JPH0310069B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、乾燥、結露および着霜の３状態を
インピーダンスの変化として検出する乾燥・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生じる
と効率が低下し、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、結露および着霜の３つの状態のいずれにあ
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、
結露および着霜の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、リード線が接続され
た半導体セラミクス基板からなる検知素体の複数
個を、絶縁スペーサにより所定間隔を隔てて対向
させることにより、検知素体の間に空〓を形成
し、前記空〓での乾燥、結露、着霜状態における
インピーダンスの変化をリード線間で検知するこ
とにより、乾燥、結露および着霜の３状態を検出
する、乾燥・結露・着霜識別センサである。 この発明の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により一層明らかと
なろう。 第１図および第２図は、この発明の乾燥・結
露・着霜識別センサの具体的構造の一例を説明す
るための斜視図および縦断面図である。第１図を
参照して、半導体セラミクスからなる複数個の検
知素体１，２を準備する。各検知素体１，２に
は、リード線３，４が埋設して接続されている。
次に、各検知素体１，２を所定距離を隔てて、対
向配置する。対向配置された各検知素体１，２
を、第２図に縦断面図で示されるように、絶縁ス
ペーサ５，６を用いて固定する。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。なお、この発明の乾燥・結
露・着霜識別センサの構造については、第１図お
よび第２図に図示されたものに限られず、様々な
形状にすることが可能であることを指摘してお
く。たとえば、検知素体１，２は、第１図に示さ
れたような四角形のプレートに限られず、円板状
であつてもよい。また、リード線３，４の接続に
ついても、図示のものに限らず、各検知素体に取
出電極を設け、それに接続してもよく、あるいは
各検知素体１，２のいずれの位置に接続されても
よい。すなわち、リード線３，４は、各検知素体
１，２間のインピーダンス変化を検出し得るよう
にさえ接続されておればよい。 この発明の検知素体に用いられる半導体セラミ
クスとしては、具体的には、たとえば半導体チタ
ン酸バリウム、半導体チタン酸ストロンチウム、
（LaSr）CoO₃、フエライトなどの半導体セラミ
クスが用いられる。この半導体セラミクスは、結
露状態でイオンを導出し得るもの、あるいはイオ
ンを導出しないもののいずれでもよい。半導体セ
ラミクスにイオンを導出しないものを用いても、
このセンサの構成によれば、乾燥状態では半導体
セラミクスと空〓にある空気の各誘電率によつて
インピーダンスが決まり、この値は結露状態や着
霜状態の各インピーダンスに比べて大きく、乾燥
状態と結露または着霜状態との識別が可能であ
る。さらに、当然、結露状態と着霜状態とは、そ
れぞれ、水と氷との誘電率の差に基づき、インピ
ーダンスが異なつてくるので、これらの状態の識
別も可能であり、結果として、乾燥、結露、着霜
の各状態の検出が可能である。一方、結露状態に
おいて、付着した水の中にイオンを導出し得るよ
うな半導体を用いると、それによつて対向配置さ
れた各検知素体間に付着した結露すなわち水の中
にイオンが導出することになり、各検知素体間の
抵抗値がこのイオンに基づく水の電気伝導により
他の２状態、特に着霜時に比べて極めて小さくな
り、インピーダンスの差が大きくなる。 次に、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサ
の測定の原理を、第２図に示した具体例に基づい
て説明する。各検知素体１，２間の抵抗値変化
は、リード線３，４間に所定の電流を流すことに
より、インピーダンス変化として測定することが
できる。まず、乾燥状態では、検知素体１と検知
素体２との間には空〓７（第２図を参照された
い。）に空気層が存在するため、リード線３，４
間のインピーダンスは比較的大きい値を示す。次
に、結露状態では、検知素体１と検知素体２との
間に結露が生じ、したがつて水の電気伝導により
リード線３，４の間のインピーダンスは極めて小
さくなる。特に、上述されたように、水中にイオ
ンを導出し得る半導体セラミクスで検知素体１，
２を構成した場合には、イオン伝導により、リー
ド線３，４間のインピーダンスはさらに小さくな
る。着霜状態では、検知素体１と検知素体２の空
〓７に氷が付着するため、リード線３，４の間の
インピーダンス変化すなわち検知素体１と検知素
体２との間の抵抗値変化は、空〓７に形成された
氷の誘電率により影響される。着霜状態における
リード線３，４間のインピーダンス値は、乾燥状
態におけるインピーダンス値によりも大きな値ま
たは小さな値のいずれにもなり得る。なぜなら
ば、検知素体１，２間の抵抗値変化を測定するた
めの電流の周波数、検知素体１，２を構成する半
導体の抵抗温度系数により、リード線３，４間の
インピーダンスは大きく影響されると考え得るか
らである。したがつて、測定周波数および半導体
の選定を適切に行なうことにより、着霜状態と乾
燥状態とを識別することが可能である。なお、第
３図に半導体セラミクスの抵抗温度特性の例を参
考として示す。 以上のように、この発明によれば、リード線が
接続された半導体セラミクス基板からなる検知素
体の複数個を、絶縁スペーサにより所定間隔を隔
てて対向させることにより、検知素体の間に空〓
を形成し、前記空〓での乾燥、結露、着霜状態に
おけるインピーダンスの変化をリード線間で検出
することにより、乾燥、結露、着霜の３状態を識
別することができ、しかもセンサの構造が比較的
簡単であるため、信頼性に優れた乾燥・結露・着
霜識別センサを得ることができる。また、所定距
離を隔てて対向配置された検知素体の相互に対向
する面に金属からなる電極を形成しないため、結
露および着霜状態において付着する水もしくは氷
などの金属電極への付着による電極の腐食は生じ
ず、したがつて耐久性に優れた乾燥・結露・着霜
識別センサを得ることができる。さらに、測定周
波数を変化することにより、検知素体間のインピ
ーダンス変化を任意に設定することができ、乾
燥、結露および着霜の３状態を正確に識別するこ
とができる。なお、測定周波数を高くすれば、検
知素体間のインピーダンスは小さくなることが確
かめられている。 実施例 １ 第４図に示されるような半導体チタン酸ストロ
ンチウムからなる円板９の一方端部に取出電極８
を形成し、リード線３をはんだ付けにより接続し
た。次に、エポキシ樹脂によりリード線３と電極
