JPH0244021B2 - - Google Patents
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- JPH0244021B2 JPH0244021B2 JP56129970A JP12997081A JPH0244021B2 JP H0244021 B2 JPH0244021 B2 JP H0244021B2 JP 56129970 A JP56129970 A JP 56129970A JP 12997081 A JP12997081 A JP 12997081A JP H0244021 B2 JPH0244021 B2 JP H0244021B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は湿度検知装置に関するものである。
湿度検知装置は、湿度の変化によつて敏感に作
用し、電気的信号として検出するものである。
用し、電気的信号として検出するものである。
周知のように、最近、産業界全般にシステム化
が進み、そのため、各種のセンサと、その検知装
置の開発が要望されている。その中でも特に、湿
度検知装置の開発が要望されている。しかし、各
種の用途においては、広い範囲の温度条件下にお
ける雰囲気の湿度を精度よく安定に計測すること
が必要である。このように高精度、高信頼性の湿
度検知装置は、これまでのところ、得られていな
い。このようにシステム化に必要な湿度検知装置
の開発がむずかしいのは、湿度検知素子が湿度だ
けでなく、温度変化によつても影響を受けるから
である。また、検知方法によつては直流分極など
により、湿度検出機能が劣化するからである。
が進み、そのため、各種のセンサと、その検知装
置の開発が要望されている。その中でも特に、湿
度検知装置の開発が要望されている。しかし、各
種の用途においては、広い範囲の温度条件下にお
ける雰囲気の湿度を精度よく安定に計測すること
が必要である。このように高精度、高信頼性の湿
度検知装置は、これまでのところ、得られていな
い。このようにシステム化に必要な湿度検知装置
の開発がむずかしいのは、湿度検知素子が湿度だ
けでなく、温度変化によつても影響を受けるから
である。また、検知方法によつては直流分極など
により、湿度検出機能が劣化するからである。
湿度検知素子として、Cr2O3を主成分とする素
子があるが、単一素子で、温度依存性のない感湿
特性を示す感湿素子は得られていない。すでに明
らかなように、一般に金属酸化物系の素子におい
ては、水分分子に対する吸着エネルギーが非常に
小さいため、湿度検知の場合、水分吸脱着現象に
よつて抵抗値変化を示し、電気抵抗として検出す
ることができるものである。したがつて、温度変
化があれば、水分分子に対する吸着エネルギーが
変化し、感湿抵抗特性が変わるのである。以上の
理由から従来の湿度検知装置では、サーミスタな
どの温度検知素子を用い、雰囲気の温度を検知
し、感湿特性の温度補償を行い、雰囲気の湿度計
測を実現していた。
子があるが、単一素子で、温度依存性のない感湿
特性を示す感湿素子は得られていない。すでに明
らかなように、一般に金属酸化物系の素子におい
ては、水分分子に対する吸着エネルギーが非常に
小さいため、湿度検知の場合、水分吸脱着現象に
よつて抵抗値変化を示し、電気抵抗として検出す
ることができるものである。したがつて、温度変
化があれば、水分分子に対する吸着エネルギーが
変化し、感湿抵抗特性が変わるのである。以上の
理由から従来の湿度検知装置では、サーミスタな
どの温度検知素子を用い、雰囲気の温度を検知
し、感湿特性の温度補償を行い、雰囲気の湿度計
測を実現していた。
このように従来の湿度検知装置は、湿度検知素
子とは別に温度検知装置を設けて温度補償を行う
ため、温度検出素子と湿度検出素子が２個必要で
ある。
子とは別に温度検知装置を設けて温度補償を行う
ため、温度検出素子と湿度検出素子が２個必要で
ある。
そのために、素子２個分の検知スペースを必要
とし、検知部分を小形化する上で制約があつた。
さらには、湿度、温度の検知素子のリード線を含
めて、２系統の検知回路が必要である。
とし、検知部分を小形化する上で制約があつた。
さらには、湿度、温度の検知素子のリード線を含
めて、２系統の検知回路が必要である。
以上の背景から、本発明は、同一の単一検知素
子で温度情報と湿度情報を検知し、これによつて
得られた温度情報で湿度情報を温度補償して、よ
