JP2566468B2 - 湿度発信器における周囲温度補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湿度に応じてその静電容量値が変化する感
湿素子C_Hを備え、この感湿素子C_Hの検出湿度に応じたデ
ューティ比のパルス状信号を発生する湿度発信器におけ
る周囲温度補正方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、この種の湿度発信器においては、第３図に
その主要回路構成を断片的に示すように、感湿素子C_Hに
対して抵抗R₁₁およびサーミスタT_Hを直列に接続する一
方、感湿素子C_Hの０％湿度に対応する静電容量C₀に対し
抵抗RK,可変抵抗VR₂および抵抗R₈を直列に接続し、抵抗
R₁₁にはダイオードD₁を、抵抗RKと可変抵抗VR₂との直列
回路にはダイオードD₂を、逆並列に接続するものとして
いた。

この湿度発信器では、サーミスタT_H，抵抗R₁₁の経路
での感湿素子C_Hへの充電々流とダイオードD₁，サーミス
タT_Hの経路での感湿素子C_Hからの放電々流との作る第１
の充放電々圧波形と、抵抗R₈，可変抵抗VR₂，抵抗RKの
経路での静電容量C₀への充電々流とダイオードD₂，抵抗
R₈の経路での静電容量C₀からの放電々流との作る第２の
充放電々圧波形とから、その第１および第２の充放電々
圧波形における充電々圧が所定値に達するまでの充電時
間T₁およびT₂を得るものとし、感湿素子C_Hの検出湿度に
応じたデューティ比Ｄのパルス状信号として、Ｄ＝T₂／
（T₁＋T₂）とするパルス状信号を生成するものとしてい
る。なお、この湿度発信器では、静電容量C₀の値がばら
つくので、そのばらつきを可変抵抗VR₂の値を調整する
ことにより吸収している。

このような回路構成においては、感湿素子C_Hの静電容
量値Ｃ（pf）と相対湿度RH（％RH）との関係は第４図に
示すように略直線であり、感湿素子C_Hの70％湿度に対応
する静電容量C₇₀の値と30％湿度に対応する静電容量C₃₀
の値とで表される感度（C₇₀／C₃₀）が略一定であるにも
拘わらず、周囲温度によってその静電容量値Ｃと相対湿
度RHとの関係が変動する。このため、サーミスタT_Hを設
け、静電容量値Ｃと相対湿度RHとの関係を温度変動に対
し実質的に一定として得るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の周囲温度補正方法によ
ると、その補正温度範囲が狭く、室温程度の範囲に限ら
れていた。また、そのばらつきの大きいC₅₀（C₅₀±15
％）に実質的に合わせるものとして、可変抵抗VR₂の値
を調整するものとしているため、その可変抵抗VR₂の値
が大きく変化するものとなり、CR時定数が大きくばらつ
くものとなって、動作点が安定しないという問題が生じ
ていた。また、周囲温度補正に対するC₅₀，C₀，サーミ
スタT_H，R₁₁の影響度が大きいという難点もあった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解決するためになされたも
ので、感湿素子C_Hに対し直列に可変抵抗VR₁を接続する
と共に、感湿素子C_Hの０％湿度に対応する静電容量C₀に
対し直列に基準温度抵抗がR₀である正温度係数抵抗RT、
および抵抗RK,R₈を接続し、正温度係数抵抗RTおよび感
湿素子C_Hの温度係数をαおよびβとし、定数ＭをＭ＝R₀
／（R₈＋RK＋R₀）とおいて、温度係数αおよびβを既知
として定数Ｍがα・Ｍ＝βを満たすように、抵抗RK,
R₈、および正温度係数抵抗RTの基準温度抵抗R₀の各値を
適切に定めたうえ、所定温度，所定湿度において発生す
るパルス状信号のデューティ比を規定のデューティ比に
合致させるように可変抵抗VR₁の値を調整するようにし
たものである。

〔作用〕

したがってこの発明によれば、可変抵抗VR₁の値を調
整することにより、その値の小さな変化にて、広い温度
範囲での補正を行うことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る湿度発信器における周囲温度補正
方法を詳細に説明する。

第１図はこの周囲温度補正方法の適用された湿度発信
器の主要回路構成を断片的に示す回路構成図である。同
図において第３図と同一符合は同一構成要素を示しその
説明は省略する。この湿度発信器においては、感湿素子
C_Hに対し抵抗Rc,可変抵抗VR₁および抵抗R₁₅を直列に接
続するものとし、抵抗Rcと可変抵抗VR₁との直列接続回
路を抵抗R₁₁として、この抵抗R₁₁に対してダイオードD₁
を逆並列に接続するものとしている。また、静電容量C₀
に対し直列に抵抗RK,正温度係数抵抗RTおよび抵抗R₈を
接続するものとして、抵抗RKと正温度係数抵抗RTとの直
列接続回路にダイオードD₂を逆並列に接続するものとし
ている。

