JPH0329735Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は相対湿度を電気信号で検出する湿度セ
ンサに関する。

湿度変化に伴つて伸縮する感湿部材の伸縮を板
ばね部材の屈曲に変換し、該板ばね部材の屈曲量
から湿度を求めるようにした湿度センサは、例え
ば実公昭46−24960号で示されているように公知
である。

この公知の湿度センサは、板ばねを片持梁状に
固定し、該板ばねの遊端に、感湿部材とスプリン
グとを当該板ばねの面に対して垂直で互に反対方
向に伸張固定するとともに当該板ばねに歪ゲージ
を貼付してなり、湿度に感応して伸縮する上記感
湿部材の伸縮量を上記板ばねの屈曲量に変換し、
該屈曲量を歪ゲージによつて検出することにより
湿度を求めるようにしたものである。

この公知の湿度センサでは、板ばねの遊端に固
定した感湿部材に適度な張力を持たせるため、該
感湿部材の伸張方向とは反対の方向からスプリン
グによる弾性力を加える必要があり、機構が複雑
になる。また、この湿度センサが板ばねの板面に
対して垂直方向に移動すると、板ばねの遊端に慣
性力が作用して板ばねを屈曲させるので、歪ゲー
ジは湿度変化に伴なわない板ばねの屈曲をも検出
することとなり、これが雑音となる。従つて当該
湿度センサを、例えば気象観測用のラジオゾンデ
に搭載する場合には、ラジオゾンデの飛翔方向に
板ばねの板面が水平であるようにする必要がある
が、当該ラジオゾンデの飛翔方向は一定ではあり
得ないので、このような構造の湿度センサを使用
することはできない。

本考案は、以上のような従来の問題点を解決す
るためになされたものであり、構造が簡単で、か
つ移動物体に搭載しても雑音の発生が少ない湿度
センサを得ることを目的とする。

以下、図面によつて本考案の実施例を説明す
る。

第１図Ａ〜Ｃはそれぞれ本考案の実施例の構造
を示す平面図、正面図及び側面図、第２図は本考
案の実施例の湿度検出回路を示す回路図、第３図
は第２図に示す回路で得られる湿度変化対出力信
号特性を示すグラフである。

第１図Ａ〜Ｃに於いて、１は感湿部、２１〜２
４はストレーンゲージ、３はばね部材、４は載置
台、５１〜５４は電気接続端子（以下、端子とい
う。）、６は毛髪長設定締付けバンド（以下、バン
ドという。）、７は止めねじである。

感湿部１は、同じ長さの毛髪１０１を十数本並
列に並べ、力の印加に対してそれぞれが同じ伸び
を呈するように両端を止め枠１０２で相互に固定
し、更に毛髪１０１がばらつかないように中央付
近で糸１０３により包縛して構成されており、湿
度を検出するものである。

感湿部１に使用される毛髪１０１は、水分の含
有量の変化、すなわち、それを取り巻く環境の湿
度変化に比例して伸縮する感湿部材であり、同等
の特性が得られれば他の部材を使用することもで
きる。毛髪と同等の特性を示すものとして、例え
ばある種のナイロン系樹脂材料が知られている。
また、毛髪を使用する場合、湿度変化の広い範囲
にわたつて高感度に応答し、直線性が良好でかつ
長期間安定した特性が得られるように当該毛髪に
脱脂処理等が施してあり、このような毛髪は例え
ば前記ラジオゾンデの湿度センサにも使用されて
いる。

ストレーンゲージ２１〜２４は伸張力又は圧縮
力が印加されることにより、それらの大きさに対
応して電気抵抗値が変化する素子で、ばね部材３
に印加される曲げ応力を電気信号に変換するもの
であつて、この素子自体は広く市販されているも
のである。

ばね部材３は、僅かな力の印加でも屈曲するよ
うに比較的薄い長尺の板ばね部材で構成され、上
記毛髪１０１が長手方向両端間に緊張して張られ
ることにより弓形状を呈するものであり（実際に
は、予め弓形状となるように予備曲げが施され、
毛髪１０１が張られた状態では当該予備曲げより
更に屈曲した状態にされ、毛髪１０１の緊張が保
たれる。）、両端部３０１，３０２は感湿部１の両
端をそれぞれ固定するために内側に曲げられてい
る。このばね部材３は感湿部１の伸縮を曲げ応力
に変換してストレーンゲージ２１〜２４に伝達す
るとともに、感湿部１の毛髪１０１が弛まないよ
うに張力を付与するものである。また、一方の端
３０１は他方の端３０２より長く設定してあり、
この端３０１にはバンド６が嵌め込まれており、
毛髪１０１の有効長をおおよそ端３０１の長さの
範囲内で可変調整できるようになつている。

載置台４は、絶縁性部材で平板状に構成された
ばね部材３の載置台であり、ばね部材３の固定位
置にはボス４０１が設けられていて、ばね部材３
はこのボス４０１上に止ねじ７で固定される。