り正確な湿度検知をすることを目的とし具体的に
は従来のインピーダンス検知式に比較して本願は
同一の単一検知素子で、検知回路までのリード線
は１系統の回路配線で良く、簡単な結線で温度補
償ができるところが大きな特徴であり全く新しい
湿度検知装置を提供する。
子で温度情報と湿度情報を検知し、これによつて
得られた温度情報で湿度情報を温度補償して、よ
り正確な湿度検知をすることを目的とし具体的に
は従来のインピーダンス検知式に比較して本願は
同一の単一検知素子で、検知回路までのリード線
は１系統の回路配線で良く、簡単な結線で温度補
償ができるところが大きな特徴であり全く新しい
湿度検知装置を提供する。
すなわち、本発明は、温度依存性誘電体磁器素
子と抵抗器との直列接続体に正弦波電圧を印加
し、前記抵抗器の分圧電圧の定常値を電圧検出器
で検出するとともに、正弦波電圧を基準として前
記分圧電圧との位相差を位相検出器で検出し、こ
の位相検出器と電圧検出器とでそれぞれ検出した
位相差値と分圧電圧値とを演算させ、自己温度補
償して湿度検知する新しい湿度検知装置を実現し
たものである。
子と抵抗器との直列接続体に正弦波電圧を印加
し、前記抵抗器の分圧電圧の定常値を電圧検出器
で検出するとともに、正弦波電圧を基準として前
記分圧電圧との位相差を位相検出器で検出し、こ
の位相検出器と電圧検出器とでそれぞれ検出した
位相差値と分圧電圧値とを演算させ、自己温度補
償して湿度検知する新しい湿度検知装置を実現し
たものである。
温度と湿度の変化は、それぞれ誘電率の大きな
温度依存性と、水蒸気吸着あるいはガス吸着によ
る誘電損失（誘電正接）の変化により、検知する
ものである。したがつて、誘電率の変化を静電容
量変化の形で検知して温度を計測し、誘電正接の
変化を位相変化の形で検出して相対湿度を検出
し、得られたそれぞれの検出信号で、温度補償し
た正確な相対湿度を検出することができる。
温度依存性と、水蒸気吸着あるいはガス吸着によ
る誘電損失（誘電正接）の変化により、検知する
ものである。したがつて、誘電率の変化を静電容
量変化の形で検知して温度を計測し、誘電正接の
変化を位相変化の形で検出して相対湿度を検出
し、得られたそれぞれの検出信号で、温度補償し
た正確な相対湿度を検出することができる。
具体的に述べると、本発明における温度依存性
誘電体素子は素子に加える印加電圧が高周波
（10kHz）以上になると、次の大きな双極子能率
により、素子に吸着した水分による誘電率の影響
がほとんどなくなる。すなわち、温度検知の場
合、温度依存性誘電体の表面あるいはバルクの孔
に吸着した水分によつて生じる静電容量の影響は
なくなる。そして、吸着した水分に応じて誘電損
失は増大し、誘電正接として変化する。発明者ら
が温度依存性誘電体を磁器または膜の形にして調
べた結果、素子表面またはバルク内部の孔に水分
が吸着し、この水分が誘電分散による誘電正接の
増加に関係することが判明した。特に磁器および
膜の形の場合に相対湿度変化による誘電正接の変
化の割合が大きい。すなわち、感湿感度が高いの
である。
誘電体素子は素子に加える印加電圧が高周波
（10kHz）以上になると、次の大きな双極子能率
により、素子に吸着した水分による誘電率の影響
がほとんどなくなる。すなわち、温度検知の場
合、温度依存性誘電体の表面あるいはバルクの孔
に吸着した水分によつて生じる静電容量の影響は
なくなる。そして、吸着した水分に応じて誘電損
失は増大し、誘電正接として変化する。発明者ら
が温度依存性誘電体を磁器または膜の形にして調
べた結果、素子表面またはバルク内部の孔に水分
が吸着し、この水分が誘電分散による誘電正接の
増加に関係することが判明した。特に磁器および
膜の形の場合に相対湿度変化による誘電正接の変
化の割合が大きい。すなわち、感湿感度が高いの
である。
したがつて、本発明の湿度検知装置は、温度依
存性誘電体素子と抵抗器との直列体に正弦波電圧
を印加して、分圧電圧の定常値と前記正弦波電圧
に対する分圧電圧の位相差とをそれぞれ計測して
素子の温度―静電容量特性と湿度―誘電正接特性
から、温度補償した正確な相対湿度を得るもので
ある。
存性誘電体素子と抵抗器との直列体に正弦波電圧
を印加して、分圧電圧の定常値と前記正弦波電圧
に対する分圧電圧の位相差とをそれぞれ計測して
素子の温度―静電容量特性と湿度―誘電正接特性
から、温度補償した正確な相対湿度を得るもので
ある。
以下に本発明の一実施例について、図面を用い
