JP7349238B2 - 湿度測定装置、及び露点温度測定装置 - Google Patents
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Description
この鏡面冷却型の露点温度測定装置は、測定器としては非常に精度が高い。なぜなら、前記の露点温度の測定の方法が、露点温度の定義と一致するからである。特に本発明の目的とするところに対して具体的な特徴を挙げれば、この装置による露点温度測定の結果は気圧(大気圧)の変動に対してまったく不感である。この特徴により、鏡面冷却型の露点温度測定装置はしばしば標準器として用いられることが多い。
本発明に関連して具体的な応用例を示すと、自動車のフロントガラスのくもり乃至結露の発生を防止することを目的に、車内(ガラス付近の)空間の露点温度を測定する技術がよく知られている。実際の運用では、併せてフロントガラスの表面温度も測定することによりくもり乃至結露の発生を防止する。
これらの不便な点は、車内に限らずさまざまな場面で発生する。したがって、一般的に露点温度を測定する装置は、前記のように直接的に測定する方法ではなく、空間内の温度と他の物理量とを測定し、これらを露点温度に換算する方法が取られていることが多い。この露点温度に換算する方法には大きく分けて以下2通りの方法がある。
2通り目の方法は、空間内の温度に加え相対湿度を(直接的に)測定する方法である。なお、これは絶対湿度だけがわかっていることと等価である。このいずれかの物理量を露点温度に換算する。
特許文献1には、1通り目の方法の技術を用いた相対湿度測定装置が示されている。本発明のように露点温度を必要とする場合は、この相対湿度測定装置で得られた相対湿度と乾球温度から露点温度を求めることができる。しかし、この相対湿度測定装置における測定方法は相対湿度の値を得るために湿球温度の測定値を必要とする。よく知られているように、湿球温度の測定には、水分を含んだガーゼ等で温度計の球部分を濡らす必要がある。しかしながら、このように温度計の球部分を濡らす方法を用いると、装置を小型化することが困難であるとともに定期的な修繕作業も必要となる。したがって、たとえば自動車の露点温度を測定する場合には、相対湿度測定装置のサイズ及び場所の制約が大きく、やはり測定が不向きであることがわかる。
しかしながら、技術的な観点でみると、相対湿度測定値と車内温度とから露点温度を求める方法も、特許文献1と同様に気圧の変動に対して変動する。したがって、相対湿度を経由して露点温度を求める限り、特許文献2による手法を採用したとしても気圧の変動を考慮しなければならない。しかも、特許文献1はスプルングの式によってこの気圧変動が考慮されていたが、この特許文献2では、この気圧変動の点に関してはまったく考慮も示唆もされていない。実際には、他のどの文献でも、この気圧変動の点に関する考慮を示唆する技術は公開されていない。
それは、前記2つの文献を含む従来技術では、いずれにしろ気圧を測定する気圧計(気圧センサ)の存在が不可欠である、ということである。これはすなわち、コストの増大及びサイズの大型化に直結する。この事情は、具体例として掲げてきた自動車内の露点温度を測定する応用においては特に非常に重要な指標であり、気圧センサを搭載しない技術が求められている。
本発明の目的は、自動車のように比較的短い時間で気圧が変わることが多い状況であっても、気圧センサを搭載せずに、気圧の変動に対応した相対湿度乃至は露点温度を測定する湿度測定装置、及び露点温度測定装置を提供することにある。
気圧=基準気圧×exp(-標高/(定数×変換係数))
また、本発明の他の態様に係る露点温度測定装置は、相対湿度を測定する湿度測定部と、前記湿度測定部が存在する地点の標高を取得する標高取得部と、基準位置の気圧情報を取得する基準気圧取得部と、前記標高取得部で取得した前記標高及び前記基準気圧取得部で取得した前記気圧情報に基づいて前記地点の気圧を演算する気圧演算部と、前記気圧演算部で演算した気圧値に基づいて前記相対湿度を補正する湿度補正部と、前記湿度測定部が存在する地点の温度を測定する温度測定部と、前記湿度補正部で補正した前記相対湿度と、前記温度測定部で測定した前記温度とを用いて露点温度を演算する露点温度演算部と、を備え、前記基準位置の前記気圧情報は、公開された天気図に含まれる情報のうちの、海抜0メートルの地点における気圧の情報であり、前記気圧演算部は、前記標高取得部で取得した前記標高と、前記基準気圧取得部で取得した前記海抜0メートルの地点における気圧の情報である基準気圧と、予め設定された定数と、予め設定された変換係数と、を用いて、次式により前記気圧を演算することを特徴としている。
