JP2556367B2

JP2556367B2 - 電子温湿度計

Info

Publication number: JP2556367B2
Application number: JP63305768A
Authority: JP
Inventors: 勇夫田沢
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1988-12-02
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH02151751A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、一般に、例えば大気中の湿度変化に応じて
電気抵抗値が可変する湿度センサーと、大気の温度変化
に応じて電気抵抗値が可変する温度センサーとを備えた
ディジタル電子温湿度計に関するものであり、特に、湿
度センサーの生産時のバラツキを調整したり、或いは時
間経過により特性が変動したり劣化した場合の調整機能
を有することを特徴とするディジタル電子温湿度計に関
するものである。

従来の技術周知のように、この種のディジタル電子温湿度計は、
該電子温湿度計が設置されている雰囲気の相対湿度や温
度を検知して、これら検知した相対湿度値や温度値の大
きさに応じた電気信号を出力する検知部と、前記検知部
から出力された電気信号を受けて、所定の信号処理を施
すことによって前記雰囲気における相対湿度値や温度値
を算出する信号処理部とから成っている。

第７図には、本出願人等により提案された、より詳し
くは特開昭63−58143号公報に記載されるディジタル電
子温湿度計の一例が図示される。

本例のディジタル電子温湿度計１は、方形波パルス発
振器２とマイクロコンピュータ４とを具備する。方形波
パルス発振器２は、方形波パルス信号を出力するインバ
ータ素子６を有し、該インバータ素子６には、湿度セン
サーRH及び第１のスイッチング素子８から成る第１の帰
還回路10と、温度センサーRT及び第２のスイッチング素
子から成る第２の帰還回路14と、より高精度な温湿度検
知をするための補正基準値ともなる抵抗値を持った基準
抵抗素子RO及び第３のスイッチング素子16から成る第３
の帰還回路18とを並列に接続すると共に、更に、前記イ
ンバータ素子６の入力側に、前記第１、第２、第３の帰
還回路10、14、18を構成している各素子RH、RT、ROの電
気抵抗値との間で選択的にCR時定数回路を形成する固定
容量素子Ｃを直列に接続した構成とされる。

このようにディジタル電子温湿度計は、A/D変換器を
使用せず、A/D変換器の機能を他の技術的手段に補完さ
せることにより回路の部品点数を低減せしめ、もって回
路全体の１チップLSI化し得るものであり、小型化、高
精度化、低廉化を達成し得るものである。

発明が解決しようとする課題特に、湿度センサーとしては、大気中の湿度変化に応
じて感温素子の電気抵抗値が可変し電気的出力が得られ
る例えばセラミック材料系の湿度センサーが使用されて
いる。

本発明者等の研究実験の結果によると、セラミック材
料系の湿度センサーは従来の他の湿度センサーに比較す
ると、生産時の湿度−電気抵抗値特性のバラツキは少な
いが、無視し得ない程度の特性のバラツキが見受られ
る。又、時間経過と共に変化或いは劣化することも観察
された。特に、湿度−電気抵抗値特性のバラツキは、湿
度測定領域における中湿度（50％前後）において生じる
と同時に、高湿側（90％前後）及び低湿側（30％前後）
において顕著であることが分かった。

高精度の湿度測定を行なうには、このような湿度セン
サーの湿度−電気抵抗値特性をバラツキに起因して生ず
る湿度測定値の誤差を補正することが必須であるが、従
来、高湿度、中湿度及び低湿度の全ての湿度領域におい
て湿度センサーの調整を行なうような構成の簡易、小型
のディジタル電子温湿度計はなかった。

従って、本発明は、湿度センサーの湿度−電気抵抗値
特性の生産時のバラツキ、又は時間経過による変動或い
は劣化に起因して生ずる湿度測定値の誤差を補正するこ
とによって、特に湿度測定領域における高湿側領域、中
湿領域及び低湿側領域において、高精度な湿度測定値を
得ることが可能な簡易、小型のディジタル電子温湿度計
を提供することである。

