JPH02262044A - Atmosphere detector - Google Patents

Atmosphere detector

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JPH02262044A
JPH02262044A JP8438889A JP8438889A JPH02262044A JP H02262044 A JPH02262044 A JP H02262044A JP 8438889 A JP8438889 A JP 8438889A JP 8438889 A JP8438889 A JP 8438889A JP H02262044 A JPH02262044 A JP H02262044A
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JP
Japan
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relative humidity
humidity
capacitance
hysteresis
value
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JP8438889A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Iwai
隆賀 岩井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To decrease errors caused by hysteresis by using a plurality of reference calibration curves in a region where hysteresis occurs in a moisture sensitive characteristic, and employing a capacitance/relative humidity converting method in consideration of the hysteresis. CONSTITUTION:In a region where hysteresis occurs in the moisture sensitive characteristic of a moisture sensitive element, a converting means performs the following capacitance/relative humidity conversion. Namely, the maximum value RHmax and the minimum value RHmin of the relative humidity closest to a measuring time before the time and the times tmax and tmin when the values are obtained are stored. Then, capacitance is measured at the time (t), and the measured value is made to be COBS. When the maximum value RHmax is less than a relative humidity RHo when hysteresis occurs in the used moisture sensitive element, the measured value COBS itself is used, and the relative humidity RH is computed. When RHmax exceeds RHo and tmax>=tmin, RH is computed by using a function f' which is obtained by correcting a function f1 in correspondence with the value of RHmax. Meanwhile, when tmax<tmin, the relative humidity is computed by using a function f0' which is obtained by correcting a function f0 in correspondence with the value of RHmin.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は高分子薄膜を感湿要素とする容量変化型感湿素
子を用いた雰囲気検出装置に関し、さらに詳しくは該感
湿素子の容量を相対湿度に変換する方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to an atmosphere detection device using a capacitive humidity sensing element having a polymer thin film as a humidity sensing element, and more specifically, to The present invention relates to a method of converting the capacitance of a humidity element to relative humidity.

(従来の技術) 雰囲気中の湿度を検出する方法として、感湿材料の電気
的特性の変化を利用する方法がよく知られている。
(Prior Art) As a method of detecting humidity in an atmosphere, a method that utilizes changes in the electrical characteristics of a moisture-sensitive material is well known.

このような水分の吸脱着によって特性の変化する素材と
しては、金属酸化物系セラミック、塩化リチウムのよう
な電解質、吸湿性有機高分子や高分子電解質、或いは導
電性フィラー含有高分子複合系材料などが知られており
、すでに多くの種類のものが実用化されている。
Examples of materials whose properties change due to adsorption and desorption of moisture include metal oxide ceramics, electrolytes such as lithium chloride, hygroscopic organic polymers and polymer electrolytes, and polymer composite materials containing conductive fillers. is known, and many types have already been put into practical use.

これらの感湿材料を用いた感湿素子の検出原理は、感湿
材料への水分の吸脱着によって生じる感湿材料の電気伝
導度や誘電率の変化を、適当な形状に形成された電極間
のインピーダンスや、電気抵抗、或いは静電容量の変化
として検出するものである。
The detection principle of moisture-sensitive elements using these moisture-sensitive materials is to detect changes in the electrical conductivity and dielectric constant of the moisture-sensitive material caused by adsorption and desorption of moisture into the moisture-sensitive material, using a sensor between electrodes formed in an appropriate shape. It is detected as a change in impedance, electrical resistance, or capacitance.

上述の感湿材料のうち、吸湿性高分子薄膜を用いた静電
容量変化型の感湿素子は、感湿範囲が広いとともに応答
速度も速く、さらに素子の構造が比較的単純でその製造
が容易なため、量産性に優れ、コストが低いなどの特徴
がある。
Among the moisture-sensitive materials mentioned above, capacitance-variable moisture-sensing elements using hygroscopic polymer thin films have a wide moisture-sensing range and fast response speed, and their structure is relatively simple, making them easy to manufacture. Because it is easy, it is easy to mass produce and has low cost.

このような感湿素子に用いられる高分子系感湿膜材料と
しては、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール系樹
脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系
樹脂、ポリエステル系樹脂などが知られており、基本的
な素子構成としては、高分子感湿膜の上、下側面を電極
で挟持した三層の平行平板型コンデンサ構造が多用され
ている。
Cellulose derivatives, polyvinyl alcohol-based resins, polyamide-based resins, polyimide-based resins, acrylic-based resins, polyester-based resins, etc. are known as polymeric moisture-sensitive film materials used in such moisture-sensitive elements. A commonly used device configuration is a three-layer parallel plate capacitor structure in which the upper and lower surfaces of a polymer moisture-sensitive film are sandwiched between electrodes.

