JP3559915B2 - 湿度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、サーミスタなどの感熱素子の対を用いて温湿度，ガス濃度などを測定する湿度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーミスタ等の感熱素子をセンサ素子に用いた湿度センサは、電子レンジ内の湿度を測定する湿度センサとして多用されている。この湿度センサは、感熱素子を外気雰囲気中と、外気からしゃ断された密閉雰囲気中とでそれぞれ自己発熱させ、両感熱素子の抵抗値の変化を検知して大気雰囲気中の水蒸気量（絶対湿度）を測定するものである。
【０００３】
感熱素子を用いた湿度センサは、従来より種々の構造のものが提案されているが、要するに、２つのケース内にそれぞれ感熱素子を組み込み、一方のケースに小孔をあけて外気と連通させ、他方のケースを密閉し、前者を感湿器、後者を温度補償器として組合されるものである。
【０００４】
図５に湿度センサの一例を示す。この例では、図６のようにステム２１に取付けられた感熱素子２２を金属キャップ２３で覆い、キャップ２３の一部に孔２４をあけてこれを感湿器２５とし、別にキャップ２３に孔のないものを用いた温度補償器２６を準備し、この感湿器２５と、温度補償器２６とを金属ケース２７に内装するというものである。この例によれば、金属ケース２７は、図５のように一端にフランジ２８が設けられ他端に孔２９を有する金属板に覆われた筒状をなし、この金属ケース２７内に、均熱金属板３０を一端に固定した金属筒３１を圧入し、これに前記感湿器２５及び温度補償器２６を固定し、さらに金属ケース２７の上面を覆って金属カバー３２をフランジ２８に固定することによって組立てられる（実公平４−３５８０６号参照）。
【０００５】
湿度センサの従来の構造は、必ずしも図５のように感湿器と温度補償器とを別個に製作し、これを金属ケース内に組込む例に限られるものではないが、従来の殆どのセンサは、感熱素子を覆うキャップ，ケースその他の部品を含めセンサの構成部材には金属部品が用いられ、ハーメチックシールをもってステムと金属キャップを溶接して封止する構造となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、金属ケースの場合には、電気的なシールド効果が期待できるが、熱伝導性に優れているために周囲の熱的影響を受けやすいという欠点がある。
【０００７】
もっとも、湿度センサは、周囲の熱的影響を阻止するために均熱構造が用いられている。しかし、電子レンジ内の熱風が直接湿度センサに当るような条件の下で周囲雰囲気が熱的に急激に変化した場合には、湿度センサのケースの金属表面に均熱構造を施されていても、熱的バランスが崩れて正確な出力が得られない。
【０００８】
さらに、電子レンジ壁面からの熱的影響やレンジ自体の熱源から感熱素子のリード線を通して熱干渉を生じるなど、感熱素子が取付けられているケースの温度の急激な変化に対しても金属ケースが用いられたときにはどうしても熱的なバランスが崩れ、不安定となり測定精度の信頼性に問題が生ずる。
【０００９】
本発明の目的は、熱的に安定で測定精度の高い湿度センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による湿度センサにおいては、感湿器と、温度補償器と、端子板と、均熱体とを有する湿度センサであって、
感湿器と温度補償器とは、対をなすガラスケース内にそれぞれ感熱素子を収容したものであり、
対のガラスケースの一方は気密に封止され、他方は外気と連通する小孔を有するものであり、
感湿器は、外気と通ずるガラスケース内に感熱素子を収容したものであり、該感熱素子のリード線は、ガラスケースの外部に引き出され、
温度補償器は、気密に封止されたガラスケース内に感熱素子を収容したものであり、該感熱素子のリード線は、ガラスケースの外部に引き出され、
各感熱素子のリード線は、ガラスケースの外部で外部配線ケーブルの芯線と結線され、
端子板は、定型の成形体であり、各感熱素子のリード線と外部配線ケーブルの芯線との結線部分をそれぞれの結線ごとに隔離して埋設し、周囲雰囲気の熱的な急激な変化やリード線を通して感熱素子に加えられる熱干渉を阻止するものであり、
均熱体は、感湿器と、温度補償器との両ガラスケースに跨って取り付けられ、両ガラスケース相互間の熱干渉を避けるものである
