JP2001281183A - 湿度センサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度の湿度センサユニットを少ない部品点
数で、従来よりも安価に提供する。 【解決手段】湿度センサ７から出力される電流信号を逆
並列接続された２つのダイオードＤ１ａ及びＤ１ｂで構
成される対数圧縮回路９を通すことによって対数圧縮さ
れた電圧信号に変換する。ピーク電圧増幅回路１１は対
数圧縮された交流電圧の半波信号を増幅し、その増幅し
た電圧のピーク電圧を出力する。バイアス電流が入力端
子から流れ出る押し出し型の演算増幅器ＯＰ２をピーク
電圧増幅回路１１に用いることによって、センサ７を流
れる交流電流と、演算増幅器ＯＰ２から流れ出すバイア
ス電流が対数圧縮回路９を流れる。その結果湿度センサ
が高インピーダンスになってもバイアス電流は対数圧縮
回路を通して常にアースに流れるため増幅回路が正常に
動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】低湿度で湿度センサのインピ
ーダンスが高くなった場合でも、簡単な回路で確実に湿
度を検出できる湿度センサユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から湿度の変化に応じてインピーダ
ンスが変化する感湿性高分子ポリマーを用いて湿度を自
動測定する湿度センサユニットがある。湿度センサの構
造は例えば特開平１０−３１０００号公報、図１０
（Ａ）で説明されているようなものである。相対湿度に
対して、インピーダンスの変化は５〜６桁の範囲に及
ぶ。従って湿度センサに一定電圧を印加した場合の出力
電流には、湿度の関数として同じく５〜６桁の変化が起
こる。そのため湿度センサの出力を処理する回路では、
まず電流を対数圧縮して、処理し易い範囲内の電圧変化
に変換する。

【０００３】感湿性高分子ポリマーからなる湿度センサ
に直流を印加すると電気分極が発生するため、発振回路
を用いて湿度センサに交流電流を流している。従来の湿
度センサユニットでは、湿度センサを流れ出る交流電流
を対数圧縮して交流電圧に変換し、この交流電圧の負の
半波をバイポーラの演算増幅器を用いて増幅してそのピ
ーク電圧を保持していた。しかしながらこのような回路
で、特に入力端子からバイアス電流が流出するタイプの
演算増幅器を用いると、湿度センサのインピーダンスが
大きくなってきたときに、湿度センサを流れる演算増幅
器のバイアス電流が小さくなりすぎて、演算増幅器が機
能しなくなる問題が発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため従来の湿度セ
ンサユニットでは、対数変換された出力電圧の測定範囲
を湿度センサの高インピーダンス領域にまで拡大するこ
とができなかった。電界効果トランジスタを内蔵する演
算増幅器を用いると、前述のような問題は生じないが、
湿度センサユニットが高価になる問題が発生する。

【０００５】本発明の目的は、湿度センサを流れる電流
を対数圧縮した電圧に変換し、低湿度領域まで高感度で
検出できる湿度センサユニットを従来よりも安価に提供
することにある。

【０００６】本発明の更に他の目的は、低湿度領域でも
高感度の検出が可能な、従来よりも簡単な構造の湿度セ
ンサユニットを提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、低湿度領域でも高感
度の検出が可能な湿度センサユニットを提供することに
ある。

【０００８】本発明の他の目的は、バイポーラ型の演算
増幅器を用いて低湿度領域でも高感度の検出を実現する
ことができる湿度センサユニットを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は湿度が増加する
と対数的にインピーダンスが減少し、湿度が減少すると
インピーダンスが対数的に増加する特性を有する湿度セ
ンサと、湿度センサに流す所定の周波数と振幅の交流電
圧を湿度センサに出力する発振回路と、湿度センサの出
力電流を対数圧縮した交流電圧に変換して一対の入出力
端子から出力する対数圧縮回路と、対数圧縮回路の一対
の入出力端子間に現れる交流電圧を増幅し、一対の入力
端子からバイアス電流が流出するタイプの演算増幅器及
び、演算増幅器の出力電圧のピーク電圧を保持するピー
ク電圧保持回路を有するピーク電圧増幅回路とを有する
湿度センサユニットを改良の対象とする。

