JPH02151751A - 電子温湿度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、例えば大気中の湿度変化に応じて電
気抵抗値が可変する湿度センサーと、大気の温度変化に
応じて電気抵抗値が可変する温度センサーとを備えたデ
ィジタル電子温湿度計に関するものであり、特に、湿度
センサーの生産時のバラツキを調整したり、或いは時間
経過により特性が変動したり劣化した場合の調整機能を
有することを特徴とするディジタル電子温湿度計に関す
るものである。

従ｍ術 周知のように、この種のディジタル電子温湿度計は、該
電子温湿度計が設置されている雰囲気の相対湿度や温度
を検知して、これら検知した相対湿度値や温度値の大き
さに応じた電気信号を出力する検知部と、前記検知部か
ら出力された電気信号を受けて、所定の信号処理を施す
ことによって前記雰囲気における相対湿度値や温度値を
算出する信号処理部とから成っている。

第７図には１本出願人等により提案された、より詳しく
は特開昭６３−５８１４３号公報に記載されるディジタ
ル電子温湿度計の一例が図示される。

本例のディジタル電子温湿度計１は、方形波パルス発振
器２とマイクロコンピュータ４とを具備する。方形波パ
ルス発振器２は、方形波パルス信号を出力するインバー
タ素子６を有し、該インバータ素子６には、湿度センサ
ーＲＨ及び第１のスイッチング素子８から成る第１の帰
還回路１０と、温度センサーＲＴ及び第２のスイッチン
グ素子１２から成る第２の帰還回路１４と、より高精度
な温湿度検知をするための補正基準値ともなる抵抗値を
持った基準抵抗素子ＲＯ及び第３のスイッチング素子１
６から成る第３の帰還回路１８とを並列に接続すると共
に、更に、前記インバータ素子６の入力側に、前記第１
．第２．第３の帰還回路１０．１４．１８を構成してい
る各素子ＲＨ，ＲＴ、ＲＯの電気抵抗値との間で選択的
にＣＲ時定数回路を形成する固定容量素子Ｃを直列に接
続した構成とされる。

このようなディジタル電子温湿度計は、Ａ／Ｄ変換器を
使用せず、Ａ／Ｄ変換器の機能を他の技術的手段に補完
させることにより回路の部品点数を低減せしめ、もって
回路全体を１チップＬＳＩ化し得るものであり、小型化
、高精度化、低廉化を達成し得るものである。

が　　　　　よ　− 特に、湿度センサーとしては、大気中の湿度変化に応じ
て感温素子の電気抵抗値が可変し電気的出力が得られる
例えばセラミック材料系の湿度センサーが使用されてい
る。

本発明者等の研究実験の結果によると、セラミック材料
系の湿度センサーは従来の他の湿度センサーに比較する
と、生産時の湿度−電気抵抗値特性のバラツキは少ない
が、無視し得ない程度の特性のバラツキが見受られる。

又、時間経過と共に変化或いは劣化することも観察され
た。特に。

湿度−電気抵抗値特性のバラツキは、湿度測定領域にお
ける中湿度（５０％前後）において生じると同時に、高
湿側（９０％前後）及び低湿側（３０％前後）において
顕著であることが分かつた。

高精度の湿度測定を行なうには、このような湿度センサ
ーの湿度−電気抵抗値特性のバラツキに起因して生ずる
湿度測定値の誤差を補正することが必須であるが、従来
、高湿度、中湿度及び低湿度の全ての湿度領域において
湿度センサーの調整を行なうような構成の簡易、小型の
ディジタル電子温湿度計はなかった。

従って１本発明は、湿度センサーの湿度−電気抵抗値特
性の生産時のバラツキ、又は時間経過による変動或いは
劣化に起因して生ずる湿度測定値の誤差を補正すること
によって、特に湿度測定領域における高湿側領域、中温
領域及び低湿側領域において、高精度な湿度測定値を得
ることが可能な簡易、小型のディジタル電子温湿度計を
提供することである。

