JPH0256902A

JPH0256902A - 湿度検出器

Info

Publication number: JPH0256902A
Application number: JP63207674A
Authority: JP
Inventors: Michio Yanagisawa; 通雄柳澤; Masahisa Ikejiri; 昌久池尻
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1988-08-22
Publication date: 1990-02-26

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】［産業上の利用分野］本発明は、相対温度の変化によって電気抵抗の変化する
多孔質湿度センサを用いて、相対湿度変化に比例したア
ナログ信号を出力する湿度検出器に関する。

［従来の技術］近年、湿度計測、湿度制御を必要とする分野が増加し、
湿度センサの重要性が認められるようになった。

外界の湿度に対応して電気的特性が変化する湿度センサ
には、電解質系、金属系、高分子系、セラミックス系等
があり、それぞれいろいろな系が研究されているが、現
在実用化されているものは、高分子系およびセラミック
ス系の湿度センサである。いずれも、素子に対する水の
吸脱着により、素子の抵抗値または静電容量が変化する
性質を利用したものである。外界の湿度に対応して素子
の抵抗値が変化する湿度センサを抵抗値変化型の湿度セ
ンサと呼び、外界の湿度に対応して素子の静電容量が変
化する湿度センサを静電容量変化型の湿度センサと呼ぶ
。

従来の湿度センサとしては、特開昭６３−１９０１８．
６３−１９０１９．６３−５８２４９、実公昭６３−１
２３４等が知られている。また、検出回路構成としては
、特開昭６２−２７４２５１等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、従来の湿度センサは、高湿度、低湿度で精度が
悪く、高温多湿の環境で長期間使用すると劣化してしま
うという欠点があった。特に、抵抗値変化型の湿度セン
サは、低湿度で極めて高抵抗となるものが多く、低湿度
での精度が悪い。また、高分子系温度センサは、高温多
湿中で劣化するものが多い。

尚、セラミック系湿度センサの中には一定時間コトに数
１００°Ｃまで加熱する必要のあるものが使用されてい
たが、これらのセンサは、可燃性蒸気、可燃性ガスまた
は粉塵の存在する場所では爆発の危険があり使用できな
い、また当然加熱のための回路が必要となり、湿度検出
器の構成が複雑になり高価になってしまった。しかも従
来の湿度検出器は、温度変化によって湿度センサの感湿
特性が大きく変化するため、温度補償に複雑な回路を必
要とする場合がほとんどであった。さらにいずれの湿度
センサも、高温多湿の環境で長時間使用すると劣化して
しまうため、高い信頼性が要求される用途に適当な湿度
検出器が見あたらなかった。

そこで本発明はこの様な問題点を解決するもので、その
目的とするところは、高温多湿°な環境において長期の
使用が可能で、広範囲な湿度域で高精度な測定が可能な
温度検出器を、簡単な回路構成で実現し低価格で提供す
るところにある。

［課題を解決するための手段］（１）本発明の湿度検出器は、ガラス中に導電性粒子を
分散させた多孔質体の湿度センサを用いた湿度検出器に
おいて、（ａ）絶縁性基板上にシリカ膜が形成され、該シリカ膜
上に一対の電極が形成され、該一対の電極間にまたがっ
て前記シリカ膜上に炭素粒子を分散させた多孔質シリカ
膜（主感温膜）を形成した湿度センサ。

（ｂ）前記温度センサを、フィードバック抵抗もしくは
入力抵抗として用い、前記湿度センサの抵抗値変化によ
って増幅率が変化する構成の検出アンプ回路。

（ｃ）前記検出アンプの信号源となる発振回路。

（ｄ）前記検出アンプ回路の出力信号を整流し、前記湿
度センサの抵抗変化に比例して変化する信号を出力する
整流回路（ｅ）前記整流回路の出力信号を対数変換し、相対湿度
の変化に比例して変化する信号を出力する（保護膜）を
設けることにより更に湿度センサの機械的強度が向上す
る。