端子５１〜５４は載置台４に埋設されている。
尚、載置台４を金属等、導電性部材で構成したと
きは、４個の端子を有した端子台を用いる。

ばね部材３の弓形状部分の略中央両面には２個
ずつストレーンゲージ２１〜２４が貼付されてお
り、ばね部材３が受ける屈曲に対してそれぞれの
面に貼付された２個のストレーンゲージが同じ歪
を受けるようにストレーンゲージ２１と２２及び
２３と２４はそれぞればね部材３の長手方向と直
角の方向の同一線上に平行して貼付されている。
尚、ばね部材３の弓形状部分は、その両端部３０
１，３０２間の間隔変化（すなわち、毛髪１０１
の伸縮量の変化）で、いずれの個所でも略同じ歪
の変化があるので、ストレーンゲージ２１〜２４
の貼付個所は当該ばね部材３の弓形状部分であれ
ば、いずれに設定してもよい。

上記４個のストレーンゲージ２１〜２４（いず
れも２端子素子）の各リード線は当該４個のスト
レーンゲージ２１〜２４がブリツジ回路を構成す
るように４個の端子５１〜５４に接続されてお
り、（第２図を参照）また外部回路（第２図に示
す回路でブリツジ回路以外の部分）への接続には
載置台４の裏面に於いて上記端子５１〜５４が使
用される。

感湿部１は、ばね部材３の双方の端部３０１，
３０２間に止め枠１０２を例えば接着剤により固
定して張られる。そして感湿部１をばね部材３に
張り付ける際には毛髪１０１が最も長く伸びたと
き（すなわち、相対湿度100％のとき）にも当該
毛髪１０１が弛まない程度にばね部材３の両端部
３０１，３０２間を互に近づけた状態（予め弓形
状部分を若干歪ませた状態）に拘束し、感湿部１
の止め枠１０２がばね部材３の端部３０１，３０
２に完全に固定されたのち上記拘束を解くように
する。

また、バンド６はばね部材３の端部３０１の任
意の個所で毛髪１０１を当該端部３０１に押し付
けて拘束するようになつており、これによつて毛
髪１０１の有効長ｌを若干変化させることがで
き、これによつて感度が若干調整できる。

次に第２図に示す湿度検出回路及び第３図に示
す湿度変化対出力信号特性図を参照して実施例の
作用を説明する。

第２図に於いて、８は電圧増幅器、９はブリツ
ジ回路のバランス調整用可変抵抗器、１０はブリ
ツジ回路に電圧を付与するための電源、１１は信
号出力端子であり、他の記号は第１図に示す記号
と同じものを示す。

ブリツジ回路の４辺はストレーンゲージ２１〜
２４で構成され、ばね部材３の同一面に貼付され
た２個のストレーンゲージ２１と２２及び２３と
２４とがそれぞれ対向する辺に配置される。ま
た、ばね部材３の端部３０１に於けるバンド６の
設定位置の調整及び可変抵抗器９の調整を調整時
の湿度にあわせて行ない、第３図に示す特性が得
られるようにする。

先にも述べたように感湿部１の毛髪１０１は常
時弛みがないように張られており、ばね部材３は
若干屈曲していてストレーンゲージ２１〜２４
は、その屈曲による曲げ応力に相当した歪を受け
ている。この歪は、ストレーンゲージ２１，２２
に対しては圧縮力として、ストレーンゲージ２
３，２４に対して伸張力として作用している。し
たがつて当該ストレーンゲージ２１〜２４による
ブリツジ回路は平衡状態がくずされており、その
不平衡分に相当する電圧が端子５１，５２間に出
力され、それが電圧増幅器８によつて増幅されて
信号出力端子１１に出力されている。

湿度は高くなる方向に変化したときは、毛髪１
０１は伸びる方向に変化し、ばね部材３は、それ
自体の弾性力によつて上記毛髪１０１を緊張する
方向、すなわち双方の端部３０１，３０２が互に
遠ざかる方向に変位し、ストレーンゲージ２１，
２２が受けている圧縮力及びストレーンゲージ２
３，２４が受けている伸張力は、それぞれ減少す
る方向に変化する。また湿度が低くなる方向に変
化したときは、毛髪１０１が縮む方向に変化して
ばね部材３を更に屈曲させ、ストレーンゲージ２
１，２２が受けている圧縮力及びストレーンゲー
ジ２３，２４が受けている伸張力は、それぞれ増
加する方向に変化する。

ストレーンゲージ２１〜２４に加わる圧縮力及
び伸張力の変化は、当該ストレーンゲージ２１〜
２４の抵抗値変化となつて現われ、これがブリツ
ジ回路の出力電圧変化となつて電圧増幅器８を経
て信号出力端子１１に出力される。すなわち、湿
度変化がまず感湿部１によつて毛髪１０１の伸縮
量で検出され、この伸縮量がばね部材３の屈曲に
変換され、このばね部材３の屈曲がストレーンゲ
ージ２１〜２４の抵抗値変化に変換され、これが
ブリツジ回路及び電圧増幅器８によつて電圧変化
に変換されて、最終的には湿度変化が電気信号と
して信号出力端子１１に得られる。

