JP3343801B2 - 湿度センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空調器，除湿器，調理
器および栽培ハウス等の雰囲気の水蒸気量を検出する湿
度センサに関するものである。
器および栽培ハウス等の雰囲気の水蒸気量を検出する湿
度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、空調器，除湿器，加湿器，調理
器，栽培ハウス等での湿度（相対湿度，絶対湿度のどち
らでも良い）の検出制御の要求が高まっている。この要
求に応えるため種々の方式の湿度センサが提案されてい
る。
器，栽培ハウス等での湿度（相対湿度，絶対湿度のどち
らでも良い）の検出制御の要求が高まっている。この要
求に応えるため種々の方式の湿度センサが提案されてい
る。
【０００３】従来の湿度センサは感湿材の水分吸収によ
る電気特性の変化を応用した電気抵抗式または静電容量
式や、空気中の水蒸気の有無による空気の熱伝導変化を
検出する熱伝導式等があるが、熱伝導式は水分の吸収が
無いため長期安定性に優れている。
る電気特性の変化を応用した電気抵抗式または静電容量
式や、空気中の水蒸気の有無による空気の熱伝導変化を
検出する熱伝導式等があるが、熱伝導式は水分の吸収が
無いため長期安定性に優れている。
【０００４】従来の湿度センサは、図１６に示すよう
に、感温抵抗体３１（抵抗値Ｒ４Ｈ）と感温抵抗体３２
（抵抗値Ｒ４Ｔ），固定抵抗体Ｒ４１，Ｒ４２，
Ｒ４３，Ｒ４Ｓ（ただし、白金抵抗のように正特性の温
度特性を持つ感温抵抗体の場合はＲ ４Ｓ は必要無し）に
よりホイートストンブリッジ回路を構成して（ただし、
Ｒ４ＴとＲ４Ｈの温度−抵抗特性は等しく、Ｒ４１とＲ
４２の抵抗値も等しくなければならない）前記感温抵抗
体３１，３２の熱放散が湿度により変化することを利用
して湿度を測定する。
に、感温抵抗体３１（抵抗値Ｒ４Ｈ）と感温抵抗体３２
（抵抗値Ｒ４Ｔ），固定抵抗体Ｒ４１，Ｒ４２，
Ｒ４３，Ｒ４Ｓ（ただし、白金抵抗のように正特性の温
度特性を持つ感温抵抗体の場合はＲ ４Ｓ は必要無し）に
よりホイートストンブリッジ回路を構成して（ただし、
Ｒ４ＴとＲ４Ｈの温度−抵抗特性は等しく、Ｒ４１とＲ
４２の抵抗値も等しくなければならない）前記感温抵抗
体３１，３２の熱放散が湿度により変化することを利用
して湿度を測定する。
【０００５】前記感温抵抗体３１は外気中にさらされて
おり、前記感温抵抗体３２は乾燥雰囲気中に封入されて
いる。この時、感温抵抗体３１，３２に印加されている
電圧Ｖ4IN により、感温抵抗体３１，３２に電流が流れ
てジュール熱が発生し、周囲温度よりも高くなる。感温
抵抗体３１，３２の温度は、感温抵抗体３１，３２に加
わる電力と感温抵抗体３１，３２の熱放散により決定す
るが、外気中に水蒸気が含まれていると水蒸気が含まれ
ていない場合に対して水蒸気の熱伝導が作用して熱放散
が大きくなるため、感温抵抗体３１の温度が感温抵抗体
３２よりも低くなる。このため固定抵抗Ｒ43の両端に電
位差Ｖ4OUTが生じる。この現象を利用し大気中の絶対湿
度を検出することができる。
おり、前記感温抵抗体３２は乾燥雰囲気中に封入されて
いる。この時、感温抵抗体３１，３２に印加されている
電圧Ｖ4IN により、感温抵抗体３１，３２に電流が流れ
てジュール熱が発生し、周囲温度よりも高くなる。感温
抵抗体３１，３２の温度は、感温抵抗体３１，３２に加
わる電力と感温抵抗体３１，３２の熱放散により決定す
るが、外気中に水蒸気が含まれていると水蒸気が含まれ
ていない場合に対して水蒸気の熱伝導が作用して熱放散
が大きくなるため、感温抵抗体３１の温度が感温抵抗体
３２よりも低くなる。このため固定抵抗Ｒ43の両端に電
位差Ｖ4OUTが生じる。この現象を利用し大気中の絶対湿
度を検出することができる。
【０００６】従来の熱伝導式の湿度センサは、図１７お
よび図１８に示すような構成である。感温抵抗体３１，
３２は、アルミナ基板に形成された白金薄膜からなる。
感温抵抗体３１，３２は、白金薄膜以外でも温度変化に
より抵抗値が変化する材料で形成しても良い。
よび図１８に示すような構成である。感温抵抗体３１，
３２は、アルミナ基板に形成された白金薄膜からなる。
感温抵抗体３１，３２は、白金薄膜以外でも温度変化に
より抵抗値が変化する材料で形成しても良い。
【０００７】従来の熱伝導式の湿度センサを作成する場
合には、図１７および図１８に示すように、まず感温抵
抗体３１，３２をそれぞれ異なるステム３４に保持台３
１４を介して接着剤（使用温度により無機，有機接着剤
を使い分ける）による接着、あるいは溶接等によって固
定し、その後ワイヤボンディングにより端子接続をす
る。感温抵抗体３１を固定した該ステム３４に通気孔３
５を設けたキャップ３３ａを溶接でかぶせる。
合には、図１７および図１８に示すように、まず感温抵
抗体３１，３２をそれぞれ異なるステム３４に保持台３
１４を介して接着剤（使用温度により無機，有機接着剤
を使い分ける）による接着、あるいは溶接等によって固
定し、その後ワイヤボンディングにより端子接続をす
る。感温抵抗体３１を固定した該ステム３４に通気孔３
５を設けたキャップ３３ａを溶接でかぶせる。
【０００８】一方、感温抵抗体３２は、低温（−４０
℃）にてステム３４にキャップ３３ｂを溶接でかぶせる
ことにより乾燥空気中に封入する。その後、キャップ３
３ａ，３３ｂをキャップ固定板３６に圧入し、キャップ
