JP2801156B2 - 露点または気体濃度の測定方法と着氷予測装置 - Google Patents
露点または気体濃度の測定方法と着氷予測装置Info
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Description
【０００１】本発明は、露点または気体の相対濃度を直
接測定し、及び該相対濃度を測定する素子の温度を測定
することを特徴とする気体濃度または露点の間接測定方
法に関するものである。さらに本発明は、着氷を予測す
る装置に関するものである。
接測定し、及び該相対濃度を測定する素子の温度を測定
することを特徴とする気体濃度または露点の間接測定方
法に関するものである。さらに本発明は、着氷を予測す
る装置に関するものである。
【０００２】従来技術では、露点または気体濃度を測定
する場合に、様々な方法で行なわれている。
する場合に、様々な方法で行なわれている。
【０００３】露点を計測する従来の方法では、結露が発
生するまで適切な表面を冷却し、結露発生の瞬間を検出
し、さらに結露が最初に付着する時間に対応する温度を
測定する。これまで、結露を検出する面は鏡面であり、
光学式検出法により、このような鏡面上で結露の監視を
行なっていた。結露は、例えば、前記鏡面から反射した
光の減衰量によって光学的に検出される。
生するまで適切な表面を冷却し、結露発生の瞬間を検出
し、さらに結露が最初に付着する時間に対応する温度を
測定する。これまで、結露を検出する面は鏡面であり、
光学式検出法により、このような鏡面上で結露の監視を
行なっていた。結露は、例えば、前記鏡面から反射した
光の減衰量によって光学的に検出される。
【０００４】露点検出技術として採用されている他の非
光学的方法には、容量的方法や、露結面に沿って放射さ
れる面音響波の減衰量測定に基づく方法があり、後者で
は、露結面が電気的測定回路の一部を形成している。
光学的方法には、容量的方法や、露結面に沿って放射さ
れる面音響波の減衰量測定に基づく方法があり、後者で
は、露結面が電気的測定回路の一部を形成している。
【０００５】上記の方法では、露点温度を直接表示す
る。この方法によって得られる精度は、露点検出と表面
温度の測定に関する精度によって決まる。
る。この方法によって得られる精度は、露点検出と表面
温度の測定に関する精度によって決まる。
【０００６】しかし、以上の方法には、不都合な点がい
くつか見られる。例えば、周期的測定および露結面の自
動清浄により汚染対策が採られている場合でも、露結計
測面の汚染によって誤差が生じる。また、このような対
策があるにもかかわらず、プロセス条件によって必要と
される短期の保全期間によって、装置の利用度が損われ
ることになる。特に、検出が困難な測定誤差の原因は、
露結検出器表面の塩層の堆積によって発生する。
くつか見られる。例えば、周期的測定および露結面の自
動清浄により汚染対策が採られている場合でも、露結計
測面の汚染によって誤差が生じる。また、このような対
策があるにもかかわらず、プロセス条件によって必要と
される短期の保全期間によって、装置の利用度が損われ
ることになる。特に、検出が困難な測定誤差の原因は、
露結検出器表面の塩層の堆積によって発生する。
【０００７】分圧が低く、かつ付着した氷水層の蒸発が
遅いという条件においては、特に露点温度が低い場合
は、反応時間が（数分程度まで）長くなる。同様に、周
囲条件の急激な変化により検出器が湿潤状態になった場
合、回復時間は長くなる。
遅いという条件においては、特に露点温度が低い場合
は、反応時間が（数分程度まで）長くなる。同様に、周
囲条件の急激な変化により検出器が湿潤状態になった場
合、回復時間は長くなる。
【０００８】相対湿度及び測定された相対湿度に対応す
る温度からの間接的な露点計測に基づく方法も技術上周
知である。上記の直接測定法に関連して言えば、この間
接測定法には、反応が速い、汚染率が低下する、高温で
の作業が可能になるなどの利点がある。
る温度からの間接的な露点計測に基づく方法も技術上周
知である。上記の直接測定法に関連して言えば、この間
接測定法には、反応が速い、汚染率が低下する、高温で
の作業が可能になるなどの利点がある。
【０００９】上記間接測定法は、相対湿度が低い場合に
相対的に大きい誤差が生じ、かつ相対湿度を計測するセ
ンサの感度に対して化学薬品による悪影響が見られるこ
とが難点となっている。
相対的に大きい誤差が生じ、かつ相対湿度を計測するセ
ンサの感度に対して化学薬品による悪影響が見られるこ
とが難点となっている。
【００１０】また、着氷予測装置は、温度の一時的動向
を監視し、かつ零点付近の温度で相対湿度を測定するこ