このような容量変化型感湿素子を用いた雰囲気検出装置
は、感湿素子と、該感湿素子の容量を検出する手段と、
その容量を相対湿度に変換する変換手段と、相対湿度の
値を何らかの方法で出力する手段から構成されるのが一
般的である。このうち、容量を相対湿度に変換する変換
手段においては、予め感湿素子の容量と相対湿度の関係
を示す校正曲線を求め、その関係式(近似式)を用いて
変換を行っている。この際、感湿素子に温度特性がある
場合にはその関係式に温度補正を施し、また、一つの関
係式では広い相対湿度範囲の変換が十分な精度で行えな
い場合は、相対湿度を複数の範囲に区分してそれぞれの
範囲に最も適した関係式を用いて変換する方法が一般に
行われており、出力される相対湿度の値の精度を向上さ
せる工夫がなされている。
An atmosphere detection device using such a capacitive humidity sensing element includes a humidity sensing element, means for detecting the capacitance of the humidity sensing element,
It is generally comprised of a conversion means for converting the capacitance into relative humidity, and means for outputting the relative humidity value by some method. Among these, in the conversion means for converting capacitance to relative humidity, a calibration curve showing the relationship between the capacitance of the humidity sensitive element and relative humidity is obtained in advance, and the conversion is performed using the relational expression (approximate expression). At this time, if the humidity sensing element has temperature characteristics, temperature correction is applied to the relational expression, and if a single relational expression cannot convert a wide range of relative humidity with sufficient accuracy, multiple relative humidity values are applied. Generally, the relative humidity is divided into ranges and converted using the relational expression most suitable for each range, and efforts have been made to improve the accuracy of the output relative humidity value.

(発明が解決しようとする課題) 上記のように、高分子薄膜を用いた感湿素子は、特性的
に実用上大きな期待を持たれているが、所要の湿度測定
において、湿度の変化が加湿過程であるか除湿過程であ
るかによって、検出される容量値が異なる現象(ヒステ
リシス)が認められる。即ち、測定時点に至るまでの感
湿素子の受けた履歴によって、ある相対湿度における容
量値が異なってしまうことがある。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, humidity sensing elements using thin polymer films have great expectations for practical use due to their characteristics. A phenomenon (hysteresis) is observed in which the detected capacitance value differs depending on whether it is a dehumidification process or a dehumidification process. That is, the capacitance value at a certain relative humidity may differ depending on the history of the humidity sensing element up to the time of measurement.

このように、湿度特性にヒステリシスがある場合、前述
のように予め求められた校正曲線を用いて容量を相対湿
度に変換する際、その校正曲線が加湿過程を基準にした
ものか、除湿過程を基準にしたものか、或いはこれら両
者の平、均値を基準にしたものか等によってそのヒステ
リシスの大きさに相当する誤差を生じてしまう。即ち、
容量と相対湿度が1対1で対応するような変換方法では
、感湿素子自身や容量検出の精度が高くても、相対湿度
検出装置としての総合精度に及ぼすヒステリシスの影響
は無視できない。
In this way, when there is hysteresis in the humidity characteristics, when converting capacity to relative humidity using a calibration curve determined in advance as described above, it is important to check whether the calibration curve is based on the humidification process or the dehumidification process. An error corresponding to the magnitude of the hysteresis will occur depending on whether the reference value is used as a reference, or the average value of both of them is used as a reference. That is,
In a conversion method in which there is a one-to-one correspondence between capacitance and relative humidity, even if the humidity sensing element itself and the capacitance detection accuracy are high, the influence of hysteresis on the overall accuracy of the relative humidity detection device cannot be ignored.

勿論、高分子薄膜の材料や素子構造により、感湿素子自
体のヒステリシスを低下させる工夫がなされているが、
現在市販されている感湿素子では、相対湿度換算で2〜
3%RHから7〜8%RHのヒステリシスが生じるのは
避けられないのが現状である。さらに、このヒステリシ
スは、空調機器の制御用として最も精度が要求される5
0〜70%RH付近で顕著である場合が多く、改善が望
まれていた。
Of course, efforts have been made to reduce the hysteresis of the moisture-sensitive element itself by changing the material of the polymer thin film and the element structure.
Moisture sensing elements currently on the market have a relative humidity of 2~2.
At present, it is unavoidable that hysteresis occurs from 3% RH to 7 to 8% RH. Furthermore, this hysteresis is the 5th type that requires the most precision for controlling air conditioning equipment.
This is often noticeable around 0 to 70% RH, and improvement has been desired.