固定板３６の外側に金属ケース３１１をかぶせて、金属
カバー３１０を取り付けることにより湿度センサが完成
する。
℃）にてステム３４にキャップ３３ｂを溶接でかぶせる
ことにより乾燥空気中に封入する。その後、キャップ３
３ａ，３３ｂをキャップ固定板３６に圧入し、キャップ
固定板３６の外側に金属ケース３１１をかぶせて、金属
カバー３１０を取り付けることにより湿度センサが完成
する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
湿度センサにおいては、２個の感温抵抗体を用いてお
り、２個の感温抵抗体の特性を揃えることが困難なため
温度変化による特性変化を小さくすることが難しく、か
つ、感温抵抗体の雰囲気の温度分布を一定にするための
構成も複雑で低コスト化も困難であるという問題があ
る。
湿度センサにおいては、２個の感温抵抗体を用いてお
り、２個の感温抵抗体の特性を揃えることが困難なため
温度変化による特性変化を小さくすることが難しく、か
つ、感温抵抗体の雰囲気の温度分布を一定にするための
構成も複雑で低コスト化も困難であるという問題があ
る。
【００１０】本発明の目的は、１個の感温抵抗体で湿度
測定を可能としたものであり、測定雰囲気の温度変化に
よる特性変化が小さく低コスト化できる熱伝導式の湿度
センサを提供することにある。
測定を可能としたものであり、測定雰囲気の温度変化に
よる特性変化が小さく低コスト化できる熱伝導式の湿度
センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、感温抵抗体の熱放散が湿度により変化す
ることを利用して湿度を測定する湿度センサにおいて、
ジュール熱により自己発熱する発熱体により前記感温抵
抗体を加熱する加熱手段を有し、この加熱手段は前記発
熱体に一定時間内に２つのパルス電圧を印加することに
より前記感温抵抗体の温度を３００℃以上の第１の温度
と１００℃〜１５０℃の第２の温度とに切り替え、前記
感温抵抗体の温度を第２の温度にした時における前記感
温抵抗体の電圧降下に関連する出力電圧を出すようにし
た電子回路の出力特性に基いて、前記感温抵抗体の温度
を第１の温度とした時の前記電子回路の出力電圧値を測
定雰囲気の温度の影響を除くように補正することを特徴
とする。
決するために、感温抵抗体の熱放散が湿度により変化す
ることを利用して湿度を測定する湿度センサにおいて、
ジュール熱により自己発熱する発熱体により前記感温抵
抗体を加熱する加熱手段を有し、この加熱手段は前記発
熱体に一定時間内に２つのパルス電圧を印加することに
より前記感温抵抗体の温度を３００℃以上の第１の温度
と１００℃〜１５０℃の第２の温度とに切り替え、前記
感温抵抗体の温度を第２の温度にした時における前記感
温抵抗体の電圧降下に関連する出力電圧を出すようにし
た電子回路の出力特性に基いて、前記感温抵抗体の温度
を第１の温度とした時の前記電子回路の出力電圧値を測
定雰囲気の温度の影響を除くように補正することを特徴
とする。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基いて詳細に
説明する。
説明する。
【００１３】図１は、本発明の１実施例を示す回路図で
ある。図１に示すように、本発明の湿度センサは、発熱
体２も兼ねている感温抵抗体１（抵抗値Ｒ）と、３つの
固定抵抗体Ｒ1LまたはＲ1H，Ｒ2 ，Ｒ3 （ここで、Ｒ2
＝Ｒ3 である）とでホイートストンブリッジ回路を構成
し、かつ、前記感温抵抗体１の熱放散が湿度により変化
することを利用して湿度を測定するものである。前記ホ
イートストンブリッジ回路の入力端子には、電源装置３
が接続されている。前記ホイートストンブリッジ回路の
出力端子には、補正装置４が接続されている。この補正
装置４には、測定雰囲気の温度を検出する温度検出器５
が接続されている。この温度検出器５は、測定雰囲気の
温度の情報を補正装置４に与えるものである。
ある。図１に示すように、本発明の湿度センサは、発熱
体２も兼ねている感温抵抗体１（抵抗値Ｒ）と、３つの
固定抵抗体Ｒ1LまたはＲ1H，Ｒ2 ，Ｒ3 （ここで、Ｒ2
＝Ｒ3 である）とでホイートストンブリッジ回路を構成
し、かつ、前記感温抵抗体１の熱放散が湿度により変化
することを利用して湿度を測定するものである。前記ホ
イートストンブリッジ回路の入力端子には、電源装置３
が接続されている。前記ホイートストンブリッジ回路の
出力端子には、補正装置４が接続されている。この補正
装置４には、測定雰囲気の温度を検出する温度検出器５
が接続されている。この温度検出器５は、測定雰囲気の
温度の情報を補正装置４に与えるものである。
【００１４】前記電源装置３と前記固定抵抗体Ｒ2 ，Ｒ
3 が直列に接続されている。前記電源装置３と感温抵抗
体１との間には、前記固定抵抗体Ｒ1L，Ｒ1Hが並列にス
イッチＳを介して接続されている。このスイッチＳは、
切替制御装置ＳＣにより動作が制御される。切替制御装
置ＳＣは、前記固定抵抗体Ｒ1LまたはＲ1Hを所定時間ご
と電源装置３に接続するようにスイッチＳの動作を制御
する。
3 が直列に接続されている。前記電源装置３と感温抵抗
体１との間には、前記固定抵抗体Ｒ1L，Ｒ1Hが並列にス
イッチＳを介して接続されている。このスイッチＳは、
切替制御装置ＳＣにより動作が制御される。切替制御装
置ＳＣは、前記固定抵抗体Ｒ1LまたはＲ1Hを所定時間ご
と電源装置３に接続するようにスイッチＳの動作を制御
する。
【００１５】前記電源装置３は、スイッチＳを介して前