とを基本にしている。このセンサの性能を妨げる問題点
は、相対湿度が高い場合に、湿度センサが湿潤状態を維
持しやすいことから、長時間にわたって１００％の相対
湿度を示すことである。
を監視し、かつ零点付近の温度で相対湿度を測定するこ
とを基本にしている。このセンサの性能を妨げる問題点
は、相対湿度が高い場合に、湿度センサが湿潤状態を維
持しやすいことから、長時間にわたって１００％の相対
湿度を示すことである。
【００１１】したがって、本発明の目的は、上記技術の
欠点を克服し、かつ全く新しい露点計測方法と着氷予測
装置を実現することにある。
欠点を克服し、かつ全く新しい露点計測方法と着氷予測
装置を実現することにある。
【００１２】本発明は、高い相対湿度を測定するセンサ
の外部冷却によって、特に、低い相対湿度においてセン
サ測定範囲を移動させ、同様に、露点付近において、セ
ンサを外部加熱することにより、測定精度を最も高くす
るような範囲に測定範囲を移動させる点を基本にしてい
る。
の外部冷却によって、特に、低い相対湿度においてセン
サ測定範囲を移動させ、同様に、露点付近において、セ
ンサを外部加熱することにより、測定精度を最も高くす
るような範囲に測定範囲を移動させる点を基本にしてい
る。
【００１３】これに対応し、着氷予測装置は、２台の別
々のセンサユニットから成る装置の設計に基づいてい
る。このセンサユニットは、第１センサユニットに湿度
センサと温度センサが、また、実測点に配置される第２
センサユニットには温度センサのみが組み込まれてお
り、結露による湿度センサの湿潤を防止するため第１セ
ンサユニットが、周囲温度を上回る温度まで加熱され
る。
々のセンサユニットから成る装置の設計に基づいてい
る。このセンサユニットは、第１センサユニットに湿度
センサと温度センサが、また、実測点に配置される第２
センサユニットには温度センサのみが組み込まれてお
り、結露による湿度センサの湿潤を防止するため第１セ
ンサユニットが、周囲温度を上回る温度まで加熱され
る。
【００１４】これをさらに詳細に説明すると、本発明に
よる方法は、測定素子がその最高感度の範囲内で動作す
るように、相対濃度を測定する素子の温度を移動させる
ことを特徴とする。
よる方法は、測定素子がその最高感度の範囲内で動作す
るように、相対濃度を測定する素子の温度を移動させる
ことを特徴とする。
【００１５】さらに、本発明による装置は、湿度測定素
子、該湿度測定素子の付近に配置される温度測定素子と
を具備する湿度測定ユニット、および該素子の温度と湿
度信号から着氷警報信号を発信可能な計算手段とから成
る着氷予測装置において、該装置が実際の測定対象の温
度を測定する、該湿度測定ユニットとは別個の第２温度
測定素子を具備し、および該湿度測定ユニットが、該測
定ユニットを周囲温度を上回る温度まで加熱する加熱手
段を具備することを特徴とする。
子、該湿度測定素子の付近に配置される温度測定素子と
を具備する湿度測定ユニット、および該素子の温度と湿
度信号から着氷警報信号を発信可能な計算手段とから成
る着氷予測装置において、該装置が実際の測定対象の温
度を測定する、該湿度測定ユニットとは別個の第２温度
測定素子を具備し、および該湿度測定ユニットが、該測
定ユニットを周囲温度を上回る温度まで加熱する加熱手
段を具備することを特徴とする。
【００１６】したがって、本発明により、大幅な利益が
得られる。
得られる。
【００１７】本発明の方法は、反応が速く、相対湿度が
低い場合でも高精度の測定が可能であり、さらに、汚染
に対する許容度も高く、高温でも正確な露点計測が行な
える。本発明のセンサは、プロセス条件のもとで使用さ
れた場合、センサの感度校正段階中にのみ結露にさらさ
れることから、センサの汚染は、従来技術による測定方
法に比べて必ず減少する。
低い場合でも高精度の測定が可能であり、さらに、汚染
に対する許容度も高く、高温でも正確な露点計測が行な
える。本発明のセンサは、プロセス条件のもとで使用さ
れた場合、センサの感度校正段階中にのみ結露にさらさ
れることから、センサの汚染は、従来技術による測定方
法に比べて必ず減少する。
【００１８】同様に、本発明の装置は、着氷予測を効果
的に行ない除氷作業を開始することができる。このた
め、氷が形成されないうちに、高い支柱や衛星アンテナ
の着氷領域に対して加熱スイッチを入れることができ、
これによって氷結の発生リスクを回避できる。さらに正
確な着氷に関する報告書に基づいて、道路整備当局は、
除氷用化学薬品の消費量を最小限度に抑えることが可能
である。また、小型機の場合、着氷早期警告が開始した
時点で温暖な飛行レベルに移動することができる。さら
に、高価な発生器タービンの翼に対する損傷も、本発明