【００１０】本発明では、湿度センサの出力端子と対数
圧縮回路の一方の入力端子との接続点に接続される演算
増幅器の一方の入力端子から流出するバイアス電流と湿
度センサの出力電流が対数圧縮回路を流れるようにピー
ク電圧増幅回路を構成する。

【００１１】このように構成すると湿度センサから流れ
出る電流と演算増幅器から流出するバイアス電流が対数
圧縮回路を流れる。その結果、湿度センサが高インピー
ダンスになったときでも、演算増幅器から流出するバイ
アス電流は対数圧縮回路を通過するので、バイアス電流
が減少することはなく、演算増幅器が演算動作を継続す
ることが出来て、対数圧縮回路の出力を正しく増幅でき
る。

【００１２】このような湿度センサユニットの構成に
は、基準電圧発生回路と、直流電位調整回路を付加して
も良い。基準電圧発生回路は、電源電圧を分圧して基準
電圧を発生する直列に接続された複数の抵抗体からなる
分圧回路と、分圧回路の分圧点(基準電圧点）とアース
とを結合する第1のコンデンサとで構成されて、基準電
圧点の電位を一定の基準電圧に固定する。また直流電位
調整回路は、発振回路の出力端子に接続された第2のコ
ンデンサとこれと直列に接続された湿度センサとの接続
点と前述の分圧点と接続する。これにより発振回路から
出力される交流電圧の振動の中心の直流電位を決定す
る。また対数圧縮回路は互いに逆並列接続した２つダイ
オードにより構成することができる。

【００１３】次にピーク電圧増幅回路の具体的な構成は
以下のようであっても良い。ピーク電圧増幅回路は非反
転入力端子にダイオードのアノードが接続され、反転入
力端子が第１の抵抗体を介して分圧回路の分圧点（基準
電圧点）に接続され、且つ第２の抵抗体を介して、ピー
ク電圧増幅回路の出力端子に接続された演算増幅器と、
演算増幅器の出力端子にアノードが接続され、カソード
がピーク電圧増幅回路の前記出力端子に接続されたダイ
オードと、ピーク電圧増幅回路の出力端子とアースとの
間に接続されたピーク電圧保持用コンデンサから構成さ
れている。

【００１４】また基準電圧発生回路は分圧回路とアース
との間にアース側にカソードを向けた温度補償用ダイオ
ードを接続してもよい。

【００１５】またピーク電圧増幅回路は非反転入力端子
にダイオードのアノードが接続され、反転入力端子が第
１の抵抗体を介してアースに接続され、且つ第２の抵抗
体を介してピーク電圧増幅回路の出力端子に接続された
演算増幅器と、演算増幅器の出力端子にアノードが接続
され、カソードがピーク電圧増幅回路の前記出力端子に
接続されたダイオードと、ピーク電圧増幅回路の出力端
子とアースとの間に接続されたピーク電圧保持用コンデ
ンサから構成してもよい。

【００１６】本発明のピーク電圧増幅回路の演算増幅器
にはｐｎｐトランジスタを入力段に用いるタイプのもの
を用いる。これによってバイアス電流がｐｎｐトランジ
スタのベースから流れ出る押し出し型の演算増幅器にな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の湿
度センサユニットの実施の形態の一例について説明す
る。図１は、本発明の実施の形態の一例の構成を示す詳
細な回路図である。図１において１は発振回路である。
発振回路１は所定の周波数で振幅Ｖ０の交流電圧［図２
（Ａ）参照］を発生する。３は基準電圧発生回路であ
り、５は直流電位調整回路である。基準電圧発生回路３
は、湿度センサ７に印加されるピーク電圧増幅回路１１
の出力電圧の振動の基準を与える基準電圧Ｖ３を発生す
る。直流電位調整回路５は、発振回路１から出力される
交流電圧の直流電位を調整し、交流電圧は基準電圧Ｖ３
を中心として振動する［図２（Ｂ）参照］。湿度センサ
７は、湿度の変化に応じて対数的にインピーダンスが変
化するものである。湿度センサ７への入力端子の電位は
図２（Ｂ）に示す波形になり、湿度センサ７の端子間に
印加される電圧は図２（Ｃ）で示す波形になる。９は対
数圧縮回路であり、対数圧縮回路９は湿度センサを流れ
る交流電流［図２（Ｄ）参照］を対数変換された交流電
圧［図２（Ｅ）参照］に変換して出力する。１１はピー
ク電圧増幅回路である。ピーク電圧増幅回路１１は増幅
回路１１ａとピーク電圧保持回路１１ｂで構成されてい
る。ピーク電圧増幅回路１１は対数圧縮回路９から出力
された交流電圧のピーク電圧を増幅し、保持する役割を
果たす［図２（Ｆ）参照］。