記感温抵抗体１に電圧を印加して電流を流してジュール
熱を発生して前記感温抵抗体１を所定の温度にするもの
である。前記スイッチＳが固定抵抗体Ｒ１Ｈを電源装置
３に接続している時に短い所定時間（たとえば数十ｍ
ｓ）だけ前記感温抵抗体１の温度を３００℃以上の第１
の温度とし、かつ、前記スイッチＳが固定抵抗体Ｒ１Ｌ
を電源装置３に接続している時に短い所定時間（たとえ
ば数十ｍｓ）だけ１００℃〜１５０℃の第２の温度とす
るように設定されている。前記補正装置４は、前記感温
抵抗体１の温度を第２の温度にした時の前記ホイートス
トンブリッジ回路の出力特性に基いて前記感温抵抗体１
の温度を第１の温度とした時の前記ホイートストンブリ
ッジ回路の出力電圧値ＶＨを補正して出力電圧値Ｖ１を
出力する。
記感温抵抗体１に電圧を印加して電流を流してジュール
熱を発生して前記感温抵抗体１を所定の温度にするもの
である。前記スイッチＳが固定抵抗体Ｒ１Ｈを電源装置
３に接続している時に短い所定時間（たとえば数十ｍ
ｓ）だけ前記感温抵抗体１の温度を３００℃以上の第１
の温度とし、かつ、前記スイッチＳが固定抵抗体Ｒ１Ｌ
を電源装置３に接続している時に短い所定時間（たとえ
ば数十ｍｓ）だけ１００℃〜１５０℃の第２の温度とす
るように設定されている。前記補正装置４は、前記感温
抵抗体１の温度を第２の温度にした時の前記ホイートス
トンブリッジ回路の出力特性に基いて前記感温抵抗体１
の温度を第１の温度とした時の前記ホイートストンブリ
ッジ回路の出力電圧値ＶＨを補正して出力電圧値Ｖ１を
出力する。
【００１６】前記感温抵抗体１に数十ｍｓだけ電流を流
すことにより、前記感温抵抗体１の温度を３００℃以上
の第１の温度とし、かつ、１００℃〜１５０の第２の温
度とすることができることは、実験により確認されてい
る。
すことにより、前記感温抵抗体１の温度を３００℃以上
の第１の温度とし、かつ、１００℃〜１５０の第２の温
度とすることができることは、実験により確認されてい
る。
【００１７】まず、本発明の理論的根拠を詳細に説明す
る。
る。
【００１８】前記感温抵抗体１と湿度感応部の温度は近
似的に同じ温度として感温抵抗体１の上昇温度ΔＴは定
常状態において、次の数１で表される。
似的に同じ温度として感温抵抗体１の上昇温度ΔＴは定
常状態において、次の数１で表される。
【００１９】
【数１】 また、ΔＴは感温抵抗体１の温度をＴとし、雰囲気温度
をＴ0 とすると次の数２で表わされる。
をＴ0 とすると次の数２で表わされる。
【００２０】
【数２】 前記数１および数２から次の数３が成り立つ。
【００２１】
【数３】 ところで、α・Ｓは次の数４で表わされる。
【００２２】
【数４】
【００２３】１００℃〜１５０℃においては熱伝導率λ
は０〜３００ｇ／ｍ3 の湿度範囲では水蒸気の量にほと
んど依存しないことが、純粋空気に水蒸気が混在した系
の熱伝導率λのこの湿度範囲における水蒸気濃度依存性
の理論式からも明らかにされている。つまり、温度１０
０℃〜１５０℃におけるＶ0 の値は湿度によらない。
は０〜３００ｇ／ｍ3 の湿度範囲では水蒸気の量にほと
んど依存しないことが、純粋空気に水蒸気が混在した系
の熱伝導率λのこの湿度範囲における水蒸気濃度依存性
の理論式からも明らかにされている。つまり、温度１０
０℃〜１５０℃におけるＶ0 の値は湿度によらない。
【００２４】このため、温度１５０℃以上での出力電圧
をＶH とし温度をＴH とし、かつ、温度１００℃〜１５
０℃での出力電圧をＶL とし温度をＴL とすると、ＶL
により湿度Ｈを除く雰囲気温度Ｔ0 や湿度感応部の形状
効果Ｓ等の情報が得られ、この時の状態を基準にして更
に高温ＴH （例えば４５０℃）における湿度Ｈの測定が
可能となる。
をＶH とし温度をＴH とし、かつ、温度１００℃〜１５
０℃での出力電圧をＶL とし温度をＴL とすると、ＶL
により湿度Ｈを除く雰囲気温度Ｔ0 や湿度感応部の形状
効果Ｓ等の情報が得られ、この時の状態を基準にして更
に高温ＴH （例えば４５０℃）における湿度Ｈの測定が
可能となる。
【００２５】次に、ＶH をＶ1 に補正する第１の補正方
法を述べる。
法を述べる。
【００２６】出力電圧ＶH ，ＶL は次の数５および数６
で表わされる。
で表わされる。
【００２７】
【数５】
【数６】
【００２８】Ｓの値はサンプルによってバラツキがある
ため、例えば、湿度感応部の面積や形状による定数が
Ｓ′であるサンプルの場合、前記ホイートストンブリッ
ジ回路の出力電圧をＶL ´として、次の数７のａの値を
予め測定する。
ため、例えば、湿度感応部の面積や形状による定数が
Ｓ′であるサンプルの場合、前記ホイートストンブリッ
ジ回路の出力電圧をＶL ´として、次の数７のａの値を
予め測定する。
【００２９】
【数７】
【００３０】このａの値にＶL ′を乗ずればサンプル間
のバラツキはなくなる。具体的には、ＶL ′の値は湿度
によらないので基準温度にて基準電圧ＶL を定めておけ
ば、サンプル毎に基準温度にてＶL ′を測定することで
ａの値は求められる。
のバラツキはなくなる。具体的には、ＶL ′の値は湿度
によらないので基準温度にて基準電圧ＶL を定めておけ
ば、サンプル毎に基準温度にてＶL ′を測定することで
ａの値は求められる。
【００３１】数５および数６において、Ｓ，ＴH ，
ＲH ，αL ，ＴL ，ＲL は定数であるから、ΔＶH およ
びΔＶL は次の数８および数９で表わされる。
ＲH ，αL ，ＴL ，ＲL は定数であるから、ΔＶH およ