【００１１】
また端子板は、合成樹脂成形体であり、感熱素子の各リード線と結線した外部配線ケーブルの一部を含めて前記結線部分を埋設し、各々のリード線間を電気的に絶縁するものである。
【００１２】
また端子板は、リード線の一部を上面に露出させて感湿器および温度補償器を上方の定位置に保持するものである。
【００１３】
また外部カバーを有し、外部カバーは、外部カバーは、端子板と同じ材質の合成樹脂製の中空の筒体であり、外部に通ずる通気孔が一面に開口され、感湿器および温度補償器を覆って端子板に結合されたものである。
【００１４】
【作用】
素子をガラスの中空室内に封入する技術は、マイクロランプの製造技術に用いられており、また、ガラス管を加工して素子を封入する技術は、リードスイッチなどに用いられている。本発明は、従来公知のガラス加工技術を用いてガラスケース内にセンサ素子としてサーミスタ等の感熱素子を封入する。本発明において、ガラスとは、ガラスのほか、同効のアルミナなどのセラミックスを含むものである。ガラスケースに使用するガラスの種類としては、珪酸鉛ガラスや硼珪酸ガラスなどの電子部品に一般に用いられるものをはじめ、赤外線吸収ガラス等のアルカリバリウム系ガラスをも用いることができる。また、結晶構造的には結晶化ガラスであっても、非結晶ガラスであっても特に問題は生じない。
【００１５】
感湿器は、小孔を有するガラスケースに感熱素子を内装したものであり、温度補償器は、気密のガラスケース内に感熱素子を内装したものである。ガラスケースには、ガラス管を用いると好都合である。ガラス管内に感熱素子を挿し込み、そのリード線をガラス管外に引き出し、ガラス管の両端を封止することによって簡単に得られる。
【００１６】
感熱素子には、チップ型，ビード型，ディスク型のいずれも使用できる。リード線が素子の両端から逆方向に引き出されているもの（アキシアル型）は、対のリード線をガラス管の両端から引き出して各々の開口端を封止し、また、素子の両面から同方向に引き出された対のリード線を有するもの（ラジアル型）は、両リード線間を引き離してガラス管の一方の開口端より引き出し、両開口端を封止すればよい。
【００１７】
感熱素子のリード線には、通常ジュメット線や、白金線や鉄／クロム線が用いられることもあるが、コパール線のような酸化しにくい材質のものが好ましい。従来のガラス被覆型のサーミスタに見らるように、リード線に用いられる金属線はいずれも融解したガラスの固化によって安定に封止できる。感湿器のガラスケースには任意に小孔を開口する。
【００１８】
ガラスは、熱伝導性が金属に劣るため、周囲雰囲気の熱的な急激な変化に対し、金属ケースに較べて影響は少ないが、その熱伝導特性を超える熱干渉を受けるような条件の下で使用に備えて均熱体を設けておくことが望ましい。均熱体は、熱伝導性に優れたテープあるいは成形体であり、感湿器及び湿度補償器の両ガラスケースに跨って取付ける。
【００１９】
感湿器及び湿度補償器に用いられた各感熱素子のリード線は、外部配線ケーブルの芯線に結線され、両線の接続部分を埋め込む端子板は、熱伝導率が低いためにリード線を通して感熱素子に外部の熱的な影響が加えられず、また、熱干渉の影響を受けることがない。
【００２０】
端子板には、合成樹脂のほか、例えばアルミナのような無機材料を使用できる。また、端子板と同質の材料で外部カバーを作り、この外部カバー内に感湿器と湿度補償器とを収納することにより、周囲の雰囲気からの熱的干渉をさらに有効に阻止できる。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図によって説明する。図１は、感熱素子１にビード型のサーミスタを用いた例である。感熱素子１は、端子線２として対の白金線を有し、この白金線が感熱素子１の両端から互いに逆方向に引き出されている。対の白金線にそれぞれリード線３ａ，３ｂとしてジュメット線を結線し、一方のリード線３ａを折返して両リード線３ａ，３ｂを同方向に平行に配列している。この感熱素子１の対をそれぞれ一端が開口されたガラスケース４の中空室内に、その開口を通して挿し込み、開口を熔封し、ガラスケース４の外部に引き出されたリード線３ａ，３ｂをガラスの熔封部分に固定してガラスケース４の中空室内に感熱素子１を保持させる。
【００２２】