課題を解決するための手段上記目的は本発明に係るディジタル電子温湿度計によ
って達成される。要約すれば本発明は、方形波パルス発
生手段とディジタル演算処理手段とを具備し、方形波パ
ルス発生手段は、方形波パルス信号を出力する方形波パ
ルス信号発生器を有し、該方形波パルス信号発生器に
は、湿度センサー及び第１のスイッチング手段を有する
第１の帰還回路と、温度センサー及び第２のスイッチン
グ手段を有する第２の帰還回路と、より高精度な温湿度
検知をするための補正基準値となる抵抗値を持った基準
抵抗素子手段及び第３のスイッチング手段を有する第３
の帰還回路とを並列に接続すると共に、更に、前記方形
波パルス信号発生器の入力側に直列に、前記第１、第
２、第３の帰還回路を構成している各素子の電気抵抗値
との間で選択的にCR時定数回路を形成する固定容量素子
を接続して成るディジタル電子温湿度計において、前記
方形波パルス信号発生器には、湿度センサーの基本特性
を湿度に対して平行に移動せしめるために中湿調整手段
及び第４のスイッチング手段を有する第４の帰還回路を
平行に接続し、更に、前記平行移動された湿度センサー
の基本特性の低湿域及び高湿域を調整するために前記第
１帰還回路において、前記湿度センサーに対して平行に
低湿度調整手段を接続し、且つ該温度センサーと低湿調
整手段の並列体に対して直列に高湿調整手段を接続した
ことを特徴とするディジタル電子温湿度計である。前記
中湿調整手段、低湿調整手段及び高湿調整手段は各々可
変抵抗素子を有する。

実施例以下、本発明に係るディジタル電子温湿度計を図面に
即して更に詳しく説明する。

先ず、第１図を参照して、本発明の湿度センサー調整
作動原理について説明する。本発明に使用される湿度セ
ンサーの特性は、横軸に湿度（Ｈ）、縦軸に抵抗値
（Ｚ）をとると、第１図にて曲線（イ）で図示されるよ
うに表される。

しかしながら、湿度センサーは、感湿材の製造時の組
成比、製造条件等のバラツキによりその特性が各湿度セ
ンサー毎に相違したり、或いは感湿材の組成比、製造条
件等を一定に制御し、一定の特性を有した感湿材を作製
したとしても、電極間隔のバラツキ、更には電極面にプ
リントした感湿材の厚さのバラツキによって、湿度セン
サーの特性は第１図で曲線（イ）にて示される基本特性
よりズレ、曲線（ロ）で表されるような特性を有するこ
とがある。このような湿度センサーの特性は、経時的に
も変動したり、劣化したりすることがある。

本発明者等は、電子温湿度計に組込まれる、或いは組
込まれた湿度センサーの基本特性のバラツキは、近似的
に湿度に対して、つまり湿度を示す横軸方向に平行に移
動していると考えることができることに着目した。即
ち、湿度センサーの基本特性を、中湿度領域において△
Ｈだけ平行移動せしめることにより概略変更後に基本特
性に合致せしめることができ、低湿度領域及び高湿度領
域における特性のズレは電子回路にて補正することによ
り湿度センサーの基本特性を新しい変更後の基本特性に
調整が可能であることを見出した。

第２図には、上記作動原理に従って湿度センサーの基
本特性が調整が可能なように構成された本発明に係るデ
ィジタル電子温湿度計の一実施例が図示される。本実施
例のディジタル電子温湿度計1Aは、基本的には第４図に
関連して説明したディジタル電子温湿度計１と同じ回路
構成とされ、測定雰囲気中の湿度変化に応じた周波数の
方形波パルス信号を出力する方形波パルス発生手段、即
ち、方形波パルス発振器２と、該方形波パルス発振器２
から出力された方形波パルス信号を受けてこれを演算処
理することによって前記測定雰囲気における相対湿度
値、温度値を求めるディジタル演算処理手段、即ち、マ
イクロコンピュータ４とを具備する。