びΔＶL は次の数８および数９で表わされる。
【００３２】
【数８】
【数９】
【００３３】数８および数９において、Ｔ0 ／ＴH およ
びＴ0 ／ＴL が１より非常に小さい場合には、次の数１
０および数１１のように表される。
びＴ0 ／ＴL が１より非常に小さい場合には、次の数１
０および数１１のように表される。
【００３４】
【数１０】
【数１１】 いま、ＶH とＶL の関数ｆ1 を次の数１２のように表わ
す。
す。
【００３５】
【数１２】 この場合に、ｆ1 が次の数１３の条件を満たすと、Ｔ0
の変化によるｆ1 の変化が最小になる。
の変化によるｆ1 の変化が最小になる。
【００３６】
【数１３】 数１０と数１１および数１３から次の数１４が導き出さ
れる。
れる。
【００３７】
【数１４】 この数１３が成り立つようにｋ1 を設定すると、ｋ1 は
次の数１５のように表される。
次の数１５のように表される。
【００３８】
【数１５】 この場合に、ｆ1 は次の数１６のように表される。
【００３９】
【数１６】 この数１６から、ｆ1 はＴ0 によらないことが分かる。
【００４０】次に第２の補正方法を述べる。
【００４１】第１の補正方法と同様にして、ＶH 2 とＶ
L 2 の関数ｆ2 を次の数１７のように表わす。
L 2 の関数ｆ2 を次の数１７のように表わす。
【００４２】
【数１７】 この場合に、ｆ2 が次の数１８の条件を満たすと、Ｔ0
の変化によるｆ2 の変化が最小になる。
の変化によるｆ2 の変化が最小になる。
【００４３】
【数１８】 数１７および数１８から次の数１９が導き出される。
【００４４】
【数１９】 この数１９が成り立つようにｋ2 を設定すると、ｋ2 は
次の数２０のように表される。
次の数２０のように表される。
【００４５】
【数２０】 この場合に、ｆ2 は次の数２１のように表される。
【００４６】
【数２１】 この数２１から、ｆ2 はＴ0 によらないことが分かる。
【００４７】前記補正装置４は、前記感温抵抗体１の温
度を１００℃〜１５０℃の第２の温度にした時の前記ホ
イートストンブリッジ回路の出力特性に基いて、前記第
１の補正方法または第２の補正方法により、前記感温抵
抗体１の温度を３００℃以上の第１の温度とした時の前
記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧値ＶH を補正
する。
度を１００℃〜１５０℃の第２の温度にした時の前記ホ
イートストンブリッジ回路の出力特性に基いて、前記第
１の補正方法または第２の補正方法により、前記感温抵
抗体１の温度を３００℃以上の第１の温度とした時の前
記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧値ＶH を補正
する。
【００４８】次に、本発明の具体的実施例を説明する。
【００４９】前記感温抵抗体１等は、次のように形成さ
れる。但し、本実施例は、感温抵抗体１と発熱体２を同
一の素子とした場合について述べる。
れる。但し、本実施例は、感温抵抗体１と発熱体２を同
一の素子とした場合について述べる。
【００５０】シリコン基板６に例えばスパッタ法でＳ
ｉＯ2 膜７を３μｍ厚に形成する。
ｉＯ2 膜７を３μｍ厚に形成する。
【００５１】ＳｉＯ2 膜７の上に薄膜状の白金パター
ンをスパッタ法で形成した後にフォトリソ技術で用いて
感温抵抗体１と温度検出用抵抗体８とを形成する。この
温度検出用抵抗体８は、前記温度検出器５を構成してい
る。
ンをスパッタ法で形成した後にフォトリソ技術で用いて
感温抵抗体１と温度検出用抵抗体８とを形成する。この
温度検出用抵抗体８は、前記温度検出器５を構成してい
る。
【００５２】感温抵抗体１の周辺のＳｉＯ2 膜７をフ
ォトリソ技術を用いてエッチング除去し、感温抵抗体１
がＳｉＯ2 膜７の橋架構造体上に位置するように形成す
る。この感温抵抗体１とこれを支持している部材は、湿
度感応部９を構成している。
ォトリソ技術を用いてエッチング除去し、感温抵抗体１
がＳｉＯ2 膜７の橋架構造体上に位置するように形成す
る。この感温抵抗体１とこれを支持している部材は、湿
度感応部９を構成している。
【００５３】ダイシングソー等によりカッティングさ
れて得られた湿度センサチップ１０を図３に示すよう
に、ケース１１に組み込んだ後に接続端子をワイヤボン
ディング等により接続して完成する。
れて得られた湿度センサチップ１０を図３に示すよう
に、ケース１１に組み込んだ後に接続端子をワイヤボン
ディング等により接続して完成する。
【００５４】前記感温抵抗体１は、非常に小型に構成で
き時定数を数ｍｓにできる。このため、前記感温抵抗体
１は、１秒間に２つの異なる温度に発熱させ、かつ、冷
却することが可能である。
き時定数を数ｍｓにできる。このため、前記感温抵抗体
１は、１秒間に２つの異なる温度に発熱させ、かつ、冷
却することが可能である。
【００５５】前記感温抵抗体１の温度は、図１に示す前
記電源装置３により所定の直流電圧を前記ホイートスト
ンブリッジ回路に与えて感温抵抗体１に所定の電流を流
してジュール熱を発生することにより所定値にすること
ができる。前記感温抵抗体１の抵抗−温度特性は、図４
に示すように１対１に対応するので、抵抗値を一定に保
つことは、温度を一定に保つことになる。
記電源装置３により所定の直流電圧を前記ホイートスト
ンブリッジ回路に与えて感温抵抗体１に所定の電流を流
してジュール熱を発生することにより所定値にすること
