JP4130619B2 - 湿度センサのための制御装置及び湿度センサ制御装置 - Google Patents
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ヒータ(12)を内蔵する電気絶縁基板(10)の表面に感湿素子(20、30、40)を設けてなる湿度センサ(100)により湿度を計測するとき感湿素子を交流駆動或いは直流駆動するように制御する計測制御手段(220、240、310)と、
感湿素子を加熱するようにヒータを制御するヒータ制御手段(220、250、260、330)とを備える。
計測制御手段は、強制加熱制御手段による制御にあわせて、感湿素子を上記所定時間の間所定強制通電周波数にて強制交流駆動するように制御する強制交流駆動制御手段(340)を備えることを特徴とする。
ヒータ(12)を内蔵する電気絶縁基板(10)の表面に感湿素子(20、30、40)を設けてなる湿度センサ(100)と、
この湿度センサにより湿度を計測するとき感湿素子を交流駆動或いは直流駆動するように制御する計測制御手段(220、240、310)と、
感湿素子を加熱するようにヒータを制御するヒータ制御手段(220、250、260、330)とを備える。
計測制御手段は、強制加熱制御手段による制御にあわせて、感湿素子を上記所定時間の間所定強制通電周波数にて強制交流駆動するように制御する強制交流駆動制御手段(340)を備えることを特徴とする。
(第1実施形態)
図1〜図4は、本発明に係る湿度センサ制御装置の一例を示している。この湿度センサ制御装置は、図1にて示すごとく、湿度センサ100を備えている。当該湿度センサ100は、図1〜図3にて示すごとく、電気絶縁基板10、下側電極20、感湿層30、上側電極40及び保護層50を備えており、電気絶縁基板10は、アルミナ(Al2O3)を主成分とする電気絶縁材料により形成されている。
で当該感湿素子に付着した不純物成分の除去が促進される根拠について検討した結果、強
制通電用交流電圧の上記感湿素子への印加によって、当該強制通電用交流電圧の上記所定
強制通電周波数との関連で上記感湿素子内で電子やプロトンの移動が活発になり、当該感
湿素子からの不純物成分が除去され易くなるためと推定される。
1.第1実験例
本第1実施形態において、上述のように、湿度センサ100の感湿素子に対する強制加熱クリーニングにあわせて上記所定強制通電周波数の交流電圧を上記感湿素子に印加することで得られる効果について評価してみた。この評価にあたり、湿度センサ100に加え、この湿度センサと同一の2つの湿度センサを第1及び第2の電圧印加評価用湿度センサとして準備した。
(1)最初に、湿度の計測前において、湿度センサ100及び上記各電圧印加評価用湿度センサに対し、計測前加熱クリーニングを加熱温度750(℃)にて2(分)の間行い、上記分流式評価法を用いて、湿度センサ100及び上記各電圧印加評価用湿度センサの初期の感湿特性を計測した。
(2)次に、自動車の内燃機関の排気管内に湿度センサ100及び上記各電圧印加評価用湿度センサを装着して、当該自動車の実走試験を行った。この実走試験は、自動車の市街地走行や高速道路走行を想定した1000(km)の走行パターンに従い、当該自動車を、シャシーダイナモ上にて、走行させる試験をいう。また、当該実走試験中において、750(℃)の加熱温度でもって、湿度センサ100及び上記各電圧印加評価用湿度センサの感湿素子を常時加熱クリーニングした。
(3)自動車の上記実走試験後、上記分流式評価法を用いて、湿度センサ100及び上記各電圧印加評価用湿度センサの感湿特性を計測した。
(4)自動車の上記実走試験後、5(分)間の間、湿度センサ100の感湿素子に対し加熱温度1000(℃)にて強制加熱クリーニングするのにあわせて、ピーク値1(V)及び周波数500(Hz)の交流電圧を上記感湿素子に印加した。このような強制加熱クリーニング及び交流電圧印加を5回繰り返した。
2.第2実験例
次に、本第1実施形態において、強制加熱クリーニングにおける加熱温度による効果について評価してみた。この評価にあたり、湿度センサ100に加え、この湿度センサと同様の5つの湿度センサを、第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサとして準備した。
(1)上記分流式評価法を用いて、湿度計測前において、湿度センサ100の感湿素子及び第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサの各感湿素子に対し、750(℃)の加熱温度にて2(分)の間計測前加熱クリーニングを施し、その後、湿度センサ100及び第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサの初期の感湿特性を計測した。
