JP4073310B2 - 空気湿度センサ及び空気温度センサを備えるセンサユニット - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中の相対湿度を測定する空気湿度センサ及び空気温度を測定する空気温度センサを備えるセンサユニットに関する。もし、気体媒体、例えば水蒸気から熱が除去されると、媒体は、対応する温度の液体、例えば水に凝縮される。この温度は、凝縮点又は露点と呼ばれ、測定された相対湿度及び測定された空気温度から計算することができる。この種のセンサユニットは多くの技術分野、特に凝縮防止において用いられている。
【０００２】
【従来の技術】
相対空気湿度を測定する空気湿度センサ及び空気温度を測定する空気温度センサを備えるセンサユニットは、例えば、DE-PS 197 29 697 C1に開示されている。凝縮による露点の直接的な決定−露点レベルに基づく高研磨面上の凝結を観察すること等による−とは対照的に、直接測定しないで、本明細書においては詳述しない計算方法を用いて露点を決定することも可能である。
【０００３】
相対湿度を測定するための空気湿度センサを構成するために、従来、２つの導電性電極間の容量を、誘電体としてポリマー層を用いて測定している。ポリマーの誘電率は相対湿度の尺度になる。
【０００４】
空気温度は、例えば温度に応じて決まる抵抗であってよい空気温度センサにより空気湿度センサ近傍において検出される。
【０００５】
相対空気湿度は、ある水分含有量に対する空気温度によって直接決まるため、空気湿度センサ及び空気温度センサでの空気温度は、同一であるか、又は露点の計算時に温度のズレを考慮しなければならない。公知の空気湿度センサ及び公知の空気温度センサの異なる装着技術及び構造・形状により、両センサ間の温度差が生まれ、それは露点を決定する際に考慮されなければならない。
【０００６】
DE 40 35 371 A1は、薄膜技術におけるそのようなセンサユニットの一体化された構造を記載している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、空気湿度センサと、空気温度センサと、分析されるべき空気混合物間を、困難な薄膜技術を用いる必要なく、温度差をあまり生じずに集約的に結合することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、２つのセンサの共有の装着台と、空気湿度センサと、空気温度センサとを有するセンサユニットであって、前記装着台には、前記空気湿度センサと前記空気温度センサが接続される熱伝導性膜が設けられているセンサユニットにより達成される。プラスチック材などの非導電性又はわずかしか導電性がない材料の従来の導体プレートを用いることが可能である。
【０００９】
空気湿度センサは、装着台の孔の上に配置され、少なくとも部分的に当該孔を覆うことが可能である。分析されるべき空気混合物は、空気湿度センサ、即ちアクティブなセンサ表面、又はその周囲を当該孔を介して流れることが可能なので、当該孔により、空気湿度センサへのアクセス度が向上する。空気混合物と空気湿度センサ間の協働が最適化される。孔は、熱伝導性を改善するために金属化してもよい。空気湿度センサと空気混合物との間の熱又は温度補償が、空気湿度センサの大きなアクセス可能な接触面を介して生じてよい。空気湿度センサとセンサの支持材（装着台）との間の温度差は、特に気体交換が増大した時に低減することができ、空気温度センサとの温度差を防止する。
【００１０】
好ましいセンサユニットにおいては、空気湿度センサは、静電容量性の平板構造の素子、好ましくは、ＳＭＤ技術による素子として形成され、装着台の熱伝導性コーティングと平坦な接触面を介して接続される。これにより、さらに、装着台、空気湿度センサ、空気温度センサ間の交換が改善される。
【００１１】
さらに別の好ましい態様においては、前記空気温度センサが空気湿度センサの直ぐ近くに配設される。これにより、測定される変数、温度及び相対湿度、からの露点の算出における誤差を低減される。
【００１２】
孔の熱伝導性は、熱伝導性コーティング、好ましくは金属の熱伝導性コーティングを孔の内面に施すことにより改善することができる。
【００１３】
センサのハウジングは、孔に対向して配された空気通路開口を有する場合、分析される空気が空気湿度センサを標的として供給される。可能な限り、空気湿度センサと温度センサとに対してのみ熱交換が生じる。空気とセンサの他の構造素子との接触による測定の虚偽が防止される。
【００１４】
センサと装着台の金属コーティング又は積層とのハンダ接合はさらに熱結合を増大させる。
【００１５】
センサユニットを周囲の影響から保護するために、環境の影響に対する防護としてのケーシングを支持材に加えてもよい。それは片側又は両側で雰囲気透過性の材料により実現できる。もしケーシングが片側において雰囲気透過性であれば、第２の防護素子は雰囲気透過性ではないいかなる材料からも実現可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、表面に熱伝導性コーティング２を有し、熱非伝導性の又は熱を少ししか伝えないプラスティック材からなる装着台１（プリント回路基板）を示す。コーティング２は、図１では単に模式的に示してあり、スイッチ機能に加えて装着台２の構造部分間の良好な伝熱を行う機能を有する。相対空気湿度を測定する空気湿度センサ３及び分析されるべき空気の空気温度を測定する空気温度センサ４は装着台１上に配設される。装着台１は、露点を測定するためのセンサユニットの一部である。装着台１上に位置する別の構造素子は、明確さのために示されていない。