そこで、本発明は、上記のような容量変化型感湿素子を
用いた雰囲気検出装置において、感湿素子がヒステリシ
スを有する場合の容量の相対湿度への換算方法の問題点
を解決し、より精度の高い雰囲気検出装置を提供するこ
とを目的とする。
Therefore, the present invention solves the problem of the method of converting capacitance into relative humidity when the humidity sensing element has hysteresis in an atmosphere detection device using a capacitive humidity sensing element as described above, and improves accuracy. The purpose of the present invention is to provide a high-quality atmosphere detection device.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために、本発明は、被検出対象であ
る相対湿度により容量が変化する容量変化型感湿素子と
、予め求められた校正曲線により前記容量変化型感湿素
子の容量を相対湿度に変換するとともに感湿特性にヒス
テリシスが生じる領域では複数の基準校正曲線により当
該容量変化型感湿素子の容量を相対湿度に変換する変換
手段とを有することを要旨とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a capacitive humidity sensing element whose capacitance changes depending on the relative humidity to be detected, and A calibration curve is used to convert the capacitance of the capacitive humidity sensing element into relative humidity, and in a region where hysteresis occurs in the humidity sensitive characteristics, a plurality of reference calibration curves are used to convert the capacitance of the capacitive humidity sensing element into relative humidity. The gist is to have the means.

また、本発明は、前記変換手段は、検出時点以前の最も
近い相対湿度の極大値が感湿特性にヒステリシスが生じ
る相対湿度より大きいとき、検出時点以前の最も近い相
対湿度の極小値と極大値および両極値の前後関係から基
準校正曲線を補正した校正曲線を求め、この補正校正曲
線によって容量変化型感湿素子の容量を相対湿度に変換
するものであることも要旨として包含する。
Further, in the present invention, when the local maximum value of the relative humidity nearest before the detection time is larger than the relative humidity at which hysteresis occurs in the humidity sensitivity characteristic, the conversion means converts the minimum value and maximum value of the relative humidity closest before the detection time. The gist also includes that a calibration curve is obtained by correcting the standard calibration curve from the context of the two extreme values, and that the capacitance of the capacitive humidity sensing element is converted into relative humidity using this corrected calibration curve.

(作用) 作用の説明に際し、まず容量変化型感湿素子の感湿特性
にヒステリシスが生じる領域を図面を参照して説明する
(Function) In explaining the function, first, a region in which hysteresis occurs in the humidity-sensing characteristics of the capacitive humidity-sensing element will be described with reference to the drawings.

第1図及び第2図は、容量変化型感湿素子の基本的な構
成例を示す図であり、第1図(a)及び第2図(a)は
平面図、第1図(b)及び第2図(b)はそれぞれ第1
図(a)及び第2図(a)のX−X線断面図である。
FIGS. 1 and 2 are diagrams showing basic configuration examples of a capacitance-variable humidity sensing element, and FIGS. 1(a) and 2(a) are plan views, and FIG. 1(b) is a plan view. and FIG. 2(b) are the first
FIG. 2 is a sectional view taken along the line X--X of FIG. 2(a) and FIG. 2(a).

各図において、1は絶縁性基板であり、この上に下部電
極2が形成されている。この下部電極2上には高分子薄
膜から成る感湿膜3が形成されている。さらに、感湿膜
3上には、水分透過性の上部電極4が形成されており、
上、下の電極2.4にはそれぞれリード線5がとりつけ
られ、容量を検出するようになっている。第1図、第2
図は絶縁性基板1上に各層を形成しているが、高分子膜
(自立膜)の両面に直接、一対の電極を形成した構成(
図示せず)も一般的に知られている。
In each figure, 1 is an insulating substrate, on which a lower electrode 2 is formed. A moisture sensitive film 3 made of a thin polymer film is formed on the lower electrode 2. Furthermore, a moisture-permeable upper electrode 4 is formed on the moisture-sensitive membrane 3.
Lead wires 5 are attached to the upper and lower electrodes 2.4, respectively, to detect capacitance. Figures 1 and 2
In the figure, each layer is formed on an insulating substrate 1, but a structure in which a pair of electrodes are formed directly on both sides of a polymer film (self-supporting film) (
(not shown) is also generally known.