(2)次に、自動車の内燃機関の排気管内に湿度センサ100及び第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサを装着して、当該自動車の実走試験を行った。この実走試験は、自動車の市街地走行や高速道路走行を想定した約200(km)の走行パターンに従い、当該自動車を、シャシーダイナモ上にて、走行させる試験をいう。なお、この実走試験中における750(℃)での加熱クリーニングはしない。
(3)自動車の上記実走試験後、上記分流式評価法を用いて、湿度センサ100及び第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサの各感湿特性を計測した。
(4)自動車の上記実走試験後、5(分)間の間、湿度センサ100及び第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサの各感湿素子に対し強制加熱クリーニングするのにあわせて、ピーク値1(V)及び周波数500(Hz)の交流電圧を上記各感湿素子に印加して、湿度センサ100及び第1〜第5の加熱温度評価用湿度センサの感湿特性を計測した。
この数1の式において、Z1は、上記実走試験後における上記湿度センサの感湿素子のインピーダンスを表す。Z2は、上記実走試験後における強制加熱クリーニング後の上記湿度センサの感湿素子のインピーダンスを表す。Z0は、上記実走試験前における上記湿度センサの感湿素子のインピーダンスを表す。
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態の要部を示している。この第2実施形態では、上記第1実施形態にて述べたマイクロコンピュータ231が、上記コンピュータプログラムを、図5のフローチャートに代えて、図7にて示すフローチャートに従い実行するように変更されている。その他の構成は上記第1実施形態と同様である。
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態の要部を示している。この第3実施形態では、上記第1実施形態にて述べたマイクロコンピュータ231は、上記第1実施形態にて述べた操作スイッチ210の操作に代えて、自動車のイグニッションスイッチの操作に基づき、作動するようになっている。また、マイクロコンピュータ231が、上記コンピュータプログラムを、図5のフローチャートに代えて、図8にて示すフローチャートに従い実行するように変更されている。その他の構成は上記第1実施形態と同様である。
(第4実施形態)
図9は、本発明の第4実施形態の要部を示している。この第4実施形態では、上記第2実施形態にて述べたマイクロコンピュータ231は、当該第2実施形態にて述べた操作スイッチ210の操作に代えて、自動車のイグニッションスイッチの操作に基づき、作動するようになっている。また、マイクロコンピュータ231が、上記コンピュータプログラムを、図7のフローチャートに代えて、図9にて示すフローチャートに従い実行するように変更されている。その他の構成は上記第2実施形態と同様である。
(1)上記感湿素子に印加される強制通電用交流電圧の周波数は、50000(Hz)に限ることなく、所定の周波数範囲、即ち100(Hz)〜50000(Hz)の範囲以内の周波数であればよい。ここで、当該所定の周波数範囲以内としたのは、50000(Hz)よりも高い周波数では、制御装置のコスト高を招き、100(Hz)よりも低い周波数では、上記感湿素子の付着不純物成分の除去にあまり効果的でないためである。
(2)湿度センサ100の湿度計測時においてその感湿素子に印加される電圧は、交流電圧に代えて、直流電圧であってもよい。
(3)上述した感湿素子は、上記実施形態にて述べた構成に限ることなく、例えば、一対の櫛歯電極を感湿層の面に沿い互いに対向して位置するように形成した構成或いは一対の櫛歯電極を互いに対向して位置するように感湿層に埋設して形成した構成であってもよい。また、上記感湿素子は、同一面上において一対の櫛歯電極を感湿層を介し互いに対向して位置させる構成であってもよい。一般的には、櫛歯電極を有する感湿素子は、一対の櫛歯電極を互いに対向して位置するように感湿層に設けた構成であればよい。
(4)上述した感湿素子は、上記実施形態にて述べた構成に限ることなく、感湿層30に下側電極20及び上側電極40を互いに対向して位置するように内蔵した構成であってもよい。
(5)上記各実施形態においては、両ステップ330、340の処理でもって、湿度センサ100の感湿素子のインピーダンスが正常値に低下したときに、当該両ステップ330、340の処理を停止するようにしても、上記第1或いは第2の実施形態にて述べたと同様の作用効果を達成できる。
(6)上記第1或いは第2の実施形態において、ステップ320におけるNOとの判定後、両ステップ330、340(図5及び図7参照)の処理を繰り返し、この繰り返し回数が、湿度センサ100の検出精度が初期特性時の精度に回復するに適した時間に対応する所定回数に達したときに両ステップ330、340の処理を停止するようにしてもよい。なお、図7では、当該両ステップ330、340の処理を停止した後ステップ350の処理がなされる。
