JP2016057144A - 湿度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高湿度環境下でも好適に使用することができる湿度測定装置を提供する。【解決手段】測定対象の環境が少なくとも高湿度環境となる場合に、湿度センサ１２が設置される収容容器１１内の雰囲気をヒータ１４にて温度上昇させて飽和水蒸気量を増大させ、相対湿度を低下させて収容容器１１内が高湿度となることを回避しつつ、その相対湿度の低下分を考慮して湿度センサ１２にて検出した湿度を補正し、測定対象の湿度測定を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、湿度測定装置に関するものである。

配電盤等の電気機器において、特に湿気の多い場所に設置されるものにおいては、内部の絶縁碍子等の絶縁物が結露して絶縁耐力が低下し、最悪短絡事故に至る虞がある。そのため、電気機器内に湿度測定装置（湿度センサ）を設置して機器内雰囲気の湿度の監視を行い、湿度が閾値以上となれば、警報出力を行って管理者等に報知したり、除湿器やスペースヒータを動作させて電気機器内の湿度を下げたりすることが一般に行われている。湿度測定装置としては、例えば特許文献１や特許文献２が知られている。

特開平５−１７２７７６号公報 特開２０１２−１５４６３２号公報

ところで、湿度測定装置に備えられる湿度センサ（素子）の種類によっては、高湿度環境下のセンサの検出精度（測定装置としての測定精度）が大きく低下したり、劣化を早めたりするものがある。そのため、このことを考慮して湿度測定装置を構成することが本発明者の検討課題となっていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高湿度環境下でも好適に使用することができる湿度測定装置を提供することにある。

上記課題を解決する湿度測定装置は、開口部を有する収容容器内に湿度センサを設置すると共に、前記収容容器の内外の少なくとも一方に温度センサを設置、更に前記収容容器内の加熱を行う加熱手段を設置し、前記収容容器内にある前記湿度センサにて前記収容容器外の雰囲気湿度を測定対象の湿度として検出するものであり、前記測定対象の環境が少なくとも高湿度環境となった場合、前記湿度センサが収容された前記収容容器内の雰囲気を温度上昇させて飽和水蒸気量の増大を図り前記収容容器内の雰囲気の相対湿度を低下させるべく、前記加熱手段の加熱動作を行わせる加熱駆動手段と、前記温度センサから得られる、若しくは前記温度センサと前記加熱手段の加熱態様とから得られる前記収容容器内外の各温度から前記収容容器内外の飽和水蒸気量の比を算出し、前記収容容器内の前記湿度センサにて検出した湿度をその飽和水蒸気量の比に基づいて補正し、前記収容容器外の湿度を測定対象の湿度として算出する湿度算出手段とを備える。

この構成によれば、測定対象の環境が少なくとも高湿度環境となる場合に、湿度センサが設置される収容容器内の雰囲気を加熱手段にて温度上昇させて飽和水蒸気量を増大させ、相対湿度を低下させて収容容器内が高湿度となることを回避しつつ、その相対湿度の低下分を考慮して湿度センサにて検出した湿度の補正し、測定対象の湿度測定が行われる。つまり、湿度センサが高湿度を直接的に検出することや、湿度センサが高湿度環境下に晒されることが防止されることで、測定対象の環境が高湿度環境下となっても湿度測定装置の好適な使用が可能である。

本発明の湿度測定装置によれば、高湿度環境下でも好適に使用することができる。

一実施形態における湿度測定装置の概略構成図である。 Ｋ値（収容容器の開口面積／容器容積）と温度上昇量との関係を示すグラフである。

以下、湿度測定装置の一実施形態について説明する。

図１に示すように、湿度測定装置１０は、測定対象として配電盤等の電気機器内に設置され、機器内の雰囲気湿度の測定を行う装置である。湿度測定装置１０は、開口部１１ａを有する収容容器１１内において、湿度センサ１２、温度センサ１３、ヒータ１４、及びコントローラ１５等が所定箇所に配置されている。