【００１８】以上の各機能ブロックの内部回路の詳細を
説明する。発振回路１は演算増幅器ＯＰ１と、抵抗Ｒ１
〜Ｒ４と、コンデンサＣ１とから構成される。これらの
回路素子の定数の選択により、図２（Ａ）に示すような
交流電圧の周波数、振幅、パルス幅などが決まる。

【００１９】基準電圧発生回路３は電源とアースを結ぶ
直列抵抗Ｒ１８，Ｒ１９と、これらの直列抵抗の接続点
即ち分圧点（以下基準電圧点と呼ぶ）ＲＰとアースを結
合するコンデンサＣ７で構成される。直列の分圧抵抗Ｒ
１８及びＲ１９は基準電源電圧を予め定めた比率で分圧
した基準電圧Ｖ３を基準電圧点ＲＰに発生する。コンデ
ンサＣ７は基準電圧点に印加される交流成分をバイパス
して基準電圧点ＲＰの直流レベルを基準電圧Ｖ３に固定
する。

【００２０】直流電位調整回路５は、コンデンサＣ２と
抵抗Ｒ５で構成されている。コンデンサＣ２と抵抗Ｒ５
は発振回路１の出力端子と基準電圧点ＲＰを直列に結合
している。コンデンサＣ２は発振回路１の出力端子に接
続され、抵抗Ｒ５は基準電圧発生回路３の基準電圧点Ｒ
Ｐに接続されている。コンデンサＣ２と抵抗Ｒ５との接
続点は湿度センサ７への入力端子になっている。発振回
路１からの交流電圧の出力が停止し、一定の直流が出力
される定常状態では抵抗Ｒ５は湿度センサ７への入力端
子の電位Ｖ１を基準電圧Ｖ３に保つ働きをする。発振回
路１から交流電圧が出力される動作状態では、コンデン
サＣ２の端子間の電圧は固定され、抵抗Ｒ３の端子間の
電圧に発振回路１から出力される交流電圧の振幅が重な
ったものが、湿度センサ７への入力電圧Ｖ１として湿度
センサに印加される［図２Ｂ参照］。湿度センサ７の端
子間には図２（Ｃ）に示す波形の電圧が印加される。

【００２１】湿度センサ７は、湿度の変化に応じて対数
的にインピーダンスが変化する。即ち、インピーダンス
の対数が湿度の関数として直線に近い関係で増加する。
またインピーダンスは周囲の温度変化の影響を受けて多
少変化する。この実施の形態では湿度センサとして北陸
電気工業株式会社がＨＩＳ−０２の製品番号で販売する
抵抗変化型の湿度センサを用いている。湿度センサ７の
一端はコンデンサＣ２と抵抗Ｒ５との接続点に接続さ
れ、湿度センサ７の他端は対数圧縮回路９のダイオード
Ｄ１ｂのアノードに接続されている。湿度センサ７と対
数圧縮回路９は直列に接続して、コンデンサＣ２と抵抗
Ｒ５との接続点と基準電圧点ＲＰを接続する。湿度セン
サ７と対数圧縮回路９のダイオードＤ１ｂのアノードと
の接続点を対数電圧点ＩＰと呼ぶ。湿度センサ７と対数
圧縮回路９の直列回路には振幅Ｖ０の交流電圧が印加さ
れる［図２（Ｃ）参照］。湿度センサ７と対数圧縮回路
９のインピーダンスとを比べると湿度センサのインピー
ダンスの方が圧倒的に大きくなる場合には、交流電圧振
幅Ｖ０の大部分が湿度センサ７に印加される。従って湿
度センサ７の入力端子にかかる電圧が発振回路１から出
力される電圧振幅Ｖ０の交流電圧［図２（Ｃ）参照］で
あるとすると、発振回路１から湿度センサ７に流れる交
流電流の振幅Ｉは図２（Ｄ）のようになる。