の装置によって防止できる。
的に行ない除氷作業を開始することができる。このた
め、氷が形成されないうちに、高い支柱や衛星アンテナ
の着氷領域に対して加熱スイッチを入れることができ、
これによって氷結の発生リスクを回避できる。さらに正
確な着氷に関する報告書に基づいて、道路整備当局は、
除氷用化学薬品の消費量を最小限度に抑えることが可能
である。また、小型機の場合、着氷早期警告が開始した
時点で温暖な飛行レベルに移動することができる。さら
に、高価な発生器タービンの翼に対する損傷も、本発明
の装置によって防止できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を、添付図面を参照しながら実
施例に基づいてより詳細に説明する。
施例に基づいてより詳細に説明する。
【００２０】図１について説明すると、センサアセンブ
リは、前記センサの外層電極に組み込まれた、本実施例
において露点センサとして用いられる特に小型の加熱器
抵抗部品２を有する薄膜湿度センサ素子３が上部に付い
た加熱または冷却素子７を具備している。さらに、前記
アセンブリには、２台の温度センサ６および１が補足さ
れている。外部温度センサ６は、周囲温度を測定し、内
部温度センサ１は、湿度センサ３の温度を測定する。こ
のセンサ構造は、計測されるプロセス中に発生するガス
に対し、ペルティエ素子７を密封する防湿層５によって
保護されている。湿度センサ３は、測定された気体の相
対濃度に線形的に比例する出力信号を送信できるタイプ
のものである。これに関連し、相対濃度という用語は、
測定温度における気体の飽和濃度に対する気体測定濃度
の比として理解されなければならない。気体の相対濃度
の測定に特に適したセンサは、ポリマー材をベースにし
た容量性湿度センサである。このようなセンサは、例え
ば、Ｈｕｍｉｃａｐ（商標）などの商品名で市販されて
いる。
リは、前記センサの外層電極に組み込まれた、本実施例
において露点センサとして用いられる特に小型の加熱器
抵抗部品２を有する薄膜湿度センサ素子３が上部に付い
た加熱または冷却素子７を具備している。さらに、前記
アセンブリには、２台の温度センサ６および１が補足さ
れている。外部温度センサ６は、周囲温度を測定し、内
部温度センサ１は、湿度センサ３の温度を測定する。こ
のセンサ構造は、計測されるプロセス中に発生するガス
に対し、ペルティエ素子７を密封する防湿層５によって
保護されている。湿度センサ３は、測定された気体の相
対濃度に線形的に比例する出力信号を送信できるタイプ
のものである。これに関連し、相対濃度という用語は、
測定温度における気体の飽和濃度に対する気体測定濃度
の比として理解されなければならない。気体の相対濃度
の測定に特に適したセンサは、ポリマー材をベースにし
た容量性湿度センサである。このようなセンサは、例え
ば、Ｈｕｍｉｃａｐ（商標）などの商品名で市販されて
いる。
【００２１】湿度センサ３の作業温度は、ペルティエ素
子７によってセンサ温度の最適範囲に移動され、このセ
ンサ温度は、別個の温度センサ１によって測定される。
周囲（または作業）露点は、湿度センサ３の相対湿度の
測定結果と湿度センサ３の測定温度から計算される。必
要に応じて、相対湿度を計算するために、別の温度セン
サ６によって周囲温度が測定される。
子７によってセンサ温度の最適範囲に移動され、このセ
ンサ温度は、別個の温度センサ１によって測定される。
周囲（または作業）露点は、湿度センサ３の相対湿度の
測定結果と湿度センサ３の測定温度から計算される。必
要に応じて、相対湿度を計算するために、別の温度セン
サ６によって周囲温度が測定される。
【００２２】センサの校正は、例えば、次のように実施
可能である。湿度センサと温度センサの校正測定結果
は、センサの種別ごとに採用される基本モデルに適合
し、湿度センサの校正については以下の手順に従うもの
とする。以下に示す定数（ｋｎ、Ｔｃｎ、およびＤｎ）
の値はセンサの各種別に固有のものであり、したがっ
て、各値はセンサの外部寸法と材料に依存している。静
電容量の校正： Ｃ＝Ｃ0 ＋Ｃ1 ＊Ｕrhただし、Ｃ0 お
よびＣ1 は校正係数であり、Ｕrhは静電容量／電圧変換
器の出力電圧である。 湿度計算モデル： Ｃ’＝（Ｃ／Ｃdry −１）＊ｇ ただし、Ｃdry ＝４７ ｇ＝１ Ｃ”＝Ｃ’＋ｔ＊（ｋｌ＋ｔ＊（ｋ３＋ｔ＊ｋ４）） ただし、ｔ＝Ｔ−２５ ｋ１＝−１．０２１８Ｅ−０５ ｋ２＝１．３２３５５Ｅ−０６ ｋ３＝−３．４７６８４Ｅ−０９ ｋ４＝−６．３４１７２Ｅ−１２ ｔｃ＝Ｔｃ０＋Ｔ１＊（Ｔｃ１＋Ｔ＊（Ｔｃ２＋Ｔ＊（Ｔｃ３＋Ｔ＊（Ｔｃ４ ＋Ｔ＊Ｔｃ５）））） ただし、Ｔ＝温度 Ｔｃ０＝１．０３９３０４５２４ Ｔｃ１＝−２．５６６３６Ｅ−０３ Ｔｃ２＝５．３４０７２Ｅ−０５ Ｔｃ３＝−４．９３４４１Ｅ−０７ Ｔｃ４＝５．０５６５５Ｅ−０９ Ｔｃ５＝−１．１２８７１Ｅ−１１ Ｃ’’’＝１＋Ｃ”＊ｔｃ Ｒｈ＝Ｄ０＋Ｃ’’’＊（Ｄ１＋Ｃ’’’＊（Ｄ２＋Ｃ’’’＊Ｄ３）） ただし、Ｄ０＝６９４８．３ Ｄ１＝−１９１９０．９６ Ｄ２＝１７３０９．８６ Ｄ３＝−５０６７．１２
