JPH0352822B2 - - Google Patents

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JPH0352822B2
JPH0352822B2 JP17985184A JP17985184A JPH0352822B2 JP H0352822 B2 JPH0352822 B2 JP H0352822B2 JP 17985184 A JP17985184 A JP 17985184A JP 17985184 A JP17985184 A JP 17985184A JP H0352822 B2 JPH0352822 B2 JP H0352822B2
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JP
Japan
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humidity
power supply
signal
resistor
humidity sensor
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Application number
JP17985184A
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JPS6157841A (ja
Inventor
Isamu Okuda
Tsutomu Takahara
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/045Circuits
    • G01N27/046Circuits provided with temperature compensation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ルームエアコン、除湿機、加湿機な
どにおいて、空気の相対湿度を連続的に検知する
湿度検出装置に関する。
従来例の構成とその問題点 従来より比較的低コストの湿度センサとしてセ
ラミツク系もしくは有機高分子系のものが広く使
用されており、これらの湿度センサを用いた従来
の湿度検出装置を第5図に示す。図において
A′は直流電源であり、正負それぞれの直流電圧
Vcc、および−Vccを給電する。C′はオペアンプ
26、双方向ゼナーダイオード27および抵抗、
コンデンサからなる正弦波発振回路である。
D′はコンデンサ11、空気の相対湿度に応じて
その抵抗値が変化する湿度センサ12、湿度セン
サ12の温度補償用の感温素子(サーミスタ)1
3およびオペアンプ27より成るセンサ部であ
る。F′は平滑増幅回路であり、オペアンプ28、
ダイオード29,30を主体として半波整流部を
構成し、抵抗19、コンデンサ20で平滑し、そ
の平滑信号をオペアンプ21によるバツフアを介
して外部に湿度検出装置Voを出力するものであ
る。
この構成において、湿度センサ12は、例えば
高分子有機系のものが用いられるが、この場合、
空気の相対湿度Hに対する抵抗特性は第2図のよ
うな特性を示す。図中のT1,T2,T3はそれぞれ
湿度センサ12の周囲温度であり、周囲温度が高
くなれば抵抗値Rsは小さくなる。この周囲温度
に対する抵抗値変化は、負特性感温素子(いわゆ
るサーミスタ)とほぼ同等の変化である。なお第
2図における抵抗値Rsは正確には交流に対する
インピーダンスを示している。即ちこの種湿度セ
ンサはその等価回路が抵抗と、コンデンサの並列
接続に近いものであり、多少の静電容量を有して
いるが、使用が容易な直流印加を行なうと、空気
中の水分によりイオン移動が非可逆的に発生し、
その信頼性を極端に低下させるため、湿度センサ
12への印加電圧波形を交流波形として使用し、
湿度Hに対する特性値は所定の周波数の正弦波は
測定したインピーダンスの値で規定される。
そこで第5図において、正弦波発振回路C′で所
定の周波数、振幅の正弦波信号V7を発生させ、
かつコンデンサ11を用いて直流分をカツトして
湿度センサ12にその信号を印加している。感温
素子13は湿度センサの温度特性を補償し、セン
サ部C′出力端に湿度Hに対応した振幅の正弦波信
号V8を発する。平滑増幅回路F′は、正弦波信号
V8を整流し、その負のピーク値にほぼ比例した
正の直流の平滑信号V9を得、バツフアとしての
オペアンプ21より湿度Hに対応した湿度検出信
号Voを出力する。
そこで、この従来の湿度検出装置は、その直流
電源A′を2電源形式を採用している。これは湿
度検出信号Voを外部の回路が利用しやすいよう
にほぼ零ボルト(低湿度のとき)から数ボルト
(高湿度のとき)の範囲となるようにするためで
ある。しかし、最近のマイクロコンピユータ等を
用いた電子装置にあつては、装置の小形化、低コ
スト化のために単電源化が図られており、しかも
5V電源が主流である。また正弦波発振回路C′は
正弦波を発生する回路としては比較的低コストで