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
第１図にこの実施例において使用される温度依
存性誘電体素子の構造の一例を示す。第１図Ａは
バルク形の温度依存性誘電体１の両面に電極２，
３をそれぞれ設けた構造の素子を示し、同図Ｂは
基板６上に形成された膜形の温度依存性誘電体１
の一方の面に櫛歯状の電極２，３を設けた構造の
素子をそれぞれ示す。電極２，３にはそれぞれリ
ード線４，５が接続されている。
存性誘電体素子の構造の一例を示す。第１図Ａは
バルク形の温度依存性誘電体１の両面に電極２，
３をそれぞれ設けた構造の素子を示し、同図Ｂは
基板６上に形成された膜形の温度依存性誘電体１
の一方の面に櫛歯状の電極２，３を設けた構造の
素子をそれぞれ示す。電極２，３にはそれぞれリ
ード線４，５が接続されている。
温度依存性誘電体１は上述のようにバルク形で
あつても、膜形であつてもよいものであるが、以
下の説明ではバルク形の素子を例にあげて説明す
る。
あつても、膜形であつてもよいものであるが、以
下の説明ではバルク形の素子を例にあげて説明す
る。
まず、温度依存性誘電体素子の製造手順の一例
について述べる。
について述べる。
磁器の出発原料として、TiO2，BaCO3，
SrCO3を用い、これらを所定の割合に配合し、メ
ノウボール入りポツトミルで湿式混合した。得ら
れた混合物を乾燥させてから40mm×40mm×10mmの
寸法に成形し、空気中において1200℃で２時間仮
焼してから、それを粉砕した。このようにして得
られた粉末を４mm×４mm×0.25の寸法に成形し、
空気中において1250℃で２時間焼成して磁器化さ
せ、Ba0.6Sr0.4TiO3の磁器を得た。
SrCO3を用い、これらを所定の割合に配合し、メ
ノウボール入りポツトミルで湿式混合した。得ら
れた混合物を乾燥させてから40mm×40mm×10mmの
寸法に成形し、空気中において1200℃で２時間仮
焼してから、それを粉砕した。このようにして得
られた粉末を４mm×４mm×0.25の寸法に成形し、
空気中において1250℃で２時間焼成して磁器化さ
せ、Ba0.6Sr0.4TiO3の磁器を得た。
同様な方法でBaTiO3，SrTiO3，Ba1-x
SrxTiO3（ただしＯ＜ｘ＜１）、MgTiO3，
CaTiO3，KTaO3，PbHfO3，LiTaO3，
LiNbO3，BaZrO3，CaZrO3，SrZrO3，
MgZrO3，PbZrO3，NaNbO3，KNbO3，
PbTiO3のペロブスカイト形構造系、スピネル形
構造系、パイロクロア形構造系、ホルステライト
系、ステアタイト系、金属単体酸化物系磁器など
を得ることができる。また、膜の場合、スパツタ
法、蒸着法、スクリーン印刷法などにより基板の
上に膜を形成し、同様に各種組成の膜を得ること
ができる。
SrxTiO3（ただしＯ＜ｘ＜１）、MgTiO3，
CaTiO3，KTaO3，PbHfO3，LiTaO3，
LiNbO3，BaZrO3，CaZrO3，SrZrO3，
MgZrO3，PbZrO3，NaNbO3，KNbO3，
PbTiO3のペロブスカイト形構造系、スピネル形
構造系、パイロクロア形構造系、ホルステライト
系、ステアタイト系、金属単体酸化物系磁器など
を得ることができる。また、膜の場合、スパツタ
法、蒸着法、スクリーン印刷法などにより基板の
上に膜を形成し、同様に各種組成の膜を得ること
ができる。
上述のようにして得た温度依存性磁器誘電体１
の両面にRuO2系ペースト電極を塗布して800℃で
焼付て電極２，３とした。なお、電極は、Pt系、
Ag系、Au系であつてもよい。次に、イリジウム
を10重量％を含む太さ0.15mmの白金リード線４，
５を電極２，３にそれぞれRuO2系ペーストを用
いて空気中において800℃で焼付けて取付け、温
度依存性誘電体素子とした。
の両面にRuO2系ペースト電極を塗布して800℃で
焼付て電極２，３とした。なお、電極は、Pt系、
Ag系、Au系であつてもよい。次に、イリジウム
を10重量％を含む太さ0.15mmの白金リード線４，
５を電極２，３にそれぞれRuO2系ペーストを用
いて空気中において800℃で焼付けて取付け、温
度依存性誘電体素子とした。
第２図は、前述のようにして作製したBa0.6
Sr0.4TiO3系ペロブスカイト系構造の磁器を用い
た温度依存性誘電体素子７を温度500℃程度に加
熱できるように、コイル状に形成した抵抗発熱体
８内に配置した構造を示す。この抵抗発熱体８は