高分子感湿膜3に用いられる公知の材料としては、セル
ロース誘導体、ポリイミド系樹脂等がある。テトラカル
ボン酸二無水物と芳香族ジアミンを主原料に合成された
ポリイミド樹脂を感湿膜として用いた感湿素子(構造は
第2図に同じ)の湿度特性の一例を第3図に示す。同図
に示した感湿特性は、感湿特性を10%RHからある相
対湿度に達するまで徐々に加湿し、次に、逆に10%R
Hに至るまで徐々に除湿するような湿度サイクルを設定
し、このサイクルにおける感湿素子の容量変化を示した
ものである。
Known materials used for the polymer moisture sensitive membrane 3 include cellulose derivatives, polyimide resins, and the like. FIG. 3 shows an example of the humidity characteristics of a moisture-sensitive element (the structure is the same as in FIG. 2) using a polyimide resin synthesized mainly from tetracarboxylic dianhydride and aromatic diamine as a moisture-sensitive film. The humidity-sensitive characteristics shown in the same figure are obtained by gradually humidifying the humidity-sensitive characteristics from 10% RH until reaching a certain relative humidity, and then conversely humidifying the humidity at 10% RH.
A humidity cycle is set in which the humidity is gradually dehumidified up to H, and the capacitance change of the humidity sensing element during this cycle is shown.

第3図から分るように、相対湿度が50%RH以下の湿
度サイクルでは、ヒステリシスは見られないが、湿度サ
イクルの上限値(最大値)が70%RH以上ではかなり
のヒステリシスが観測される。この7111定において
、湿度サイクルを繰り返した場合、また、この湿度サイ
クルを上限値を起点として開始した場合とも再現性がよ
く同様の結果が得られる。即ち、相対湿度が上昇する場
合には、第3図に示したように、2本の特性曲線のうち
、下側(容量値が相対的に小さい)の曲線上に沿って変
化し、相対湿度が低下する場合には、上側の曲線上を変
化する。さらに、湿度サイクルの測定を比較的短時間(
3%RH/1分間程度の変化率)で行った場合も、長時
間(同じく10%RH/1時間)かけて行った場合も第
3図に示す特性曲線に殆んど変化はみられない。
As can be seen from Figure 3, no hysteresis is observed in humidity cycles when the relative humidity is below 50% RH, but considerable hysteresis is observed when the upper limit (maximum value) of the humidity cycle is above 70% RH. . In this 7111 constant, when the humidity cycle is repeated, and when the humidity cycle is started from the upper limit value, similar results can be obtained with good reproducibility. That is, when the relative humidity increases, as shown in Figure 3, it changes along the lower curve (where the capacitance value is relatively small) of the two characteristic curves, and the relative humidity increases. When the value decreases, it changes on the upper curve. Additionally, humidity cycle measurements can be made over a relatively short period of time (
There is almost no change in the characteristic curve shown in Figure 3 whether the test is carried out at a rate of change of about 3% RH/1 minute) or for a long time (10% RH/1 hour). .

同様の現象は、セルロース系誘導体の場合にも同様であ
り、例えばエチルセルロースや、エチルヒドロキシエチ
ルセルロースを用いた場合も湿度サイクルの上限値が4
0〜60%RHを境にヒステリシスが顕著になる。
A similar phenomenon occurs in the case of cellulose derivatives, for example, when using ethyl cellulose or ethyl hydroxyethyl cellulose, the upper limit of the humidity cycle is 4.
Hysteresis becomes noticeable at 0 to 60% RH.

このヒステリシスが生じる原因は、必ずしも明らかでは
ないが、高分子薄膜への水分子の吸脱着現象が単純な物
理的吸着だけでなく、吸着した水分子間の相互作用や、
高分子鎖の高次構造に関与するような活性化エネルギー
の大きい吸脱着メカニズムを含むためと思われる。
The cause of this hysteresis is not necessarily clear, but the phenomenon of adsorption and desorption of water molecules to the polymer thin film is not only due to simple physical adsorption, but also due to interactions between the adsorbed water molecules.
This is thought to be due to the inclusion of an adsorption/desorption mechanism with large activation energy that involves the higher-order structure of the polymer chain.