８との接続部分をコーテイングした。このように
して形成した検知素体１を、２枚準備し、電極８
が形成されていない側を内側にして0.5mmの間隔
を隔てて対向配置させて、乾燥・結露・着霜識別
センサを構成した。 乾燥、結露および着霜の３状態における各検知
素体間のインピーダンス変化を、リード線３，４
の間に1Vの電流を流し測定した。なお、測定電
流の周波数は、50Hzおよび100KHzの２つの条件
に設定した。測定結果を、第１表に示す。

【表】 第１表から明らかなように、実施例１では、乾
燥、結露および着霜の３状態を明確に識別し得る
ことが理解されるであろう。 実施例 ２ 10mm×20mmの大きさの半導体チタン酸バリウム
からなる角板の一端に、実施例１と同様に取出電
極を付け、リード線をはんだ付けにより接続し
た。次に、同じく実施例１と同様に、エポキシ樹
脂で電極部分をコーテイングした。このようにし
て形成された各検知素体を、２枚準備し、0.5mm
の間隔を隔てて対向配置させて、乾燥・結露・着
霜識別センサを構成した。 乾燥、結露および着霜の３状態における各検知
素体間のインピーダンス変化を、周波数50Hzおよ
び10KHzの２種の条件で測定した。測定結果を、
第２表に示す。

【表】 第２表から明らかなように、実施例２において
も、乾燥、結露および着霜の３状態を明確に識別
することが理解されるであろう。 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。説
明のために、この発明の乾燥・結露・着霜識別セ
ンサの３状態におけるインピーダンス変化は、第
５図に示されるものを用いることにする。すなわ
ち、この結露・着霜検知装置に用いられる乾燥・
結露・着霜識別センサは、乾燥状態で最大のイン
ピーダンス値を示し、結露状態で最小値を示し、
着霜状態で中間値を示す。 第６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６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６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
５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５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５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５
図に示された関係から明らかなように、次に掲げ
る第３表に示される。第３表において、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は正論理
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３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３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７図は、第６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８図および第９図は第７図の回路の動作を説明
するための図である。 第７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７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５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７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
７図の回路の接続点Ｘにおける電圧の変化が、第
８図に示される。乾燥・結露・着霜識別センサ２
０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
７図の接続点Ｙにおける電圧は、第９図に示され
る。第９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２３，２
４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９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６図の比較回路１１，１２について示され
た第３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２
５に入力されるが、判別回路２５の動作について
は、第６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６図および第７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、この発明の乾燥・結露・着霜識別セ
ンサの一具体例を説明するための斜視図である。
第２図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別セン
サの一具体例の縦断面図である。第３図は、この
発明に用いられる半導体セラミクスの抵抗温度特
性の具体的例を示す図である。第４図は、この発
明の一実施例に用いられる検知素体の平面図であ
る。第５図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別
センサを用いた結露・着霜検知装置に使用する、
乾燥・結露・着霜識別センサのインピーダンス特
性を示す図である。第６図は、結露・着霜検知装
置の一例のブロツク図であり、第７図は第６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８図は、第７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９
図、第７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は検知素体を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リード線が接続された半導体セラミクス基板
   からなる検知素体の複数個を、絶縁スペーサによ
   り所定間隔を隔てて対向させることにより、検知
   素体の間に空〓を形成し、前記空〓での乾燥、結
   露、着霜状態における各インピーダンスの変化を
   リード線間で検出することにより、乾燥、結露お
   よび着霜の３状態を検出する、乾燥・結露・着霜
   識別センサ。 ２ 前記検知素体は、結露状態で結露中にイオン
   を導出し得る半導体セラミクスである、特許請求
   の範囲第１項記載の乾燥・結露・着霜識別セン
   サ。