ができる。前記感温抵抗体１の抵抗−温度特性は、図４
に示すように１対１に対応するので、抵抗値を一定に保
つことは、温度を一定に保つことになる。
【００５６】前記感温抵抗体１の温度Ｔを一定に保った
時の前記ホイートストンブリッジ回路端の出力電圧の湿
度特性を図５および図６に示す。図５は、前記感温抵抗
体１の温度を４５０℃とし、雰囲気の温度を２０℃，３
０℃，４０℃，５０℃とした場合の出力電圧−湿度特性
を示す。図６は、前記感温抵抗体１の温度を１１０℃と
し、雰囲気の温度を２０℃，３０℃，４０℃，５０℃と
した場合の出力電圧−湿度特性を示す。
時の前記ホイートストンブリッジ回路端の出力電圧の湿
度特性を図５および図６に示す。図５は、前記感温抵抗
体１の温度を４５０℃とし、雰囲気の温度を２０℃，３
０℃，４０℃，５０℃とした場合の出力電圧−湿度特性
を示す。図６は、前記感温抵抗体１の温度を１１０℃と
し、雰囲気の温度を２０℃，３０℃，４０℃，５０℃と
した場合の出力電圧−湿度特性を示す。
【００５７】感度−感温抵抗体の温度特性の実験結果を
図７に示す。但し、感度＝（出力電圧の変化）／（湿
度）とした。このため、感温抵抗体１の温度Ｔは１５０
℃以上が必要である。前記出力電圧ＶH の湿度特性は感
温抵抗体１の温度に依存し、感温抵抗体１の温度が高い
ほど感度が大きくなる。
図７に示す。但し、感度＝（出力電圧の変化）／（湿
度）とした。このため、感温抵抗体１の温度Ｔは１５０
℃以上が必要である。前記出力電圧ＶH の湿度特性は感
温抵抗体１の温度に依存し、感温抵抗体１の温度が高い
ほど感度が大きくなる。
【００５８】また、感温抵抗体１の温度が１００℃〜１
５０℃の時湿度変化に伴う出力電圧の変化はほぼ０とな
る。つまり、感温抵抗体１の温度が１００℃〜１５０℃
のときの出力電圧は湿度によらず、雰囲気の温度やセン
サの湿度感応部９に依存する。このことは、純粋空気に
水蒸気が混在した系の熱伝導率のこの湿度範囲における
水蒸気濃度依存性の理論式からも明らかにされている。
５０℃の時湿度変化に伴う出力電圧の変化はほぼ０とな
る。つまり、感温抵抗体１の温度が１００℃〜１５０℃
のときの出力電圧は湿度によらず、雰囲気の温度やセン
サの湿度感応部９に依存する。このことは、純粋空気に
水蒸気が混在した系の熱伝導率のこの湿度範囲における
水蒸気濃度依存性の理論式からも明らかにされている。
【００５９】湿度が一定である時の雰囲気の温度Ｔ0 に
よる出力電圧ＶH は雰囲気の温度Ｔ0 に対してほぼリニ
アーに変化し、出力電圧変化率は感温抵抗体１の温度Ｔ
H に依存する。出力電圧変化率（ΔＶ／ΔＴ）は、次の
数２２で表わされる。
よる出力電圧ＶH は雰囲気の温度Ｔ0 に対してほぼリニ
アーに変化し、出力電圧変化率は感温抵抗体１の温度Ｔ
H に依存する。出力電圧変化率（ΔＶ／ΔＴ）は、次の
数２２で表わされる。
【００６０】
【数２２】
【００６１】但し、βの値が不明なため感温抵抗体１温
度１００℃のときの変化率を１とする。このとき測定値
と計算値を図８に示す。感温抵抗体１の温度を一定とし
た測定値（定温駆動測定値）は図８の曲線Ａで表され、
感温抵抗体１の温度を一定とした計算値（定温駆動計算
値）は図８の曲線Ｂで表される。図８より定温駆動測定
値と定温駆動計算値の傾向がほぼ一致することが分か
る。
度１００℃のときの変化率を１とする。このとき測定値
と計算値を図８に示す。感温抵抗体１の温度を一定とし
た測定値（定温駆動測定値）は図８の曲線Ａで表され、
感温抵抗体１の温度を一定とした計算値（定温駆動計算
値）は図８の曲線Ｂで表される。図８より定温駆動測定
値と定温駆動計算値の傾向がほぼ一致することが分か
る。
【００６２】出力電圧変化率は感温抵抗体１の温度が３
００℃以上である場合にほぼ一定になるので、感温抵抗
体１の温度を３００℃以上に保持することが望ましい。
また、有機物等のバーニングの面からも、感温抵抗体１
の温度を３００℃以上に保持することが望ましい。
００℃以上である場合にほぼ一定になるので、感温抵抗
体１の温度を３００℃以上に保持することが望ましい。
また、有機物等のバーニングの面からも、感温抵抗体１
の温度を３００℃以上に保持することが望ましい。
【００６３】以上の理由により、定温度駆動により、あ
らかじめ測定雰囲気の温度変化による出力電圧ＶH の変
化が予測できるため、雰囲気の温度Ｔ0 の情報および前
記感温抵抗体１の温度を１００℃〜１５０℃の第２の温
度にした時の前記ホイートストンブリッジ回路の出力特
性に基いて、補正装置４は前記第１の補正方法または第
２の補正方法により出力電圧ＶH の補正が可能となる。
らかじめ測定雰囲気の温度変化による出力電圧ＶH の変
化が予測できるため、雰囲気の温度Ｔ0 の情報および前
記感温抵抗体１の温度を１００℃〜１５０℃の第２の温
度にした時の前記ホイートストンブリッジ回路の出力特
性に基いて、補正装置４は前記第１の補正方法または第
２の補正方法により出力電圧ＶH の補正が可能となる。
【００６４】前記補正装置４による補正は、回路でアナ
ログ的に実施してもよく、マイクロコンピュータで数値
計算して実施してもよい。前記補正装置４による補正後
の出力電圧−湿度特性を図９に示す。図９から、前記補
正装置４による補正後の出力電圧Ｖ１は、湿度に比例し
ていることが分かる。
ログ的に実施してもよく、マイクロコンピュータで数値
計算して実施してもよい。前記補正装置４による補正後
の出力電圧−湿度特性を図９に示す。図９から、前記補
正装置４による補正後の出力電圧Ｖ１は、湿度に比例し