又、方形波パルス発振器２は、方形波パルス信号を出
力する方形波パルス信号発生器、即ち本実施例ではＣ−
MOSインバータの如きインバータ素子６を有し、該イン
バータ素子６には、湿度センサーRH及び第１のスイッチ
ング手段８を有する第１の帰還回路10と、温度センサー
RT及び第２のスイッチング手段12を有する第２の帰還回
路14と、より高精度な温湿度検知をするための補正基準
値ともなる抵抗値を持った基準抵抗素子RO及び第３のス
イッチング手段16を有する第３の帰還回路18とが並列に
接続され、更に、前記インバータ素子６の入力側には、
前記第１、第２、第３の帰還回路10、14、18を構成して
いる各素子RH、RT、ROの電気抵抗値との間で選択的にCR
時定数回路を形成する固定容量素子Ｃが直列に接続され
る。

本実施例によれば、インバータ素子６には、更に中湿
調整手段20及び第４のスイッチング手段22を備えた第４
の帰還回路24が並列に接続される。中湿調整手段20は、
本実施例では固定抵抗素子Rmと、可変抵抗素子VRmとの
直列体とされる。

更に、本実施例では、第１の帰還回路10には湿度セン
サーRHに対して並列となるように低湿調整手段26が接続
され、又高湿調整手段28が湿度センサーRHと前記低湿調
整手段26の並列体に対して直列になるように接続され
る。本実施例で、低湿調整手段26は固定抵抗素子Rlと可
変抵抗素子VRlとの直列体とされ、高湿調整手段28は固
定抵抗素子Rhと可変抵抗素子VRhとの直列体とされる。

又、本実施例では、第２の帰還回路14には温度センサ
ーRTに対して、固定抵抗素子RTと可変抵抗素子VRTとの
直列体が直列に接続され、更に、第３の帰還回路18には
基準抵抗素子ROに対して直列に可変抵抗素子VROが接続
され、方形パルス発振器12か出力される信号の周波数が
マイクロコンピュータ内の発振周波数データの設定範囲
から外れないように調整可能とされる。

インバータ素子６としては、上述のように、本発明に
伴う実施例において、Ｃ−MOSシュミットインバータが
用いられており、このようにインバータ素子７にＣ−MO
Sシュミットインバータを用いることによって、低コス
ト化、低消費電力化を図るとともに、例えば、100KHz程
度のオーダの周波数に対しても安定した方形波パルス信
号が得られる。

又、湿度センサーRHは、例えばジルコニア（ZrO₂）に
イットリア（Y₂O₃）、カルシア（CaO）及びマグネシア
（MgO）のうちの少なくとも一種を固溶化させて成るセ
ラミック感湿素材が使用されており、その湿度−電気抵
抗値特性は、第１図にて図示するごとく湿度変化が30〜
95％に対して電気抵抗値の変化が170KΩ〜300Ωのオー
ダとなっている。温度センサーとしては通常のサーミス
タ等を好適に使用し得る。

又、第１〜第４のスイッチング手段８、12、16、22
は、限定されるものではないが、例えば３ステートバッ
ファが好適に使用される。

上述した構成のディジタル電子温湿度計の作動につい
て更に説明する。

本実施例によれば、マイクロコンピュータ４からの制
御信号Hcによって前記第１のスイッチング手段８が閉成
されたときには、インバータ素子６は、第１帰還回路10
の合成インピーダンスと容量素子Ｃの容量値との間で形
成されるCR時定数に応じた周波数（fh）の方形波パルス
信号を出力し、信号線30にてコンピュータ４へと送信す
る。