温度依存性誘電体素子７が空気中の油成分や塵埃
などによつて汚染した場合、油成分や塵埃などの
付着物を加熱燃焼除去させるために設けたもので
ある。素子７と発熱体８とは、絶縁支持基板９に
植設されているリード端子１０，１１、同１２，
１３にそれぞれ接続されて支持されている。
Sr0.4TiO3系ペロブスカイト系構造の磁器を用い
た温度依存性誘電体素子７を温度500℃程度に加
熱できるように、コイル状に形成した抵抗発熱体
８内に配置した構造を示す。この抵抗発熱体８は
温度依存性誘電体素子７が空気中の油成分や塵埃
などによつて汚染した場合、油成分や塵埃などの
付着物を加熱燃焼除去させるために設けたもので
ある。素子７と発熱体８とは、絶縁支持基板９に
植設されているリード端子１０，１１、同１２，
１３にそれぞれ接続されて支持されている。
この構造以外にも、直熱形として、少なくとも
いずれか一方の電極を発熱体材料で構成してお
き、この電極に電流を流して、素子を発熱させる
構造としてもよい。
いずれか一方の電極を発熱体材料で構成してお
き、この電極に電流を流して、素子を発熱させる
構造としてもよい。
第３図はこのBa0.6Sr0.4TiO3系素子の温度―静
電容量特性を示し、第４図はその20℃と50℃にお
ける相対湿度―誘電正接特性を示す。
電容量特性を示し、第４図はその20℃と50℃にお
ける相対湿度―誘電正接特性を示す。
第５図は本発明の湿度検知装置の一実施例のブ
ロツク図である。
ロツク図である。
図において、２１は加熱用電源で、抵抗発熱体
８に給電し、温度依存性誘電体素子７を500℃以
上に加熱し、素子７に付着している油成分などを
加熱燃焼除去するためのものである。なお、２２
はスイツチである。
８に給電し、温度依存性誘電体素子７を500℃以
上に加熱し、素子７に付着している油成分などを
加熱燃焼除去するためのものである。なお、２２
はスイツチである。
２３は正弦波電圧源であり、温度依存性誘電体
素子７に正弦波電圧を供給するためのものであ
る。２４はコンデンサ（容量値C1）であり、正
弦波電圧源２３の発振電圧の位相を90゜進ませた
電圧源を得て基準電圧とするためのものである。
２５はコンデンサ２４に流れる電流を電圧に変換
するための抵抗器（抵抗値R2）である。２６は
温度依存性誘電体素子７（インピーダンス値Z1）
を電圧に変換するための抵抗器（抵抗値R1、た
だしＲ≪Z1）である。２７は電圧検出器であり、
温度依存性誘電体素子７のインピーダンスを検出
するためのものである。２８は抵抗器２４，２５
の両端電圧の位相差を検出するための位相検出器
である。２８は演算回路で、電圧検出器２６によ
つて得られた信号と位相検出器２７とによつて得
られた信号を温度情報Ｓと湿度情報Ｒに変換し、
アナログ信号もしくはデイジタル信号に変換し、
表示するためのものである。また、この演算回路
２９はそれぞれ検知した信号で自己温度補償し、
より精度の高い湿度検出を行うものである。
素子７に正弦波電圧を供給するためのものであ
る。２４はコンデンサ（容量値C1）であり、正
弦波電圧源２３の発振電圧の位相を90゜進ませた
電圧源を得て基準電圧とするためのものである。
２５はコンデンサ２４に流れる電流を電圧に変換
するための抵抗器（抵抗値R2）である。２６は
温度依存性誘電体素子７（インピーダンス値Z1）
を電圧に変換するための抵抗器（抵抗値R1、た
だしＲ≪Z1）である。２７は電圧検出器であり、
温度依存性誘電体素子７のインピーダンスを検出
するためのものである。２８は抵抗器２４，２５
の両端電圧の位相差を検出するための位相検出器
である。２８は演算回路で、電圧検出器２６によ
つて得られた信号と位相検出器２７とによつて得
られた信号を温度情報Ｓと湿度情報Ｒに変換し、
アナログ信号もしくはデイジタル信号に変換し、
表示するためのものである。また、この演算回路
２９はそれぞれ検知した信号で自己温度補償し、
より精度の高い湿度検出を行うものである。
以上の各ブロツクの機能について説明したが、
次にその動作について説明する。
次にその動作について説明する。
この湿度検知装置でば、温度依存性誘電体素子
７と直列に抵抗器２６との直列接続体に正弦波電
圧源２３により正弦波電圧を印加し、抵抗器２６
の端子間電圧の定常値を電圧検出器２７で検出す
る。一方、この正弦波電圧はコンデンサ２４と抵
抗器２５との直列接続体にも印加されており、こ
の抵抗器２５の端子間に得られる電圧を基準とし