【００１７】
空気湿度センサ３は、誘電体としてポリマーが間に配設された２つの導電性電極を備える。ポリマーの誘電特性は、空気湿度の影響を受ける。相対湿度とポリマーにより分子吸収される水分間には明確な関連がある。空気温度センサ４は、温度によって決まる抵抗により構成される。したがって、空気湿度センサ３における容量測定と空気温度センサにおける抵抗測定により露点を計算することが可能である。
【００１８】
空気温度センサ４は、空気湿度センサ３の直ぐ近く、装着台１の両側の一方に、両センサ３、４間の温度差が最小になるように装着される。表面実装される構造素子として設計される空気温度センサ４は、装着台１上又はコーティング２上の平坦なハンダにより熱的に接触される。コーティング２との平坦で良好な接触が得られる。センサ３、４は熱伝導性のコーティング２を介して相互に熱接触する。
【００１９】
空気湿度センサ３は、ＳＭＤ（表面実装素子）技術で表面に装着することが可能な構造部品として設計される。もし空気湿度センサ３のアクティブな側が装着台１の空所又は貫通孔５及び金属コーティング２に面していれば、空気湿度センサ３の基材中の貫通接触面は省略することができる。装着技術が容易になる。空気湿度センサ３は平坦な接触面の直接のハンダ付けにより装着台１のコーティング２と熱接触している。
【００２０】
周囲の空気又は気体混合物との温度差を低減するために、空気湿度センサ３は装着台１の空所又は孔５上にアクティブな側があるようにして配設され、気体交換速度が増大しても、空気湿度センサ３とコーティング２との間にはわずかの温度差しか生じないようにしてある。これは、空所５の熱伝導性のコーティング６によりさらに補助して、空気温度と空気湿度センサとの間の温度差が全く増大しないようにすることができる。空所又は孔５は、できるだけ大きな面、即ち、もし可能ならば、空気湿度センサ３のアクティブな側全部を、均一に空気混合物にさらす機能を果たす。空所又は孔５は、センサユニットのハウジング中の対応する空気スロットとともに、分析されるべき空気混合物を空気湿度センサ３を標的として導く流れ補助を構成する。空所又は孔のコーティングされた接触面は、空気混合物と装着台１との間の熱交換を発生させる。空気混合物と空気湿度センサ３又は装着台１と空気温度センサ４との間の熱交換のための表面の割合は略等しく、ほとんど同一の熱量がセンサ３、４へ伝達されるように調整されている。空気湿度センサ３は、空気を介してアクティブな電極で加熱又は冷却され、空気温度センサ４は、コーティング６を介して加熱又は冷却され、コーティング２は空気温度センサ４と空気湿度センサ３との間で加熱又は冷却される。
【００２１】
空気湿度センサ３はセンサ本体と反対側を雰囲気透過性ダイヤフラム９で覆うことができる。雰囲気ケーシングを、センサ本体側に設けることが可能であり、いかなる材料で作成してもよい。ＳＭＤハンダ技術の金属蓋７を一部の領域８に配し、温度差をさらに低減することが好ましい（図２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の教示によるセンサユニットの、空気の流れとは逆側の斜視図である。
【図２】 図２は、図１のセンサユニットの環境ケーシングの斜視図である。
【符号の説明】
１ 装着台
２ コーティング
３ 空気湿度センサ
４ 空気温度センサ
５ 空所又は孔
７ 金属蓋
８ 部分的な領域
９ ダイヤフラム

Claims (4)

  1. 装着台と、
    前記装着台の孔の上に配設され、当該孔の内側表面には熱伝導性コーティングが設けられる空気湿度センサと、
    前記装着台上に配設された別個の空気温度センサと、
    前記装着台上に配設され、前記空気湿度センサ及び前記空気温度センサ間に熱接触を生じさせるために前記空気湿度センサと前記空気温度センサとを接続する別個の熱伝導性コーティングと、を備えることを特徴とするセンサユニット。
  2. 前記空気湿度センサは、静電容量性の平板構造の素子として設計され、前記装着台の前記熱伝導性コーティングと平坦な接触面を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
  3. 前記センサユニットを収納するケーシングが設けられ、当該ケーシングは、前記孔に対向して配された空気通路開口を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
  4. 前記センサユニットの雰囲気透過性ケーシングが、前記装着台に関して前記空気湿度センサの反対側に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサユニット。
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