前記インバータ素子６は、マイクロコンピュータ４か
らの制御信号Tcによって第２のスイッチング素子12が閉
成されると、第２帰還回路14の合成抵抗と前記固定容量
素子Ｃとの間で形成されるCR発振回路における発振周波
数の可変に応じた周波数（ft）の方形波パルス信号を出
力し、信号線30にてコンピュータ４へと送信する。

又、前記インバータ素子６は、マイクロコンピュータ
４からの制御信号Rcによって第３のスイッチング手段16
が閉成されると、第３帰還回路18の合成抵抗と前記固定
容量素子Ｃに容量値との間で形成されるCR時定数に応じ
た周波数（fo）の方形波パルス信号を出力し、信号線30
にてコンピュータ４へと送信する。

更に本発明に従えば、前記インバータ素子６は、マイ
クロコンピュータ４からの制御信号Rmcによって第４の
スイッチング手段22が閉成されたときに、第４帰還回路
24の合成抵抗と前記固定容量素子Ｃとの間で形成される
CR発振回路により所定の周波数（fm）の方形波パルス信
号を出力し、信号線30にてコンピュータ４へと送信す
る。

前述したマイクロコンピュータ４は、算術演算、論理
演算を行なうCPU、方形波パルス発振器２から出力され
た方形波パルス信号を計数するカウンタ、制御プログラ
ム等を内蔵し又必要データを記憶するメモリ、入出力ポ
ート等を備えている。前記マイクロコンピュータのメモ
リに記憶されているデータとしては、例えば第１図にて
図示したごとき湿度センサーRHの湿度−電気抵抗値特性
データを始め、前記湿度センサーRHの温度補償値デー
タ、更には方形波パルス発振器２から出力される方形波
パルス信号の発振周波数ｆと帰還回路の合成抵抗との関
係を表わす下記式、但し、Vo:前記方形波パルス発振器２の出力電圧 V_TH:前記インバータ素子６（即ち、Ｃ−MOSシュミット
インバータ）のHiレベルスレッショルド電圧 V_TL:前記インバータ素子６（即ち、Ｃ−MOSシュミット
インバータ）のLoレベルスレッショルド電圧 k:定数等がある。

マイクロコンピュータ４のCPUは、前述した方形波パ
ルス発振器２から出力される方形波パルス信号の周波数
ｆ（fh、ft、fo）をカウントし、該カウントした方形波
パルス信号の発振周波数ｆと前記メモリに記憶されてい
る式とから各帰還回路の合成電気抵抗値Ｒを演算し、
該演算した電気抵抗値Ｒと前記メモリに記憶されている
各種データとから大気中の湿度値、温度値が求められ
る。

つまり、マイクロコンピュータ４は、上記式より、
第１のスイッチング手段８が閉成しているときに方形波
パルス発振器２から出力される方形波パルス信号の発振
周波数fhと、第３のスイッチング手段16が閉成している
ときに前記方形波パルス発振器２から出力される方形波
パルス信号の発振周波数foとの比rfh＝fh/foを演算し、
大気中の湿度値が求められる。

又、第２のスイッチング素子12が閉成しているときに
方形波パルス発振器２から出力される方形波パルス信号
の発振周波数ftと、第３のスイッチング手段16が閉成し
ているときに方形波パルス発振器２から出力される方形
波パルス信号の発振周波数foとの比rft＝ft/foを、上記
式にて演算し、大気の温度値が求められる。

次に、本発明に従った湿度センサーの調整作動につい
て説明する。

本発明に従えば、電子湿温度計は、中湿調整、低湿調
整、及び高湿調整が行なわれる。更に具体的に言えば、
本発明によれば、中湿用、低湿用、及び高湿用の３箇所
の調整点を設け、中湿調整、低湿調整、高湿調整の順に
標準湿度槽を用い、上記調整手段20、26、28の可変抵抗
素子VRm、VRl、VRhのボリュームを回すことにより行な
われる。