ていることが分かる。
【００６５】次に、前記湿度センサチップ１０の他の実
施例を図１０乃至図１５に基いて説明する。
施例を図１０乃至図１５に基いて説明する。
【００６６】図１０および図１１に示す湿度センサチッ
プ１０は、ＳｉＯ2 膜７の上に薄膜の発熱体２を形成
し、このＳｉＯ2 膜７および発熱体２の上に薄膜の感温
抵抗体１を形成してなるものであり、その他の構成が図
２の実施例を同じである。すなわち、図１０および図１
１に示す湿度センサチップ１０は、別々の薄膜の発熱体
２と薄膜の感温抵抗体１とが一体的に形成されている。
プ１０は、ＳｉＯ2 膜７の上に薄膜の発熱体２を形成
し、このＳｉＯ2 膜７および発熱体２の上に薄膜の感温
抵抗体１を形成してなるものであり、その他の構成が図
２の実施例を同じである。すなわち、図１０および図１
１に示す湿度センサチップ１０は、別々の薄膜の発熱体
２と薄膜の感温抵抗体１とが一体的に形成されている。
【００６７】図１２および図１３に示す湿度センサチッ
プ１０は、湿度感応部９がカンチレバー状に形成されて
いる。図１４および図１５に示す湿度センサチップ１０
は、湿度感応部９がダイアフラム状に形成されている。
プ１０は、湿度感応部９がカンチレバー状に形成されて
いる。図１４および図１５に示す湿度センサチップ１０
は、湿度感応部９がダイアフラム状に形成されている。
【００６８】本発明による湿度センサチップ１０は、非
常に熱容量が小さくでき時定数を数ｍｓ程度にできるた
め、１秒間に５０ｍｓ程度のパルス駆動にすることによ
り、低電力化できる。
常に熱容量が小さくでき時定数を数ｍｓ程度にできるた
め、１秒間に５０ｍｓ程度のパルス駆動にすることによ
り、低電力化できる。
【００６９】また、本発明は、感温抵抗体１と温度検出
用抵抗体８を、前述のように、同一のシリコン基板上に
形成することにより、小型化，低コスト化を実現した。
用抵抗体８を、前述のように、同一のシリコン基板上に
形成することにより、小型化，低コスト化を実現した。
【００７０】なお、本発明は、前記ホイートストンブリ
ッジ回路に限定されるものでなく、前記感温抵抗体１の
電圧降下に関連する出力電圧を出すようにした電子回路
に適用することができる。
ッジ回路に限定されるものでなく、前記感温抵抗体１の
電圧降下に関連する出力電圧を出すようにした電子回路
に適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】本発明は、１個の感温抵抗体で湿度測定
を可能としたものであり、測定雰囲気温度の変化による
特性変化が小さく低コスト化できる。
を可能としたものであり、測定雰囲気温度の変化による
特性変化が小さく低コスト化できる。
【図１】本発明の１実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の１実施例の湿度センサチップを示す斜
視図である。
視図である。
【図３】本発明の１実施例の湿度センサチップおよびケ
ースを示す斜視図である。
ースを示す斜視図である。
【図４】本発明の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例における湿度センサチップの
他のを示す斜視図である。
他のを示す斜視図である。
【図１１】図１０の湿度センサチップを示す断面図であ
る。
る。
【図１２】本発明の実施例における湿度センサチップの
他のを示す斜視図である。
他のを示す斜視図である。
【図１３】図１２の湿度センサチップを示す断面図であ
る。
る。
【図１４】本発明の実施例における湿度センサチップの
他のを示す斜視図である。
他のを示す斜視図である。
【図１５】図１４の湿度センサチップを示す断面図であ
る。
る。
【図１６】従来の湿度センサを示す回路図である。
【図１７】従来の湿度センサを示す分解斜視図である。
【図１８】従来の湿度センサの要部を示す斜視図であ
る。
る。
１ 感温抵抗体 ２ 発熱体 ３ 電源装置 ４ 補正装置 ５ 温度検出器 ６ シリコン基板 ７ ＳｉＯ2 膜 ８ 温度検出用抵抗体 ９ 湿度感応部 １０ 湿度センサチップ Ｓ スイッチ ＳＣ 切替制御装置 Ｒ1H 固定抵抗体 Ｒ1L 固定抵抗体 Ｒ2 固定抵抗体 Ｒ3 固定抵抗 ＶH ，ＶL ，Ｖ1 出力電圧 ３１，３２ 感温抵抗体 ３３ａ，３３ｂ キャップ ３４ ステム ３５ 通気孔 ３６ キャップ固定板 ３１０ 金属カバー ３１１ 金属ケース Ｒ4H 抵抗値 Ｒ4T 抵抗値 Ｒ41 固定抵抗体 Ｒ42 固定抵抗体 Ｖ4IN 印加電圧 Ｒ43 固定抵抗体 Ｒ4S 固定抵抗体 Ｖ4OUT 出力電圧
Claims (3)
- 【請求項１】 感温抵抗体の熱放散が湿度により変化す
ることを利用して湿度を測定する湿度センサにおいて、
ジュール熱により自己発熱する発熱体により前記感温抵
抗体を加熱する加熱手段を有し、この加熱手段は前記発
熱体に一定時間内に２つのパルス電圧を印加することに
より前記感温抵抗体の温度を３００℃以上の第１の温度
と１００℃〜１５０℃の第２の温度とに切り替え、前記
感温抵抗体の温度を第２の温度にした時における前記感
温抵抗体の電圧降下に関連する出力電圧を出すようにし
た電子回路の出力特性に基いて、前記感温抵抗体の温度
を第１の温度とした時の前記電子回路の出力電圧値を測
定雰囲気の温度の影響を除くように補正することを特徴
とする湿度センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の湿度センサにおいて、