ガラスケース４に感熱素子１を封入したものは、一方が感湿器５、他方が温度補償器６である。感湿器５のガラスケース４には、その一部に小孔７を開口して外気に連通させる。絶対湿度センサ８は、感湿器５と、温度補償器６との組合せである。感湿器５と、温度補償器６との両者に跨って両ガラスケース４，４の周囲に均熱体９を取付ける。
【００２３】
均熱体９には、熱伝導性に優れたテープあるいは成形体を用いることができる。均熱体９がテープであるときには、両ガラスケース４，４の周囲にテープを巻付けるだけでよい。均熱体９に成形体を用いるときには、図示は略すが、一定形態の成形体にガラスケースの収納溝を設けてその溝内に感湿器と、温度補償器とを格納すればよい。ただし、感湿器５のガラスケース４に開口した小孔７は、大気中に開放されていなければならない。
【００２４】
図１の実施例では、互いに逆方向に延びる端子線２，２を両端に有する感熱素子１を用いた例を示しているが、ラジアル型のサーミスタのように素子の両面電極に同方向に延びる端子線の対を有する感熱素子を用いるときでもその封止要領は全く同じである。
【００２５】
ガラスケース４の外部に引き出されたリード線３ａ，３ｂは、外部配線ケーブル１０の芯線１０ａ，１０ｂにそれぞれの感熱素子１，１毎に溶接，半田付け，端子かしめなどを用いて接続し、芯線１０ａ，１０ｂと、リード線３ａ，３ｂとの結線部分は、端子板１１中に埋設する。端子板１１は、熱伝導率の小さい材料、例えばＰＢＴ，ＰＰＳなどの樹脂を加工した定型の成型体であり、端子板１１の成形時には、前記両線の結線部分と外部配線ケーブル１０の被覆の一部を含めて成形体中に埋設し、リード線３ａ，３ｂの一部を成形体の上面に露出させ、各リード線３ａ，３ｂを端子板１１の成形体上に突出させて感湿器５および温度補償器６を端子板１１上方の定位置に保持させる。各リード線の露出部分はできるだけ短いほうが望ましい。リード線の露出部分を短くすることによって、リード線を通して感熱素子へ加えられる熱影響を防止できる。
【００２６】
これによってリード線３ａ，３ｂと芯線１０ａ，１０ｂとの各結線部分は、成形体中で互いに隔離され、電気的に絶縁される。さらに、必要により感湿器５および温度補償器６を覆って外部カバー１２を取付けてもよい。外部カバー１２は、端子板１１と同じ熱伝導率の小さい合成樹脂体からなり、上面に通気孔１３を有し、下縁が開放された中空円筒体であり、感湿器５および温度補償器６を覆って下縁を端子板１１に結合することによって、感湿器５および温度補償器６を周囲雰囲気から隔離するが、外部カバー１２内は、通気孔１３のみによって外気に連通しているため、周囲雰囲気の急激な変化に対する熱的安定性は向上する。もっとも、外部カバー１２は、感湿器５および温度補償器６に直接接触するものではないから、両器に対する直接的な熱的影響は少なく、したがって、その材質は金属のような熱伝導性材料であっても構わない。
【００２７】
図２は、ガラスケースに両端が開放されたガラス管１４を用いる例である。ガラス管１４内に互いに逆方向に延びる端子線を両端に有する感熱素子１を挿し込み、その端子線又は端子線に接続されたリード線３ａ，３ｂをガラス管１４の両端から引き出し、ガラス管１４の両端を熔封し、ガラスの熔封部分で端子線又はリード線を支えてガラス管１４の中空室内に感熱素子１を保持させる。図３において両端が封止されたガラス管１４は、ガラスケースであり、ガラス管１４に小孔１５を開口したものが感湿器５となり、両端が封止されたものは温度補償器６である。両器のガラス管１４，１４の周囲には、必要により均熱体９としてテープを巻付けて絶対湿度センサ８を完成する。なお、この例では、均熱体９を通して一方のガラスケース４に小孔１５を開口している。
【００２８】
本実施例において、感湿器５及び温度補償器６の各ガラスケースより外部へ引き出されたリード線３ａ，３ｂは、直角に折曲され、その端部は、端子板１１の成形体内で外部配線ケーブル１０の芯線１０ａ，１０ｂに結線され、端子板１１は、前実施例と同様に外部配線ケーブル１０の一部を埋め込み、各リード線３ａ，３ｂを保持して上方の定位置に感湿器５及び温度補償器６を定位置に支えている。
【００２９】
以上、図３の実施例では、素子の両端子線又はリード線をガラス管の長手方向両端より引き出した例を説明したが、ガラス管の一方の封止部分から２本のリード線を引き出すものであってもよい。
【００３０】
