JP2004226114A

JP2004226114A - センサ装置

Info

Publication number: JP2004226114A
Application number: JP2003011384A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Iwakoshi; 健岩越
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP3975443B2

Abstract

【課題】湿度センサから求められる計測データの異常出力を抑制する機能を備えたセンサ装置を提供する。
【解決手段】湿度センサおよび温度センサと、上記湿度センサから求められる計測データをフィルタリングして出力するローパスフィルタとを備え、前記温度センサにて求められる温度の所定時間当たりの変化量が大きいときには前記ローパスフィルタの時定数を大きく設定すると共に、上記温度変化量が小さいときには前記ローパスフィルタの時定数を小さく設定する（出力制御手段）。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿度センサから求められる湿度や露点からなる計測データの異常出力を抑制する機能を備えたセンサ装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
空調設備の運転を制御する場合、専ら制御対象空間等における温度や湿度、更にはその露点温度が監視（モニタ）される。このような監視に用いられるセンサ装置は、そのセンシング素子として温度センサや湿度センサを備え、これらのセンサにより求められた計測データ（温度，湿度，露点等）を空調制御装置等に対して発信出力するように構成される（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１２２２９３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら温度が急激に変化した場合、センシング素子がその周囲温度等に馴染むまでに時間が掛かることが否めない。一般的には、温度センサは温度の急激な変化に対して図４（ａ）に示すように比較的緩やかに追従して変化する特性を有し、また湿度センサは湿度の急激な変化に対して図４（ｂ）に示すようにオーバーシュートを呈して過剰に反応した後、次第に安定する特性を有する。尚、図４（ａ）（ｂ）は、環境がステップ的に変化したとき（一点鎖線で示す特性）の温度センサの応答出力（実線で示す特性）を示している。また温度センサにより計測される温度と湿度センサにより計測される湿度とから露点を演算出力するタイプの露点センサにおいては、その湿度の急激な変化に対して図４（ｃ）に示すようにオーバーシュート気味の変化特性を有する。
【０００５】
このようなオーバシュートに起因する異常なセンサ出力（計測データの出力）を防止するには、例えばそのセンサ出力をローパスフィルタを用いてフィルタリングすれば良い。しかしながらローパスフィルタを用いてセンサ出力をフィルタリングすると、上記センサ出力の微妙な変化が丸め込まれるので、湿度や露点の僅かな変化を検出することができなくなると言う新たな問題が生じる。換言すれば、その検出感度が損なわれると言う不具合が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、センサとしての検出感度を維持しながら、その異常なセンサ出力を効果的に抑えることのできるセンサ装置を提供することにある。
特に湿度センサから求められる計測データの異常出力を抑制する機能を備えたセンサ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係るセンサ装置は、湿度センサおよび温度センサを備え、少なくとも上記湿度センサから求められる相対湿度や露点からなる計測データを出力するものであって、
特に上記計測データをフィルタリングして出力するローパスフィルタと、前記温度センサにて求められる温度の所定時間当たりの変化量を求める温度変化検出手段と、この温度変化検出手段にて求められた温度変化量が大きいときには前記ローパスフィルタの時定数を大きく設定すると共に、上記温度変化量が小さいときには前記ローパスフィルタの時定数を小さく設定する出力制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
即ち、本発明に係るセンサ装置は、温度センサにて求められる温度の所定時間当たりの変化量に応じて、その計測データをフィルタリングして出力するローパスフィルタの時定数を変えるようにしたものである。そして計測データの微小な変化に対しては、時定数の小さいローパスフィルタを介して追従性良くその計測データを出力すると共に、計測データが急激に変化した場合には、時定数の大きいローパスフィルタを用いてその変化を鈍らせることで異常出力の発生を抑制するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
ちなみに前記出力制御手段は、前記温度の所定時間当たりの変化量を所定の判定閾値と比較し、その判定結果に応じて前記ローパスフィルタの時定数を変更設定するように構成することが好ましい。また前記計測データは、前記湿度センサにて求められる相対湿度データであっても良く、或いは前記湿度センサにて求められた相対湿度と前記温度センサにて求められる温度とから演算処理により求められる露点データであっても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るセンサ装置について、露点検出器を例に説明する。