上述の現象は、一般的に広く用いられている容量変化型
感湿素子に共通した現象であり、例えばポリイミド樹脂
とエチルセルロースを感湿膜とした素子の湿度サイクル
の上限値とヒステリシスの最大値との関係は第4図のよ
うになる。
The above-mentioned phenomenon is common to capacitive humidity sensing elements that are generally widely used. The relationship is shown in Figure 4.

これに対し、本発明の雰囲気検出装置においては、測定
された容量を校正曲線の関係式により相対湿度に換算す
る際、相対湿度が特定の値より大きい履歴を持つ場合、
すなわちヒステリシスがある場合にはヒステリシスの大
きさを考慮にいれた異なる・校正曲線を用いて相対湿度
に変換し、出力される相対湿度の値の精度をより高める
ことができる。
In contrast, in the atmosphere detection device of the present invention, when converting the measured capacity into relative humidity using the relational expression of the calibration curve, if the relative humidity has a history larger than a specific value,
That is, when there is hysteresis, it is possible to convert it into relative humidity using a different calibration curve that takes into account the magnitude of hysteresis, thereby further increasing the accuracy of the output relative humidity value.

また、本発明の容量・相対湿度変換においては、データ
として、 ■加湿過程及び除湿過程の2本の基準校正曲線、■検出
時点以前の最も近い相対湿度の極小値と極大値及びそれ
らの生した時刻、 が必要であり、上記■からは、感湿素子の受けた履歴の
状況、即ち、極大値と極小値の前後関係から検出時点で
の変化の方向が、加湿方向か除湿方向か、さらに最も近
い極大値からヒステリシスを考慮した変換が必要か否か
を判断し、より精度の高い相対湿度の値を得ることがで
きる。
In addition, in the capacitance/relative humidity conversion of the present invention, as data: ■ two standard calibration curves for the humidification process and dehumidification process; The time, , is required, and from the above ■, it is possible to determine whether the direction of change at the time of detection is in the humidifying direction or the dehumidifying direction, based on the history of the humidity sensing element, that is, the relationship between the maximum value and the minimum value. It is possible to determine whether conversion taking hysteresis into consideration is necessary from the nearest local maximum value, and to obtain a more accurate relative humidity value.

(実施例) 以下、本発明の実施例を第5図ないし第8図を参照して
説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 8.

本実施例の雰囲気検出装置は、感湿素子の感湿特性にヒ
ステリシスが生じる領域において、変換手段が次のよう
な容量−相対湿度換算動作をなすものである。これを第
5図のフローチャートを用いて説明する。
In the atmosphere detection device of this embodiment, the conversion means performs the following capacitance-relative humidity conversion operation in a region where hysteresis occurs in the humidity-sensing characteristics of the humidity-sensing element. This will be explained using the flowchart shown in FIG.

まず、加湿過程及び除湿過程における容量と相対湿度と
の関係を求め2つの基準校正曲線とする。
First, the relationship between capacity and relative humidity in the humidification process and dehumidification process is determined and used as two reference calibration curves.

即ち、ある一定温度において、相対湿度の一次標準とし
て十分な精度を有する分流式の湿度発生装置等を用い、
感湿素子の湿度特性を測定する。この際、加湿過程の特
性は可能な限り低い相対湿度(例えば5%RH)に感湿
素子を長時間放置しコンディショニングしたあと、徐々
に相対湿度を上げて行き、容量と相対湿度との関数fO
を求める。
That is, at a certain temperature, using a branch type humidity generator etc. that has sufficient accuracy as a primary standard of relative humidity,
Measure the humidity characteristics of the humidity sensing element. At this time, the characteristics of the humidification process are as follows: After conditioning the humidity sensing element by leaving it at the lowest possible relative humidity (for example, 5% RH) for a long time, the relative humidity is gradually increased, and the function fO
seek.

また、除湿過程の特性も、結露が生じない程度の高湿度
域に放置しコンディショニングしたあと、逆に徐々に相
対湿度を下げて行き同様にflを求める。これらの湿度
特性には若干の温度特性があるので、何点かの温度につ
いて同様のa−1定を行い、その補正係数を勘案してf
o、fIを容量C,温度Tの関数として決定する(ステ
ップ11)。以降、fo之f+ は全で温度補正項を含
むものとする。
Also, regarding the characteristics of the dehumidification process, after conditioning the device by leaving it in a high humidity range where no dew condensation occurs, the relative humidity is gradually lowered and fl is determined in the same way. These humidity characteristics have some temperature characteristics, so we performed the same a-1 constant for several temperatures and took the correction coefficient into account to calculate f.
o and fI are determined as functions of capacitance C and temperature T (step 11). Hereinafter, it is assumed that fo to f+ includes a temperature correction term in total.