以上、実施例においては、２つのガラスケースを組合せる例を説明しているが、要はケース間で感湿器の感熱素子と、温度補償器の感熱素子との間を隔離することであるから、図４のように一つのケース４を仕切板１６で２室に仕切り、各室内にそれぞれ感熱素子１，１を内装しても効果は同じである。一つのケースの使用により加工，組立の手数はより簡略化される。以上、図３，図４の実施例においても必要により外部カバーにて感湿器および温度補償器を覆ってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、感湿器および温度補償器を構成する感熱素子の封入にガラスケースを用い、また、ガラスケースより引き出された感熱素子のリード線と、外部配線ケーブルの芯線との結線部分を熱伝導率の小さい材料の成形体からなる端子板中に埋め込んだため、周囲雰囲気の熱的な急激な変化や、リード線を通して感熱素子に加えられる熱干渉を有効に阻止して測定精度の安定性を図ることができる。特にケースに用いるガラスは、熱伝導率が低いため、感湿器と温度補償器間の熱的干渉が少なく、周囲温度変化に対するバランスが保たれ、熱的に同じ条件に維持できる。また、リード線と芯線との結線部分を端子板中に埋設することによって、その接続部を確実に絶縁し、リード線を保型して感湿器，温度補償器を定位置に支えることができ、機械的強度，引張り強度が高まり、リード線のねじれ、転回などによる断線事故を防止し、そのうえ、マイクロ波侵入防止を図ることができる。さらに本発明によるときには、端子板に外部カバーを組合せて感湿器，温度補償器を覆うことにより、各感熱素子は、周囲雰囲気より二重に隔離して外的熱干渉を有効に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の組立要領を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図５】絶対湿度センサの従来例を示す図である。
【図６】従来の絶対湿度センサに用いられた感湿器を示す図である。
【符号の説明】
１ 感熱素子
２ 端子線
３ａ，３ｂ リード線
４ ガラスケース
５ 感湿器
６ 温度補償器
７ 小孔
８ 絶対湿度センサ
９ 均熱体
１０ 外部配線ケーブル
１０ａ，１０ｂ 芯線
１１ 端子板
１２ 外部カバー
１３ 通気孔
１４ ガラス管
１５ 小孔
１６ 仕切板

Claims (4)

1. 感湿器と、温度補償器と、端子板と、均熱体とを有する湿度センサであって、
   感湿器と温度補償器とは、対をなすガラスケース内にそれぞれ感熱素子を収容したものであり、
   対のガラスケースの一方は気密に封止され、他方は外気と連通する小孔を有するものであり、
   感湿器は、外気と通ずるガラスケース内に感熱素子を収容したものであり、該感熱素子のリード線は、ガラスケースの外部に引き出され、
   温度補償器は、気密に封止されたガラスケース内に感熱素子を収容したものであり、該感熱素子のリード線は、ガラスケースの外部に引き出され、
   各感熱素子のリード線は、ガラスケースの外部で外部配線ケーブルの芯線と結線され、
   端子板は、定型の成形体であり、各感熱素子のリード線と外部配線ケーブルの芯線との結線部分をそれぞれの結線ごとに隔離して埋設し、周囲雰囲気の熱的な急激な変化やリード線を通して感熱素子に加えられる熱干渉を阻止するものであり、
   均熱体は、感湿器と、温度補償器との両ガラスケースに跨って取り付けられ、両ガラスケース相互間の熱干渉を避けるものであることを特徴とする湿度センサ。
2. 端子板は、合成樹脂成形体であり、感熱素子の各リード線と結線した外部配線ケーブルの一部を含めて前記結線部分を埋設し、各々のリード線間を電気的に絶縁するものであることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
3. 端子板は、リード線の一部を上面に露出させて感湿器および温度補償器を上方の定位置に保持するものであることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。
4. 外部カバーを有し、外部カバーは、端子板と同じ材質の合成樹脂製の中空の筒体であり、外部に通ずる通気孔が一面に開口され、感湿器および温度補償器を覆って端子板に結合されたものであることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。

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