可能である。湿度センサと温度センサの校正測定結果
は、センサの種別ごとに採用される基本モデルに適合
し、湿度センサの校正については以下の手順に従うもの
とする。以下に示す定数（ｋｎ、Ｔｃｎ、およびＤｎ）
の値はセンサの各種別に固有のものであり、したがっ
て、各値はセンサの外部寸法と材料に依存している。静
電容量の校正： Ｃ＝Ｃ0 ＋Ｃ1 ＊Ｕrhただし、Ｃ0 お
よびＣ1 は校正係数であり、Ｕrhは静電容量／電圧変換
器の出力電圧である。 湿度計算モデル： Ｃ’＝（Ｃ／Ｃdry −１）＊ｇ ただし、Ｃdry ＝４７ ｇ＝１ Ｃ”＝Ｃ’＋ｔ＊（ｋｌ＋ｔ＊（ｋ３＋ｔ＊ｋ４）） ただし、ｔ＝Ｔ−２５ ｋ１＝−１．０２１８Ｅ−０５ ｋ２＝１．３２３５５Ｅ−０６ ｋ３＝−３．４７６８４Ｅ−０９ ｋ４＝−６．３４１７２Ｅ−１２ ｔｃ＝Ｔｃ０＋Ｔ１＊（Ｔｃ１＋Ｔ＊（Ｔｃ２＋Ｔ＊（Ｔｃ３＋Ｔ＊（Ｔｃ４ ＋Ｔ＊Ｔｃ５）））） ただし、Ｔ＝温度 Ｔｃ０＝１．０３９３０４５２４ Ｔｃ１＝−２．５６６３６Ｅ−０３ Ｔｃ２＝５．３４０７２Ｅ−０５ Ｔｃ３＝−４．９３４４１Ｅ−０７ Ｔｃ４＝５．０５６５５Ｅ−０９ Ｔｃ５＝−１．１２８７１Ｅ−１１ Ｃ’’’＝１＋Ｃ”＊ｔｃ Ｒｈ＝Ｄ０＋Ｃ’’’＊（Ｄ１＋Ｃ’’’＊（Ｄ２＋Ｃ’’’＊Ｄ３）） ただし、Ｄ０＝６９４８．３ Ｄ１＝−１９１９０．９６ Ｄ２＝１７３０９．８６ Ｄ３＝−５０６７．１２
【００２３】零点校正は、窒素を流入させ、室温で行な
われる。
われる。
【００２４】感度校正は、室温で、９０〜９８％程度の
相対湿度の提供が可能な塩水飽和溶液をベースにした湿
度校正セル内で行なわれる。湿度センサの温度の制御は
行なわれず、相対湿度のみが測定され、センサの出力信
号は、塩水飽和溶液と湿度センサの温度差に基づいて補
正される。センサの線形性については、ある一定の中間
点において湿度セル内で校正が行なわれ、必要に応じ
て、係数Ｄ０〜Ｄ３の値が変更される。
相対湿度の提供が可能な塩水飽和溶液をベースにした湿
度校正セル内で行なわれる。湿度センサの温度の制御は
行なわれず、相対湿度のみが測定され、センサの出力信
号は、塩水飽和溶液と湿度センサの温度差に基づいて補
正される。センサの線形性については、ある一定の中間
点において湿度セル内で校正が行なわれ、必要に応じ
て、係数Ｄ０〜Ｄ３の値が変更される。
【００２５】温度センサの校正は、２段階を経て行なわ
れる。まず初めに、両センサの入力がセンサシミュレー
タによって校正され、次に、少なくとも２つの異なる温
度を用いた温度室内で線形的な補正が行なわれる。
れる。まず初めに、両センサの入力がセンサシミュレー
タによって校正され、次に、少なくとも２つの異なる温
度を用いた温度室内で線形的な補正が行なわれる。
【００２６】湿度センサの各温度依存性は、センサの温
度制御により室温で湿度セル内において校正される。
度制御により室温で湿度セル内において校正される。
【００２７】センサの零点に関する温度依存性は、窒素
を流入させ、０％の相対湿度で校正され、感度校正は、
６０〜９５％の相対湿度の範囲内にある高い湿度水準で
行なわれる。
を流入させ、０％の相対湿度で校正され、感度校正は、
６０〜９５％の相対湿度の範囲内にある高い湿度水準で
行なわれる。
【００２８】本発明によれば、上記ポリマー材の容量性
湿度センサに対し６０〜８０％の相対湿度となる最適範
囲内で前記センサが作動するように湿度センサの温度が
制御される。このため、プロセス中の相対湿度が８０〜
１００％の範囲内にある場合、センサは、相対湿度６０
〜８０％の範囲内で作動させるために、通常、加熱され
る。
湿度センサに対し６０〜８０％の相対湿度となる最適範
囲内で前記センサが作動するように湿度センサの温度が
制御される。このため、プロセス中の相対湿度が８０〜
１００％の範囲内にある場合、センサは、相対湿度６０
〜８０％の範囲内で作動させるために、通常、加熱され
る。
【００２９】同様に、相対湿度が０〜６０％の範囲内に
ある場合、センサを６０〜８０％またはこの範囲にでき
るだけ近い相対湿度で作動させるために、センサの冷却
が行なわれる。
ある場合、センサを６０〜８０％またはこの範囲にでき
るだけ近い相対湿度で作動させるために、センサの冷却
が行なわれる。
【００３０】相対湿度センサの測定結果と温度から、プ