ストレーンゲージを４個使用してブリツジ回路
を全てストレーンゲージで構成したのは、ブリツ
ジ回路の作動原理から明らかなように、１個のス
トレーンゲージの場合に比べて出力電圧が４倍の
大きさで得られるからであり、また４個のストレ
ーンゲージをばね部材３の両面に２個ずつ貼付
し、ブリツジ回路の隣接する辺にそれぞれ異つた
面のストレーンゲージを配設したのは、温度変化
によるばね部材３自体の伸縮が出力電圧となつて
現われないようにするためである。すなわち、ば
ね部材３自体の伸縮によつてストレーンゲージ２
１〜２４が受ける歪は全て同一方向、同一の大き
さであるので、その抵抗値変化は全て同一であ
り、このような変化はブリツジ回路の作動原理か
ら明らかなように、当該ブリツジ回路の出力とし
ては出力されない。一方、ばね部材３の屈曲によ
つて、すわなち毛髪１０１の伸縮によつてストレ
ーンゲージ２１〜２４が受ける力は、ストレーン
ゲージ２１，２２とストレーンゲージ２３，２４
とでは互に逆方向に作用するので、それらの抵抗
値変化はブリツジ回路で加算された出力電圧とな
つて信号出力端子１１に現われる。

また、ストレーンゲージを２個とし、ブリツジ
回路を当該２個のストレーンゲージと２個の定抵
抗器とで構成してもよい。この場合、２個のスト
レーンゲージをばね部材３の両面に１個ずつ貼付
し、ブリツジ回路の隣接２辺に配置する。これに
よつてばね部材３自体の伸縮によるストレーンゲ
ージの抵抗値変化は上記ストレーンゲージ４個の
場合と同様に出力信号となつて現われることはな
い。但し、湿度変化による信号出力は４個のスト
レーンゲージの場合の半分（ストレーンゲージ１
個の場合の２倍）になる。

尚、以上のようにブリツジ回路に定抵抗器を使
用するときは、当該定抵抗器は端子５１〜５４に
直接実装し、配線すればよい。

また、本考案に係る湿度センサはストレーンゲ
ージを除いていずれの構成部分も水漏れに強いの
で、ストレーンゲージに防湿処理を施しておけ
ば、湿度センサを水洗いできるため、好都合であ
る。

以上に説明したように、本考案による湿度セン
サは、薄板長尺の板ばね部材の長手方向両端間
に、当該板ばね部材が弓形状に弾性屈曲する状態
で感湿部材を緊張させて張り、板ばね部材にその
屈曲量を検出するストレーンゲージを貼付したも
のであり、板ばね部材は、感湿部材の伸縮量の検
出手段であるとともに該感湿部材を緊張した状態
に保つための弾性力付与手段でもあるため、前記
従来例のように感湿部材を緊張させるためのスプ
リングを別個に必要とせず、また、板ばね部材を
片持梁状に固定する必要もないので、剛性的枠体
をも必要としないため、構造が極めて簡単とな
る。

また、弓形状となつた板ばね部材は１点のみで
支承可能であり、従つて機器への取付構造が極め
て簡単になり、更に注目すべき点は、当該一点支
承構造であることと、板ばね部材が全体に渡り、
均一な質量で構成でき、かつ他の部材との接触も
上記支承点を除いて皆無にできることから、当該
湿度センサを運動物体に搭載しても、運動物体の
運動による板ばね部材の屈曲量が極めて少なく、
雑音の発生が殆んどない。

以上のように、本考案は多くの利点を有し、そ
の効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ及びＣはそれぞれ本考案の実施例
の構造を示す平面図、正面図及び側面図、第２図
は本考案の実施例に係る湿度検出回路を示す回路
図、第３図は第２図に示す湿度検出回路の相対湿
度変化対出力信号特性の例を示すグラフである。 １……感湿部、１０１……感湿部材（毛髪）、
２１〜２４……ストレーンゲージ、３……ばね部
材、８……電圧増幅器、１１……信号出力端子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 湿度変化に伴つて伸縮する感湿部材の伸縮を
   板ばね部材の屈曲に変換し、該板ばね部材の屈
   曲量から湿度を測定するようにした湿度センサ
   において、長尺の板ばね部材と、該板ばね部材
   を弓形状に屈曲させ、その長手方向両端間に当
   該板ばね部材の弾性力によつて緊張状に張られ
   た感湿部材と、上記板ばね部材に貼付されたス
   トレーンゲージでなる湿度センサ。 ２ 板ばねの表裏両面にそれぞれストレーンゲー
   ジを貼付した実用新案登録請求の範囲第１項に
   記載の湿度センサ。