あるが、特性を安定にすれば波形歪が大きくな
り、出力特性に悪影響を与え、また発振周波数や
振幅が部品バラツキによつて比較的容易に変化
し、湿度検出信号Voのバラツキが大きくなると
いう面がある。従つてこの従来の湿度検出装置
は、これらの点で難点を有していると共に、この
従来例と同等もしくはそれ以上の性能を有し、か
つ低コストの湿度検出装置が実現されるに至つて
いない。
発明の目的 本発明は、従来の難点を解消し、単一電源で構
成が可能であり、湿度センサあるいは装置全体の
周囲温度の影響、電源電圧のバラツキに対する影
響、及び回路構成部品のバラツキによる特性バラ
ツキの度合を極力軽減し、湿度の変化に対して連
続的に湿度検出信号を発する湿度検出装置を提供
することを目的とする。
発明の構成 本発明の湿度検出装置は、単一の直流電源電圧
を装置内部の他の回路に供給する直流電源と、そ
の直流電源電圧を抵抗等で分圧した基準電圧を発
生する基準電圧発生回路と、その基準源圧を基準
として正負それぞれの波形が該対象な交流波形を
発生する発振回路と、この発振回路の出力と前記
の基準との間に湿度センサ(主としてセラミツク
系、有機高分子系)と湿度センサの温度補償の感
温素子(サーミスタ)を直列に接続して成るセン
サ部と、湿度センサと感温素子の接続点の交流信
号をオペアンプの非反転入力端子に入力し、オペ
アンプの出力信号をダイオード、抵抗、コンデン
サを用て整流・平滑し、その信号を温度検出信号
として外部に出力すると共に、その出力部より抵
抗を介して、および直流電源より抵抗を介してそ
れぞれ前記のオペアンプの反転入力端子に入力し
て成る平滑増幅回路とより構成される。
実施例の説明 本発明に基づく湿度検出装置を添付図面に示す
一実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明の湿度検出装置の構成図であ
る。図において、Aは単一の直流電源電圧Vccを
与える直流電源、Bは基準電圧VBを発生する基
準電圧発生回路であり、抵抗1および2より直流
電源電圧Vccを分圧し、その値をオペアンプ3に
より低インピーダンスに変換して基準電圧VB
発生する。Cは矩形波に近い交流波形を発生する
発振回路であり、オペアンプ4、抵抗5,6,7
コンデンサ8、抵抗9、コンデンサ10により構
成される。Dはセンサ部であり、直流分をカツト
するためのコンデンサ11、湿度センサ12、感
温素子(サーミスタ)能3より構成される。Fは
平滑増幅回路であり、抵抗14、オペアンプ1
5、ダイオード16、ノイズ防止用のコンデンサ
17、抵抗18,19、コンデンサ20、オペア
ンプ21、抵抗22,23,24,25より構成
される。
次の動作を説明する。湿度センサ12の湿度特
性は、前述の第2図の通りである。第4図は動作
説明図であり第1図に示す構成における各部の電
圧波形を示している。
まず基準電圧発生回路Bの発生する基準電圧
VBは発振回路Cの発生する交流波形の中心値を
与えている。すなわち発振回路Cのオペアンプ4
の出力V1は第4図に示すように矩形波となるが、
直流電源電圧Vcc=5Vとすると、出力がハイの
時、約3.7V、ローの時約0.7Vとなり、その中心
値は、2.2Vとなるため、基準電圧VB=2.2Vとす
ると、出力V1は基準電圧VBを中心とした正負の
振幅が等しい交流波形とみなせる。この矩形波の
周期Tは例えば1KHzであり、湿度センサ12の
抵抗Rsの測定時の周波数と同一の値となしてい
る。比較的低抵抗値の抵抗9及びコンデンサ10
は、出力V1の矩形波が湿度センサ12に印加さ
れた時、湿度センサ12における静電容量の影響
が顕著に表われないようにするために設けたフイ
ルタであり、出力V2は第4図のように立上り、
立下りがややなまつた・・・・状態となり、高周波分が

減されている。
センサ部Dに、基準電圧VBを基準として発振
回路Cの出力V2を印加すると、湿度センサ12
と感温素子13の接続点の電圧V3は、第4図の
ように出力V1に近い形状で、かつその振幅が湿
度センサ12の検知する湿度Hに対応した値とな
る。今出力V1の矩形波の振幅をE1とし、湿度セ
ンサ12の抵抗値をRs、感温素子の抵抗値をRT
とすると、電圧V3の基準電圧VBに対する振幅E3
はほぼ E3=E1×RT/Rs+RT と表わされ、湿度Hに対してRsが変化し、これ
に応じて振幅E3が変化する。
次に平滑増幅回路Fにおいて、交流の電圧V3
が非反転入力端子nに入力され、反転入力端子i
の電圧V7と比較され、電圧V3が高い間、オペア
ンプ15の出力V4が第4図のようにハイレベル
となり、ダイオード16、抵抗19を介してコン
デンサ20に急速に充電される。出力V4がロー
レベルの時は抵抗19、及び18を介してコンデ
ンサ20の電荷が放電されるが、抵抗18抵抗1
9に比して十分に大きな抵抗値に選ばれているた
め、コンデンサ20は、充電が完了した時点の電
圧V5をしばらくの間維持することになる。オペ
アンプ21によりこの電圧V5がインピーダンス