第6図には、上述のようにして求めた加湿過程、除湿過
程の基準校正曲線の一例を示す。
FIG. 6 shows an example of the reference calibration curves for the humidification process and dehumidification process obtained as described above.

そして、本実施例の変換手段においては、測定時点より
以前の最も近い相対湿度の極大値RHMAX 、極小値
RHMIN及びそれらの値が得られた時刻tMA×、t
MINを記憶しくステップ12)、以下のような手順に
より変換を行う。
In the converting means of this embodiment, the nearest relative humidity local maximum value RHMAX and local minimum value RHMIN before the measurement time, and the time tMA×, t when these values were obtained, are
After storing the MIN (step 12), conversion is performed according to the following procedure.

時刻tにおいて容量を測定し、その測定値をCoB5と
する(ステップ13)。次いで、tMAxS tMIN
の値にかかわらず極大値RHMAXが、用いた感湿素子
のヒステリシスが生じる相対湿度RHo以下のとき(第
4図のポリイミドの場合には約50%RH)は、ヒステ
リシスを考慮する必要がないため、foにより容量の測
定値CQBSをそのまま用い相対湿度RHを算出する(
ステップ14のYe s、ステップ15)。
The capacity is measured at time t, and the measured value is set as CoB5 (step 13). Then tMAxS tMIN
Regardless of the value of , when the maximum value RHMAX is less than the relative humidity RHo at which hysteresis occurs in the humidity sensing element used (approximately 50% RH in the case of polyimide in Figure 4), there is no need to consider hysteresis. , fo calculates the relative humidity RH using the capacitance measurement value CQBS as it is (
Yes in step 14, step 15).

RHMAXがRHOを超える場合には、tMAXとtM
INの大小関係、即ち時系列上の前後関係により、tM
Ax≧tMrNのときは811定時点における湿度変化
は除湿過程にあると判別しくステップ16のYes)、
関数J’lをRHMAXの値に応じて補正した関数f+
’ により相対湿度を算出する(ステップ17.18)
。一方、tMAX<tMINのときは測定時点における
湿度変化は加湿過程にあると判別しくステップ16のN
o)、関数foをRHMINの値に応じて補正した関数
fo  により相対湿度を算出する(ステップ19.2
0)。
If RHMAX exceeds RHO, tMAX and tM
tM
When Ax≧tMrN, it is determined that the humidity change at a certain point in time is in the dehumidification process (Yes in step 16),
Function f+ that corrects function J'l according to the value of RHMAX
' Calculate the relative humidity (step 17.18)
. On the other hand, when tMAX<tMIN, it is determined that the humidity change at the time of measurement is in the humidification process.
o) Calculate the relative humidity using the function fo corrected according to the value of RHMIN (step 19.2
0).

ステップ17及びステップ18における実行の詳細を第
7図及び第8図にそれぞれ示す。
Details of the execution in step 17 and step 18 are shown in FIGS. 7 and 8, respectively.

まず、第7図において、RHMAxが大きいほどヒステ
リシスが大きくなり、実際の除湿時特性曲線f1 はf
lに近い曲線となり、逆にRHMAXが小さいほど(R
Hl、4AX >RHOの範囲)fI   (図中はf
1′)はfOに近づく。即ち、fIを上限、foを下限
とする範囲内にRHMAXを起点として新たに補正した
特性曲線f′を引くことができ、例えばRHMAXの値
の大きさに応じて、曲線f1とfOを内分するようなf
lを求める。但し、RHMAX>95%RHのときは、
RHMAXの値が多少変化してもflはほぼ同一関係と
して与えられるのでfI ’ −fI とじて扱う。
First, in FIG. 7, the larger RHMAx is, the larger the hysteresis is, and the actual dehumidification characteristic curve f1 is f
The curve is close to l, and conversely, the smaller RHMAX is (R
Hl, 4AX > RHO range) fI (in the figure, f
1') approaches fO. In other words, it is possible to draw a newly corrected characteristic curve f' with RHMAX as the starting point within a range with fI as the upper limit and fo as the lower limit. For example, depending on the magnitude of the value of RHMAX, the curves f1 and fO can be internally divided. f like do
Find l. However, when RHMAX>95%RH,
Even if the value of RHMAX changes somewhat, fl is given as almost the same relationship, so it is treated as fI' - fI.