湿度センサ１２は、収容容器１１内の雰囲気湿度を検出しその検出信号をコントローラ１５に出力する。コントローラ１５は、湿度センサ１２から出力された検出信号に基づいて収容容器１１内の湿度の測定を行い、収容容器１１外の雰囲気湿度、即ち測定対象である電気機器内の雰囲気湿度を間接的に測定する。収容容器１１はその開口部１１ａから内外の雰囲気が交流可能なため、収容容器１１内で後述のヒータ１４が動作していなければ収容容器１１の内外の湿度、即ち収容容器１１内の湿度と測定対象の電気機器内の湿度とは同じであり、湿度センサ１２にて検出した湿度がそのまま測定対象の電気機器内の湿度となる。

ここで、本実施形態の湿度センサ１２には、高分子抵抗式湿度センサが用いられている。高分子抵抗式湿度センサは、湿度に応じて抵抗値が変化する高分子抵抗膜が電極上に塗布されその抵抗値変化による電流値変化に基づいて湿度を検出するセンサであり、構造が簡単で小型・安価であることから、広く一般的に使用されるものである。一方で、高分子抵抗式湿度センサは、高湿度環境になるほど測定誤差が拡大し、特に９０％以上の高湿度環境下になるとその測定誤差も十分に大きなものである。また、高湿度環境下における連続使用や結露する条件での使用は、高分子抵抗式湿度センサの劣化を早めることにも繋がり、湿度測定装置としての信頼性の点でも懸念するところである。

これを踏まえ、本実施形態の湿度測定装置１０では、収容容器１１外の湿度（絶対湿度）が所定の高湿度となった場合に、湿度センサ１２が収容される収容容器１１内の湿度が相対的に低くなるようなヒータ１４の動作が行われる。

即ち、ヒータ１４は収容容器１１内の雰囲気を加熱するものであり、該ヒータ１４の加熱動作により収容容器１１内の雰囲気温度が上昇すると、飽和水蒸気量が大きくなり、収容容器１１内の湿度が容器１１外の湿度（絶対湿度）よりも見かけ上で低くなることを利用する。本実施形態では、湿度センサ１２による検出湿度が例えば９０％に到達した時点でヒータ１４の加熱動作が行われ、収容容器１１内の相対湿度が常に９０％未満となるような調湿動作が行われて、高分子抵抗式湿度センサよりなる湿度センサ１２が高湿度環境に晒されないようにしている。

また、その調湿動作と合わせて、コントローラ１５は、湿度センサ１２にて検出した湿度（相対湿度）の補正を行い、収容容器１１外の湿度、即ち測定対象の電気機器内の湿度（絶対湿度）の算出を行っている。その際、コントローラ１５は、ヒータ１４の加熱能力（発熱量）や収容容器１１の構成（容器容積、開口面積）から温度上昇量を予め把握している。例えば、温度上昇量については、図２に示すような相関関係となっている。

因みに、同図２で用いている「Ｋ値」とは、収容容器１１の容器容積を「Ｖ」、開口部１１ａの開口面積を「Ｓ」とした時のＳ／Ｖ＝Ｋである。Ｋ値が大きいということは、収容容器１１の開口部１１ａが相対的に大きく容器１１内外の雰囲気の交流が大きいために発熱量に対する温度上昇量が小さく、Ｋ値が小さいということは、収容容器１１の開口部１１ａが相対的に小さく容器１１内外の雰囲気の交流が小さいために発熱量に対する温度上昇量が大きくなることが推察される。つまり、発熱量に対する温度上昇量としては、Ｋ値が小さい方が有利である。反面、放熱時の温度下降量としては、Ｋ値が大きく開口部１１ａが相対的に大きい方が有利である。そのため、収容容器１１内の温度を上下させる速度（レスポンス）を考慮すると、Ｋ値として０．０１〜０．０８となる収容容器１１の構成が望ましく、一層望ましいのは、Ｋ値が０．０２〜０．０６となる収容容器１１の構成である。