このように構成された回路において、端子1-1および1
-2に生ずる電圧信号e₁およびe₂は、次式で示される。

但し、上記式において、Ｅは回路電圧、Ｔは周期,tは
E2の「Ｈ」レベル期間、Ｔ−ｔはE1の「Ｈ」レベル期間
を示す。

したがって、Ｄはパルス状電圧信号E2（E2＝Ｅ）のデ
ューティ比、（１−Ｄ）はパルス状電圧信号E1（E1＝
Ｅ）のデューティ比を示し、 e₁＋e₂＝Ｅ ・・・（３） となる。

そして、上述の電圧信号e₁およびe₂を第２図に示す回
路のオペアンプOP₁およびOP₂の非反転入力端へ与えるも
のとすると、その端子1-3および1-4に生ずる電圧信号e₃
およびe₀は、次式で示される。

e₃＝（１＋R₃／R₂）・e₂ ＝（１＋R₃／R₂）・Ｅ・Ｄ ・・・（４） e₀＝−（R₅／R₄）・（e₃−e₁）＋e₁ ＝−（R₅／R₄）・〔（１＋R₃／R₂）・Ｅ・Ｄ−Ｅ・
（１−Ｄ）〕＋Ｅ・（１−Ｄ） ＝（１＋R₂／R₃）・Ｅ・（１−2D） ・・・（５） 但し、第２図において、R₅／R₄＝R₂／R₃とする。

今、相対湿度RH＝０（％）のとき、e₀＝0Vとすると、
Ｄ＝0.5（Ｅは任意）となる。一方、例えば、相対湿度R
H＝100（％）のとき、e₀＝3Vとすれば、Ｅ＝4.4V,R₂＝1
00kΩ，R₃＝10kΩのとき、Ｄ＝0.4690となる。

一方、第１図において、図示左側の回路構成の時定数
τ₁として、その回路の過渡状態における回路電圧が０
（Ｖ）からスレッショルド電圧E_TH1（Ｖ）に立ち上がる
所要時間をT₁とし、また図示右側の回路構成の時定数を
τ₂とし、その回路構成の過渡状態における回路電圧が
０（Ｖ）からスレッショルド電圧E_TH2（Ｖ）に立ち上が
る所要時間をT₂とすれば、T₁，T₂は次式で示される。

T₁＝−τ₁In（１−E_TH1/E） ＝−（R₁₅＋R₁₁）・C_HIn（１−E_TH1/E）・・・（６） T₂＝−τ₂In（１−E_TH2/E） ＝−（R₈＋RK＋RT）・C_OIn（１−E_TH2/E） ・・・
（７） ここで、デューティ比Ｄは、原理式により、 として得られ、上記（６）および（７）式において、E
_TH1＝E_TH2とすると、 として表される。そして、この（９）式において、RTお
よびC_Hは、R₀:RTの基準温度抵抗値、α:RTの温度係数、
θ：現在の周囲温度,a,b:定数、H:現在の湿度、β：C_H
の温度係数とした場合、下記（10），（11）式の如く表
されるので、 RT＝R₀・〔１＋α・（θ−25）〕 ・・・（10） C_H＝C₅₀・〔１＋ａ・（Ｈ−50）＋ｂ・（Ｈ−50）₂〕×
〔１＋β（θ−25）〕 ≒C₅₀・〔１＋ａ・（Ｈ−50）〕×〔１＋β・（θ−2
5）〕 ・・・（11） 現在の湿度Ｈ＝50（％）として、1/Dを求めると、 として得られる。

ここで、 とおくと、 として表される。

今、θ＝25℃、Ｈ＝50％RHにおいて、規定のデューテ
ィ比Ｄ＝D₅₀（＝0.4845）とするために、VR₁の値を調整
して、すなわち抵抗R₁₁の値を調整して、Ｋ＝K₅₀とすれ
ば、 として表される。