【００２２】対数圧縮回路９は逆並列接続された２つの
ダイオードＤ１ａ及びＤ１ｂから構成され、湿度センサ
７の出力端子（対数電圧点ＩＰ）と基準電圧点ＲＰとを
結合している。対数圧縮回路９には、湿度センサ７から
出力される交流の電流信号［図２（Ｄ）参照］が流れ、
これを対数圧縮された電圧信号に変換する。図２（Ｅ）
は対数圧縮回路９の出力電圧を示している。湿度センサ
７から出力された交流電流は、２つのダイオードＤ１ａ
及びＤ１ｂを通ることによって、対数圧縮された交流電
圧に変換される。この出力電圧が対数電圧点ＩＰと基準
電圧点ＲＰとの間に現れる。その結果、対数圧縮回路９
から図２（Ｅ）に示すような波形の電圧信号が対数電圧
点ＩＰに出力される。図２（Ｅ）は対数電圧点ＩＰの電
位Ｖ２を示している。対数電圧点の電位Ｖ２は、基準電
圧点の電位Ｖ３を直流電位とし、湿度センサを流れる電
流を対数圧縮した電圧を振幅を交流成分として振動して
いる。この出力電圧の交流成分が次段のピーク電圧増幅
回路１１で増幅される。

【００２３】ピーク電圧増幅回路１１は増幅回路１１ａ
とピーク電圧保持回路１１ｂとから構成される。ピーク
電圧増幅回路１１は対数圧縮回路７の出力のピーク値を
増幅して、保持する回路である。増幅回路１１ａは、演
算増幅器ＯＰ２と２つの抵抗体Ｒ１７，Ｒ２０とで構成
されている。増幅回路１１ａの一方の入力端子は演算増
幅器ＯＰ２の非反転入力端子であり、他方の入力端子は
基準電圧点ＲＰである。対数圧縮回路９の入出力端子の
一方（ダイオードＤ１ｂのアノード）が演算増幅器ＯＰ
２の非反転入力端子に接続され、対数圧縮回路９の入力
端子の他方（ダイオードＤ１ｂのカソード）が基準電圧
点ＲＰに接続されている。従って、対数圧縮回路の出力
電圧が増幅回路１１ａに入力される構成になっている。
つまり図２（Ｅ）に示す対数電圧点の電位Ｖ２の交流成
分が増幅回路１１ａに入力される。

【００２４】演算増幅器ＯＰ２の出力端子はピーク電圧
保持回路１１ｂの入力端子に接続されている。抵抗Ｒ２
０はピーク電圧増幅回路１１の出力端子と演算増幅器Ｏ
Ｐ２の反転入力端子との間に接続され、演算増幅器ＯＰ
２の負帰還回路を構成している。抵抗Ｒ１７は演算増幅
器ＯＰ２の反転入力端子と基準電圧点ＲＰとの間に接続
されている。対数圧縮回路９を流れる電流が対数電圧点
ＩＰから基準電圧点ＲＰの方向に流れるときは、演算増
幅器ＯＰ２の出力電流がダイオードＤ２を順方向に流
れ、演算増幅器ＯＰ２の負帰還回路が働いて、演算増幅
器ＯＰ２の反転入力端子の電位は対数電圧点ＩＰの電位
Ｖ２と等しくなり、対数圧縮回路９の出力電圧が抵抗Ｒ
１７の両端子間の電圧に投影される。抵抗Ｒ１７を流れ
る電流は抵抗Ｒ２０を流れ、ピーク電圧増幅回路１１の
出力端子と基準電圧点ＲＰとの間の出力電圧を規定す
る。この出力電圧は基準電圧点ＲＰと抵抗Ｒ１７とＲ２
０の接続点の間の電位差の（１＋Ｒ２０／Ｒ１７）倍に
増幅される。つまり対数圧縮回路９の出力電圧が同じ倍
率増幅された電圧が増幅回路１１から出力される。

