JP6467547B1 - 温湿度測定装置およびその測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コスト上昇の要因となるサーミスタなどの温度補償素子を使用することなしに、雰囲気中の温度および湿度を測定でき、印刷技術により多量生産することにより安価に提供可能な櫛歯電極を用いて、雰囲気中の温度および湿度を測定できる温湿度測定装置と、その測定方法を提供する。【解決手段】所定の温度および湿度におけるセンサ素子の抵抗値データを各センサ素子毎に記憶した基準テーブルと、各センサ素子の抵抗値を計測するための計測部と、計測した各センサ素子の抵抗値と同一または所定の誤差範囲内にある誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データをそれぞれの基準テーブルから抽出するための検索抽出部と、検索抽出部で抽出した各センサ素子毎の抵抗値データを相互に照合して温度および湿度が同一である抵抗値データを特定するための照合特定部とから構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、本出願人の出願に係る特願２０１７−１９４６４４号「湿度センサおよびその製造方法」において提案した櫛歯電極と感湿膜の組合せからなるセンサ素子を用いて、雰囲気中の温度と相対湿度（以下、単に「湿度」と言う。）を測定するための装置とその測定方法に関する。

この種のセンサ素子としては、絶縁基板の上にギャップを形成して相互に対向する複数の櫛歯部をそれぞれ有する一対の電極を設け、この櫛歯電極および電極間のギャップを高分子化合物の感湿膜で覆った湿度センサ素子が知られている。このような湿度センサ素子は、負の温度特性を有するサーミスタと組み合わされて温度補償を行うことにより雰囲気中の湿度が算出される。

負の温度特性が確定されたサーミスタを用いることは、印刷技術により多量生産可能な櫛歯電極に比べて非常に高価であることに加え、湿度センサ素子が設けられた絶縁基板への取付け作業を必要とするため、製造コスト上昇の要因となっていた。

特公平２−２４４６５号公報 特開２００３−００４６８５号公報

本発明の目的は、製造コスト上昇の要因となるサーミスタなどの温度補償素子を使用することなしに、雰囲気中の温度および湿度を測定できる温湿度測定装置と、その測定方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、印刷技術により多量生産することにより安価に提供可能な櫛歯電極を用いて、雰囲気中の温度および湿度を測定できる温湿度測定装置と、その測定方法を提供することにある。

本発明による温湿度測定装置は、温度および湿度の変化に対する抵抗値の変化（以下、「温湿度抵抗特性」と言う。）が異なる少なくとも２つのセンサ素子と、各センサ素子の抵抗値を計測して温度および湿度を決定する演算装置とから構成される。演算装置は、所定の温度および湿度におけるセンサ素子の抵抗値をそれぞれ示す抵抗値データを各センサ素子毎にそれぞれ記憶した基準テーブルと、各センサ素子の抵抗値を計測するための計測部と、計測部で計測した各センサ素子の抵抗値と同一または所定の誤差範囲内にある抵抗値（以下、これを「誤差範囲抵抗値」と称する。）を有する抵抗値データをそれぞれの基準テーブルから抽出するための検索抽出部と、検索抽出部で抽出した各センサ素子毎の抵抗値データを相互に照合して温度および湿度が同一である抵抗値データを特定するための照合特定部とから構成される。

上述の如く構成される本発明の温湿度測定装置は、まず、計測部が、各センサ素子の抵抗値をそれぞれ計測する。次いで、検索抽出部が、各センサ素子毎の最近似抵抗値または誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データを各々の基準テーブルからそれぞれ抽出した後、照合特定部が、抽出した各センサ素子毎の抵抗値データを相互に照合して、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定することにより温度と湿度を決定する。

ここにおいて、各センサ素子は、相異なった温湿度抵抗特性を有するものであれば、どのような素子でも使用できるが、主として抵抗値や大きさ等の設計変更の容易性や製造コストの低減等の観点から、印刷技術により作成可能な櫛歯電極と感湿膜との組合せを用いるのが好ましい。また、使用するセンサ素子の数は、少なくとも２つあれば十分であるが、より多くのセンサ素子を用いることにより、より誤差の小さい温度および湿度を計測することが可能となる。