気圧=基準気圧×exp(-標高/(定数×変換係数))
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付与している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
図1は、本発明に係る湿度又は露点温度測定装置を湿度測定装置100に適用したものであり、その全体像を示すブロック図である。
図1中、1は湿度センサ(湿度測定部)である。本発明で用いる湿度センサは、相対湿度を出力するタイプ、絶対湿度を出力するタイプ、直接的に露点温度を求めてから湿度に換算するタイプ等が挙げられる。しかし、具体的な製品としては、ほとんどが相対湿度を出力するタイプのものである。これらには、乾湿球型の湿度計、半導体センサ型の湿度センサ等が含まれる。
3は気圧演算部である。本発明におけるこの気圧演算部3の最大の特徴は、標高取得部2で得られた標高から気圧を演算することにある。この気圧演算部3の存在により、気圧計乃至気圧センサを不要とすることができる。一般的に、気圧計乃至気圧センサは、比較的(たとえば湿度センサと比べて)サイズが大きく、またコストも高く、さらに使われる機会があまりない。本発明によって、これらの欠点を解消することが可能である。
水蒸気圧=湿球の飽和水蒸気圧-気圧×(乾球温度-湿球温度)/1510
……(1式)
1式の演算方法を具体的に示すと、気圧と乾球温度と湿球温度はそれぞれ計測器から読み取る。湿球の飽和水蒸気圧は湿球温度から数表等を用いて求められ、これにより左辺の水蒸気圧を求めることができる。
相対湿度=水蒸気圧/乾球温度の飽和水蒸気圧 ……(2式)
2式は、乾湿球型の湿度計にのみ適用可能であるが、同様の補正方法は半導体タイプの湿度センサでも適用可能である。その場合は、スプルングの式ではなく、それぞれの湿度センサの特性に基づいた補正を行えばよい。
図2は、図1の湿度測定装置100を用いて露点温度を演算する露点温度測定装置101の一例を示すブロック図である。露点温度測定装置101は、湿度測定装置100と、温度測定部5と、露点温度演算部6と、を備える。
露点温度を求めるには、相対湿度だけでなく、湿度センサ近傍の温度の値も必要とする。この温度を温度測定部5で測定する。この温度測定部5による温度測定値を用いれば、たとえばテテンスの式を用いて湿度センサ近傍の飽和水蒸気圧(飽和水蒸気量)を計算することができる。
以下、具体的な数値を用いて露点温度演算部6での露点温度の演算の方法を説明する。
31.69hPa×40%=12.68hPa
と計算される。露点温度はこの水蒸気圧を飽和水蒸気圧とする温度であるから、テテンスの式を、先程とは逆に用いることによって、露点温度は、10.5℃として演算することができる。湿度測定装置100で演算された相対湿度は、気圧を考慮した値であるため、この気圧を考慮した相対湿度を用いて演算した露点温度は、気圧を考慮した露点温度となる。
なお、露点温度の演算方法は、この図2に示す、相対湿度と温度とから求める方法に限らない。実際には水蒸気圧の値だけがあればよく、これさえあれば相対湿度及び温度の値は必要としない場合もある。
次に、湿度測定装置100中の標高取得部2の具体例を2例示す。
まず、図3は、1例目の標高取得部2の構成を示すブロック図である。
図3中、7はグローバルポジショニングシステム(GPS)である。対象物を正確に示せば、GPS7は、GPS衛星とGPS受信機とを含む。つまり、湿度測定装置100中の湿度センサ1の近傍にGPS受信機が存在し、このGPS受信機が衛星からの電波を受信する。
図3中、9aは標高情報取得部である。3次元測量部8aは、前記の通り楕円体高しか求めることができないため、ジオイド高等の数値情報を用いて標高の情報に変換する。実際には、ここまでの変換を行って初めて3次元測量による標高の取得が可能となる。
図4中、7は図3中におけるGPS7とまったく同じGPSである。一方で、8bは2次元測量部であり、2次元測量部8bは、GPS受信機の受信電波に基づき、現在のGPS受信機、つまりGPS受信機のそばに存在する湿度センサ1の緯度と経度のみを求める。(楕円体高は求めない。)