【００２５】対数圧縮回路９を流れる電流の向きが逆向
きの場合（ダイオードＤ１ａを流れる場合）は、ピーク
電圧増幅回路１１のダイオードＤ２は非導通状態になっ
ていて、帰還回路は働かない。この場合ピーク電圧増幅
回路１１の出力電圧はピーク電圧保持回路１１ｂによっ
て正の電流のときの出力電圧のピーク値に保持されてい
る［図２（Ｆ）参照］。

【００２６】ピーク電圧保持回路１１ｂはダイオードＤ
２とピーク電圧保持用コンデンサＣ３とで構成されてい
る。ダイオードＤ２は演算増幅器ＯＰ２の出力端子にア
ノードが接続され、カソードがピーク電圧増幅回路１１
の出力端子となっている。コンデンサＣ３はダイオード
Ｄ２のカソードとアースとの間に接続されている。ピー
ク電圧保持回路１１ｂは、増幅回路１１ａから出力され
る電圧信号［図２（Ｅ）参照］のピーク電圧信号だけを
ダイオードＤ２を通して出力して、その出力でピーク電
圧保持用コンデンサＣ３を充電し、ピーク電圧が保持さ
れる［図２（Ｆ）参照］。図２（Ｆ）に示すピーク電圧
増幅回路１１の出力は図２（Ｅ）に示す対数圧縮回路９
の出力波形の交流成分の正極のみを増幅し、これを基準
電圧Ｖ３を基準として出力したものである。

【００２７】図１の実施の形態に関する以上の説明は演
算増幅器ＯＰ１、ＯＰ２が動作するためのバイアス電流
が０とみなせる場合についてのものである。本発明で使
用するバイポーラ型の演算増幅器は最大２５０ｎＡのバ
イアス電流が流れている。この場合でも、発振回路の振
幅Ｖ０が２．５Ｖとした場合、湿度センサのインピーダ
ンスが１０ＭΩよりはるかに小さい場合には、湿度セン
サに流れる電流は２５０ｎＡよりはるかに大きな値にな
り、バイアス電流を無視することは許される。しかしな
がら、湿度センサのインピーダンスが１０ＭΩ以上にな
ると、湿度センサに流れる電流は２５０ｎＡ以下にな
り、このような場合には、従来の技術では演算増幅器が
十分に動作しなくなる問題が生ずることは先に従来の技
術の項で述べたとおりである。またこのような場合に
は、図２（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）でもバイアス電流の影響を
考慮した図に書き換える必要がある。

【００２８】本発明では演算増幅器ＯＰ２としては、バ
イアス電流が反転及び非反転入力端子から出てくる方向
に流れる押し出し型のバイポーラ演算増幅器を用いる。
このような演算増幅器は入力段にｐｎｐトランジスタか
らなる差動増幅器に用いたタイプであって、演算増幅器
が動作するためのバイアス電流がこのｐｎｐトランジス
タのベースから流れ出る。湿度センサ７を流れる電流と
演算増幅器ＯＰ２のバイアス電流との和［図３（Ａ）参
照］が、対数圧縮回路９で対数変換される。この時対数
圧縮回路を流れる電流は図２（Ｄ）の代わりに図３
（Ａ）のようになる。図３（Ａ）には湿度センサ７を流
れる交流電流と、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子か
ら流出するバイアス電流が同じくらいの大きさの場合に
ついて示している。図３（Ｂ）は対数圧縮回路９から出
力される出力電圧で対数圧縮点ＩＰの電位Ｖ２を、基準
電圧Ｖ３を電位の基準として示している。この出力はピ
ーク電圧増幅回路１１に入力され、ピーク電圧増幅回路
１１から出力された交流電圧の正のピーク電圧となる
［図３（Ｃ）参照］。図３（Ｃ）も基準電圧Ｖ３を電位
の基準として示している。ピーク電圧保持回路１１ｂ
は、増幅回路１１ａから出力される電圧信号［図３
（Ｂ）参照］のピーク電圧信号だけをダイオードＤ２を
通して出力して、その出力でピーク電圧保持用コンデン
サＣ３を充電し、ピーク電圧が保持される［図３（Ｃ）
参照］。