・中湿調整電子温湿度計1Aを中湿調整槽（53％標準湿度槽）に装
入し、調整手段20の可変抵抗素子VRmのボリュームを回
す。

可変抵抗素子VRmのボリュームを回すことにより、第
４の帰還回路24を利用した発振回路に発生される発振周
波数fmがマイクロコンピュータ４内のカウンタ部により
計測され、一般に、△Ｈ∝fm示される演算式にて演算さ
れ、ΔＨが求められる。

本実施例では、発振回路を構成する固定容量素子Ｃの
温度による影響をなくするために、演算式においてはfm
の代りに、fm/fo（＝rfm）が採用される。foは，上述の
ように、基準抵抗素子を有した第３帰還回路を利用した
場合の発振回路の発振周波数である。

上記演算式は任意に設定し得るが、例えば、Rm＝100K
Ω、VRm＝０〜50KΩとし、発振周波数foを発振する基準
抵抗素子ROを有した第３帰還回路の合成抵抗値を50KΩ
であるとし、且つ△ＨのVRm＝０〜50KΩに対する変化量
を約15％であるとすれば、 ΔＨ＝（−30/rfm）＋75 ・・・で表すことができる。

又、マイクロコンピュータのプログラムにおける処理
範囲を、 0.3＜rfm＜0.6 ・・・とすれば、湿度の可変範囲は、 −25％＜△Ｈ＜25％・・・となる。

上記中湿調整のための演算処理フローの一実施例が第
３図に図示される。

このようにして求められたΔＨの値は、マイクロコン
ピュータ４内にプログラムされて固定されている基本特
性（Ｈ）に加算され、演算処理時にはＨ＋ΔＨにて処理
される。このことは、固定された湿度センサーの基本特
性がアナログ的に変えられたことと同じ結果となる。

つまり、調整手段20の可変抵抗素子VRmのボリューム
を回すことにより、湿度センサーRHの基本特性は、第４
図に図示されるように、曲線（イ）から曲線（ハ）との
平行移動したこととなり、電子温湿度計の表示が本実施
例では53％を表示するに至れば、中湿度領域における湿
度センサーの調整は完了したこととなる。

・低湿及び高湿調整上記方法により湿度センサーの基本特性を平行移動さ
せ場合には、第１図に図示されるように、ΔＨが大きい
ほど、又中湿調整点より定、高湿域へとズレるに従って
誤差が増大する場合が生じる。このような弊害を解決す
るために低湿調整手段26及び高湿調整手段28にて低湿及
び高湿域の補正を行なう。

先ず、電子温湿度計1Aを低湿調整槽（33％標準湿度
槽）に装入し、調整手段26の可変抵抗素子VRlのボリュ
ームを回し、電子温湿度計の表示が33％を表示するよう
にする。

次いで、電子温湿度計1Aを高湿調整槽（94％標準湿度
槽）に装入し、調整手段28の可変抵抗素子VRhのボリュ
ームを回し、電子温湿度計の表示が94％を表示するよう
にする。

上記方法にて、湿度センサーの平行移動された基本特
性（曲線（ハ））は、第５図に図示されるように、低湿
域及び高湿域にて調整される。

更に説明すると、高湿域においては、第２図に示すご
とくRHが非常に小さくなるため RH≪Rl＋VRl となり、湿度検出部は、Rl、VRlは無視できるため、RH
とRhとVRhはそれぞれ直列に配列されたと同様に働く。
すなわちVRlが変化しても高湿域での数値は変らない。

一方、低湿域においては、RHが非常に大きくなるため RH≫（Rl＋VRh）及び（Rl＋VRl）≫（Rh＋VRh）となり、湿度検出部は、上記と異なりRHと（Rl＋VRl）
は並列に配列された状態で作動する。すなわち、VRlが
変化しても高湿域での数値は変らない。

上記方法にて、本発明に係る電子温湿度計は、湿度セ
ンサーの基本特性が、第１図に図示されるように、グラ
フ（イ）から新しい基本特性グラフ（ロ）に変更された
と等価の作動をなすことができる。