2次元測量部8bは、緯度と経度の情報を、標高情報取得部9bに送る。この標高情報取得部9bは標高情報取得部9aとは異なり、その緯度経度の地点の標高の値を所定の記憶領域に記憶している。(たとえば、電子地図がその代表例である。)この記憶値を読み出すことにより、標高の取得が可能となる。
図5は、図1の湿度測定装置100の変形例を示すブロック図である。
図5に示す湿度測定装置(その2)100′において、湿度センサ1、標高取得部2、気圧演算部3、及び湿度補正部4は、図1中の各部と同じブロックであり、さらに同じ機能を持つ。しかし、これらだけでは本発明の目的には不充分な場合がある。それは、たとえば台風が襲来したとき等に生じる自然現象による気圧の変化(台風の場合は気圧の低下)に対する湿度精度の低下である。
たとえば、特許文献3に明記されているように、ある2地点の高度は、適当な変換係数を用いて以下の測高公式(3式)で演算することができる。なお、3式中の「loge」は自然対数を示す。
高度=-loge(気圧/基準気圧)×1013.25×変換係数 ……(3式)
3式の考察に基づき、3式の自然対数の分母にある基準気圧として、高度の基準となる地点の気圧として取得した気圧値を設定し、自然対数の分子にある気圧を本発明装置の存在する地点での気圧値とすることができる。すると、3式を気圧で解いた演算式4を用いれば、気圧演算部3での気圧値をさらに正確に演算することが可能となる。
気圧=基準気圧×exp(-標高/(1013.25×変換係数))……(4式)
最後に、本湿度測定装置100を用いたくもり止め制御装置102とその制御方法、及び本発明をくもり止め制御装置102に適用したときの効果について説明する。
図6は、くもり止め制御装置102の一例を示すブロック図である。ここでは、自動車のフロントガラスのくもりを制御するくもり止め制御装置として説明する。
図6中、露点温度測定装置101は、本発明の技術を用いた湿度補正を内蔵する装置とする。つまり、露点温度測定装置101は、湿度測定装置として図5に示す湿度測定装置(その2)100′を備える。
さらに、図6に示すように、くもり止め制御装置102は、くもり制御部12を備える。原理的には、露点温度測定装置101で測定された露点温度がガラス温度測定部11で測定されたガラスの温度よりも高ければガラスがくもる。この原理によりガラスがくもるか否かを判定するのがくもり制御部12である。さらに、くもり制御部12でガラスがくもると判定されるとき、くもり制御部12は、図示しない空調機器を制御する等を行いくもりが生じないように空調を制御する。
まず初めに、比較基準の各値を以下のように設定する。
標高:海抜0m
気圧:1013hPa
温度(乾球温度):25℃
湿球温度:16.3℃
この湿球温度16.3℃での飽和水蒸気圧は18.54hPaと計算される。したがって、スプルングの式よりこのときの水蒸気圧は、
18.54hPa-1013hPa×(25-16.3)÷1510
=12.69hPa
と計算される。
この後にたとえば自動車でドライブしたものと仮定して、比較基準の地点から標高が海抜2000mの地点まで到達したものとする。このときの気圧は前述の4式を用いれば
(変換係数を8.6m/hPaとして)
1013×exp(-2000÷1013.25÷8.6)=805hPa
となる。
18.54hPa-805hPa×(25-16.3)÷1510
=13.90hPa
と計算される。
このときの相対湿度は44%、露点温度は11.9℃である。つまり、相対湿度も露点温度も高いほうに変化する。この変化は本発明の効果と照らし合わせたとき、以下のような重要な意味合いを持つ。
以上のような効果は「くもり止めが必要なのにくもり止め制御がされない」という場合の一例であるが、逆に「実際にはくもり止めが必要ないのにくもり止めをしてしまう」という誤りも生じ得る。しかし、この誤りの場合でも同様に本発明を適用することにより、必要のない空調制御エネルギーを無駄に消費させないようにすることができる。たとえば自動車の場合には、燃費もしくは航続距離の向上といったメリットを提供することが可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
2 標高取得部
3 気圧演算部
4 湿度補正部
5 温度測定部
6 露点温度演算部
7 GPS(グローバルポジショニングシステム)
