JPH0241704B2

JPH0241704B2 -

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Publication number: JPH0241704B2
Application number: JP57048415A
Authority: JP
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1990-09-19
Also published as: GB8307941D0; GB2117123B; JPS58165050A; US4522060A; DE3310327C2; GB2117123A; DE3310327A1

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、乾燥・結露・着霜の３状態をイン
ピーダンスの変化として検知する乾燥・結露・着
霜識別センサに関する。各種電気機器において湿度制御は重要な問題で
あるため、優れた湿度センサの開発が要望されて
いる。また、特定の装置においては、結露による
特性劣化の他に着霜による特性の劣化が問題とな
つている。たとえば冷凍機関係では着霜が起こる
と効率が低下するため、霜を除去することが必要
となる。そこで着霜状態を検出し得るセンサの開
発が望まれている。従来、結露センサとしては、たとえば結露によ
る抵抗値の変化を利用するものなど種々の形式の
センサが開発されている。他方、着霜センサとし
ては、共振体の共振周波数が霜の付着により変化
することを利用したものなどが開発されている。
しかしながら、単一の素子で、結露および着霜の
双方すなわち乾燥・結露・着霜の３状態を検出し
得るものは未だなかつた。したがつて、装置が、
乾燥・結露・着霜の３つ状態のいずれにあるかを
検出するには、少なくとも２個の独立した検出素
子が必要であり、装置を複雑化していた。それゆえに、この発明の主たる目的は、乾燥・
結露・着霜の３状態のいずれにあるかを正確に検
出し得るような乾燥・結露・着霜識別センサを提
供することである。この発明は、要約すれば、氷よりも小さな誘電
率を有しかつ水滴が付着したとき水滴中にイオン
を流出させる性質を有する検知素体と、この検知
素体の少なくとも一方面に接触して形成される１
対の電極とからなる複数個のセンサユニツトを備
え、各センサユニツトは、個々のセンサユニツト
に形成された各１対の電極が相互に対向するよう
に所定間隔を隔てて対向配置されていて、各セン
サユニツトに形成される１対の電極の一方は、こ
れと対向配置される１対の電極の一方と電気的に
接続されながら一方の端子へと導出され、他方、
各センサユニツトに形成される１対の電極の他方
は、これと対向配置される１対の電極の他方と電
気的に接続されながら他方の端子へと導出され
た、乾燥・結露・着霜識別センサである。この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。この発明は、乾燥・結露・着霜の３状態でイン
ピーダンスの変化する複数個のセンサユニツトを
利用するものである。第１図は、この発明に用い
られるセンサユニツトのインピーダンスの変化を
示す図である。第１図から明らかなように、この
発明に用いられるセンサユニツトのインピーダン
ス値は、乾燥状態で最大値を示し、着霜状態で乾
燥状態よりも相対的に小さな中間値を示し、結露
状態で最小値を示す。このようなインピーダンス
変化を示す複数個のセンサユニツトを所定間隔を
隔てて対向配置することにより、この発明の乾
燥・結露・着霜識別センサが得られる。この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの具体
的構造例を、第２図ないし第５図を参照して説明
することにより、この発明の原理を明確にする。
第２図を参照して、検知素体としてのセラミツク