図１はこの実施形態に係るセンサ装置（露点検出器）の概略構成を模式的に示すもので、１０は計測対象部位に設置されるセンサ部、２０はこのセンサ部１０が備える制御部である。センサ部１０は、例えば空調ダクト内に挿入されて該空調ダクトを通流する空気の温度と湿度を検出する棒状体からなり、棒状体の先端部に温度に感応する温度センサ１１と湿度に感応する湿度センサ１２とを内蔵している。また制御部２０は、所定の周期毎に上記温度センサ１１を介して検出される温度Ｔｎと湿度センサ１２を介して検出される湿度Ｈｎとに従って、その露点温度Ｄｎを検出（演算）するもので、例えばマイクロコンピュータを主体として構成される。
【００１１】
具体的には上記制御部２０は、例えば温度センサ１１を介して検出される温度Ｔｎと湿度センサ１２を介して検出される湿度Ｈｎとに従って露点Ｄｎを検出（演算）する露点検出機能２１と、この露点検出機能２１にて求められた露点Ｄｎをフィルタリングし、センサ装置（露点検出器）による計測データＹｎとして出力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２とを備える。ちなみに上記ローパスフィルタ２２は、マイクロコンピュータによるフィルタ演算処理により実現されるものであるが、所定の時定数が設定されたハードウェアとして実現することも勿論可能である。
【００１２】
また制御部２０は、上述した基本機能に加えて前記温度センサ１１を介して検出される温度Ｔｎを監視し、その温度変化量ｄＴｎ（＝Ｔｎ−Ｔｎ−１）を検出する温度変化量検出機能（温度変化検出手段）２３を備える。更にこの制御部２０は上記温度変化量検出機能２３により求められた温度変化量ｄＴｎの大きさに応じて、前記ローパスフィルタ２２の時定数を変更設定する時定数変更機能（出力制御手段）２４を備えることを特徴としている。
【００１３】
ちなみにこの時定数変更機能２４は、前記温度変化量ｄＴｎが所定の判定閾値Ｃを上回るときには前記ローパスフィルタ２２に対して大きな時定数τ１を設定し、前記温度変化量ｄＴｎが判定閾値Ｃ以下であるときには前記ローパスフィルタ２２に小さな時定数τ２を設定する役割を担う。尚、これらの時定数τ１，τ２や判定閾値Ｃは、前記温度センサ１１および湿度センサ１２の各素子特性（温度・湿度に対する感応特性）に応じて設定される。
【００１４】
そして前述したローパスフィルタ２２は、上記時定数変更機能２４により設定された時定数τ（τ１またはτ２）の下で前述した露点検出機能２１にて求められた露点Ｄｎをフィルタリング処理している。具体的には温度変化量ｄＴｎが大きい場合には（温度Ｔｎが急激に変化した場合には）、ローパスフィルタ２２は大きな時定数τ１の下で露点データＤｎをフィルタリングし、これによってその変化を鈍らせたデータを計測データＹｎとして出力する。また温度変化量ｄＴｎが小さい場合には（温度Ｔｎが緩やかに変化している場合には）、ローパスフィルタ２２は小さな時定数τ２の下で露点データＤｎをフィルタリングし、露点データＤｎの変化に素早く追従したデータを計測データＹｎとして出力する。尚、上記小さな時定数τ２を零［０］に近い値とし、実質的にローパスフィルタ２２をバイパスさせて（フィルタリングすることなく）前記露点データＤｎをそのまま出力することも可能である。この場合、フィルタ演算処理自体を中止させるようにしても良い。
【００１５】
図２は上述した処理機能を実現する前記制御部２０の処理手順の一例を示している。この処理手順について簡単に説明すると、先ず所定のサンプリング周期毎に前記温度センサ１１および湿度センサ１２を介して計測対象（例えば空調ダクト内の空気）の温度Ｔｎと湿度Ｈｎとを計測する〈ステップＳ１〉。そして上記温度Ｔｎと湿度Ｈｎとに従って上記計測対象の露点Ｄｎを
Ｄｎ＝ｆ（Ｔｎ，Ｈｎ）
なる関数に基づいて算出する〈ステップＳ２〉。
【００１６】
一方、所定の周期毎に前記温度センサ１１を用いて検出される温度Ｔｎから、その温度変化量ｄＴｎを
ｄＴｎ＝Ｔｎ − Ｔｎ−１
として算出する〈ステップＳ３〉。そしてこの温度変化量ｄＴｎが予め設定した判定閾値Ｃを上回るか否か、換言すれば温度変化が急峻であるか否かを判定する〈ステップＳ４〉。そして温度変化が急峻である場合には前記ローパスフィルタ２２に大きな時定数τ１を設定し〈ステップＳ５〉、また温度変化が緩慢である場合には前記ローパスフィルタ２２に小さな時定数τ２を設定する〈ステップＳ６〉。
【００１７】
そしてこのようにしてローパスフィルタ２２の時定数が設定された条件下で、前述したステップＳ２において求められた露点Ｄｎをフィルタリングする〈ステップＳ７〉。具体的にはこのフィルタリングは、例えば設定された時定数τによりそのフィルタ特性が定められるフィルタ関数Ｆｎ
Ｆｎ＝ｅｘｐ（−Ｔｓ／τ）
を用い、入力（露点）Ｄｎに対して
Ｘｎ＝Ｆｎ・Ｘｎ−１＋（１−Ｆｎ）・Ｄｎ
なる出力Ｘｎが得られるように１次のデジタル演算処理を実行することにより実現される。つまりフィルタ関数Ｆｎの大きさに応じて、１サンプル前の出力Ｘｎ−１と今回の求められた露点Ｄｎのフィルタ出力Ｘｎに対する関与の度合いを変化させることで、所定のフィルタリング処理を施すようにすれば良い。尚、上式においてＴｓは、サンプリング周期である。
【００１８】
そして上述したフィルタリングにより求められた出力Ｘｎを、当該センサ装置（露点検出器）により計測された露点の計測データＹｎとして出力する〈ステップＳ８〉。この出力（計測データＹｎ）は、例えば信号ケーブルを介して前述した空調ダクトに通流する空気の温度や湿度を制御する空調設備の図示しない監視制御部に伝送される。