(7)上記第3或いは第4の実施形態において、ステップ360におけるYESとの判定後、両ステップ330、340(図8及び図9参照)の処理を繰り返し、この繰り返し回数が、湿度センサ100の検出精度が初期特性時の精度に回復するに適した時間に対応する所定回数に達したときに両ステップ330、340の処理を停止するようにしてもよい。なお、図9では、当該両ステップ330、340の処理を停止した後ステップ350の処理がなされる。
(8)上記第1実施形態において、ステップ320におけるYESとの判定に伴い、湿度センサ通電停止処理を行うようにしてもよい。この湿度センサ通電停止処理がなされると、マイクロコンピュータ231による制御のもと、D−A変換器230からインピーダンス回路60への計測用周波数の交流電圧の出力が停止される。これにより、湿度センサ100はその通電停止により、湿度の検出を行えない状態におかれる。その結果、湿度センサとしての適正な検出が困難になっているときに湿度検出をするというような無駄がなくなる。
(9)上記第2或いは第4の実施形態において、ステップ350における通常加熱クリーニング処理時に、上記感湿素子に強制通電用交流電圧を印加するようにしてもよい。
(10)本発明は、湿度センサ制御装置に限ることなく、湿度センサのための制御装置に適用してもよい。
100…湿度センサ、200…制御装置、220…直流電源、
230…マイクロコントローラ、231…マイクロコンピュータ、
240…計測制御回路、250…ヒータ制御回路、
251…半導体スイッチング素子、260…温度制御回路。
Claims (9)
- ヒータを内蔵する電気絶縁基板の表面に感湿素子を設けてなる湿度センサにより湿度を計測するとき前記感湿素子を交流駆動或いは直流駆動するように制御する計測制御手段と、
前記感湿素子を加熱するように前記ヒータを制御するヒータ制御手段とを備えてなる湿度センサのための制御装置において、
前記ヒータ制御手段は、前記湿度の計測時に前記感湿素子のインピーダンスが所定閾値より高くなったとき、前記感湿素子を800(℃)〜1000(℃)の範囲以内の温度にて強制加熱するように前記ヒータを所定時間の間制御する強制加熱制御手段を備え、
前記計測制御手段は、前記強制加熱制御手段による制御にあわせて、前記感湿素子を前記所定時間の間所定強制通電周波数にて強制交流駆動するように制御する強制交流駆動制御手段を備えることを特徴とする湿度センサのための制御装置。 - 前記所定強制通電周波数は、100(Hz)〜50000(Hz)の範囲以内の周波数であることを特徴とする請求項1に記載の湿度センサのための制御装置。
- ヒータを内蔵する電気絶縁基板の表面に感湿素子を設けてなる湿度センサと、
この湿度センサにより湿度を計測するとき前記感湿素子を交流駆動或いは直流駆動するように制御する計測制御手段と、
前記感湿素子を加熱するように前記ヒータを制御するヒータ制御手段とを備えてなる湿度センサ制御装置において、
前記ヒータ制御手段は、
前記湿度の計測時に前記感湿素子のインピーダンスが所定閾値より高くなったとき、前記感湿素子を800(℃)〜1000(℃)の範囲以内の温度にて強制加熱するように前記ヒータを所定時間の間制御する強制加熱制御手段を備え、
前記計測制御手段は、前記強制加熱制御手段による制御にあわせて、前記感湿素子を前記所定時間の間所定強制通電周波数にて強制交流駆動するように制御する強制交流駆動制御手段を備えることを特徴とする湿度センサ制御装置。 - 前記所定強制通電周波数は、100(Hz)〜50000(Hz)の範囲以内の周波数であることを特徴とする請求項3に記載の湿度センサ制御装置。
- 前記所定強制通電周波数は、前記湿度の計測時における前記感湿素子の交流駆動周波数よりも高いことを特徴とする請求項3或いは4に記載の湿度センサ制御装置。
- 前記湿度の計測時における前記感湿素子の交流駆動周波数は、前記所定強制通電周波数と同一であることを特徴とする請求項3或いは4に記載の湿度センサ制御装置。
- 前記ヒータ制御手段は、前記感湿素子のインピーダンスが前記所定閾値以下のとき或いは前記強制加熱制御手段がその制御を終了するとき、前記感湿素子を前記800(℃)よりも低い所定低温にて通常加熱するように前記ヒータを制御する通常加熱制御手段を備えることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一つに記載の湿度センサ制御装置。
- 前記通常加熱制御手段は、前記感湿素子のインピーダンスが前記所定閾値以下のとき或いは前記強制加熱制御手段がその制御を終了するとき、前記感湿素子を常時通常加熱するように前記ヒータを制御することを特徴とする請求項7に記載の湿度センサ制御装置。
- 前記所定低温は、500(℃)以上800(℃)未満の範囲以内の温度であることを特徴とする請求項7或いは8に記載の湿度センサ制御装置。
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