め 上記目的は本発明に係るディジタル電子温湿度計によっ
て達成される。要約すれば本発明は、方形波パルス発生
手段とディジタル演算処理手段とを具備し、方形波パル
ス発生手段は、方形波パルス信号を出力する方形波パル
ス信号発生器を有し、該方形波パルス信号発生器には、
湿度センサー及び第１のスイッチング手段を有する第１
の帰還回路と、温度センサー及び第２のスイッチング手
段を有する第２の帰還回路と、より高精度な温湿度検知
をするための補正基準値となる抵抗値を持った基準抵抗
素子手段及び第３のスイッチング手段を有する第３の帰
還回路とを並列に接続すると共に、更に、前記方形波パ
ルス信号発生器の入力側に直列に、前記第１．第２．第
３の帰還回路を構成している各素子の電気抵抗値との間
で選択的にＣＲ時定数回路を形成する固定容量素子を接
続して成るディジタル電子温湿度計において、前記方形
波パルス信号発生器には、湿度センサーの基本特性を湿
度に対して平行に移動せしめるために中湿調整手段及び
第４のスイッチング手段を有する第４の帰還回路を平行
に接続し、更に、前記平行移動された湿度センサーの基
本特性の低温域及び高湿域を調整するために前記第１帰
還回路において、前記湿度センサーに対して平行に低湿
度調整手段を接続し、且つ該湿度センサーと低湿調整手
段の並列体に対して直列に高湿調整手段を接続したこと
を特徴とするディジタル電子温湿度計である。前記中温
調整手段、低湿調整手段及び高湿調整手段は各々可変抵
抗素子を有する。

支１１ 以下１本発明に係るディジタル電子温湿度計を図面に即
して更に詳しく説明する。

先ず、第１図を参照して、本発明の湿度センサー調整作
動原理について説明する０本発明に使用される湿度セン
サーの特性は、横軸に湿度（Ｈ）、縦軸に抵抗値（Ｚ）
をとると、第１図にて曲線（イ）で図示されるように表
される。

しかしながら、湿度センサーは、感湿材の製造時の組成
比、製造条件等のバラツキによりその特性が各湿度セン
サー毎に相違したり、或いは感湿材の組成比、製造条件
等を一定に制御し、一定の特性を有した感湿材を作製し
たとしても、電極間隔のバラツキ、更には電極面にプリ
ントした感湿材の厚さのバラツキによって、湿度センサ
ーの特性は第１図で曲線（イ）にて示される基本特性よ
リプ９１曲線（ロ）で表されるような特性を有すること
がある。このような湿度センサーの特性は、経時的にも
変動したり、劣化したりすることがある。

本発明者等は、電子温湿度計に組込まれる、或いは組込
まれた湿度センサーの基本特性のバラツキは、近似的に
湿度に対して、つまり湿度を示す横軸方向に平行に移動
していると考えることができることに着目した。即ち、
湿度センサーの基本特性を、中湿度領域においてΔＨだ
け平行移動せしめることにより概略変更後の基本特性に
合致せしめることができ、低湿度領域及び高湿度領域に
おける特性のズレは電子回路にて補正することにより湿
度センサーの基本特性を新しい変更後の基本特性に調整
が可能であることを見出した。

第２図には、上記作動原理に従って湿度センサーの基本
特性の調整が可能なように構成された本発明に係るディ
ジタル電子温湿度計の一実施例が図示される０本実施例
のディジタル電子温湿度計ＩＡは、基本的には第４図に
関連して説明したディジタル電子温湿度計１と同じ回路
構成とされ、測定雰囲気中の湿度変化や温度変化に応じ
た周波数の方形波パルス信号を出力する方形波パルス発
生手段、即ち、方形波パルス発振器２と、該方形波パル
ス発振器２から出力された方形波パルス信号を受けてこ
れを演算処理することによって前記測定雰囲気における
相対湿度値、温度値を求めるディジタル演算処理手段、
即ち、マイクロコンピュータ４とを具備する。

又、方形波パルス発振器２は、方形波パルス信号を出力
する方形波パルス信号発生器、即ち本実施例ではＣ−Ｍ
ＯＳインバータの如きインバータ素子６を有し、該イン
バータ素子６には、湿度センサーＲＨ及び第１のスイッ
チング手段８を有する第１の帰還回路１０と、温度セン
サーＲＴ及び第２のスイッチング手段１２を有する第２
の帰還回路１４と、より高精度な温湿度検知をするため
の補正基準値ともなる抵抗値を持った基準抵抗素子ＲＯ
及び第３のスイッチング手段１６を有する第３の帰還回
路１８とが並列に接続され、更に。