ロセス中の気体分圧Ｐｗと露点Ｔｄが次のように計算さ
れる。
ロセス中の気体分圧Ｐｗと露点Ｔｄが次のように計算さ
れる。
【数１】
【数２】 また、必要に応じて、このプロセスの相対湿度は次のよ
うに計算できる。
うに計算できる。
【数３】
【００３１】ヒステリシスや化学薬品への依存性は、次
の方法によって削減される。プロセス中の湿度水準が相
対湿度５０％を上回る場合、湿度センサの感度は、相対
湿度１００％の地点が湿度センサによって検出されるま
で検出器の温度を低下させることにより、自動的に１日
に約１回の割合で校正される。
の方法によって削減される。プロセス中の湿度水準が相
対湿度５０％を上回る場合、湿度センサの感度は、相対
湿度１００％の地点が湿度センサによって検出されるま
で検出器の温度を低下させることにより、自動的に１日
に約１回の割合で校正される。
【００３２】測定速度は、湿度センサの反応時間によっ
て決まる。また、温度制御率や湿潤状態からの回復は、
測定速度には全く影響しない。
て決まる。また、温度制御率や湿潤状態からの回復は、
測定速度には全く影響しない。
【００３３】相対湿度の測定範囲は、湿度センサの操作
温度を低下させることにより、延長可能である。測定の
最終的な精度は、相対湿度センサとその操作温度検知の
測定精度によって決まる。
温度を低下させることにより、延長可能である。測定の
最終的な精度は、相対湿度センサとその操作温度検知の
測定精度によって決まる。
【００３４】本発明の好適な実施例は、水分の露点の測
定に関するものであるが、本発明は、他の凝縮性の気体
（例えば、溶剤）の濃度測定にも使用可能である。
定に関するものであるが、本発明は、他の凝縮性の気体
（例えば、溶剤）の濃度測定にも使用可能である。
【００３５】図２について説明すると、本発明の着氷予
測装置は、電子ユニット１０付近に形成されている。ま
た、前記装置は、電子ユニット１０に接続された第１セ
ンサユニット１１と第２センサユニット１４を具備して
いる。さらに、第１センサユニット１１には、湿度セン
サ１２と温度センサ１３が組み込まれている。したがっ
て、前記第１センサユニットは、湿度測定ユニットと呼
ぶこともできる。この他にも、前記湿度測定ユニット１
１は、周囲温度を上回る温度までセンサハウジング１７
を加熱する加熱素子１６を具備している。加熱素子１６
は、例えば、加熱素子として作動する抵抗器１６に一定
の電力を供給することによって、電子ユニット１０によ
る制御を受ける。一般に、周囲温度を２Ｋ（ケルビン）
上回る温度まで第１センサユニット１１の操作温度を上
げるだけで、湿度センサ１２を乾燥状態に充分保持でき
る。適切な測定対象（気温、アンテナの支柱、航空機の
翼、タービン、衛星アンテナ等）の温度は、第２センサ
ユニット１４によって測定される。第１センサユニット
１１と第２センサユニット１４は、通常、互いに離して
配置される。また、予想し得る着氷状態を知らせる警告
信号は、電子ユニット１０の出力１５から得られる。
測装置は、電子ユニット１０付近に形成されている。ま
た、前記装置は、電子ユニット１０に接続された第１セ
ンサユニット１１と第２センサユニット１４を具備して
いる。さらに、第１センサユニット１１には、湿度セン
サ１２と温度センサ１３が組み込まれている。したがっ
て、前記第１センサユニットは、湿度測定ユニットと呼
ぶこともできる。この他にも、前記湿度測定ユニット１
１は、周囲温度を上回る温度までセンサハウジング１７
を加熱する加熱素子１６を具備している。加熱素子１６
は、例えば、加熱素子として作動する抵抗器１６に一定
の電力を供給することによって、電子ユニット１０によ
る制御を受ける。一般に、周囲温度を２Ｋ（ケルビン）
上回る温度まで第１センサユニット１１の操作温度を上
げるだけで、湿度センサ１２を乾燥状態に充分保持でき
る。適切な測定対象（気温、アンテナの支柱、航空機の
翼、タービン、衛星アンテナ等）の温度は、第２センサ
ユニット１４によって測定される。第１センサユニット
１１と第２センサユニット１４は、通常、互いに離して
配置される。また、予想し得る着氷状態を知らせる警告
信号は、電子ユニット１０の出力１５から得られる。
【００３６】次に、図３について説明する。本発明によ
るセンサ構造の代表的な湿度センサ素子は、接触面２
７、２８、および２９と検出コンデンサの平面電極２１
および２０から成る容量性相対湿度センサによって形成
されている。電極２０と電極２１の間に適切なポリマー
による誘電体層があり、湿度の関数として誘電率の変化
を示す働きをする。図の湿度測定ユニットは、例えば、
図２に示すセンサユニット１２とよく似た形にすること
も可能である。また、抵抗素子２２と２３が、各接触領