［作用コ本発明の湿度検出器は、石英ガラス中に炭素粉末を分散
させた多孔質体を湿度センサとして測定環境中に設置し
、湿度センサを、反転増幅回路のフィードバック抵抗も
しくは入力抵抗として用いて湿度センサの電気抵抗の変
化により増幅率の変化する検出アンプを構成し、検出ア
ンプ入力に発振回路から一定振幅、一定周波数の信号を
与え、検出アンプ出力を整流し、対数変換することによ
って、測定環境中の湿度変化に比例して変化する出力信
号が得られる。

［実施例］以下本発明について図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の温度検出器の回路図で、発振回路１は
、一定振幅、一定周波数の信号を出力する。検出アンプ
２は湿度センサ３の抵抗値変化によって増幅率が変化す
る回路で、湿度センサの抵抗値をＲｓとすると入出力の
増幅率は、−Ｒｓ／Ｒ１となり、出力信号の振幅が相対湿度の変化に伴って変化
する。整済回路４は、交流を直流に変換する回路で、検
出アンプの出力信号の絶対値の平均値を出力する。対数
増幅回路５は、入力信号を対数変換して出、力する回路
である。対数増幅回路の基準電流は、（ＶＲＩ−ＶＲ２）／Ｒ２となっている０本実施例では、湿度センサをフィードバ
ック抵抗として用いた場合を示しているが、検出アンプ
の入力抵抗にする構成も可能である。

これは、簡単な回路変更で対応できるので詳細な説明は
、省略する。

尚、当然のことであるが、本実施例に示した回路図は、
本発明を実施するための一例であり、特許請求の範囲に
記した以外に、回路構成を厳密に限定するものではない
。

つぎに本発明で用いる温度センサの製法について説明す
る。

（製法−１）テトラエトキシシラン（Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ＆）４）　
５０ｍｌにエタノール５０ｍ１，０．０２Ｎ塩酸１６ｍ
１、微粉末シリカ１５ｇを加え、１時間攪拌した溶液を
、アルミナ基板上に、ディッピングによりコーティング
し、１００℃で１０分間乾燥し、５００℃で３０分間焼
結し、シリカ膜を形成した後、該シリカ膜上にＡｇ−Ｐ
ｄ櫛形電極を形成した。

テトラエトキシシラン（Ｓ　ｉ（ＯＣｇＨｓ）４）　５
０ｍｌにエタノール５０ｍ１．０．０２Ｎ塩酸４ｍｌを
加え、１時間攪拌した後、ポリエチレングリコール１０
ｍ１、微粉末シリカ１５ｇを加え、３０分間攪拌し、さ
らに活性炭６ｇ、カーボンブラック６ｇを加え、３０分
攪拌した溶液をＡｇ−Ｐｄ櫛形電極を形成したセンサ基
板上に、ディッピングによってコニティングして１００
度で１０分間乾燥し、４００℃で３０分間焼結して主感
湿膜を形成した。この主感湿膜の炭素粒子の含有量は、
３０重量％である。

以上のようにして得られた湿度センサの構造図を第２図
に示す。同図において、２１は基板、２２はシリカ膜、
２３は電極、２４は主感湿膜である。

第３図は、本湿度センサの感湿特性図である。

（製法−２）テトラエトキシシラン５０ｍ１にエタノール５０ｍ１．
０．０２Ｎ塩酸１６ｍ１、微粉末シリカ１５ｇを加え、
１時間攪拌した溶液を、先述の（製法−１）の湿度セン
サの主感湿膜上にコーティングし、１００℃で１０分間
乾燥し、４００℃で３０分間焼結し、シリカ膜（保護膜
）を形成した。

本製法によると湿度センサの機械的強度が更に増し、実
用的効果が大である。

以上のようにして得られた温度センサの構造図を第４図
に示す、同図において、２１は基板、２２はシリカ膜、
２３は電極、２４は主感温膜、３１は保護膜である。

以上（製法−１，２）に示した湿度センサは、経時変化
にきわめて強く、一般的な環境条件（６０℃、９０％Ｒ
ｈ程度）では、はとんど特性が劣化しないことを確認し
ている。長期間の使用によって汚れた場合は、若干の特
性劣化が認められるが、きれいな水で煮沸洗浄、水また
はアセトン中で超音波洗浄することによって特性が回復
することも確認している。