板１，２が準備される。セラミツク板１の下面に
は、第４図に平面図で示されるような１対のくし
形対向電極３，４が形成されている。同様に、セ
ラミツク板２の上面にも１対のくし形対向電極
５，６が形成されている。くし形対向電極３，４
が形成されたセラミツク板１は、第４図の方向の
まま裏返して、第２図のＢ方向に移動させること
により、セラミツク板２に接近される。次に、予
め定められた間隔を隔てて、絶縁スペーサ７ａ，
７ｂにより対向配置される。この状態は第３図に
おいて縦断面図で示されている。第３図では特に
図示はされていないが、第２図から明らかなよう
に、一方のセラミツク板１のくし形対向電極３に
接続されたリード線３ａは、他方のセラミツク板
２のくし形対向電極６に接続されたリード線６ａ
と接続されており、これによりこの乾燥・結露・
着霜識別センサの一方の端子となるリード部８ａ
が構成される。同様に、セラミツク板１のくし形
対向電極４に接続されるリード線４ａと、セラミ
ツク板２のくし形対向電極５に接続されるリード
線５ａとが電気的に接続されて、乾燥・結露・着
霜識別センサの他方の端子となるリード部８ａを
構成する。このようにして、この発明の乾燥・結
露・着霜識別センサの一具体例が完成される。第
３図から明らかなように、一方のセラミツク板１
と、他方のセラミツク板２とは、所定の間隔を隔
てて対向配置されており、各セラミツク板１，２
に形成された１対のくし形対向電極が相互に対向
するように配置されている。くし形対向電極３と
くし形対向電極５、およびくし形対向電極４とく
し形対向電極６とは、それぞれ対向位置にある
が、対向する各くし歯の対向位置は真正面でも斜
め配置でもよい。第２図ないし第５図を参照して
説明された乾燥・結露・着霜識別センサの一具体
例では、セラミツク板１と１対のくし形対向電極
３，４で構成されるセンサユニツトと、セラミツ
ク板２と１対のくし形対向電極５，６で構成され
るセンサユニツトとが、所定間隔を隔てて対向配
置されているが、この所定の間隔すなわち空隙９
（第３図を参照されたい）の雰囲気が、乾燥・結
露および着霜のいずれの状態であるかを検出する
ことができる。まず、乾燥状態では空隙９には空気のみが存在
するため、リード部８ａとリード部８ｂとの間に
取出されるインピーダンスは、個々のセンサユニ
ツトにおけるくし形対向電極間のインピーダンス
に依存する。したがつて、リード部８ａおよび８
ｂの間のインピーダンスは、セラミツク板１およ
びセラミツク板２のインピーダンスに依存するこ
とになる。他方、結露状態では、各セラミツク板
１，２の内面（内面とは空隙９に面する面を言
う）に結露により水滴が付着する。ところで、セ
ラミツク板１，２は、後述されるように水滴が付
着した際にイオンを流出するような材料で構成さ
れているため、水滴中にイオンが流出し、イオン
伝導により電流が流れ得るため、各センサユニツ
トにおける１対のくし形対向電極間のインピーダ
ンスは、極めて小さくなる。特に、結露が甚しき
場合には、空隙９全体が水滴により満たされるこ
とになるため、リード部８ａと８ｂとの間は導通
状態となり、したがつて最も小さなインピーダン
スを示す。さらに、着霜状態では、霜が付着する
ため、空隙９は氷で満たされることになる。した
がつてリード部８ａとリード部８ｂとの間のイン
ピーダンスは、一方のセンサユニツト上の１対の
くし形対向電極間のインピーダンスと、他方のセ
ンサユニツト上における１対のくし形対向電極間
のインピーダンスと、双方のセンサユニツト間に
おける氷のインピーダンスとに依存する。ところ
で、個々のセンサユニツト上における１対のくし
形対向電極間のインピーダンスは、この発明の検
知素体としてのセラミツク板１，２が氷の誘電率
よりも小さな誘電率を有するため、リード部８ａ
とリード部８ｂとの間のインピーダンスは氷の誘
電率で主としてきまる。したがつて、着霜状態に
おける乾燥・結露・着霜識別センサのインピーダ
ンス、すなわちリード部８ａとリード部８ｂとの