また、検索抽出部において、各センサ素子の最近似抵抗値または誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データを検索するとき、基準テーブルのすべての抵抗値データについて順次に照合してもよいが、処理速度の向上並びに近似範囲の狭小化の観点から、検索抽出部は、基準テーブルに記憶された抵抗値データを各温度毎および／または各湿度毎にグループ分けし、各センサ素子の抵抗値と同一または最も近似する抵抗値（以下、これを「最近似抵抗値」と称する。）を有する抵抗値データを各グループ毎にそれぞれ検索して抽出するのが好ましい。照合特定部は、各センサ素子について各グループ毎に抽出された抵抗値データを照合し、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定することにより、その抵抗値データの温度と湿度を雰囲気中の温度および湿度として決定する。

より好ましくは、検索抽出部は、基準テーブルに記憶された抵抗値データを各温度毎にグループ分けして、各センサ素子の最近似抵抗値を有する抵抗値データを各グループ毎にそれぞれ抽出すると共に、各湿度毎にグループ分けして、各センサ素子の最近似抵抗値を有する抵抗値データを各グループ毎にそれぞれ抽出する。次いで、照合特定部は、各センサ素子について各温度のグループ毎に抽出された抵抗値データと、各湿度のグループ毎に抽出された抵抗値データとをそれぞれ照合し、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定した後、特定された各温度のグループ毎の抵抗値データと各湿度のグループ毎の抵抗値データとを照合して、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定することにより温度と湿度を決定する。これにより、近似範囲をより狭小な範囲に画定することができ、より正確な温度および湿度を測定することが可能となる。

図１は、本発明の実施例１による温湿度測定装置を示すブロック図である。 図２は、図１に示す温湿度測定装置を用いた測定方法を説明するための図である。 図３は、本発明の実施例２による温湿度測定装置を用いた測定方法を説明するための図２と同様な図である。 図４は、本発明の実施例３による温湿度測定装置を用いた測定方法を説明するための図２と同様な図である。

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。図中、同様な機能を有するものに同一若しくは類似の参照符号を使用している。

本発明の実施例１による温湿度測定装置は、図１に示すように、温湿度抵抗特性が異なる少なくとも２つ（図示の場合、２つ）のセンサ素子１Ａ、１Ｂと、各センサ素子１Ａ、１Ｂの抵抗値をそれぞれ計測して温度および湿度を決定するための演算装置２とから構成される。

各センサ素子１Ａ、１Ｂは同一雰囲気中に配置される。センサ素子１Ａ、１Ｂは、相異なった温湿度抵抗特性を有するものであれば、どのようなセンサ素子でも使用できるが、主として抵抗値や大きさ等の設計変更の容易性や製造コストの低減等の観点から、図示のように、印刷技術により生産可能な櫛歯電極１１と感湿膜１２を用いたセンサを用いるのが好ましい。櫛歯電極１１と感湿膜１２からなるセンサ素子の詳細は、センサ素子の構成自体が本発明の主要な構成要素ではないので、前述した特許文献１および２を参照されたい。また、使用するセンサ素子の数は、少なくとも２つあれば十分であるが、より多くのセンサ素子を用いることにより、より誤差の小さい温度および湿度の計測が可能になることは、後述する説明から容易に理解されよう。

演算装置２は、所定の温度および湿度におけるセンサ素子１Ａ、１Ｂの抵抗値をそれぞれ示す抵抗値データを各センサ素子１Ａ、１Ｂ毎にそれぞれ記憶した基準テーブル２１Ａ、２１Ｂと、各センサ素子１Ａ、１Ｂの抵抗値を計測するための計測部２２と、計測部２２で計測した各センサ素子１Ａ、１Ｂの誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データをそれぞれの基準テーブル２１Ａ、２１Ｂから抽出するための検索抽出部２３と、検索抽出部２３で抽出した各センサ素子１Ａ、１Ｂ毎の抵抗値データを相互に照合して温度および湿度が同一である抵抗値データを特定するための照合特定部２４とから構成される。

上述の如く構成される本発明の実施例１による温湿度測定装置を用いて温度および湿度を測定する方法について、以下、図２〜４を参照して説明する。図２〜４は、基準テーブル２１Ａ、２１Ｂの一例を示すものであり、縦軸が温度（℃）を表わし、横軸が湿度（％Rh）を表わしている。基準テーブル中の符号「Ａ○○」および「Ｂ○○」は、各温度および湿度におけるセンサ素子１Ａおよび１Ｂの抵抗値をそれぞれ表わしており、「［○○］」は、センサ素子１Ａ、１Ｂの同一の温度および湿度における抵抗値データが位置するセルまたは枠であることを意味している。なお、図表中における抵抗値は、すべて異なる符号で表わされているが、温度および湿度変化によりセンサ素子の抵抗値が変化するため、必ずしもすべてが異なる抵抗値を表わしているのではなく、同一または近似した抵抗値を含むことに留意されたい。また、以下の説明において、抵抗値データの位置を示す用語としてセルの抵抗値表記欄の符号「Ａ○○」、「Ｂ○○」、「［○○］」を用いて特定する。