また、第8図は、加湿過程における関数fOの補正の一
例であるが、第7図と全く同様にしてRHM I Nの
大きさに応じてfIとfoを内分するような補正関数f
o’を求め算出する。なお、RHMIN<10%RHの
場合はfo’−foとして扱うことができる。
Further, FIG. 8 shows an example of correction of the function fO in the humidification process, and in exactly the same way as in FIG.
Obtain and calculate o'. Note that if RHMIN<10%RH, it can be treated as fo'-fo.

さらに、上記のようにして決定された相対湿度の出力R
H(ステップ21)は、従来の極値RHMAX 、RH
M I Nと比べて時刻tとともに適宜更新される。
Furthermore, the relative humidity output R determined as above
H (step 21) is the conventional extreme value RHMAX, RH
Compared to M I N, it is updated as appropriate with time t.

ところで上述の補正方法は、感湿素子の履歴を考慮する
ものであるが、−時的な極値は以降の湿度特性に影響を
及ぼさない。即ち、相対湿度が急激に上昇、下降するよ
うな場合、数秒〜数十秒オダーでの変化では履歴として
残らず少なくともほぼ同一の湿度に数分オーダーで露呈
された場合に初めてその履歴を有するようになる。従っ
て、RHk4A×、RHMINの更新においては、数分
以上のタイムスケールで判断する必要がある。
By the way, although the above-mentioned correction method takes into account the history of the humidity-sensitive element, -temporal extreme values do not affect subsequent humidity characteristics. In other words, when the relative humidity rises or falls rapidly, changes in the order of a few seconds to tens of seconds do not leave a history, but only when exposed to almost the same humidity for a few minutes. become. Therefore, when updating RHk4A× and RHMIN, it is necessary to make decisions on a time scale of several minutes or more.

具体例 本実施例の変換手段を備えた雰囲気検出装置Aと、備え
ていない比較例としての雰囲気検出装置Bにより同一雰
囲気の相対湿度を測定した。A1B双方の雰囲気検出装
置とも、同一構成、はぼ同等の感湿特性を有する感湿素
子を用い、各感湿素子ごとに校正曲線を求めである。な
お、雰囲気検出装置Bは、加湿過程の校正曲線により相
対湿度への変換を行っている。
Specific Example The relative humidity of the same atmosphere was measured using an atmosphere detection device A equipped with the conversion means of this example and an atmosphere detection device B as a comparative example, which was not equipped with the atmosphere detection device A. Both of the atmosphere detection devices A1B have the same configuration and use moisture sensing elements having almost the same moisture sensing characteristics, and a calibration curve is obtained for each humidity sensing element. Note that the atmosphere detection device B performs conversion to relative humidity using a calibration curve of the humidification process.