間のインピーダンスは、乾燥状態におけるインピ
ーダンスの値よりもかなり小さくなる。以上のよ
うに、第２図ないし第５図を参照して説明された
具体的構造例では、乾燥・結露・着霜の３状態に
おいて、第１図は１点鎖線Ａで示されるようなイ
ンピーダンスの変化を示す。それゆえに、リード
部８ａと８ｂとの間のインピーダンスの変化によ
り、乾燥、結露および着霜のいずれの状態にある
かを検知することが可能となる。特に、各々のセ
ンサユニツトを対向させることによつて着霜状態
におけるインピーダンスの低下を大きくすること
が可能となる。上述された具体例は、この発明による乾燥・結
露・着霜識別センサの構造の一例にすぎず、様々
な変形が可能である。たとえば、検知素体として
のセラミツク板１，２上に検知素体に接触して形
成される１対の電極としては、第４図および第５
図に示されたようなくし形対向電極に限られず、
第６図および第７図に平面図で示されるような形
状の対向電極であつてもよく、その他様々な平面
形状の対向電極が用いられ得る。第６図、第７図
に示したものは、第６図のものをその方向のまま
裏返して、予め定められた間隔を隔てて対向配置
される。この例では第７図の対向電極の上に第６
図の対向電極が対称位置にくる。また、図示され
た構造例では、２個のセンサユニツトから構成さ
れる乾燥・結露・着霜識別センサのみが説明され
たが、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサで
は、３個の以上のセンサユニツトを備えていても
よい。３個以上のセンサユニツトからなる乾燥・
結露・着霜識別センサの場合には、中間に介在さ
れるセンサユニツトの検知素体の両面に１対の電
極が形成されることが好ましい。次に、この発明に用いられる検知素体につき説
明する。この発明に用いられる検知素体として
は、氷よりも小さな誘導率を有し、かつ結露状態
において水滴内にイオンを導出し得るものであれ
ばいかなる材料から構成されてもよい。具体的に
は、たとえばMgTiO₃、ZnTiO₃、FeTiO₃などの
イルメナイト型結晶構造からなるチタン複合酸化
物セラミクス、BaO−TiO₂−NdO_3/2系セラミク
ス、ステアタイト、フオルステライトなどのよう
にMgO・SiO₂を主として含むセラミクス系など
が用いられ得る。イルメナイト型結晶構造からな
るチタン複合酸化物を主体とするセラミクスの場
合には、特性に悪影響を与えない程度の他の結晶
構造、たとえばペロブスカイト型、スピネル型、
パイロクロア型、タングステンブロンズ型などの
セラミクスを１種または複数種混合させてもよ
い。さらに、たとえば粘土、希土類、TiO₂、
SiO₂、Bi₂O₃、ZnO、Fe₂O₃、Sb₂O₃、MnCO₃、
WO₃などのような無機化合物からなる添加物を
加えてもよい。また、他の結晶系セラミクスにつ
いても、セラミクス化のための種々の添加物の共
存はイルメナイト型結晶構造からなるチタン複合
酸化物について述べたと同様に許される。実施例１長さ40mm×幅６mm×厚さ0.8mmの大きさの２枚
のFgTiO₃−CaTiO₃系セラミクス板を準備した。
このセラミクスは公知の方法で焼成して得られた
ものである。各セラミクス板の表面に、対向くし
型金電極を焼き付けにより形成した。電極の大き
さは対向長7.2mmで、電極間隔は0.4mmとした。次
に、各セラミクス板の電極が形成された面を内側
にして、0.3mmの間隔に対向配置させた。このようにして構成された乾燥・結露・着霜識
別センサについて、乾燥、結露および着霜の各状
態におけるインピーダンスを、1V（100Hz）の電
圧を印加することにより測定した。結果、乾燥状
態では110MΩ、結露状態では12KΩ、着霜状態で
は10MΩの値を示した。したがつて、乾燥、結露
および着霜の３状態を極めて正確に区別し得るこ
とが理解される。なお、結露状態と乾燥状態との変化を１サイク