変換されて湿度検出信号V0として外部に出力さ
れる。次に抵抗22〜25は、オペアンプ15の
反転入力端子iに負帰還信号を与えて湿度検出信
号V0の出力ゲイン並びに動作点を決める働きを
なす。ここで抵抗24,25は抵抗22,23に
対して十分小さく選らばれている。そしてこの接
続において、電圧V3が基準電圧VBに等しいとき、
即ち湿度Hがほぼ0%RHのとき、湿度検出信号
V0=0Vとなるように抵抗22,23を選定す
る。即ちV0=0VのときV7=VBとなるように選
ぶ。
この結果、電圧V3の振幅E3と湿度検出信号V0
は、ほぼ次式の関係となる。
V0=(1+R23/R22)(1+R24/R25)E3 故に電圧V3の振幅E3と湿度検出電圧V0が比例
する。そこで湿度センサ12の検知する湿度Hに
対する湿度検出電圧V0は第3図に示すごとくな
り、H=40〜70%RH程度で適当な特性が与えら
れ、空調関係における湿度検出に有用である。な
お湿度センサ12の温度特性は感温素子13によ
り極めて良く温度補償され、H=40〜70%RHの
範囲では温度0〜40℃に対して±2%RH程度で
ある。
この構成は発振回路C、平滑増幅回路Fなどは
直流電源電圧Vccに対応した特性を示すため、
Vccを共通とする他回路でADコンバータなどそ
の比率を判定する場合に極めて好都合である。以
上第1図に示す一実施例により詳細に説明した
が、オペアンプ4,15はコンパレータであつて
も良く、また場合によつては抵抗24,25をコ
ンデンサ20の両端に接続しても、ほぼ同時の特
性が得られる。
また感温素子13は、使用温度範囲が極めて小
さい場合、例えば20℃±1℃などの場合は、もち
ろん固定抵抗への置き換えが可能であり、また感
温素子13の値を変更することにより、第3図に
示す湿度Hに対する湿度検出信号V0の関係を、
例えば20〜50%RHの範囲で良好な特性とするこ
とも可能であり、使用対象に応じて適宜設計可能
であり、使用対象に応じて適宜可能である。なお
湿度センサ12への印加電圧が正弦波でなければ
支障がある場合は、発振回路Cを正弦波発振回路
とすることはもちろん可能であり、ほぼ同等の出
力特性が得られる。
更に抵抗22の一端が直流電源電圧Vccに接続
されているが、適当な直流電圧を与える点に接続
しても可能である。
発明の効果 上述のように本発明の湿度検出装置は、単一直
流電源電圧、例えば+5Vで動作可能で、その湿
度検出信号V0の出力範囲も直流電源電圧の近傍
(例えばほぼ零ボルト)から可能で、湿度Hの変
化に対する特性変化も十分大きなものが自由に得
られるため、低コスト、小形化、高性能化、汎用
性の拡大が実現できるなど、他の電子回路との結
合が容易である点と合わせて、極めて優れた性能
を有しており、高い工業的価値が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における湿度検知回
路の構成図、第2図は湿度センサの特性図、第3
図は第1図における湿度検知信号の特性図、第4
図は第1図の動作説明図、第5図は従来の湿度検
知回路の構成図である。 A……直流電源、B……基準電圧発生回路、C
……発振回路、D……センサ部、F……平滑増幅
回路、12……湿度センサ、13……感温素子、
15……オペアンプ、16……ダイオード、19
……抵抗、20……コンデンサ、22,23,2
4,25……抵抗、V+……非反転入力端子、V
−……反転入力端子、Vs……基準電圧、V0……
湿度検知信号。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 以下のそれぞれの回路に単一の直流電源電圧
    を供給する直流電源と、前記直流電源電圧を分圧
    した基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、前
    記基準電圧に対して正負それぞれの波形が該対象
    な交流波形を発生する発振回路と、前記発振回路
    の出力端と前記基準電圧との間に湿度の変化に応
    じて抵抗値の変化を与える湿度センサと前記湿度
    センサの温度特性を補償するための感温素子とを
    直列に接続したセンサ部と、前記湿度センサと前
    記感温素子との接続点の信号が非反転入力端子に
    入力されたオペアンプの出力信号をダイオード、
    抵抗、コンデンサを用いて平滑し、その平滑信号
    を湿度検出信号として外部に出力すると共に、前
    記オペアンプの反転入力端子へ前記直流電源電圧
    より抵抗を介してバイアス信号を与え、更に前記
    湿度検出信号より抵抗を介して負帰還信号を与え
    て成る平滑増幅回路とにより構成された湿度検出
    装置。
JP17985184A 1984-08-29 1984-08-29 湿度検出装置 Granted JPS6157841A (ja)

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