て、抵抗器２６の端子間電圧との位相差を位相検
出器２８で検出する。この装置は、前述のように
して検出した位相差値と分圧電圧値により、自己
温度補償して湿度検知を行うものである。
７と直列に抵抗器２６との直列接続体に正弦波電
圧源２３により正弦波電圧を印加し、抵抗器２６
の端子間電圧の定常値を電圧検出器２７で検出す
る。一方、この正弦波電圧はコンデンサ２４と抵
抗器２５との直列接続体にも印加されており、こ
の抵抗器２５の端子間に得られる電圧を基準とし
て、抵抗器２６の端子間電圧との位相差を位相検
出器２８で検出する。この装置は、前述のように
して検出した位相差値と分圧電圧値により、自己
温度補償して湿度検知を行うものである。
温度依存性誘電体素子１のインピーダンスを前
述のようにZ1とし、これに流れる電流をi1とする
とZ1（Ω）は次式で表わされる。
述のようにZ1とし、これに流れる電流をi1とする
とZ1（Ω）は次式で表わされる。
Z1＝Ｅ／i1 ……(1)
ただし、Ｅは発振器２３の出力電圧である。
そのときの、抵抗器２５の端子間電圧E1（Ｖ）
は次式のとおりとなる。
は次式のとおりとなる。
E1＝R1i1 ……(2)
(1)，(2)式より、素子１のインピーダンスZ1を求
めると、次式のようになる。
めると、次式のようになる。
Z1＝１／E1R1E ……(3)
前記インピーダンスZ1は素子１の静電容量CSと
誘電正接（tanδ）成分とによつて決まる。
誘電正接（tanδ）成分とによつて決まる。
すなわちZ1は、次式で与えられる。
tanδが小さいときには、(4)式は次式で近似でき
る。
る。
Z1＝１／ωCs ……(5)
たとえばtanδ＝0.1であるとき、Z1は１％の誤
差にしかならない。
差にしかならない。
素子１の静電容量Cs(F)は(3)，(5)式より次式で表
わされる。
わされる。
Cs＝E1／ωR1E ……(6)
ω，R1，Ｅは一定であるから、ａ＝１／ωR1Eと
すると、(6)式は次式 Cs＝aE1 ……(7) これから素子１の静電容量CsがE1に比例する
ことがわかる。前記(7)式で求めた温度依存性誘電
体素子１の静電容量Csと第３図に示した静電容量
特性から、そのときの温度を得ることができる。
すると、(6)式は次式 Cs＝aE1 ……(7) これから素子１の静電容量CsがE1に比例する
ことがわかる。前記(7)式で求めた温度依存性誘電
体素子１の静電容量Csと第３図に示した静電容量
特性から、そのときの温度を得ることができる。
前述した各種温度依存性誘電体素子は、ある温
度区間において、温度の変化とともにほぼ直線的
にその静電容量が変化する。たとえば、第３図の
特性の素子の静電容量Cs(F)は、次式で表わすこと
ができる。
度区間において、温度の変化とともにほぼ直線的
にその静電容量が変化する。たとえば、第３図の
特性の素子の静電容量Cs(F)は、次式で表わすこと
ができる。
Cs＝−bT＋C0 ……(8)
ただし、−ｂは温度変化に対する素子１の静電
容量変化率、C0は温度０℃のときの素子１の静
電容量、Ｔは検出温度である。
容量変化率、C0は温度０℃のときの素子１の静
電容量、Ｔは検出温度である。
したがつて、温度Ｔ（℃）は、(7)，(8)点より、
次式で表わされる。
次式で表わされる。
Ｔ＝−Cs＋C0／ｂ
＝−aE1＋C0／ｂ＝−ａ／ｂE1＋C0／ｂ ……(9)
すなわち、抵抗器２６の端子間電圧を電圧検出
器２６により検出した電圧信号を(9)式に代入する
ことによつてただちに温度が求まるのである。
器２６により検出した電圧信号を(9)式に代入する
ことによつてただちに温度が求まるのである。
次に、抵抗器２６の分圧電圧と発振器２３の正
弦波電圧を基準とする電圧位相差を検出すること
について説明する。
弦波電圧を基準とする電圧位相差を検出すること
について説明する。
この実施例では、正弦波電圧Ｅをコンデンサ２
４と抵抗器２５によつて分圧し、この分圧電圧と
抵抗器２６の分圧電圧との位相差を検出する。
４と抵抗器２５によつて分圧し、この分圧電圧と
抵抗器２６の分圧電圧との位相差を検出する。
たとえば、条件R1＝R2，R1≪Z1，R2≪１／ωC1と
すると、抵抗器２５と抵抗器２６に流れるそれぞ
れの電流i1，i2はそれぞれ次のよう表わされる。
れの電流i1，i2はそれぞれ次のよう表わされる。
i1＝EωCs（tanδ＋ｊ） ……(10)
i2＝jEωC1 ……(11)
したがつて、温度依存性誘電体素子１の誘電正
接が零のときには次のようになり、両者の位相差