域２４、２５および２６を有する同じ基板上に一体的に
組み込まれている。抵抗素子２２と２３の各領域は、同
じような電圧パルスが各抵抗素子に与えられたとき、抵
抗素子の小さい方の素子２２が湿潤状態である場合に加
熱効果によって乾燥するよう、熱に対して互いに異なる
反応を示すように設計されている。しかし、大きい方の
抵抗素子２３の表面温度は、同じ電圧パルスの加熱効果
によって凝縮液が蒸発するほど上昇することはない。抵
抗素子２２および２３の材料は、温度に対して抵抗が最
も高い依存性を示すものが選択されている。
るセンサ構造の代表的な湿度センサ素子は、接触面２
７、２８、および２９と検出コンデンサの平面電極２１
および２０から成る容量性相対湿度センサによって形成
されている。電極２０と電極２１の間に適切なポリマー
による誘電体層があり、湿度の関数として誘電率の変化
を示す働きをする。図の湿度測定ユニットは、例えば、
図２に示すセンサユニット１２とよく似た形にすること
も可能である。また、抵抗素子２２と２３が、各接触領
域２４、２５および２６を有する同じ基板上に一体的に
組み込まれている。抵抗素子２２と２３の各領域は、同
じような電圧パルスが各抵抗素子に与えられたとき、抵
抗素子の小さい方の素子２２が湿潤状態である場合に加
熱効果によって乾燥するよう、熱に対して互いに異なる
反応を示すように設計されている。しかし、大きい方の
抵抗素子２３の表面温度は、同じ電圧パルスの加熱効果
によって凝縮液が蒸発するほど上昇することはない。抵
抗素子２２および２３の材料は、温度に対して抵抗が最
も高い依存性を示すものが選択されている。
【００３７】図４について説明すると、抵抗素子２２お
よび２３は、補助抵抗器３０および３１が付いたブリッ
ジ構造に接続されており、電圧パルスが前記ブリッジの
接点３７に加えられる。前記ブリッジの接点２４および
２６間の電位差は、差動増幅器３２によって増幅され、
増幅器出力３８から電圧信号が発信される。抵抗器３５
およびコンデンサ３４によって形成される誘導回路から
得られるこの信号は、増幅器３３によって増幅され、接
点３６において増幅器出力信号が発生する。
よび２３は、補助抵抗器３０および３１が付いたブリッ
ジ構造に接続されており、電圧パルスが前記ブリッジの
接点３７に加えられる。前記ブリッジの接点２４および
２６間の電位差は、差動増幅器３２によって増幅され、
増幅器出力３８から電圧信号が発信される。抵抗器３５
およびコンデンサ３４によって形成される誘導回路から
得られるこの信号は、増幅器３３によって増幅され、接
点３６において増幅器出力信号が発生する。
【００３８】図５について説明すると、図４の接点３
７、３８、および３６の信号が、同一の時間尺度上に描
かれている。一番上の曲線によれば、接点３８の中段の
曲線によって描かれている信号を発生する抵抗器ブリッ
ジに電圧パルスが加えられる。連続線によって描かれて
いる状態は、凝縮が発生していない状態に相当し、点線
で描かれている状態は、センサ表面に凝縮液の層が発生
している状態を示している。凝縮が全く発生していない
状態では、異なるサイズの抵抗器の温度がそれぞれ異な
り、かつ抵抗器の抵抗が異なっているために、差動増幅
器３２の出力信号が単調に変化する。一番下の曲線に示
されるように、過渡的状況においてのみ接点３６から電
圧スパイクが発生する。凝縮が発生していない状態で
は、この過渡的スパイクは、印加電圧パルスの前縁と後
縁でのみ発生する。凝縮液によって湿潤状態となるセン
サの逆の状態では、小さい方の抵抗器２２の乾燥によっ
て、抵抗の値が急速に上昇し、接点３８で過渡的スパイ
クが発生する。このような過渡的信号によって、さら
に、出力３６で凝縮を示す追加的スパイクが発生し、こ
れによって、２つの異なる方法、つまり、相対湿度セン
サ２０および２１と抵抗測定によって、センサの湿潤状
態が確実に検出される。
７、３８、および３６の信号が、同一の時間尺度上に描
かれている。一番上の曲線によれば、接点３８の中段の
曲線によって描かれている信号を発生する抵抗器ブリッ
ジに電圧パルスが加えられる。連続線によって描かれて
いる状態は、凝縮が発生していない状態に相当し、点線
で描かれている状態は、センサ表面に凝縮液の層が発生
している状態を示している。凝縮が全く発生していない
状態では、異なるサイズの抵抗器の温度がそれぞれ異な
り、かつ抵抗器の抵抗が異なっているために、差動増幅
器３２の出力信号が単調に変化する。一番下の曲線に示
されるように、過渡的状況においてのみ接点３６から電
圧スパイクが発生する。凝縮が発生していない状態で
は、この過渡的スパイクは、印加電圧パルスの前縁と後
縁でのみ発生する。凝縮液によって湿潤状態となるセン