異なった温湿度抵抗特性を有するセンサ素子１Ａ、１Ｂを測定対象雰囲気中に設置すると、各センサ素子１Ａ、１Ｂは、測定対象雰囲気の温度および湿度に応じた抵抗値をそれぞれ示す。計測部２２は各センサ素子１Ａ、１Ｂの抵抗値を計測し、計測した抵抗値を検索抽出部２３へ出力する。検索抽出部２３は、図２に示すように、計測された各センサ素子１Ａ、１Ｂの誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データをそれぞれの基準テーブル２１Ａ、２１Ｂから抽出する（図２の(Ａ)および(Ｂ)参照）。次いで、照合特定部２４は、基準テーブル２１Ａから抽出された抵抗値データの温度および湿度と、基準テーブル２１Ｂから抽出された抵抗値データの温度および湿度とについて相互に照合し、同一の温度および湿度を有する抵抗値データを特定することにより、雰囲気中の温度および湿度を特定する（図２の(Ｃ)参照）。

図示の例で説明すると、検索抽出部２３は、計測部２２により計測された各センサ素子１Ａ、１Ｂの抵抗値に基づいて、対応する基準テーブル２１Ａ、２１Ｂから誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データＡ１２、Ａ２４、Ａ３５、Ａ４６、Ａ６７、Ａ８８およびＢ３１、Ｂ４３、Ｂ５５、Ｂ６７、Ｂ７８、Ｂ８９をそれぞれ抽出する。照合特定部２４は、基準テーブル２１Ａから抽出された抵抗値データＡ１２、Ａ２４、Ａ３５、Ａ４６、Ａ６７、Ａ８８の温度および湿度と、基準テーブル２１Ｂから抽出された抵抗値データＢ３１、Ｂ４３、Ｂ５５、Ｂ６７、Ｂ７８、Ｂ８９の温度および湿度について相互にそれぞれ照合し、同一の温度および湿度を有する抵抗値データ［６７］を特定することで、雰囲気中の温度がＴ６℃、湿度がＨ７％Rhであると決定する。

本発明の実施例２による温湿度測定装置は、演算装置２における基準テーブル２１Ａ、２１Ｂからの抵抗値データの抽出、および抽出した抵抗値データの照合において異なることを除き、実施例１と同様に構成されるので、温湿度測定装置の構成についてはその説明を割愛する。

本実施例における検索抽出部２３は、実施例１において検索抽出部２３が最近似抵抗値を有する抵抗値データを順次に検索するのに対し、図３に示すように、各センサ素子１Ａ、１Ｂの基準テーブル２１Ａ、２１Ｂについて各温度のグループＧｔまたは各湿度のグループＧｈ毎に検索し、最近似抵抗値を有する抵抗値データを各センサ素子１Ａ、１Ｂ毎に抽出する（図３の(Ａ)および(Ｂ)参照）。抽出された各センサ素子１Ａ、１Ｂの抵抗値データは、照合特定部２４により、抽出した抵抗値データの温度および湿度について相互に照合し、同一の温度および湿度を有する抵抗値データを特定することにより（図３の(Ｃ)参照）、雰囲気中の温度および湿度を特定する。

図示の例で説明すると、検索抽出部２３は、センサ素子１Ａの測定値に基づいて、基準テーブル２１Ａについて各温度を基準とするグループＧｔ毎に最近似抵抗値を有する抵抗値データを検索すると共に、センサ素子１Ｂの測定値に基づいて、基準テーブル２１Ｂについて各湿度を基準とするグループＧｈ毎に最近似抵抗値を有する抵抗値データを検索し、各グループＧｔ内における最近似抵抗値を有する抵抗値データＡ５１、Ａ６２、Ａ４３、Ａ３４、Ａ５５、Ａ６６、Ａ７７、Ａ５８、Ａ４９並びに各グループＧｈ内における最近似抵抗値を有する抵抗値データＢ１４、Ｂ２３、Ｂ３１、Ｂ４４、Ｂ５５、Ｂ６３、Ｂ７６、Ｂ８４、Ｂ９７をそれぞれ抽出する。グループＧｔ、Ｇｈ毎に抽出された抵抗値データは、照合特定部２４により、抽出した抵抗値データの温度および湿度について相互に照合し、同一の温度および湿度を有する抵抗値データ［５５］を特定することにより、雰囲気中の温度がＴ５℃、湿度がＨ５％Rhであると決定する。