が零となる。
接が零のときには次のようになり、両者の位相差
が零となる。
i1＝jEωCs ……(12)
i2＝jEωC1 ……（13）
位相差が小さいところでは、位相差δと誘電正
接tanδとはほぼ比例するので、 tanδ≒dδ ……（14） ただしｄは比例定数である。
接tanδとはほぼ比例するので、 tanδ≒dδ ……（14） ただしｄは比例定数である。
すなわち、位相検出器２８によつて検出した位
相差信号は誘電正接に対応する。
相差信号は誘電正接に対応する。
そこで、第４図において、Ｙ軸の誘電正接の対
数値が相対湿度または温度の変化に対して一次式
的に変化すると仮定すると、第４図は、ある温度
のとき、次の式で表わすことができる。
数値が相対湿度または温度の変化に対して一次式
的に変化すると仮定すると、第４図は、ある温度
のとき、次の式で表わすことができる。
log｜tanδ｜＝FRH＋Ｇ ……（15）
RH＝log｜tanδ｜−Ｇ／Ｆ ……（16）
ただし、Ｆ，Ｇは定数、RHは相対湿度である。
温度Ｔを考慮すると定数Ｆ，Ｇは次式で表わせ
る。
温度Ｔを考慮すると定数Ｆ，Ｇは次式で表わせ
る。
Ｆ＝HT＋Ｉ ……（17）
Ｇ＝JT＋Ｋ ……（18）
ただし、Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋは定数である。
すなわち、相対湿度RHは次式で表わすことが
できる。
できる。
RH＝log｜tanδ｜−JT−Ｋ／HT＋Ｉ ……（19）
さらには、これに(9)式を代入し、整理すると、
次式のようになる。
次式のようになる。
RH＝log｜tanδ｜−Ｊ（−ａ／ｂE2＋Cp／ｂ）−Ｋ／Ｈ
（−ａ／ｂE2＋Cp／ｂ）＋Ｉ ＝log｜tanδ｜＋LE2＋Ｍ／−NE2＋θ ……（20） ただしＬ，Ｍ，Ｎ，θは定数である。
（−ａ／ｂE2＋Cp／ｂ）＋Ｉ ＝log｜tanδ｜＋LE2＋Ｍ／−NE2＋θ ……（20） ただしＬ，Ｍ，Ｎ，θは定数である。
すなわち、（14）式の演算式を満足できる演算
回路２９を構成し、E2を電圧検出器２７で検出
し、抵抗器２５，２６の両端子間の電圧の位相差
δを位相検出器２８により検出し、検出したE2，
δの信号情報Ｐ，Ｑを前記演算回路２９により演
算させて、温度と湿度を検出する。このようにし
て得られる湿度情報Ｒは、自己温度補償されたき
わめて検知精度の高いものである。Ｓは検出した
温度情報である。
回路２９を構成し、E2を電圧検出器２７で検出
し、抵抗器２５，２６の両端子間の電圧の位相差
δを位相検出器２８により検出し、検出したE2，
δの信号情報Ｐ，Ｑを前記演算回路２９により演
算させて、温度と湿度を検出する。このようにし
て得られる湿度情報Ｒは、自己温度補償されたき
わめて検知精度の高いものである。Ｓは検出した
温度情報である。
次に、電圧検出器２７と、位相検出器２８の具
体的な構成について述べる。
体的な構成について述べる。
電圧検出器２７は、演算増巾器２７１とダイオ
ード２７２，２７３と抵抗器２７４，２７５とコ
ンデンサ２７６によつて構成されており、抵抗器
２６の両端の交流電圧を検出して直流電圧に変換
し、出力Ｐを得る。
ード２７２，２７３と抵抗器２７４，２７５とコ
ンデンサ２７６によつて構成されており、抵抗器
２６の両端の交流電圧を検出して直流電圧に変換
し、出力Ｐを得る。
位相検出器２８は、電圧比較器２８１，２８２
とインバータ２８３とアンド回路２８４と抵抗器
２８５とコンデンサ２８６とによつて構成し、抵
抗器２５と抵抗器２６の両端の出力電圧の位相差
を直流電圧に対応した出力Ｑを得ている。
とインバータ２８３とアンド回路２８４と抵抗器
２８５とコンデンサ２８６とによつて構成し、抵
抗器２５と抵抗器２６の両端の出力電圧の位相差
を直流電圧に対応した出力Ｑを得ている。
すなわちE1は出力Ｐに対応し、tanδは出力Ｑ
に対応する。そして信号情報Ｐ，Ｑを演算させ、
湿度検知情報Ｒと温度情報Ｓを得る。以上のよう
にして得られた温度、湿度の検出信号を演算回路
２９を通して表示手段により表示する。
に対応する。そして信号情報Ｐ，Ｑを演算させ、
湿度検知情報Ｒと温度情報Ｓを得る。以上のよう
にして得られた温度、湿度の検出信号を演算回路
２９を通して表示手段により表示する。
この実施例は、アナログ信号処理系であるが、
デイジタル信号処理系におきかえても同様な結果
が得られるものである。さらには、温度―静電容
量特性および相対湿度―誘電正接特性が非直線特