前記感温抵抗体と前記発熱体とは、薄膜からなり、か
つ、一体的に形成されていることを特徴とする湿度セン
サ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の湿度センサにおいて、
前記感温抵抗体と前記発熱体とは、薄膜からなる同一の
素子で形成されていることを特徴とする湿度センサ。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33897594A JP3343801B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 湿度センサ |
| DE69516274T DE69516274T2 (de) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | Feuchtigkeitssensor |
| CA002184055A CA2184055C (en) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | Humidity sensor |
| KR1019960704759A KR100230079B1 (ko) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | 습도 센서 |
| PCT/JP1995/002727 WO1996021146A1 (fr) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | Detecteur d'humidite |
| US08/702,602 US5837884A (en) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | Humidity sensor using temperature sensing resistor controlled to be at constant temperature of more than 150° C. |
| EP95942287A EP0749013B1 (en) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | Humidity sensor |
| CN95191843A CN1099590C (zh) | 1994-12-29 | 1995-12-27 | 湿度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33897594A JP3343801B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08184576A JPH08184576A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3343801B2 true JP3343801B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=18323098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33897594A Expired - Fee Related JP3343801B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3343801B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010197285A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 湿度センサ |
| EP2339334A2 (en) | 2009-12-28 | 2011-06-29 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Thermal gas sensor |
| EP2975385A4 (en) * | 2013-03-15 | 2016-10-26 | Hitachi Automotive Systems Ltd | GAS SENSOR |
| DE112020005398T5 (de) | 2019-11-01 | 2022-09-01 | Semitec Corporation | Gaserfassungsvorrichtung, gaserfassungsverfahren und vorrichtung mit gaserfassungsvorrichtung |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4016813B2 (ja) | 2002-11-21 | 2007-12-05 | 松下電器産業株式会社 | ガス検出器とそれを用いた燃料電池システムおよび自動車 |
| JP4165300B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2008-10-15 | 松下電器産業株式会社 | ガスセンサとそれを用いた燃料電池システムおよび自動車 |
| JP4662199B2 (ja) * | 2004-05-27 | 2011-03-30 | 日本特殊陶業株式会社 | 湿度検出装置 |