この各温度毎または各湿度毎にグループ分けして最近似抵抗値の抵抗値データを検索することは、単に検索時間の短縮を可能にするだけでなく、近似値を用いることによる誤差範囲をより小さくすることができる。また、グループ分けについても、両方のセンサ素子について同一の因子についてグループ分けする、すなわち、温度および湿度の一方についてグループ分けしてもよいが、基準テーブル２１Ａ、２１Ｂの作成時に判明する各抵抗値データの抵抗値間の値がより大きく異なる側の因子を用いることが好ましく、例えば、一方のセンサ素子については各温度毎に、他方のセンサ素子については各湿度毎にグループ分けして検索するようにも構成できる。

本発明の実施例３による温湿度測定装置もまた、演算装置２における基準テーブル２１Ａ、２１Ｂからの抵抗値データの抽出、および抽出した抵抗値データの照合において異なることを除き、実施例１で説明した温湿度測定装置と同様に構成される。

本実施例における演算装置２は、実施例２において説明したグループ分けを、各温度および湿度毎にそれぞれグループ分けすることを骨子とするものである。すなわち、各センサ素子１Ａ、１Ｂの測定抵抗値の最近似抵抗値を有する抵抗値データをそれぞれの基準テーブル２１Ａ、２１Ｂから抽出するときに、検索抽出部２３は各温度毎および各湿度毎にグループ分けしてそれぞれのグループにおける最近似抵抗値を有する抵抗値データを検索する（図４の(Ａ)および(Ｂ)並びに(Ｃ)および(Ｄ)参照）。次いで、各グループにおける最近似抵抗値を有する抵抗値データをそれぞれ抽出し、この抽出した抵抗値データについて、各センサ素子１Ａ、１Ｂ毎に、各温度のグループ毎に抽出した抵抗値データの温度および湿度と、各湿度のグループ毎に抽出した抵抗値データの温度および湿度とが同一となる抵抗値データを抽出する（図４の(Ｅ)および(Ｆ)参照）。同一の温度および湿度を有する各センサ素子１Ａ、１Ｂ毎の抵抗値データは相互に照合され、同一の温度および湿度を有する抵抗値データを特定することにより（図４の(Ｇ)参照）、センサ素子１Ａ、１Ｂが配設された雰囲気の温度および湿度を決定する。

図示の例で説明すると、各センサ素子１Ａ、１Ｂについて、各温度および湿度のグループＧｔ、Ｇｈ毎に、最近似抵抗値を有する抵抗値データ（Ａ１７、Ａ２５、Ａ３４、Ａ４６、Ａ５７、Ａ６５、Ａ７６、Ａ８４、Ａ９３：Ａ５１、Ａ４２、Ａ３３、Ａ８４、Ａ４５、Ａ７６、Ａ５７、Ａ４８、Ａ５９）、（Ｂ１３、Ｂ２４、Ｂ３３、Ｂ４５、Ｂ５６、Ｂ６４、Ｂ７６、Ｂ８５、Ｂ９３：Ｂ８１、Ｂ９２、Ｂ５３、Ｂ２４、Ｂ４５、Ｂ７６、Ｂ５７、Ｂ６８、Ｂ７９）を抽出し、各センサ素子１Ａ、１Ｂ毎に、グループＧｔについて抽出された抵抗値データ（Ａ１７、Ａ２５、Ａ３４、Ａ４６、Ａ５７、Ａ６５、Ａ７６、Ａ８４、Ａ９３）、（Ｂ１３、Ｂ２４、Ｂ３３、Ｂ４５、Ｂ５６、Ｂ６４、Ｂ７６、Ｂ８５、Ｂ９３）と、グループＧｈについて抽出された抵抗値データ（Ａ５１、Ａ４２、Ａ３３、Ａ８４、Ａ４５、Ａ７６、Ａ５７、Ａ４８、Ａ５９）、（Ｂ８１、Ｂ９２、Ｂ５３、Ｂ２４、Ｂ４５、Ｂ７６、Ｂ５７、Ｂ６８、Ｂ７９）とをそれぞれ比較し、温度および湿度が同じ抵抗値データ（Ａ５７、Ａ７６、Ａ８４：Ｂ２４、Ｂ４５、Ｂ７６）を各センサ素子毎に抽出する。このセンサ素子１Ａ、１Ｂ毎に抽出された抵抗値データを相互に比較し、温度および湿度が同じ抵抗値データ［７６］を特定することにより、雰囲気中の温度がＴ７℃、湿度がＨ６％Rhであると決定する。