【００１９】
かくして上述した如く構成されたセンサ装置（露点検出器）によれば、計測対象とする空気の温度が急激に変化し、温度センサ１１および湿度センサ１２によりそれぞれ検出される温度Ｔｎと湿度Ｈｎが、前述したようにその変化に追従しないことに起因して、上記温度Ｔｎと湿度Ｈｎとから求められる露点Ｄｎが大きくオーバシュートするような場合であっても、時定数が大きく設定されたローパスフィルタ２２によってその出力の過度な変化が抑えられるので、センサ装置（露点検出器）から異常な計測データが出力されることがなくなる。また温度変化が緩やかな場合には、ローパスフィルタ２２に小さな時定数が設定されるので、その温度Ｔｎや湿度Ｈｎの変化に伴って露点Ｄｎが変化すれば、その変化がそのまま計測データの変化として現れることになる。
【００２０】
即ち、図３（ａ）〜（ｃ）にフィルタリング処理しない場合、オーバシュートを抑えるためのフィルタリングをした場合、そして上述した温度変化に応じたフィルタリングをした場合における各計測データの変化の様子を対比して示すように、上述した実施形態によれば計測データのオーバシュート（異常出力）を抑えながら、計測対象の微妙な変化に追従した計測データを得ることができる。
【００２１】
従って計測対象の微妙な変化に追従した計測を行いながら、センシング素子の特性に起因する異常出力の発生を抑えることができ、信頼性の高い計測を精度良く行うことが可能となる。しかも温度変化を監視し、温度変化量に応じてローパスフィルタ２２の時定数を変更すると言う簡易な制御とその構成により、センサ装置（露点検出器）の計測信頼性を十分に高めることができる。またこのセンサ装置（露点検出器）を用いた各種のセンシングシステムにおいては、不本意な異常出力が与えられることがないので、その異常監視を確実に安定して実行することが可能となる等の効果も奏せられる。
【００２２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは露点検出器を例に説明したが、湿度検出器の場合にも同様に適用することができる。また温度センサや湿度センサについては、種々のタイプのものを適宜用いることができ、これらのセンシング素子の感応特性に応じてローパスフィルタに設定する時定数を決定すれば十分である。
【００２３】
また上述した実施形態においては、露点を算出した後、この露点データをフィルタリング処理した、しかし上記制御部２０としては、図５（ａ）に示すように湿度センサ１２を介して検出される湿度Ｈｎをフィルタリングし、このフィルタリングした湿度Ｈｎｆを計測データとしてそのまま出力するように構成することも可能である。また或いは図５（ｂ）に示すように前記制御部２０を、湿度センサ１２を介して検出される湿度Ｈｎをローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２を介してフィルタリングした後、フィルタリングした湿度Ｈｎｆと温度センサ１１を介して検出される温度Ｔｎとに従って露点Ｄｎを検出（演算）して出力するように構成することもできる。
【００２４】
更には実施形態においては、マイクロコンピュータを用いてソフトウェア的に信号処理したが、専用のハードウェアを用いてセンサ装置を構築することも勿論可能である。この場合には、ローパスフィルタをバイパスさせるか否かを制御したり、時定数の異なる複数のローパスフィルタをスイッチ制御する等して選択的に用いるようにすれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、センシング素子の特性に起因する計測データのオーバシュート（異常出力）を効果的に抑えることができると共に、計測対象の微細な変化に追従した信頼性の高い計測データを安定に得ることができるので、その実用的利点が絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサ装置の概略構成図。
【図２】図１に示すセンサ装置における処理手順の一例を示す図。
【図３】フィルタリング処理の有無による計測データの変化の様子を対比して示す図。
【図４】温度、湿度、露点の各センサ出力の応答特性を対比して示す図。
【図５】センサ装置における制御部の別の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０センサ部
１１温度センサ
１２湿度センサ
２０制御部
２１露点検出機能
２２ローパスフィルタ
２３温度変化量検出機能（温度変化検出手段）
２４時定数変更機能（出力制御手段）

Claims

湿度センサおよび温度センサと、
少なくとも上記湿度センサから求められる計測データをフィルタリングして出力するローパスフィルタと、
前記温度センサにて求められる温度の所定時間当たりの変化量を求める温度変化検出手段と、
この温度変化検出手段にて求められた温度変化量が大きいときには前記ローパスフィルタの時定数を大きく設定すると共に、上記温度変化量が小さいときには前記ローパスフィルタの時定数を小さく設定する出力制御手段と
を具備したことを特徴とするセンサ装置。
前記出力制御手段は、前記温度の所定時間当たりの変化量を所定の判定閾値と比較し、その判定結果に応じて前記ローパスフィルタの時定数を変更設定するものである請求項１に記載のセンサ装置。
前記計測データは、前記湿度センサにて求められる相対湿度データ、または前記湿度センサにて求められた相対湿度と前記温度センサにて求められる温度とから求められる露点データである請求項１に記載のセンサ装置。