【００２９】本発明で演算増幅器ＯＰ２として演算増幅
器が動作するためのバイアス電流が反転及び非反転入力
端子から流れ出すｐｎｐトランジスタを用いた押し出し
型の演算増幅器を用いる理由は、ピーク電圧増幅回路１
１の演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子から流出するバ
イアス電流を対数圧縮回路９を通して、基準電圧発生回
路３を通ってアースに流すためである。これによって演
算増幅器ＯＰ２を流れるバイアス電流は湿度センサ７を
流れないため、湿度センサ７が高インピーダンスになっ
ても制限されることはない。従って演算増幅器ＯＰ２は
演算動作を継続することができる。

【００３０】対数圧縮回路９は簡単な温度補償回路の役
割を果たしている。湿度センサを流れる電流を対数圧縮
した電圧Ｖは温度に依存する第１項と、温度に依存しな
いで相対湿度に依存する第２項との和の形に書けること
が実験的に分かっている。第２項が湿度センサの出力電
圧の湿度依存性を与える項である。第１項が湿度センサ
の温度依存性を表し、その効果が現れないように補償す
る必要がある。対数圧縮した電圧Ｖの第１項を具体的に
書くと次式のように書ける。

【００３１】Ｖ＝（kT/q）ｌｏｇ（Ｂ（Ｔ））＋ＶＧ−
ＶＡ＋温度に依存しない相対湿度に依存する項 但し、ここでＴは絶対温度、ｋはボルツマン定数、ｑは
電子の電荷である。（kT/q）は絶対温度３００Ｋで０．
０２５９Ｖと言う小さな値である。ＶＧは電圧単位で表
したシリコンのバンドギャップである。ＶＡは湿度セン
サの抵抗の温度特性が１つの活性化エネルギで表現でき
るとして、電圧単位で表した活性化エネルギである。こ
のような活性化エネルギの存在は実験的に確認されてい
る。電圧Ｖの第１項のｌｏｇは自然対数で、ｌｏｇの中
のＢ（Ｔ）は温度の弱い関数であり、一定と考える近似
が許され、この項は室温近傍で弱い温度変化を与えるだ
けである。以上から対数圧縮回路９は温度補償効果を持
つといえる。

【００３２】図４は、図１の実施の形態から得られる相
対湿度とピーク電圧増幅回路１１の出力電圧との関係を
示す実測データである。測定温度は摂氏５度、２５度、
45度である。出力電圧は相対湿度が低下すると、相対湿
度の関数としてゆるやかに減少する。低湿度領域では、
出力電圧の減少がやや急激になる。このデータから分か
るように、この実施例によれば相対湿度１０％から９０
％の広い範囲の全域で出力電圧と相対湿度の関係は低湿
度領域まで測定可能なことを示している。図４に示した
温度範囲内で温度補償もなされている。

【００３３】図５は本発明に係る湿度センサユニットの
実施の形態の他の例を示したものである。図５の実施の
形態において、図１の実施の形態を構成する部分と同様
の部分には図１に付した符号と同じ符号を付して説明を
省略する。この湿度センサユニットにおいては、基準電
圧発生回路３は基準電源電圧を予め定めた比に分圧する
ように直列接続された抵抗Ｒ２２とＲ２３の接続点に抵
抗Ｒ１８が接続され、これと直列に抵抗Ｒ１９の一端が
接続される。抵抗Ｒ１９の他端はダイオードＤ３のアノ
ードに接続され、ダイオードＤ３のカソードはアースに
接続される。ダイオードＤ３は順方向にバイアスされる
ので、ダイオードＤ３の端子間の電圧降下を無視する
と、直列抵抗Ｒ１８、Ｒ１９の接続点（基準電圧点Ｒ
Ｐ）の電位（基準電圧Ｖ３）は抵抗Ｒ２２とＲ２３の接
続点の電位を直列抵抗Ｒ１８、Ｒ１９の比で内分した電
位になる。基準電圧点ＲＰはコンデンサＣ７を介してア
ースと接続される。コンデンサＣ７は基準電圧Ｖ３を一
定値に固定する。基準電圧点ＲＰは対数圧縮回路９の一
方の端子に接続している。