ルとして、1500サイクルの通電テストを行なつた
後においても、乾燥状態から結露状態へのインピ
ーダンス変化に差は認められなかつた。したがつ
て、この実施例の乾燥・結露・着霜識別センサが
極めて安定なものであり、かつ長年の使用に耐え
得るものであることが理解される。以上のように、この発明によれば、氷よりも小
さな誘電率を有する検知素体と、この検知素体の
少なくとも一方面に接触して形成される１対の電
極とからなる複数個のセンサユニツトを備え、各
センサユニツトの１対の電極間インピーダンス
は、乾燥・結露・着霜の３状態で変化し、乾燥状
態で最大値を示し、結露状態で最小値を示し、着
霜状態で中間値を示し、各センサユニツトは、
個々のセンサユニツトに形成された各１対の電極
が相互に対向するように所定間隔を隔てて対向配
置されているため、乾燥・結露・着霜識別センサ
を含む雰囲気が乾燥、結露および着霜の３状態の
いずれにあるかを正確に検出することが可能であ
り、しかも単一のセンサで達成し得るため湿度制
御の必要とされる装置を単純な装置とすることが
可能である。次に、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサ
を用いる結露・着霜検知装置につき説明する。第８図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別セ
ンサを用いる結露・着霜検知装置の一例を説明す
るためのブロツク図である。第８図を参照して、
この装置は、この発明の乾燥・結露・着霜識別セ
ンサを含む検知部１０、検知部１０の出力が与え
られる２個の比較回路１１，１２、比較回路１１
に比較信号としての第１基準レベル信号を入力す
る第１基準レベル設定手段１３、比較回路１２の
比較信号としての第２基準レベル信号を入力する
第２基準レベル設定手段１４および比較回路１
１，１２の出力により乾燥・結露・着霜の３状態
を判別する判別回路１５（第８図において１点鎖
線で囲まれた部分）から構成される。検知部１０は、この発明の乾燥・結露・着霜識
別センサを含み、乾燥・結露・着霜の３状態で第
１図のように変化するインピーダンスに対応した
信号を出力する。検知部１０の出力は、第１の比
較手段としての比較回路１１および第２の比較手
段としての第２の比較回路１２に与えられる。第
１の比較回路１１には、第１基準レベル設定手段
により第１基準レベル信号が入力される。この信
号の持つ第１基準レベルは、第１図から明らかな
ように、結露状態における検知部１０のインピー
ダンスと着霜状態における検知部１０のインピー
ダンスとの間に設定される。第１の比較回路１１
は、検知部１０のインピーダンスと第１基準レベ
ルとを比較し、検知部１０のインピーダンスの方
が大きい場合にハイレベルの信号を出力し、検知
部１０のインピーダンスの方が小さい場合にはロ
ーレベルの出力信号を出力する。他方、第２の比
較回路１２には、第２基準レベル設定手段より第
２基準レベル信号が入力される。この信号の持つ
第２基準レベルは、第１図から明らかなように、
乾燥状態における検知部１０のインピーダンスと
着霜状態における検知部１０のインピーダンスと
の間の値に設定される。したがつて、第２の比較
回路１２は、検知部１０のインピーダンスと第２
基準レベルとを比較し、検知部１０のインピーダ
ンスの方が大きい場合にハイレベルの信号を、逆
の場合にはローレベルの信号を出力する。このように、第１および第２の比較回路１１，
１２は、検知部１０のインピーダンスの変化に応
じて、ハイレベルまたはローレベルの信号を出力
する。この各比較回路１１，１２の出力は、第１
図に示された関係から明らかなように、次に掲げ
る第１表に示される。第１表においては、Ｈはハ
イレベルの信号を、Ｌはローレベルの信号を、そ
れぞれ示す。

【表】比較回路１１，１２の出力は、判別回路１５に
与えられる。判別回路１５は、２個のインバータ
I₁，I₂および３個のノアゲートG₁，G₂，G₃から構