前記インバータ素子６の入力側には、前記第１゜第２．
第３の帰還回路１Ｏ５１４，１８を構成している各素子
ＲＨ，ＲＴ、ＲＯの電気抵抗値との間で選択的にＣＲ時
定数回路を形成する固定容量素子Ｃが直列に接続される
。

本実施例によれば、インバータ素子６には、更に中温調
整手段２０及び＃Ｉ４のスイッチング手段２２奄備えた
第４の帰還回路２４が並列に接続される。中温調整手段
２０は５本実施例では固定抵抗素子Ｒｍと、可変抵抗素
子ＶＲｍとの直列体とされる。

更に、本実施例では、第１の帰還回路１０には湿度セン
サーＲＨに対して並列となるように低湿調整手段２６が
接続され、又高湿調整手段２８が湿度センサーＲＨと前
記低湿調整手段２６の並列体に対して直列となるように
接続される０本実施例で、低湿調整手段２６は固定抵抗
素子ｎ皇と可変抵抗素子ＶＲ皇との直列体とされ、高湿
調整手段２８は固定抵抗素子Ｒｈと可変抵抗素子ＶＲｈ
との直列体とされる。

又、本実施例で、第２の帰還回路１４には温度センサー
ＲＴに対して、固定抵抗素子ＲＴと可変抵抗素子ＶＲＴ
との直列体が直列に接続され、更に、第３の帰還回路１
８には基準抵抗素子ＲＯに対して直列に可変抵抗素子Ｖ
ＲＯが接続され、方形パルス発振器１２から出力される
信号の周波数がマイクロコンピュータ内の発振周波数デ
ータの設定範囲から外れないように調整可能とされる。

インバータ素子６としては、上述のように、本発明に従
う実施例においては、Ｃ−ＭＯＳシュミットインバータ
が用いられており、このようにインバータ素子７にＣ−
ＭＯＳシュミットイン八−へを用いることによって、低
コスト化、低消費電力化を図るとともに、例えば、１０
０ＫＨｚ程度のオーダの周波数に対しても安定した方形
波パルス信号が得られる。

又、湿度センサーＲＨは、例えばジルコニア（ＺｒＯ２
）にイツトリア（ＹＺ　０３　）　、カルシア（ＣａＯ
）及びマグネシア（Ｍ　ｇ　Ｏ）のうちの少なくとも一
種を固溶化させて成るセラミック感湿素材が使用されて
おり、その湿度−電気抵抗値特性は、第１図にて図示す
るごとく湿度変化が３０〜９５％に対して電気抵抗値の
変化が１７ＯＫΩ〜３００Ωのオーダとなっている。温
度センサーとしては通常のサーミスタ等を好適に使用し
得る。

又、第１−Ｗ４４のスイッチング手段８．１２゜１６．
２２は、限定されるものではないが、例えば３ステート
バツフアが好適に使用される。

上述した構成のディジタル電子温湿度計の作動について
更に説明する。

本実施例によれば、マイクロコンピュータ４からの制御
信号Ｈｃによって前記第１のスイッチング手段８が閉成
されたときには、インバータ素子６は、第１帰還回路ｌ
Ｏの合成インピーダンスと容量素子Ｃの容量値との間で
形成される０１時定数に応じた周波数（ｆｈ）の方形波
パルス信号を出力し、信号線３０にてコンピュータ４へ
と送信する。

前記インバータ素子６は、マイクロコンピュータ４から
の制御信号Ｔｃによって第２のスイッチング素子１２が
閉成されると、第２帰還回路１４の合成抵抗と前記固定
容量素子Ｃとの間で形成されるＣＲ発振回路における発
振周波数の可変に応じた周波数（ｆ　ｔ）の方形波パル
ス信号を出力し、信号線３０にてコンピュータ４へと送
信する。

又、前記インバータ素子６は、マイクロコンピュータ４
からの制御信号Ｒｃによって第３のスイッチング手段１
６が閉成されると、第３帰ｊｌ＠路１８の合成抵抗と前
記固定容量素子Ｃの容量値との間で形成される０１時定
数に応じた周波数（ｆＯ）の方形波パルス信号を出力し
、信号線３０にてコンピュータ４へと送信する。