【００３４】増幅回路１１ａは演算増幅器ＯＰ２と抵抗
Ｒ２０、Ｒ２１で構成される。演算増幅器ＯＰ２の非反
転入力端子は湿度センサ７と対数圧縮回路９との接続点
（対数電圧点ＩＰ）に接続されている。対数圧縮回路９
を流れる電流は湿度センサを流れる交流電流と演算増幅
器ＯＰ２から流出するバイアス電流の和になっていて、
図３（Ａ）の波形と同形の波形になる。対数電圧点ＩＰ
の電位Ｖ２は基準電圧点ＲＰの電位（基準電圧Ｖ３）と
湿度センサ７を流れる電流を対数圧縮した電圧との和に
なっている。この電位の波形は図３（Ｂ）の波形と同形
の波形になる。これが演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端
子に増幅回路１１ａへの信号として入力される。演算増
幅器ＯＰ２の反転入力端子はピーク電圧保持回路１１ｂ
の出力端子であるダイオードＤ２のカソードと抵抗Ｒ２
０を介して接続し、抵抗Ｒ２１を介してアースと接続し
ている。ダイオードＤ２が導通状態のときは抵抗Ｒ２
０，Ｒ２１の接続点の電位が演算増幅器ＯＰ２の反転入
力端子に負帰還される。この時は対数電圧点ＩＰの電位
Ｖ２が抵抗Ｒ２１の両端の電圧として現れ、この電圧の
（１＋Ｒ２０／Ｒ２１）倍の電圧がダイオードＤ２のカ
ソード端子からピーク電圧増幅回路１１の出力として出
力され、出力のピーク値がピーク電圧保持用コンデンサ
Ｃ３によって保持される。出力電圧波形は図３（Ｃ）と
同形であるが、基準電圧Ｖ３のレベルが交流成分と同じ
倍率だけ増幅されている点が異なる。基準電圧発生回路
３のダイオードＤ３の順方向のバイアス電圧の温度変化
によって基準電圧Ｖ３が変化すると増幅回路１１ａの出
力電圧が温度によって変化し、湿度センサ７の温度変化
を補償する。

【００３５】本実施の形態においても演算増幅器ＯＰ２
として演算増幅器が動作するためのバイアス電流が反転
及び非反転入力端子から流れ出すｐｎｐトランジスタを
用いた押し出し型の演算増幅器を用いる。これはピーク
電圧増幅回路１１の演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子
から流出するバイアス電流を対数圧縮回路９を通して、
基準電圧発生回路３を通ってアースに流すためである。
これによって演算増幅器ＯＰ２を流れるバイアス電流は
湿度センサ７を流れないため、湿度センサ７が高インピ
ーダンスになっても制限されることはない。従って演算
増幅器ＯＰ２は演算動作を継続することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、押し出し型の演算増幅
器を用いることによって、湿度センサが高インピーダン
スになったときでも簡単な回路構成で、湿度センサの出
力を検出できる湿度センサユニットを得ることができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湿度センサユニットの実施の形態の一
例の回路図を示している。

【図２】（Ａ）〜（Ｆ）は図１の各部の出力波形を示す
図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は押し出し型の演算増幅器を用
いた場合の図１の各部の出力波形を示す図である。