成される。第１の比較回路１１の出力は、インバ
ータI₁の入力端子およびノアゲートG₃の一方入力
端子に与えられる。インバータI₁の出力は、ノア
ゲートG₁，G₂の各一方入力端子に与えられる。
他方、第２の比較回路１２の出力は、インバータ
I₂の入力端子、ノアゲートG₂の他方端子およびノ
アゲートG₃の他方入力端子に与えられる。イン
バータI₂の出力は、ノアゲートG₁の他方入力端子
に与えられる。なお、この判別回路１５は植論理
を採用している。以上のように構成される判別回路１５は、乾
燥、結露および着霜の３状態を次のように判別す
る。今、乾燥状態では、第１表から明らかなよう
に、比較回路１１，１２はともにハイレベルの信
号を出力する。第１の比較回路１１からのハイレ
ベルの信号はインバータI₁およびノアゲートG₃に
与えられる。インバータI₁に入力されたハイレベ
ルの信号は、ローレベルの信号に反転されて、ノ
アゲートG₁およびG₂に与えられる。他方、第２
の比較回路１２からのハイレベルの信号は、イン
バータI₂、ノアゲートG₂およびノアゲートG₃に
与えられる。インバータI₂に入力されたハイレベ
ルの信号は、ローレベルの信号に反転されてノア
ゲートG₁に与えられる。以上のように、乾燥状
態では、ノアゲートG₁のみが、その双方の入力
端子にローレベルの信号を入力される。したがつ
て、ノアゲートG₁のみがハイレベルの信号を出
力する。同様に、検知部１０が着霜状態にあると
きは、第１表から明らかなように、第１の比較回
路１１はハイレベルの信号を出力し、第２の比較
回路１２がローレベルの信号を出力するため、ノ
アゲートG₂のみが、その双方の入力端子にロー
レベルの信号を入力される。したがつて、ノアゲ
ートG₂のみがハイレベルの信号を出力する。ま
た、検知部１０が結露状態にあるときは、第１お
よび第２の比較回路１１，１２は、ともにローレ
ベルの信号を出力するため、ノアゲートG₃のみ
に、その双方の入力端子がローレベルの信号を入
力されるので、ノアゲートG₃のみがハイレベル
の信号を出力する。以上の説明から明らかなように、乾燥状態では
ノアゲートG₁が信号を出力し、着霜状態ではノ
アゲートG₂が信号を出力し、結露状態ではノア
ゲートG₃が信号を出力する。したがつて、乾燥、
結露および着霜の３状態を判別することが可能と
なる。第９図は、第８図に示された結露、着霜検知装
置をより具体的に説明するための回路図であり、
第１０図および第１１図は第９図の回路の動作を
説明するための図である。第９図に示される回路は、この発明の乾燥・結
露・着霜識別センサ２０、MOS−FET２６、コ
ンパレータ２１，２２および第８図に示されたも
のと同様の判別回路２５（第９図で１点鎖線で示
された部分）を基本的構成要素とする。乾燥・結
露・着霜識別センサ２０は、第１図のように、乾
燥、結露および着霜の３状態でそのインピーダン
スが変化する。乾燥・結露・着霜識別センサ２０
のインピーダンス変化は電圧の変化として、
MOS−FET２６のゲート端子に入力される。こ
の入力は、MOS−FET２６で増幅・反転され
て、コンパレータとしてのオペレーシヨンアンプ
２１，２２に入力される。各オペレーシヨンアン
プ２１，２２には、可変抵抗２３，２４より第１
および第２の基準レベル電圧がそれぞれ入力され
る。オペレーシヨンアンプ２１，２２の出力は、
判別回路２５に与えられる。判別回路２５の構成
は、第６図に示された判別回路１５と同様である
ため、相当の参照番号を付することによりその説
明を省略する。このように構成される第９図の回路では、乾
燥、結露および着霜の３状態で、乾燥・結露・着
霜識別センサ２０のインピーダンスが変化するた
め、乾燥・結露・着霜識別センサ２０はインピー
ダンスの変化に対応した電圧変化を出力する。第
９図の回路の接続点Ｘにおける電圧の変化が、第
１０図に示される。乾燥・結露・着霜識別センサ
２０よりの出力電圧は、MOS−FET２６で増