第６図には、本発明に従って構成された発振手段２
を、既存の、発振手段に対する制御信号が３個Hco、Tc
o、Rcoしかないディジタル電子温湿度計に組込む場合の
一実施例が図示される。本実施例によれば、デコーダ50
を利用することにより３個の制御信号が４個の制御信号
Hc、Tc、Rc、Rmoに変換され、前記第１〜第４スイッチ
ング手段を作動せしめるべく構成される。

又、本発明に係るディジタル電子温湿度計は、発振手
段２とマイクロコンピュータ４とを一体に構成すること
もできるし、又、発振手段５とマイクロコンピュータ４
とを伝送線にて接続した分離型とすることも可能であ
る。この場合に、伝送線の長さが長くなる場合には、信
号の伝送誤差を少なくするために、第２図に図示される
ように発振手段２の信号線30に更にインバータ素子52を
設けるのが好ましい。

発明の効果以上の如くに構成される本発明は、湿度センサーの湿
度−電気抵抗値特性の生産時のバラツキ、又は時間経過
による変動或いは劣化に起因して生ずる湿度測定値の誤
差を簡単な手段にて補正することができ、特に湿度測定
領域における高湿側領域、中湿領域及び低湿側領域にお
いて、高精度な湿度測定値を得ることが可能である簡
易、小型のディジタル電子温湿度計を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るディジタル電子温湿度計の調整
作動原理を説明するグラフである。第２図は、本発明に係るディジタル電子温湿度計の構成
を示す一実施例の回路図である。第３図は、本発明に係るディジタル電子温湿度計の調整
作動の演算処理フロー図である。第４図及び第５図は、本発明に係るディジタル電子温湿
度計の調整作動を説明する湿度センサーの特性を示すグ
ラフである。第６図は、本発明に係るディジタル電子温湿度計の他の
実施例の部分回路図である。第７図は、従来のディジタル電子温湿度計の構成を示す
回路図である。 2:方形波パルス発生手段 4:ディジタル演算処理手段（マイクロコンピュータ） 6:方形波パルス信号発生器８、12、16、22:第１、第２、第３、第４スイッチング
手段 20:中湿調整手段 26:低湿調整手段 28:高湿調整手段 RH:湿度センサー RT:温度センサー RO:基準抵抗素子 C:固定容量素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】方形波パルス発生手段とディジタル演算処
理手段とを具備し、方形波パルス発生手段は、方形波パ
ルス信号を出力する方形波パルス信号発生器を有し、該
方形波パルス信号発生器には、湿度センサー及び第１の
スイッチング手段を有する第１の帰還回路と、温度セン
サー及び第２のスイッチング手段を有する第２の帰還回
路と、より高精度な温湿度検知をするための補正基準値
となる抵抗値を持った基準抵抗素子手段及び第３のスイ
ッチング手段を有する第３の帰還回路とを並列に接続す
ると共に、更に、前記方形波パルス信号発生器の入力側
に直列に、前記第１、第２、第３の帰還回路を構成して
いる各素子の電気抵抗値との間で選択的にCR時定数回路
を形成する固定容量素子を接続して成るディジタル電子
温湿度計において、前記方形波パルス信号発生器には、
湿度センサーの基本特性を湿度に対して平行に移動せし
めるために中湿調整手段及び第４のスイッチング手段を
有する第４の帰還回路を平行に接続し、更に、前記平行
移動された湿度センサーの基本特性の低湿域及び高湿域
を補正するために前記第１帰還回路において、前記湿度
センサーに対して平行に低湿調整手段を接続し、且つ該
湿度センサーと低湿調整手段の並列体に対して直列に高
湿調整手段を接続したことを特徴とするディジタル電子
温湿度計。
【請求項２】中湿調整手段、低湿調整手段及び高湿調整
手段は各々可変抵抗素子を有して成る第１項記載のデイ
ジタル電子温湿度計。