【図４】図１の実施例から得られる相対湿度と出力電圧
との関係を示す実測データである。

【図５】本発明の湿度センサユニットの第２の実施の形
態の一例の回路図を示している。

【符号の説明】

１ 発振回路 ３ 基準電圧発生回路 ５ 直流電位調整回路 ７ 湿度センサ ９ 対数圧縮回路 １１ ピーク電圧増幅回路 １１ａ 増幅回路 １１ｂ ピーク電圧保持回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湿度が増加すると対数的にインピーダンス
   が減少し、湿度が減少するとインピーダンスが対数的に
   増加する特性を有する湿度センサと、 前記湿度センサに印加するための所定の周波数と振幅を
   有する交流信号を発生する発振回路と、 前記湿度センサの出力電流を対数圧縮した交流電圧に変
   換して一対の入出力端子から出力する対数圧縮回路と、 前記対数圧縮回路の一対の入出力端子間に現れる前記交
   流電圧を増幅し、一対の入力端子からバイアス電流が流
   出するタイプの演算増幅器及び、前記演算増幅器の出力
   電圧のピーク電圧を保持するピーク電圧保持回路を有す
   るピーク電圧増幅回路とを具備し、 前記湿度センサの出力端子と前記対数圧縮回路の一方の
   前記入力端子との接続点に接続される前記演算増幅器の
   一方の前記入力端子から流出する前記バイアス電流と前
   記湿度センサの出力電流が前記対数圧縮回路を流れるよ
   うに前記ピーク電圧増幅回路が構成されていることを特
   徴とする湿度センサユニット。
2. 【請求項２】直流電源電圧を分圧するように直列に接続
   された複数の抵抗体からなる分圧回路と、前記分圧回路
   の分圧点とアースとを結合し且つ前記分圧点の電位を一
   定の基準電圧に固定する第１のコンデンサとから構成さ
   れた基準電圧発生回路と、 前記発振回路の出力端子と前記湿度センサとの間に配置
   された第２のコンデンサと、該第２のコンデンサと前記
   湿度センサの接続点と前記分圧点とを接続し、前記発振
   回路の出力電圧の直流電位を調整する直流電位調整回路
   とを備え、 前記対数圧縮回路は逆並列接続した２つのダイオードで
   構成され、 前記湿度センサの出力端子と前記対数圧縮回路の一方の
   前記ダイオードのアノードと前記演算増幅器の一方の前
   記入力端子とが接続されていることを特徴とする請求項
   １の湿度センサユニット。
3. 【請求項３】前記ピーク電圧増幅回路は非反転入力端子
   に前記ダイオードのアノードが接続され、反転入力端子
   が第１の抵抗体を介して前記分圧点に接続され、且つ第
   ２の抵抗体を介して、前記ピーク電圧増幅回路の出力端
   子に接続された演算増幅器と、 前記演算増幅器の出力端子にアノードが接続され、カソ
   ードが前記ピーク電圧増幅回路の前記出力端子に接続さ
   れたダイオードと、 前記ピーク電圧増幅回路の前記出力端子とアースとの間
   に接続されたピーク電圧保持用コンデンサから構成され
   ていることを特徴とする請求項1または２に記載の湿度
   センサユニット。
4. 【請求項４】前記分圧回路とアースとの間にアース側に
   カソードを向けた温度補償用ダイオードが接続されてい
   る請求項2に記載の湿度センサユニット。
5. 【請求項５】前記ピーク電圧増幅回路は非反転入力端子
   に前記ダイオードのアノードが接続され、反転入力端子
   が第１の抵抗体を介してアースに接続され、且つ第２の
   抵抗体を介して前記ピーク電圧増幅回路の出力端子に接
   続された演算増幅器と、 前記演算増幅器の出力端子にアノードが接続され、カソ
   ードが前記ピーク電圧増幅回路の前記出力端子に接続さ
   れたダイオードと、 前記ピーク電圧増幅回路の前記出力端子とアースとの間
   に接続されたピーク電圧保持用コンデンサから構成され
   ていることを特徴とする請求項４に記載の湿度センサユ
   ニット。
6. 【請求項６】前記ピーク電圧増幅回路の前記演算増幅器
   は、ｐｎｐトランジスタを入力段に備ており且つ前記演
   算増幅器の動作に必要な前記バイアス電流が前記ｐｎｐ
   トランジスタのベースから流れ出る押し出し型の演算増
   幅器であることを特徴とする請求項３または４に記載の
   湿度センサユニット。