当根据该实施例的湿度检测器用于检测园艺用设施(如塑料大棚)中土壤的湿度百分数时，需要将温度传感器11和温度传感器12组合形成湿度传感器10，如图4所示，小传感器插入土壤5～10cm深度，传感器面朝上。

再参看图1，从第一及第二温度传感器11、12输出的二种温度读出信号输入到信号处理单元20。信号处理单元20将这些读出信号放大，进行A/D转换，并对其作进一步的信号处理，如非线性修正，从而产生代表由第一温度传感器11读出的第一温度和由第二温度传感器12读出的第二温度所对应的第一数字信号和第二数字信号。第一和第二数字信号送到计算处理单元30。

计算处理单元30由例如CPU构成。连接到计算处理单元30的是存储单元40，用于存储软件(控制程序)，使CPU能完成操作。半导体存储器如EEPROM按照第一温度传感器11读出的第一温度与由小加热器13加热的第二温度传感器12读出的第二温度之间的关系与检测对象中湿度百分数相关的数据，根据检测对象种类存储在存储单元40中。

计算处理单元30，根据由代表第一温度传感器11读出的第一温度的第一数字信号，和由代表小加热器13加热过的第二温度传感器12的第二数字信号，并参照以计算得到的值为基础的存储在存储单元40中的对应值，进行计算，从而获得与检测对象湿度百分数相关的数据。

例如，根据作为检测对象的废弃物的种类，将代表(i)由第一温度传感器12读出的第一温度和由第二温度传感器12读出的第二温度与(ii)废弃物中湿度百分数之间关系的湿度百分数表格存储在存储单元40中。湿度百分数表格中的值可事先通过实验等求出。计算处理单元30得出由第一数字信号代表的第一温度与由第二数字信号代表的第二温度的差值，并参照存储单元40中存储的对应值，根据差值获得废弃物中湿度百分数。

由于小加热器13发热，第二温度传感器12读出的第二温度高于由第一温度传感器11读出的第一温度。此外，假设小加热器13发生的热量不变，随着检测对象材料中的湿度不同，温升曲线也不同。这就是说，废弃物中湿度百分数越高，废弃物热容量越大，即使第二温度传感器12由小加热器13加热，有大量热量被废弃物吸收，且由温度传感器11、12读出的温度之差值也很小。另一方面，废弃物中湿度百分数越低，废弃物热容量也越小，而即使第二温度传感器12由小加热器13加热时，被废弃物吸收的热量小且由温度传感器11和12读出的温度之差也大。

图5给出了温升与经过时间关系的一个例子。在图5中，显示了第一温度传感器11的基材温度初始值为40℃和60℃时，在环境湿度为40％、60％、80％的情况下，第二温度传感器12所测出的温度变化情况。利用此关系曲线，即可根据温度传感器11、12读出的温度检测到检测对象的湿度百分数。通过湿度检测器的检测，使废弃物中的湿度百分数保持50-60％，即可稳定获得需氧细菌容易富有活性的条件。此外，就温度传感器11、12而论，由于半导体传感器不同于电阻式湿度传感器，是封装在密闭的壳中，因此即使在废弃物中也能满意地工作。

再参看图1，显示单元50根据从计算处理单元30输出的显示信号，显示测得的第一温度、第二温度、它们的差值或检测的湿度百分数。此外，在存储单元40中已事先存储了湿度百分数的上限值与下限值，当检测的湿度百分数低于下限值时计算处理单元30便激活第一控制信号，当检测的湿度百分数高于上限值时便激活第二控制信号继电器62接通电路。因此，形成的湿度控制器在湿度百分数较低时能开动与继电器61连接的加湿装置及或当湿度百分数较高时能开动与继电器62连接的干燥装置，以保持检测对象中湿度百分数基本上是定值。

下面详细说明本发明的第二实施例。根据该实施例的湿度检测器适合用作降雨检测器。

当大型农场中进行大范围灌溉时开始下雨，即使在下雨时仍继续灌溉便是浪费。此外，在城区的住宅区内用喷洒器等灌溉草坪或花盆时开始下雨，灌溉同样是浪费。此外，当一般家庭将所洗衣物在阳光下晒干，或在作业现场干燥农产品或渔网时，采用密闭壳式下雨检测器是适宜的。

图6是本发明第二实施例所述的湿度检测器的组成结构框图。在此湿度检测中，图1所示的第一实施例的湿度检测器中的第一温度传感器11被省略，因此其计算处理单元30的操作与第一实施例不同。在第一实施例中，用第一温度传感器11检测基准温度，因而提高测量精度。但在将湿度检测器用作下雨检测器的情况下，由于只需要检测到从好天气的干燥状态变到温度传感器上落下一滴或几滴雨的状态时的温度变化，因此任何时候下都不需要检测基准温度。

图7是剖视图，显示了本发明第二实施例所述的湿度检测器的结构。在外壳100中斜向安装一底板101，其上固定带小加热器的温度传感器12。这部分外壳100呈管状，在温度传感器12的上下方均敞开。另一方面，由于温度传感器12周围是外壁，因此可防止风对测温的影响。此外，由于底板101是斜装的，雨滴等可冲刷掉积聚在底板101上的污物与灰尘。