よって、 ここで、Ｄをθで微分すると、 δD/δθ＝０ ・・・（18） よって、（18）式の分子＝０であるから、 α・Ｍ・〔１＋C₅₀・K₅₀〕＋α・Ｍ・（α・Ｍ＋C₅₀・K
₅₀・β）・（θ−25）−〔１＋α・Ｍ・（θ−25）〕・
（α・Ｍ＋C₅₀・K₅₀・β）＝０ …（19） となり、 α・Ｍ・〔１＋C₅₀・K₅₀〕 ＝α・Ｍ＋C₅₀・K₅₀・β・・・（20） となって、 α・Ｍ＝β ・・・（21） なる関係式が得られる。そして、 として表される。

したがって、正温度係数抵抗RTの温度係数αおよび感
湿素子C_Hの温度係数βを既知として定数Ｍ（Ｍ＝R₀／
（R₈＋RK＋R₀））がα・Ｍ＝βを満たすように、抵抗R
K,R₈、および正温度係数抵抗RTの基準温度抵抗R₀の各値
を適切に定めたうえ、θ＝25℃,H＝50％RHにおいて、規
定のデューティ比Ｄ＝D₅₀（＝0.4845）とするように可
変抵抗VR₁の値を調整することにより、その値の小さな
変化にて、ダクト温度のような広い温度範囲での補正を
行うことが可能となる。すなわち、そのばらつきの小さ
いC₀（C₀±５％）に実質的に合わせるものとして、可変
抵抗VR₁の調整を行うことにより、結果的にその可変抵
抗VR₁の値が小さく変化するものとなり、その調整が容
易となるばかりでなく、CR時定数が小さくばらつくもの
となって、動作点が安定する。また、周囲温度補正に対
するC₅₀，C₀，R₁₅，R₁₁の影響度も小さいものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による湿度発信器における
周囲温度補正方法によると、感湿素子C_Hに対し直列に可
変抵抗VR₁を接続すると共に、感湿素子C_Hの０％湿度に
対応する静電容量C₀に対し直列に基準温度抵抗がR₀であ
る正温度係数抵抗RT、および抵抗RK,R₈を接続し、正温
度係数抵抗RTおよび感湿素子C_Hの温度係数をαおよびβ
とし定数ＭをＭ＝R₀／（R₈＋RK＋R₀）とおいて、温度係
数αおよびβを既知として定数Ｍがα・Ｍ＝βを満たす
ように、抵抗RK,R₈、および正温度係数抵抗RTの基準温
度抵抗R₀の各値を適切に定めたうえ、所定温度，所定湿
度において発生するパルス状信号のデューティ比を規定
のデューティ比に合致させるように可変抵抗VR₁の値を
調整するようにしたので、可変抵抗VR₁の値を調整する
ことにより、その値の小さな変化にて、広い温度範囲で
の補正を行うことが可能となり、CR時定数が小さくばら
つくものとなって、動作点の安定化を図ることが可能と
なる等、数多くの優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る周囲温度補正方法の適用された湿
度発信器の主要回路構成を断片的に示す回路構成図、第
２図は第１図において得られる電圧信号e₁およびe₂を入
力とする処理回路を示す回路構成図、第３図は従来の周
囲温度補正方法の適用された湿度発信器の主要回路構成
を断片的に示す回路構成図、第４図は感湿素子C_Hの静電
容量値Ｃと相対湿度RHとの関係を示す特性図である。 C_H……感湿素子、VR₁……可変抵抗、C₀……C_Hの０％湿
度に対応する静電容量、RT……正温度係数抵抗、R₈,RK
……抵抗。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湿度に応じてその静電容量値が変化する感
   湿素子C_Hを備え、この感湿素子C_Hの検出湿度に応じたデ
   ューティ比のパルス状信号を発生する湿度発信器におい
   て、 前記感湿素子C_Hに対し直列に可変抵抗VR₁を接続すると
   共に、前記感湿素子C_Hの０％湿度に対応する静電容量C₀
   に対し直列に基準温度抵抗がR₀である正温度係数抵抗R
   T、および抵抗RK,R₈を接続し、 前記正温度係数抵抗RTおよび前記感湿素子C_Hの温度係数
   をαおよびβとし、定数ＭをＭ＝R₀／（R₈＋RK＋R₀）と
   おいて、温度係数αおよびβを既知として定数Ｍがα・
   Ｍ＝βを満たすように、前記抵抗RK,R₈、および前記正
   温度係数抵抗RTの基準温度抵抗R₀の各値を適切に定めた
   うえ、 所定温度，所定湿度において発生する前記パルス状信号
   のデューティ比を規定のデューティ比に合致させるよう
   に前記可変抵抗VR₁の値を調整するようにした ことを特徴とする湿度発信器における周囲温度補正方
   法。