更に本発明に従えば、前記インバータ素子６は、マイク
ロコンピュータ４からの制御信号１ｍＣによって第４の
スイッチング手段２２が閉成されたときに、第４帰還回
路２４の合成抵抗と前記固定容量素子Ｃとの間で形成さ
れるＣＲ発振回路により所定の周波数（ｆｍ）の方形波
パルス信号を出力し、信号線３０にてコンピュータ４へ
と送信する。

ｍＡしたマイクロコンピュータ４は、算術演算、論理演
算を行なうＣＰＵ、方形波パルス発振器２から出力され
た方形波パルス信号を計数するカウンタ、制御プログラ
ム等を内蔵し又必要データを記憶するメモリ、入出力ポ
ート等を備えている。前記マイクロコンピュータのメモ
リに記憶されているデータとしては、例えば第１図にて
図示したごとき湿度センサーＲＨの湿度−電気抵抗値特
性データを始め、前記湿度センサーＲＨの温度補償値デ
ータ、更には方形波パルス発振器２から出力される方形
波パルス信号の発振周波数ｆと帰還回路の合成抵抗との
関係を表わす下記式。

・　・　・　・　■ 但し、　■０：前記方形波パルス発振器２の出力電圧 Ｖ　Ｔ　Ｈ：前記インバータ素子６（即ち、Ｃ−ＭＯＳ
シュミットインバータ） のＨｉレベルスレッショルド電圧 ＶＴＬ　：前記インバータ素子６（即ち、Ｃ−ＭＯＳシ
ュミットインバータ） （７）ＬＯレベルスレッショルド電圧 に：定数 等がある。

マイクロコンピュータ４のＣＰＵは、前述した方形波パ
ルス発振器２から出力される方形波パルス信号の周波数
ｆ　（ｆｈ、ｆｔ、ｆｏ）をカウントし、該カウントし
た方形波パルス信号の発振周波数ｆと前記メモリに記憶
されている０式とから各帰還回路の合成電気抵抗値Ｒを
演算し、該演算した電気抵抗値Ｒと前記メモリに記憶さ
れている各種データとから大気中の湿度値、温度値が求
められる。

つマリ、マイクロコンピュータ４は、上記式〇より、第
１のスイッチング手段８が閉成しているときに方形波パ
ルス発振器２から出力される方形波パルス信号の発振周
波数ｆｈと、第３のスイッチング手段１６が閉成してい
るときに前記方形波パルス発振器２から出力される方形
波パルス信号の発振周波ａｆｏとの比ｒｆｈ＝ｆｈ／ｆ
ｏを演算し、大気中の湿度値が求められる。

又、第２のスイッチング素子１２が閉成しているときに
方形波パルス発振器２から出力される方形波パルス信号
の発振周波数ｆｔと、第３のスイッチング手段１６が閉
成しているときに方形波パルス発振器２から出力される
方形波パルス信号の発振周波数ｆｏとの比ｒ　ｆ　Ｌ　
＝　ｆ　ｔ　／　ｆ　ｏを、上記式〇にて演算し、大気
の温度値が求められる。

次に、本発明に従った湿度センサーの調整作動について
説明する。

本発明に従えば、電子温湿度計は、中温調整、低湿調整
、及び高湿調整が行なわれる。更に具体的に言えば５本
発明によれば、中温用、低湿用。

及び高湿用の３箇所の調整点を設け、中温調整、低湿調
整、高湿調整の順に標準湿度槽を用い、上記調整手段２
０．２６．２８の可変抵抗素子ＶＲｍ、ＶＲ１、ＶＲｈ
のボリュームを回すことにより行なわれる。

Φ中温調整 電子温湿度計ＩＡを中温調整槽（５３％標準湿度槽）に
装入し、調整手段２０の可変抵抗素子ＶＲｍのボリュー
ムを回す。

可変抵抗素子ＶＲｍのボリュームを回すことにより、ｔ
ＪｉＪ４の帰還回路２４を利用した発振回路にて発生さ
れる発振周波数ｆｍがマイクロコンピュータ４内のカウ
ンタ部により計測され、一般に、Δ）（ｇ　ｆ　ｍ示さ
れる演算式にて演算され、ΔＨが求められる。