サの逆の状態では、小さい方の抵抗器２２の乾燥によっ
て、抵抗の値が急速に上昇し、接点３８で過渡的スパイ
クが発生する。このような過渡的信号によって、さら
に、出力３６で凝縮を示す追加的スパイクが発生し、こ
れによって、２つの異なる方法、つまり、相対湿度セン
サ２０および２１と抵抗測定によって、センサの湿潤状
態が確実に検出される。
【００３９】上記の構成は、例えば、図１に示すように
ペルティエ素子７で補足すると、前記素子によって前記
センサユニットの湿度センサ部が校正のため露点まで冷
却できるようになり、都合がよい。この温度では、抵抗
検知によって露点を検出でき、したがって、容量性湿度
センサ２０および２１に対して、高い精度で相対湿度１
００％の地点を判断することが可能である。このセンサ
構造には図２の温度センサ１３も含まれていることか
ら、校正された露点と温度の情報から湿度センサの感度
を判断できる。相対湿度が高い（８５％を上回る相対湿
度の）場合、この校正手段は、毎日実行可能である。湿
度の値がこれよりも低い場合（相対湿度６０〜８５％の
範囲）、週ごとの校正で充分である。
ペルティエ素子７で補足すると、前記素子によって前記
センサユニットの湿度センサ部が校正のため露点まで冷
却できるようになり、都合がよい。この温度では、抵抗
検知によって露点を検出でき、したがって、容量性湿度
センサ２０および２１に対して、高い精度で相対湿度１
００％の地点を判断することが可能である。このセンサ
構造には図２の温度センサ１３も含まれていることか
ら、校正された露点と温度の情報から湿度センサの感度
を判断できる。相対湿度が高い（８５％を上回る相対湿
度の）場合、この校正手段は、毎日実行可能である。湿
度の値がこれよりも低い場合（相対湿度６０〜８５％の
範囲）、週ごとの校正で充分である。
【００４０】さらに、ポリマー材による湿度センサに関
し、溶剤の作用によって生じる感度の変化は、例えば、
測定コンデンサのポリマー誘電体の温度が周囲温度を少
なくとも１００Ｋ上回る水準まで一時的に上昇するよう
に、図１の湿度センサに組み込まれた加熱素子７を制御
することによって抑えることができる。このような温度
ショックは、吸収された溶剤を誘電体材料から排出し、
かつ湿度センサの特性を回復する働きをする。
し、溶剤の作用によって生じる感度の変化は、例えば、
測定コンデンサのポリマー誘電体の温度が周囲温度を少
なくとも１００Ｋ上回る水準まで一時的に上昇するよう
に、図１の湿度センサに組み込まれた加熱素子７を制御
することによって抑えることができる。このような温度
ショックは、吸収された溶剤を誘電体材料から排出し、
かつ湿度センサの特性を回復する働きをする。
【図１】本発明の方法を実施するうえで適した露点計測
装置の基本図である。
装置の基本図である。
【図２】本発明の着氷早期警報装置の基本図である。
【図３】本発明の装置に採用されるセンサ構造図であ
る。
る。
【図４】本発明の露点検出機構の回路図である。
【図５】図４の回路の信号に一時的に見られる相互依存
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−90748（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−295147（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−203958（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−16673（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 25/00 - 25/72 G01N 27/22
Claims (11)
- 【請求項１】 気体の相対濃度を直接測定し、および該
相対濃度を測定する素子（３）の温度を測定することを
特徴とする気体濃度または露点の間接測定方法におい
て、 該測定素子がその最高感度の範囲内で動作するように、
該相対濃度を測定する該素子（３）の温度を移動させる
ことを特徴とする測定方法。 - 【請求項２】 相対濃度測定素子（３）の動作をより高
感度の測定範囲に移動させるために、該測定素子（３）
の温度を低濃度において低下させることを特徴とする請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 ポリマー材の容量性湿度センサ（３）を
用いて相対湿度が測定され、かつ該測定素子の動作を相
対湿度６０〜８０％の測定範囲に移動させるため低濃度
で該センサ（３）の温度の降下が行なわれることを特徴