また、上記した温度上昇量以外にも、コントローラ１５は、温度と飽和水蒸気量と湿度との相関関係も予め把握している。更に、収容容器１１内に設置される温度センサ１３にて雰囲気温度の検出が行われ、コントローラ１５は、温度センサ１３から出力された検出信号に基づいて収容容器１１内の温度も把握している。

ここで、収容容器１１外の温度が２５［℃］（飽和水蒸気量：２３．０６［ｇ／ｍ^３］）で、湿度（絶対湿度）が９０［％］の状況であった場合のその湿度９０％をコントローラ１５にて算出（補正）する一例を図２を参照しながら説明する。

先ず、コントローラ１５は、温度センサ１３にてヒータ１４の動作前の収容容器１１内の温度、この場合、収容容器１１外の温度も同じであるため、その温度の２５［℃］を取得する。その時の飽和水蒸気量は２３．０６［ｇ／ｍ^３］である。

次いで、Ｋ値が０．０２４となる収容容器１１の構成である場合、ヒータ１４の加熱による発熱量が１．３［Ｗ］である場合とすると、Ｋ値が０．０２４となる構成の収容容器１１内の温度上昇量は１．２［℃］である。コントローラ１５は、その温度上昇量をヒータ１４の加熱前に取得した温度の２５［℃］に加え、ヒータ１４による加熱後の収容容器１１内の温度を２６．２［℃］として取得する。尚、本実施形態では、ヒータ１４による加熱後の温度を温度センサ１３による再検出で得ることもできる。
次いで、コントローラ１５は、その２６．２［℃］から収容容器１１内の雰囲気の飽和水蒸気量２４．６７［ｇ／ｍ^３］を取得する。

次いで、コントローラ１５は、ヒータ１４による加熱後（２６．２［℃］）の収容容器１１内の湿度を湿度センサ１２から取得する。この場合の湿度を例えば８４［％］とする。

そして、コントローラ１５は、ヒータ１４による加熱後に検出した湿度８４［％］に対し、加熱前後の飽和水蒸気量の比（加熱後２４．６７［ｇ／ｍ^３］、加熱前２３．０６［ｇ／ｍ^３］）を掛ける、即ち、８４×（２４．６７／２３．０６）から湿度９０［％］を得ることができる。

これらは、ヒータ１４の加熱による発熱量が１．３［Ｗ］以外の２［Ｗ］や３［Ｗ］等の場合であっても、また収容容器１１の構成を示すＫ値が０．０２４以外の０．０８等の場合であっても、上記した一例と同様にして、収容容器１１外の湿度、即ち測定対象の電気機器内の湿度（絶対湿度）が補正により得られるようになっている。

尚、高分子抵抗式湿度センサよりなる湿度センサ１２を高湿度による劣化から保護する意味では問題ないが、高湿度環境での湿度測定装置１０の測定精度を向上するためには、高分子抵抗式湿度センサを高湿度環境下で直接的に検出する場合の誤差よりも、本実施形態のように間接的に検出して補正する際の誤差を小さくすることが望ましい。

そして、このようにして湿度測定装置１０（コントローラ１５）が測定した測定対象の電気機器内の湿度は、コントローラ１５から外部装置に例えば警報や監視、表示のために出力される。例えば、測定対象の電気機器内の湿度が例えば８５％以上の高湿度となった場合をコントローラ１５が判定し、その旨の警報出力を行ってもよい。また、電気機器内の除湿を行う除湿器やスペースヒータを動作させてもよい。
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。