本実施例では、発振回路を構成する固定容量素子Ｃの温
度による影響をなくするために、演算式においてはｆｍ
の代りに、ｆｍ／ｆｏ（＝ｒｆｍ）が採用される。ｆｏ
は、上述のように、基準抵抗素子を有したｔｊＩｊ３帰
還回路を利用した場合の発振回路の発振周波数である。

上記演算式は任意に設定し得るが、例えば、Ｒｒｒｓ＝
　１００にΩ、Ｖ　Ｒｍ　＝　０〜５０　ＫΩとし、発
振周波数ｆＯを発振する基準抵抗素子ＲＯを有した第３
帰還回路の合成抵抗値を５０にΩであるとし、且つΔＨ
のＶ　Ｒｍ　＝　Ｏ〜５０にΩに対する変化量を約１５
％であるとすれば、 ΔＨ＝　（−３０／ｒｆｍ）＋７５　　　ａ　ｅ　ａ■
で表すことができる。

又、マイクロコンピュータのプログラムにおける処理範
囲を、 ０．３＜ｒｆｍ＜０．６　　　　　　　口ｅ■とすれば
、湿度の可変範囲は、 一２５％くΔＨく２５％　　　　　　参・−■となる。

上記中温調整のための演算処理フローの一実施例が第３
図に図示される。

このようにして求められたΔＨの値は、マイクロコンピ
ュータ４内にプログムされて固定されている基本特性（
Ｈ）に加算され、演算処理時にはＨ＋ΔＨにて処理され
る。このことは、固定された湿度センサーの基本特性が
アナログ的に変えられたことと同じ結果となる。

つまり、調整手段２０の可変抵抗素子ＶＲｍのボリュー
ムを回すことにより、湿度センサーＲＨの基本特性は、
第４図に図示されるように、曲線（イ）から曲線（ハ）
へと平行移動したこととなり、ｉｔｔ子温湿温湿度計示
が本実施例では５３％を表示するに至れば、中湿度債域
における湿度センサーの調整は完了したこととなる。

・低湿及び高湿調整 上記方法により湿度センサーの基本特性を平行移動させ
場合には、第１図に図示されるように、ΔＨが大きいほ
ど、又中温調整点より定、高湿域へとズレるに従って誤
差が増大する場合が生じる。このような弊害を解決する
ために低湿調整手段２６及び高湿調整手段２８にて低湿
及び高湿域の補正を行なう。

先ず、電子温湿度計ＩＡを低湿調整槽（３３％標準湿度
槽）に装入し、調整手段２６の可変抵抗素子ＶＲｕのボ
リュームを回し、電子温湿度計の表示が３３％を表示す
るようにする。

次いで、電子温湿度計ｌＡを高湿調整槽（９４％標準湿
度槽）に装入し、調整手段２８の可変抵抗素子ＶＲｈの
ボリュームを回し、電子温湿度計の表示が９４％を表示
するようにする。

上記方法にて、湿度センサーの平行移動された基本特性
（曲線（ハ））は、第５図に図示されるように、低湿域
及び高湿域にて調整される。

更に説明すると、高湿域においては、ｗ４２図に示すご
と＜ＲＨが非常に小さくなるためＲＨ＜＜Ｒ１＋ＶＲ１ となり、湿度検出部は、Ｒ１、ＶＲＩＬは無視できるた
め、ＲＨとＲｈとＶＲｈはそれぞれ直列に配列されたと
同様に働く、すなわちＶＲｌＬが変化しても高湿域での
数値は変らない。

一方、低湿域においては、ＲＨが非常に大きくなるため ＲＨ＞７（Ｒｈ＋ＶＲｈ）　　　　及びＣＲＱ＋ＶＲ１
）＞＞　　（Ｒｈ＋ＶＲｈ）となり、湿度検出部は、上
記と異なりＲＨと（Ｒ１＋ＶＲ皇）は並列に配列された
状態で作動する。すなわち、ＶＲＲが変化しても高湿域
での数値は変らない。

Ｅ記方法にて１本発明に係る電子温湿度計は、湿度セン
サーの基本特性が、第１図に図示されるように、グラフ
（イ）から新しい基本特性グラフ（ロ）に変更されたと
等価の作動をなすことができる。