感湿素子の下限を10%RH,上限を90%RHとする
湿度サイクルでのヒステリシスの大きさ(最大値)は5
.5%RH,ヒステリシスが生じる相対湿度は50%R
Hである。雰囲気の温度は25℃とし湿度は分流式の市
販精密湿度発生装置(神栄■製5RH−1型)によって
適宜変化させた。湿度設定値を15分間隔で段階的に変
化させたときの検出装置A、Bの出力(安定値)を第9
図の表に示す。同表から明らかなように、本実施例の変
換手段を備えた雰囲気検出装置は比較例よりも精度の高
い測定ができる。
The magnitude of hysteresis (maximum value) in a humidity cycle where the lower limit of the humidity sensing element is 10% RH and the upper limit is 90% RH is 5.
.. 5%RH, relative humidity at which hysteresis occurs is 50%R
It is H. The temperature of the atmosphere was 25° C., and the humidity was changed as appropriate using a commercially available split-flow type precision humidity generator (Model 5RH-1 manufactured by Shinyei Corporation). The outputs (stable values) of detection devices A and B when the humidity setting value is changed stepwise at 15 minute intervals are shown in the ninth column.
Shown in the table of figures. As is clear from the table, the atmosphere detection device equipped with the conversion means of this example can perform measurements with higher accuracy than the comparative example.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、感湿素子の感湿
特性にヒステリシスが生じる領域では複数の基準校正曲
線を用い、ヒステリシスを考慮した容量−相対湿度変換
法を採るようにしたため、ヒステリシスに起因する誤差
を小さくし、精度の高い相対湿度測定を行うことができ
る。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, in a region where hysteresis occurs in the humidity-sensitive characteristics of a humidity-sensitive element, a plurality of reference calibration curves are used and a capacitance-relative humidity conversion method that takes hysteresis into account is adopted. This makes it possible to reduce errors caused by hysteresis and perform highly accurate relative humidity measurements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る雰囲気検出装置に適用する容量変
化型感湿素子の構成例を示す図、第2図は容量変化型感
湿素子の他の構成例を示す図、第3図は第1図又は第2
図の容量変化型感湿素子の湿度特性を示す特性図、第4
図は容量変化型感湿素子による相対湿度の測定範囲の上
限値とヒステリシスの大きさとの関係を示す特性図、第
5図ないし第8図は本発明の・実施例の作用を説明する
ための図で、第5図はフローチャート、第6図は容量・
相対温度変換の際基準となる湿度特性の一例を示す特性
図、第7図は除湿過程におけるヒステリシスに基づく特
性曲線の補正方法を説明するための図、第8図は加湿過
程におけるヒステリシスに基づく特性曲線の補正方法を
説明するための図、第9図は具体例による相対湿度のf
il定値を比較例とともに示す図である。 2.4:上部及び下部電極、 3:上部及び下部電極とともに容量変化型感湿素子を構
成する感湿膜。 第1図(a) 第1図(b) 第2図(a) 第2図(b)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a capacitive humidity sensing element applied to the atmosphere detection device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another example of the configuration of the capacitive humidity sensing element, and FIG. Figure 1 or 2
Characteristic diagram showing the humidity characteristics of the capacitive humidity sensing element shown in Fig. 4.
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the upper limit of the measurement range of relative humidity by the capacitive humidity sensing element and the magnitude of hysteresis. Figure 5 is a flowchart, Figure 6 is a capacity and
A characteristic diagram showing an example of humidity characteristics that serve as a reference when converting relative temperature. Figure 7 is a diagram for explaining a method of correcting the characteristic curve based on hysteresis in the dehumidification process. Figure 8 is a diagram showing the characteristics based on hysteresis in the humidification process. A diagram for explaining the curve correction method, Figure 9 shows the relative humidity f according to a specific example.
It is a figure which shows il fixed value together with a comparative example. 2.4: Upper and lower electrodes; 3: Moisture-sensitive film that constitutes a capacitive humidity-sensitive element together with the upper and lower electrodes. Figure 1 (a) Figure 1 (b) Figure 2 (a) Figure 2 (b)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被検出対象である相対湿度により容量が変化する
容量変化型感湿素子と、予め求められた校正曲線により
前記容量変化型感湿素子の容量を相対湿度に変換すると
ともに感湿特性にヒステリシスが生じる領域では複数の
基準校正曲線により当該容量変化型感湿素子の容量を相
対湿度に変換する変換手段とを有することを特徴とする
雰囲気検出装置。
(1) A capacitive humidity sensing element whose capacitance changes depending on the relative humidity to be detected, and a calibration curve determined in advance to convert the capacitance of the capacitive humidity sensing element into relative humidity and to adjust the humidity sensitivity characteristics. 1. An atmosphere detection device comprising: converting means for converting the capacitance of the capacitive humidity sensing element into relative humidity using a plurality of reference calibration curves in a region where hysteresis occurs.
(2)前記変換手段は、検出時点以前の最も近い相対湿
度の極大値が感湿特性にヒステリシスが生じる相対湿度
より大きいとき、検出時点以前の最も近い相対湿度の極
小値と極大値および両極値の前後関係から基準校正曲線
を補正した校正曲線を求め、この補正校正曲線によって
容量変化型感湿素子の容量を相対湿度に変換するもので
あることを特徴とする請求項1記載の雰囲気検出装置。
(2) When the local maximum value of the relative humidity nearest before the detection time is larger than the relative humidity at which hysteresis occurs in the humidity sensitivity characteristic, the conversion means converts the minimum value, maximum value, and both extreme values of the relative humidity closest before the detection time. 2. The atmosphere detection device according to claim 1, wherein a calibration curve is obtained by correcting the standard calibration curve from the context of the above, and the capacitance of the capacitive humidity sensing element is converted into relative humidity using the corrected calibration curve. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1411350B1 (en) * 2002-10-18 2006-05-03 Siemens Schweiz AG method for measuring air humidity with capacitive humidity sensor
JP2018523819A (en) * 2015-07-28 2018-08-23 ピーピージー・インダストリーズ・オハイオ・インコーポレイテッドPPG Industries Ohio,Inc. Transparent material for spacecraft with moisture sensor

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