（１）例えば測定対象の環境が９０％以上の高湿度環境となる場合に、湿度センサ１２が設置される収容容器１１内の雰囲気をヒータ１４にて温度上昇させて飽和水蒸気量を増大させ、相対湿度を低下させて収容容器１１内が高湿度となることを回避しつつ、その相対湿度の低下分を考慮して湿度センサ１２にて検出した湿度を補正し、測定対象の湿度測定が行われるようになっている。つまり、湿度センサ１２が高湿度を直接的に検出することや、湿度センサ１２が高湿度環境下に晒されることが防止されることで、測定対象の環境が高湿度環境下となっても湿度測定装置１０を好適に使用することができる。
特に本実施形態のように、湿度センサ１２に高分子抵抗式湿度センサを用いるものではその効果は大きい。また、安価に実現できる。
（２）１つの温度センサ１３を用いた構成のため、湿度測定装置１０の部品数を少なく構成でき、低コスト化に寄与できる。

（３）高湿度時に収容容器１１内の温度をヒータ１４により上昇させ、相対湿度を低下させていることにより、収容容器１１内のコントローラ１５（電源・制御回路等）の結露・高湿度状態を回避でき、コントローラ１５の劣化も未然に防止することができる。
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記に記載した各種の数値は一例であり、これに限らない。

・収容容器１１内に温度センサ１３を設けたが、図１の破線で示すように、収容容器１１外に温度センサ１６を設け、温度センサ１３側で収容容器１１内の温度を検出、温度センサ１６側で収容容器１１外の温度を検出して、これらで検出した温度を用いて湿度測定を行ってもよい。このようにすれば、湿度測定をより精度良く行うことが期待できる。また、温度センサを収容容器１１外の温度センサ１６とし、収容容器１１内の温度センサ１３を省略しても、上記と同様の湿度測定を行うこともできる。
・湿度センサ１２を高分子抵抗式湿度センサとしたが、セラミック製湿度センサ等、その他の湿度センサを用いてもよい。
・収容容器１１内にコントローラ１５を設置したが、収容容器１１外に設置してもよい。

・独立したヒータ１４（加熱手段）を用いたが、収容容器１１内のコントローラ１５を構成する電源・制御回路等の自己発熱がある場合はこれを加熱手段とする、若しくは加熱手段の一部としてもよい。
・配電盤等の電気機器が測定対象であったが、配電盤以外の電気機器やこれ以外の機器が測定対象であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記温度センサは、前記収容容器内に設置されて構成されていることを特徴とする湿度測定装置。
（ロ）前記温度センサは、前記収容容器内外の両方に設置されて構成されていることを特徴とする湿度測定装置。
（ハ）前記加熱手段の加熱動作は、所定値以上の高湿度環境となる場合に限定して行われることを特徴とする湿度測定装置。
（ニ）前記湿度測定装置のコントローラは、前記収容容器内に設置されて構成されていることを特徴とする湿度測定装置。

１１…収容容器、１１ａ…開口部、１２…湿度センサ、１３，１６…温度センサ、１４…ヒータ（加熱手段）、１５…コントローラ（加熱駆動手段、湿度算出手段、加熱手段）。

Claims (1)

1. 開口部を有する収容容器内に湿度センサを設置すると共に、前記収容容器の内外の少なくとも一方に温度センサを設置、更に前記収容容器内の加熱を行う加熱手段を設置し、前記収容容器内にある前記湿度センサにて前記収容容器外の雰囲気湿度を測定対象の湿度として検出するものであり、
   前記測定対象の環境が少なくとも高湿度環境となった場合、前記湿度センサが収容された前記収容容器内の雰囲気を温度上昇させて飽和水蒸気量の増大を図り前記収容容器内の雰囲気の相対湿度を低下させるべく、前記加熱手段の加熱動作を行わせる加熱駆動手段と、
   前記温度センサから得られる、若しくは前記温度センサと前記加熱手段の加熱態様とから得られる前記収容容器内外の各温度から前記収容容器内外の飽和水蒸気量の比を算出し、前記収容容器内の前記湿度センサにて検出した湿度をその飽和水蒸気量の比に基づいて補正し、前記収容容器外の湿度を測定対象の湿度として算出する湿度算出手段と
   を備えたことを特徴とする湿度測定装置。

Images