この実施例による温度および湿度の測定は、各センサ素子１Ａ、１Ｂの温度変化による抵抗値の変化と湿度変化による抵抗値の変化との相違分を相殺するつことが可能になるため、実施例２による測定に比べ、測定誤差をより小さくすることができる。

１Ａ、１Ｂ センサ素子
２ 演算装置
１１ 櫛歯電極
１２ 感湿膜
２１Ａ （センサ素子１Ａの）基準テーブル
２１Ｂ （センサ素子１Ｂの）基準テーブル
２２ 計測部
２３ 検索抽出部
２４ 照合特定部

Claims (6)

1. 温湿度抵抗特性が異なる少なくとも２つのセンサ素子と、各センサ素子の抵抗値を計測して温度および湿度を決定する演算装置とから構成され、前記演算装置は、所定の温度および湿度におけるセンサ素子の抵抗値をそれぞれ示す抵抗値データを各センサ素子毎にそれぞれ記憶した基準テーブルと、各センサ素子の抵抗値を計測するための計測部と、計測部で計測した各センサ素子の抵抗値の最近似抵抗値または誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データをそれぞれの基準テーブルから抽出するための検索抽出部と、検索抽出部で抽出した各センサ素子毎の抵抗値データを相互に照合して温度および湿度が同一である抵抗値データを特定するための照合特定部とを含む、温湿度測定装置。
2. 前記各センサ素子は、印刷技術により作成された櫛歯電極と櫛歯電極上に付着された感湿膜との組合せからなる、請求項１に記載の温湿度測定装置。
3. 測定対象雰囲気中に配置された、温湿度抵抗特性が異なる少なくとも２つのセンサ素子の抵抗値を演算装置の計測部によりそれぞれ計測するステップと、
   計測した各センサ素子の抵抗値と、基準テーブルに記憶された各センサ素子の各温度および湿度における抵抗値とをそれぞれ照合し、センサ素子毎の最近似抵抗値または誤差範囲抵抗値を有する抵抗値データを演算装置の検索抽出部によりそれぞれ抽出するステップと、
   抽出した各センサ素子毎の抵抗値データを相互に照合して、温度および湿度が同一である抵抗値データを演算装置の照合特定部により特定することにより、その抵抗値データの温度と湿度を雰囲気中の温度および湿度として決定するステップと
   を含む、温湿度測定方法。
4. 前記検索抽出部によるセンサ素子毎の抵抗値データの抽出は、基準テーブルに記憶された抵抗値データを各温度毎および／または各湿度毎にグループ分けし、各センサ素子の最近似抵抗値を有する抵抗値データを各グループ毎にそれぞれ検索して抽出することにより行われ、前記照合特定部は各センサ素子について各グループ毎に抽出された抵抗値データを照合し、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定する、請求項３に記載の温湿度測定方法。
5. 前記検索抽出部によるセンサ素子毎の抵抗値データの抽出は、基準テーブルに記憶された抵抗値データを各温度毎にグループ分けして、各センサ素子の最近似抵抗値を有する抵抗値データを各グループ毎にそれぞれ抽出すると共に、各湿度毎にグループ分けして、各センサ素子の最近似抵抗値を有する抵抗値データを各グループ毎にそれぞれ抽出し、前記照合特定部は、各センサ素子について各温度のグループ毎に抽出された抵抗値データと、各湿度のグループ毎に抽出された抵抗値データとをそれぞれ照合し、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定した後、特定された各温度のグループ毎の抵抗値データと各湿度のグループ毎の抵抗値データとを照合して、温度および湿度が同一である抵抗値データを特定する、請求項３に記載の温湿度測定方法。
6. 前記各センサ素子は、印刷技術により作成された櫛歯電極と櫛歯電極上に付着された感湿膜との組合せからなる、請求項３、４または５に記載の温湿度測定方法。

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