幅・反転されて出力される。この出力電圧すなわ
ち第９図の接続点Ｙにおける電圧は、第１１図に
示される。第１１図から明らかなように、接続点
Ｙにおける出力電圧は、乾燥状態で最大値を示
し、結露状態で最小値を示し、着霜状態で中間値
となる。MOS−FET２６の出力電圧は、オペレ
ーシヨンアンプ２１，２２に入力される。他方、
各オペレーシヨンアンプ２１，２２には可変抵抗
２３，２４によりレベル設定された第１および第
２の基準レベル電圧が入力される。第１および第
２の基準レベル電圧は第１１図に示されるような
値に選ばれる。すなわち、第１の基準レベル電圧
は着霜状態における出力電圧と結露状態における
出力電圧との間の値に選ばれ、第２の基準レベル
電圧は乾燥状態における出力電圧と着霜状態にお
ける出力電圧との間の値に選ばれる。各オペレー
シヨンアンプ２１，２２は、MOS−FET２６の
出力電圧と、第１基準レベル電圧または第２基準
レベル電圧とをそれぞれ比較する。したがつて、
乾燥・結露・着霜識別センサ２０のインピーダン
ス変化は、電圧変化として比較される。各オペレ
ーシヨンアンプ２１，２２は、MOS−FET２６
の出力電圧の方が大きい場合にはハイレベルの信
号を出力し、逆の場合にはローレベルの信号を出
力する。オペレーシヨンアンプ２１，２２の出力
信号は、第８図の比較回路１１，１２について示
された第１表の出力真理値と同様になる。各オペ
レーシヨンアンプ２１，２２の出力信号は判別回
路２５に入力されるが、判別回路２５の動作につ
いては、第８図の判別回路１５と同様であるため
その説明を省略する。なお、第８図および第９図に示された各回路
は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサを用
いた結露・着霜検知装置の単なる一例にすぎず、
したがつて第１および第２の比較回路ならびに判
別回路については、当業者が容易に想到し得る範
囲で様々に変形し得ることを指摘しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に用いられる検知素体とし
てのセラミクスの乾燥、結露および着霜状態にお
けるインピーダンスの変化を示す図である。第２
図ないし第５図は、この発明の乾燥・結露・着霜
の一具体例を説明するための各図であり、第２図
は製造工程を示す斜視図、第３図は乾燥・結露・
着霜識別センサの縦断面図、第４図および第５図
は１対の電極パターンを説明するための平面図で
ある。第６図および第７図は、この発明の他の具
体例における１対の電極の電極パターンを示す平
面図である。第８図はこの発明の乾燥・結露・着
霜識別センサを利用した結露・着霜検知装置の一
例のブロツク図であり、第９図は第８図にブロツ
ク図で示された結露・着霜検知装置の具体的な回
路図である。第１０図は、第９図の回路の接続点
Ｘにおける出力電圧を示す図である。第１１図
は、第９図の回路の接続点Ｙにおける出力電圧を
示す図である。図において、１，２は検知素体としてのセラミ
ツク板、３，４，５，６は１対の電極としてのく
し形対向電極、２０は乾燥・結露・着霜識別セン
サを示す。

Claims

【特許請求の範囲】１氷よりも小さな誘電率を有しかつ水滴が付着
したとき水滴中にイオンを流出させる性質を有す
る検知素体と、この検知素体の少なくとも一方面
に接触して形成される１対の電極とからなる複数
個のセンサユニツトを備え、前記各センサユニツトは、個々のセンサユニツ
トに形成された各１対の電極が相互に対向するよ
うに所定間隔を隔てて対向配置されていて、前記各センサユニツトに形成される１対の電極
の一方は、これと対向配置される１対の電極の一
方と電気的に接続されながら一方の端子へと導出
され、他方、前記各センサユニツトに形成される
１対の電極の他方は、これと対向配置される１対
の電極の他方と電気的に接続されながら他方の端
子へと導出された、乾燥・結露・着霜識別センサ。