第６図には１本発明に従って構成された発振手段２を、
既存の、発振手段に対する制御信号が３個Ｈｃｏ、Ｔｃ
ｏ、Ｒｃｏｌ、かないディジタル電子温湿度計に組込む
場合の一実施例が図示される１本実施例によれば、デコ
ーダ５０を利用することにより３個の制御信号が４個の
制御信号Ｈｃ、Ｔｃ、Ｒｃ、Ｒｍｃに変換され、前記第
１〜第４スイツチング手段を作動せしめるべく構成され
る。

又１本発明に係るディジタル電子温湿度計は、発振手段
２とマイクロコンピュータ４とを一体に構成することも
できるし、又１発振手段２とマイクロコンピュータ４と
を伝送線にて接続した分離型とすることも可能である。

この場合に、伝送線の長さが長くなる場合には、信号の
伝送誤差を少なくするために、第２図に図示されるよう
に発振手段２の信号線３０に更にインバータ素子５２を
設けるのが好ましい。

ｌ見立差】 以上の如くに構成される本発明は、湿度センサーの湿度
−電気抵抗値特性の生産時のバラツキ、又は時間経過に
よる変動或いは劣化に起因して生ずる湿度測定値の誤差
を簡単な手段にて補正することができ、特に湿度測定領
域における高湿側領域、中温領域及び低湿側領域におい
て、高精度な湿度測定値を得ることが可能である簡易、
小型のディジタル電子温湿度計を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るディジタル電子温湿度計の調整
作動原理を説明するグラフである。 第２図は１本発明に係るディジタル電子温湿度計の構成
を示す一実施例の回路図である。 第３図は、本発明に係るディジタル電子温湿度計の調整
作動の演算処理フロー図である。 第４図及び第５図は、本発明に係るディジタル電子温湿
度計の調整作動を説明する湿度センサーの特性を示すグ
ラフである。 第６図は１本発明に係るディジタル電子温湿度計の他の
実施例の部分回路図である。 第７図は、従来のディジタル電子温湿度計の構成を示す
回路図である。 ２：方形波パルス発生手段 ４：ディジタル演算処理手段（マイク ロコンピュータ） ６：方形波パルス信号発生器 ８．１２．１６．２２：第１．第２、 第３．第４スイッチング手段 ２０：中温ｍ整手段 ２６：低湿調整手段 ２８：高湿調整手段 ＲＨ：湿度センサー ＲＴ：温度センサー ＲＯ：基準抵抗素子 Ｃ：固定容量素子 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　方形波パルス発生手段とディジタル演算処理手段
   とを具備し、方形波パルス発生手段は、方形波パルス信
   号を出力する方形波パルス信号発生器を有し、該方形波
   パルス信号発生器には、湿度センサー及び第１のスイッ
   チング手段を有する第１の帰還回路と、温度センサー及
   び第２のスイッチング手段を有する第２の帰還回路と、
   より高精度な温湿度検知をするための補正基準値となる
   抵抗値を持った基準抵抗素子手段及び第３のスイッチン
   グ手段を有する第３の帰還回路とを並列に接続すると共
   に、更に、前記方形波パルス信号発生器の入力側に直列
   に、前記第１、第２、第３の帰還回路を構成している各
   素子の電気抵抗値との間で選択的にＣＲ時定数回路を形
   成する固定容量素子を接続して成るディジタル電子温湿
   度計において、前記方形波パルス信号発生器には、湿度
   センサーの基本特性を湿度に対して平行に移動せしめる
   ために中湿調整手段及び第４のスイッチング手段を有す
   る第４の帰還回路を平行に接続し、更に、前記平行移動
   された湿度センサーの基本特性の低湿域及び高湿域を補
   正するために前記第１帰還回路において、前記湿度セン
   サーに対して平行に低湿調整手段を接続し、且つ該湿度
   センサーと低湿調整手段の並列体に対して直列に高湿調
   整手段を接続したことを特徴とするディジタル電子温湿
   度計。 ２）　中湿調整手段、低湿調整手段及び高湿調整手段は
   各々可変抵抗素子を有して成る第１項記載のディジタル
   電子温湿度計。