8a 3次元測量部
8b 2次元測量部
9a 標高情報取得部
9b 標高情報取得部
10 基準気圧取得部
11 ガラス温度測定部
12 くもり制御部
100 湿度測定装置
100′ 湿度測定装置(その2)
101 露点温度測定装置
102 くもり止め制御装置
Claims (13)
- 気圧値に基づいて湿度を補正する機能を有する湿度測定装置において、
当該湿度測定装置が存在する地点の標高を取得する標高取得部と、
基準位置の気圧情報を取得する基準気圧取得部と、
前記標高取得部で取得した前記標高及び前記基準気圧取得部で取得した前記気圧情報に基づいて前記地点の気圧を演算する気圧演算部と、
を備え、
前記基準位置の前記気圧情報は、公開された天気図に含まれる情報のうちの、海抜0メートルの地点における気圧の情報であり、
前記気圧演算部は、前記標高取得部で取得した前記標高と、前記基準気圧取得部で取得した前記海抜0メートルの地点における気圧の情報である基準気圧と、予め設定された定数と、予め設定された変換係数と、を用いて、次式により前記気圧を演算する湿度測定装置。
気圧=基準気圧×exp(-標高/(定数×変換係数)) - 自動車の車室内の湿度又は露点温度を測定する請求項1に記載の湿度測定装置。
- 前記標高取得部は、前記標高を、グローバルポジショニングシステムの測量結果から取得する請求項1又は請求項2に記載の湿度測定装置。
- 前記標高取得部は、前記標高を、グローバルポジショニングシステムで得られた地図上の標高データに基づいて求める請求項1又は請求項2に記載の湿度測定装置。
- 前記グローバルポジショニングシステムは、自動車のナビゲーションシステムに搭載されているグローバルポジショニングシステムである請求項3又は請求項4に記載の湿度測定装置。
- 前記湿度は相対湿度であって、前記相対湿度を測定する容量式のセンサ又は抵抗式のセンサを備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の湿度測定装置。
- 相対湿度を測定する湿度測定部と、
前記湿度測定部が存在する地点の標高を取得する標高取得部と、
基準位置の気圧情報を取得する基準気圧取得部と、
前記標高取得部で取得した前記標高及び前記基準気圧取得部で取得した前記気圧情報に基づいて前記地点の気圧を演算する気圧演算部と、
前記気圧演算部で演算した気圧値に基づいて前記相対湿度を補正する湿度補正部と、
前記湿度測定部が存在する地点の温度を測定する温度測定部と、
前記湿度補正部で補正した前記相対湿度と、前記温度測定部で測定した前記温度とを用いて露点温度を演算する露点温度演算部と、
を備え、
前記基準位置の前記気圧情報は、公開された天気図に含まれる情報のうちの、海抜0メートルの地点における気圧の情報であり、
前記気圧演算部は、前記標高取得部で取得した前記標高と、前記基準気圧取得部で取得した前記海抜0メートルの地点における気圧の情報である基準気圧と、予め設定された定数と、予め設定された変換係数と、を用いて、次式により前記気圧を演算する露点温度測定装置。
気圧=基準気圧×exp(-標高/(定数×変換係数)) - 自動車の車室内の湿度又は露点温度を測定する請求項7に記載の露点温度測定装置。
- 前記標高取得部は、前記標高を、グローバルポジショニングシステムの測量結果から取得する請求項7又は請求項8に記載の露点温度測定装置。
- 前記標高取得部は、前記標高を、グローバルポジショニングシステムで得られた地図上の標高データに基づいて求める請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の露点温度測定装置。
- 前記グローバルポジショニングシステムは、自動車のナビゲーションシステムに搭載されているグローバルポジショニングシステムである請求項9又は請求項10に記載の露点温度測定装置。
- 前記湿度測定部は、容量式のセンサ又は抵抗式のセンサを備える請求項7から請求項11のいずれか一項に記載の露点温度測定装置。
- ガラスの温度を測定するガラス温度測定部と、
前記露点温度演算部で演算した前記露点温度と前記ガラス温度測定部で測定したガラス温度とに基づいて前記ガラスのくもり止め制御を行うくもり制御部と、を備える請求項7から請求項12のいずれか一項に記載の露点温度測定装置。
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