性であつても同様に自己温度補償することができ
るものである。
デイジタル信号処理系におきかえても同様な結果
が得られるものである。さらには、温度―静電容
量特性および相対湿度―誘電正接特性が非直線特
性であつても同様に自己温度補償することができ
るものである。
温度依存性誘電体素子としては、BaTiO3，
SrTiO3，Ba1-xSrxTiO3（ただしＯ＜ｘ＜１）、
MgTiO3，CaTiO3，KTaO3，PbHfO3，
LiTaO3，LiNbO3，BaZrO3，CaZrO3，SrZrO3，
MgZrO3，PbZrO3，NaNbO3，KNbO3，
PbTiO3のペロブスカイト形構造系、スピネル形
構造系、パイロクロア形構造系、ホルステライト
系、ステアタイト系、金属単体酸化物系の群から
選ばれた少なくとも一種の金属酸化物系の磁器ま
たは膜でも同様な結果が得られた。特に、温度依
存性誘電体素子として、前記に示した材料組成を
選んだ理由は、第一に素子に吸着した水分そのも
のによる誘電損失すなわち誘電分散によつて生じ
る誘電正接の変化であること、第二に前記誘電正
接は、水分そのものの特性であり、きわめて安定
でしかも各種有機ガスなどに対し、非常に安定で
あること、第三に、検出度が高いことなどであ
る。
SrTiO3，Ba1-xSrxTiO3（ただしＯ＜ｘ＜１）、
MgTiO3，CaTiO3，KTaO3，PbHfO3，
LiTaO3，LiNbO3，BaZrO3，CaZrO3，SrZrO3，
MgZrO3，PbZrO3，NaNbO3，KNbO3，
PbTiO3のペロブスカイト形構造系、スピネル形
構造系、パイロクロア形構造系、ホルステライト
系、ステアタイト系、金属単体酸化物系の群から
選ばれた少なくとも一種の金属酸化物系の磁器ま
たは膜でも同様な結果が得られた。特に、温度依
存性誘電体素子として、前記に示した材料組成を
選んだ理由は、第一に素子に吸着した水分そのも
のによる誘電損失すなわち誘電分散によつて生じ
る誘電正接の変化であること、第二に前記誘電正
接は、水分そのものの特性であり、きわめて安定
でしかも各種有機ガスなどに対し、非常に安定で
あること、第三に、検出度が高いことなどであ
る。
以上説明したように本発明にかかる湿度検知装
置は、温度１〜80℃において、湿度１〜95％の相
対湿度のほぼ全領域にわたつて±１％の精度で湿
度を検出することができる。さらには、同時に温
度も検出できる。
置は、温度１〜80℃において、湿度１〜95％の相
対湿度のほぼ全領域にわたつて±１％の精度で湿
度を検出することができる。さらには、同時に温
度も検出できる。
以上のように本発明は、同一単一素子からなる
温度依存性誘電体素子を有し、温度検知と自己温
度補償した検知精度の高い湿度検知を行うことが
でき、産業界にとつて価値大なる湿度検知装置を
提供する。
温度依存性誘電体素子を有し、温度検知と自己温
度補償した検知精度の高い湿度検知を行うことが
でき、産業界にとつて価値大なる湿度検知装置を
提供する。
第１図Ａ，Ｂはそれぞれ本発明の実施例におい
て使用される温度依存性誘電体素子の構造の代表
例を示す斜視図、第２図は同じく温度依存性誘電
体素子の使用形態の一例を示す斜視図、第３図は
温度依存性誘電体素子の温度―静電容量特性の一
例を示す図、第４図はその素子の相対湿度―誘電
正接特性を示す図、第５図は本発明にかかる湿度
検知装置の一実施例の構成を示す図である。 １……温度依存性誘電体、７……温度依存性誘
電体素子、８……抵抗発熱体、２３……正弦波電
圧源、２４……コンデンサ、２５，２６……抵抗
器、２７……電圧検出器、２８……位相検出器、
２９……演算回路。
て使用される温度依存性誘電体素子の構造の代表
例を示す斜視図、第２図は同じく温度依存性誘電
体素子の使用形態の一例を示す斜視図、第３図は
温度依存性誘電体素子の温度―静電容量特性の一
例を示す図、第４図はその素子の相対湿度―誘電
正接特性を示す図、第５図は本発明にかかる湿度
検知装置の一実施例の構成を示す図である。 １……温度依存性誘電体、７……温度依存性誘
電体素子、８……抵抗発熱体、２３……正弦波電
圧源、２４……コンデンサ、２５，２６……抵抗
器、２７……電圧検出器、２８……位相検出器、
２９……演算回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 湿度依存性誘電体素子と抵抗器との直列接続
体、この直列接続体に正弦波電圧を印加する正弦