| JP4409372B2 (ja) * | 2004-06-28 | 2010-02-03 | 本田技研工業株式会社 | ガス検出装置 |
| US7265560B2 (en) * | 2005-11-23 | 2007-09-04 | Therm-O-Disc, Incorporated | Temperature compensated vapor sensor |
| JP2007285849A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Yazaki Corp | ガス濃度検出装置 |
| JP4984723B2 (ja) * | 2006-08-01 | 2012-07-25 | 株式会社デンソー | 湿度検出装置 |
| JP4976469B2 (ja) | 2009-08-28 | 2012-07-18 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式湿度センサ |
| FR2950740A1 (fr) * | 2009-09-25 | 2011-04-01 | Michelin Soc Tech | Reacteur electrochimique, tel qu'une pile a combustible ou un electrolyseur, equipe d'un dispositif de mesure de la concentration en un gaz de l'un des gaz specifiques de l'operation dudit reacteur |
| KR101237379B1 (ko) * | 2011-08-17 | 2013-02-26 | 주식회사삼영에스앤씨 | 습도 및 온도의 복합 검출회로 |
| JP5628236B2 (ja) * | 2012-04-12 | 2014-11-19 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式湿度センサ |
| JP6222443B2 (ja) * | 2013-03-25 | 2017-11-01 | 木村 光照 | 絶対湿度センサおよびこれに用いる絶対湿度センサチップ |
| JP6330492B2 (ja) * | 2014-06-02 | 2018-05-30 | Tdk株式会社 | ガスセンサ素子 |
| JP6344101B2 (ja) * | 2014-07-14 | 2018-06-20 | Tdk株式会社 | ガス検出装置 |
| JP2017166826A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| JP7351228B2 (ja) * | 2020-01-22 | 2023-09-27 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| CN112378961B (zh) * | 2020-11-24 | 2024-07-02 | 五邑大学 | 一种仿生柔性湿度传感器及电子皮肤湿度监测装置 |
-
1994
- 1994-12-29 JP JP33897594A patent/JP3343801B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP2339334A2 (en) | 2009-12-28 | 2011-06-29 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Thermal gas sensor |
| JP2011137679A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 熱式ガスセンサ |
| US8689608B2 (en) | 2009-12-28 | 2014-04-08 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Thermal gas sensor |
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| US10101286B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-10-16 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Gas sensor |
| DE112020005398T5 (de) | 2019-11-01 | 2022-09-01 | Semitec Corporation | Gaserfassungsvorrichtung, gaserfassungsverfahren und vorrichtung mit gaserfassungsvorrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08184576A (ja) | 1996-07-16 |
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| JPH08261971A (ja) | 湿度センサ | |
| RU2073259C1 (ru) | Датчик для определения комфортности |
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