とする請求項１または２に記載の水の露点測定方法。 - 【請求項４】 実際の測定対象の温度を測定するため第
２温度測定センサ（１４）が用いられ、かつ湿度センサ
（１２）の湿潤を防止するために相対湿度測定センサ構
造（１１）が加熱されることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項５】 該相対湿度測定センサ構造（１１）が周
囲温度を約２Ｋ上回る温度まで加熱されることを特徴と
する請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 該相対湿度測定センサ構造（１１）が一
定の電力で加熱されることを特徴とする請求項４または
５に記載の方法。 - 【請求項７】 湿度測定ユニット（１１）において、さ
らに湿度測定素子（１２）、 該湿度測定素子（１２）の付近に配置される温度測定素
子（１３）とを具備する湿度測定ユニット、および該素
子の温度と湿度信号から着氷警報信号を発信可能な計算
手段（１０）とから成る着氷予測装置において、 該装置が実際の測定対象の温度を測定する、該湿度測定
ユニット（１１）とは別個の第２温度測定素子（１４）
を具備し、および該湿度測定ユニット（１１）が、該測
定ユニットを周囲温度を上回る温度まで加熱する加熱手
段（１６）を具備することを特徴とする装置。 - 【請求項８】 装置が周囲温度を約２Ｋ上回る温度まで
該湿度測定ユニット（１１）の本体を加熱する制御手段
（１０）を具備することを特徴とする請求項７に記載の
装置。 - 【請求項９】 装置が該湿度測定ユニット（１１）の本
体を一定の電力で加熱する制御手段（１０）を具備する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の装置。 - 【請求項１０】 装置が相対湿度測定センサ（１２）を
露点まで冷却する冷却手段と湿度測定センサ（２０、２
１）の付近に配置されたそれぞれ異なる熱応答を示す２
つの抵抗素子（２２、２３）とを具備し、これによって
該抵抗素子に加えられるパルス信号が露点の検出に使用
可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項１１】 装置が、周囲温度を一時的に少なくと
も１００Ｋ上回る温度まで該湿度測定センサ（１２）の
ポリマー層を加熱する加熱素子を具備することを特徴と
する請求項７に記載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI941746A FI941746A0 (fi) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | Foerfarande foer maetning av daggpunkt eller gashalt |
| FI941746 | 1994-11-16 | ||
| FI945385 | 1994-11-16 | ||
| FI945385A FI99164C (fi) | 1994-04-15 | 1994-11-16 | Menetelmä kastepisteen tai kaasupitoisuuden mittaamiseksi sekä laitteisto jäätymisen ennakoimista varten |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07294469A JPH07294469A (ja) | 1995-11-10 |
| JP2801156B2 true JP2801156B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=26159719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7087319A Expired - Lifetime JP2801156B2 (ja) | 1994-04-15 | 1995-04-13 | 露点または気体濃度の測定方法と着氷予測装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5644080A (ja) |
| JP (1) | JP2801156B2 (ja) |
| DE (1) | DE19513274C2 (ja) |
| FI (1) | FI99164C (ja) |
| FR (1) | FR2718848B1 (ja) |
| GB (1) | GB2288465B (ja) |
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