波電圧源、前記直列接続体による分圧電圧の定常
値を検出する電圧検出器、前記正弦波電圧を基準
として前記分圧電圧との位相差を検出する位相検
出器、および、前記位相検出器により検出された
位相差値と前記電圧検出器により検出された分圧
電圧値とを演算し、少なくとも温度補償した湿度
情報を発生する演算回路を有することを特徴とす
る湿度検知装置。 ２ 温度依存性誘電体素子がBaTiO3，SrTiO3， Ba1-xSrxTiO3（ただし、０＜ｘ＜１）、 MgTiO3，CaTiO3，KTaO3，PbHFO3， LiTaO3，LiNbO3，BaZrO3，CaZrO3， SrZrO3，MgZrO3，PbZrO3，NaNbO3， KNbO3，PbTiO3のペロブスカイト形構造系、ス
ピネル形構造系、パイロクロア形構造系、ホルス
テライト系、ステアタイト系、金属単体酸化物系
の群から選ばれた少なくとも一種の金属酸化物系
の磁器または膜であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の湿度検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56129970A JPS5832154A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 湿度検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56129970A JPS5832154A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 湿度検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5832154A JPS5832154A (ja) | 1983-02-25 |
| JPH0244021B2 true JPH0244021B2 (ja) | 1990-10-02 |
Family
ID=15022930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56129970A Granted JPS5832154A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 湿度検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5832154A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101850903B1 (ko) * | 2016-10-28 | 2018-05-30 | 울산과학기술원 | 습도 센서 및 이를 포함하는 습도 보정 가스 센서 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60128321A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 圧力・差圧伝送器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55155239A (en) * | 1979-05-22 | 1980-12-03 | Toshiba Corp | Temperature/humidity detector |
-
1981
- 1981-08-19 JP JP56129970A patent/JPS5832154A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55155239A (en) * | 1979-05-22 | 1980-12-03 | Toshiba Corp | Temperature/humidity detector |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101850903B1 (ko) * | 2016-10-28 | 2018-05-30 | 울산과학기술원 | 습도 센서 및 이를 포함하는 습도 보정 가스 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5832154A (ja) | 1983-02-25 |
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