尚、本実施例に示した湿度センサの製法は、実験確認済
みの例を記したも、ので、材料の定量、焼結時間、電極
バタン、製膜方法等を厳密に制限するものではない。

本発明の温度検出器は、たとえば、室内空調、オートエ
アコン、温湿度記録計、ビニールハウスの環境モニタ、
等の様々な用途に使用することが考えられる。

［発明の効果］以上述べたように本発明の湿度検出器は、感湿素子とし
て、絶縁性基板上にシリカ膜が形成され、該シリカ膜上
に一対の電極が形成され、該一対の電極間にまたがって
前記シリカ膜上に炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜
（主感湿膜）を形成した温度センサを用いるので、以下
に示す利点を持つ。

（１）湿度センサの構造において、絶縁性基板上にシリ
カ膜を形成しているため、主感湿膜の密着性が良く、信
頼性が高い。また、保護膜を形成した湿度センサは機械
的強度が更に向上し、組立時のハンドリングによって破
損しにくく実用的な効果が大きい。

（２）高温多湿な環境で長時間使用を続けても安定した
特性を示す、また、炭素粒子（実施例ではカーボンブラ
ックと活性炭）の含有量により温度センサの感湿特性を
広範囲に変化させることが出来るので、従来測定が困難
であった低湿度域での測定を高精度に行うことが可能で
ある。

（３）本発明で用いている湿度センサは、温度変化によ
る感湿特性の変化が小さいので、温度補償回路を設けな
くても十分使用可能である。このため、回路構成が非常
にシンプルで故障しにくく、動作がきわめて安定してい
るので、高い信頼性を要求される用途に使用できる。

（４）本発明の湿度検出器は、湿度センサの材料である
炭素粒子、シリカ膜が化学的に安定であるため、過酷な
環境での使用が可能で、温度センサが汚れたり異物が付
着しても、洗浄することによって再生するので、長期間
にわたって使用できる。

（５）本発明の温度検出器の湿度センサは、材料費がき
わめて安価で、安価な製法で製造できるので、従来の湿
度センサを用いた場合に比べて低価格な湿度検出器が実
現できる。

（６）回路構成が単純なため低価格な湿度検出器を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の湿度検出器の回路図。第２図は湿度センサの構造図。第３図は湿度センサの感湿特性図。第４図は保護膜を付加した湿度センサの構造図。以上第２図出願人　セイコーエプソン株式会社代理人　弁理士　鈴木　喜三部　他１名お升上Ｌ（〆）第３図４回

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラス中に導電性粒子を分散させた多孔質体の湿
度センサを用いた湿度検出器において、（ａ）絶縁性基
板上にシリカ膜が形成され、該シリカ膜上に一対の電極
が形成され、該一対の電極間にまたがって前記シリカ膜
上に炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜（以下、主感
湿膜）を形成した湿度センサ。（ｂ）前記湿度センサを、フィードバック抵抗もしくは
入力抵抗として用い、前記湿度センサの抵抗値変化によ
って増幅率が変化する構成の検出アンプ回路。（ｃ）前記検出アンプの信号源となる発振回路。（ｄ）前記検出アンプ回路の出力信号を整流し、前記湿
度センサの抵抗変化に比例して変化する信号を出力する
整流回路（ｅ）前記整流回路の出力信号を対数変換し、相対湿度
の変化に比例して変化する信号を出力する対数増幅回路
とから構成されることを特徴とする湿度検出器。
（２）前記湿度センサが、絶縁性基板上にシリカ膜が形
成され、該シリカ膜上に一対の電極が形成され、該一対
の電極間にまたがって前記シリカ膜上に炭素粒子を分散
させた多孔質シリカ膜（主感湿膜）が形成され、該主感
湿膜上にシリカ膜（以下、保護膜）を形成した湿度セン
サである請求項１記載の湿度検出器。