温度传感器12用引线连到在隔壁小室内的印刷电路板102。为防止将印刷电路板102弄湿，在放置印刷电路板102的小室上部提供一顶盖103。在印刷电路板102上安装信号处理单元20，计算处理单元30，存储单元40，显示单元50，二个继电器61、62及电源部分70，如图6所示。

现在说明根据该实施例的湿度检测器的工作原理。首先，小加热器13未供电时，由温度传感器12输出的热敏信号在信号处理单元20中作A/D转换，由此获得代表第一温度的数字信号。该数字信号送到计算处理单元30。随后，计算处理单元30控制电源部件70向小加热器13供电，使小加热器13发热量达到预定值。此外温度传感器12输出的热敏信号。在信号处理单元20中作A/D转换，由此获得代表第二温度的数字信号。该数字信号送到计算处理单元30。

图8显示出根据此实施例的湿度检测器所测得的温差。在干燥状态，测得的第二温度高于加热前的第一温度。但当第一滴雨落在温度传感器12上，第二温度临时下降。此后，每次雨点落到温度传感器12上第二温度均下降，在连续下雨情况下，第二温度保持在低值。因此，计算处理单元30通过检测第二温度的变化可确定下雨是否开始。为了检测温度变化，设定一临界值，调到第一温度和第二温度之间。计算处理单元30将测得的第二温度与比临界值比较，并根据在预定时间内第二温度多次低于临界值确定下雨是否开始。此外，当向小加热器13供电后经过一预定时间，计算处理单元30可停止供电，并重新设定测量条件，随后再次开始测量。

计算处理单元30控制继电器61、62使干燥状态下继电器61电路接通，并使继电器62的电路断开。继电器61用于向例如人工降雨装置供给电源电压。当下雨开始时断开继电器61的电路时，通过继电器61供电的人工降雨装置停止工作。另一方面，继电器62可用于提供下雨报警。当下雨开始时切断继电器62的电路时，通过继电器62获得电压供应的报警器开始工作。

根据本实施例所述的湿度检测器还可用于降雪检测器或结冰检测器。当温度小于或等于0℃时，计算处理单元30根据例如第二温度在预定时间内多次低于临界值便能确定下雪或结冰已开始。

Claims

1.一种湿度检测器，其特征在于它包括：

第一温度传感器，用于读出检测对象的温度；

第二温度传感器，用于读出所述检测对象的温度；

加热设备，用于加热所述第二温度传感器；及

处理器，用于根据由所述第一温度传感器输出的信号和由所述加热设备加热的所述第二温度传感器输出的信号，获得有关湿度百分数的数据。

2.如权利要求1所述的湿度检测器，其特征在于它还包括：

存储器，用于存储检测对象中湿度百分数的相关数据，所述相关数据对应于所述第一温度传感器读出的温度和被所述加热设备加热的所述第二温度传感器读出的温度之间的关系；

所述处理器获得所述检测对象中湿度百分数的数据是通过以下方式实现的：执行根据所述第一温度传感器输出的信号和由所述加热设备加热的所述第二温度传感器输出的信号进行的计算，查询存储在所述存储器中通过计算获得的对应值。

3.如权利要求2所述的湿度检测器，其特征在于所述处理器包括：

信号处理器，将从所述第一及第二温度传感器输出的信号各自放大并将放大信号进行模拟/数字转换；及

计算处理器，根据由所述信号处理器获得的所述第一温度传感器输出的信号值与由所述信号处理器获得的所述加热设备加热后的所述第二温度传感器输出的信号值之间的差值，查询存储在所述存储器中的基于所述差值的对应值，从而获得所述检测对象中的湿度百分数。

4.如权利要求2所述的湿度检测器，其特征在于：

所述存储器存储所述检测对象的湿度百分数的上限值和下限值；及

所述处理器当所获湿度百分数大于上限值时激活第一控制信号，当所获湿度百分数小于下限值时激活第二控制信号。

5.如权利要求1所述的湿度检测器，其特征在于：

所述第一及第二温度传感器各自包括二极管和热敏电阻中的一个。

6.如权利要求1所述的湿度检测器，其特征在于：

所述加热设备包括封装在所述第二温度传感器的壳体内的加热器。

7.如权利要求1所述的湿度检测器，其特征在于：

所述处理器输出显示信号，将所获得的湿度百分比显示在显示单元上。

8.一种湿度检测器，其特征在于它包括：

温度传感器，用于读出检测对象的温度；

加热设备，用于加热所述温度传感器；及

处理器，用于根据未被加热器加热的温度传感器输出的信号和被加热器加热的温度传感器输出的信号，确定是否开始下雨。

9.如权利要求8所述的湿度检测器，其特征在于所述处理器包括：

信号处理器，用于将所述温度传感器输出的信号放大并将放大的信号进行模拟/数字转换；及

计算处理器，用于根据未被所述加热器加热的所述温度传感器输出的信号，由所述信号处理器获得的基于被所述加热器加热的温度传感器输出的信号的值，及预定的临界值确定下雨是否开始。

10.如权利要求8所述的湿度检测器，其特征在于：

所述温度传感器包括二极管和热敏电阻中的一个。

11.如权利要求8所述的湿度检测器，其特征在于：

所述加热设备包括封装在所述温度传感器壳体内的加热器。