JPH0378940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は相対湿度の計測方法及びこの方法に使
用する相対湿度計測装置に関する。

＜従来の技術＞ 従来の代表的な相対湿度検出方法としては露点
湿度計を用いた方法が知られている。これは直接
には結露検出装置を用いて結露を検出した時の計
測部位の温度、つまり露点温度を求める方法であ
る。

従つて、この方法を用いて計測を電気的に自動
化しようとする場合には、当該電気的演算系に気
温と飽和水蒸気圧との相関式を予め組み込んで置
き、結露対象部位の周囲環境温度を低下させてい
つて結露センサが結露を検出した時の温度をこの
相関式に代入し、露点での飽和水蒸気圧として結
露対象部位での水蒸気圧を求めうと共に、別途設
けた温度センサにより周囲環境温度を検出し、再
びこの温度を上記相関式に代入して周囲環境温度
における飽和水蒸気圧を求め、対応する相対湿度
を算出する方法が採られる。

＜発明が解決しようとする課題＞ 然し、上記のような従来法では、温度センサや
結露センサそのものには極めて信頼性が高いもの
が開発されてはいるものの、電気的演算系におい
て気温対飽和水蒸気圧の相関式を用いねばならな
い所に難がある。

というのも、こうした気温対飽和水蒸気圧の相
関式は一般にかなり複雑になり、計測精度を出そ
うとすると電気的演算系の構成を極めて複雑に
し、逆に妥当な商品価格におさえようとするとど
うしても計測精度を犠牲にせざるを得ないからで
ある。

例えば、露点温度と飽和水蒸気圧との関係を近
似できるように、電気回路の回路定数を適宜に設
定し、露点温度から直接的に相対湿度に関連した
計測量が得られるように達成した相対湿度計測回
路においては、電気回路を構成する各電子素子自
体の特性にばらつきが含まれるこに基づいて、測
定結果として得られる計測量に誤差が多分に含ま
れることとなり、精度の高い湿度測定を期せない
のである。しかも、このような湿度計測回路を量
産に供した場合、生産品毎に計測精度のばらつき
が生じ、製品としての安定的な量産を期し難いの
である。

そこで、相対湿度を十分な精度で計測すること
が可能であると共に、安定した結露を期せる相対
湿度測定方法および相対湿度計測装置の開発が望
まれていた。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は上記目的を達成するためになされたも
ので、 結露の発生を検出する結露センサ３を雰囲気温
度から冷却し、上記結露センサ３が結露を検出す
るまでに要した冷却エネルギー量を計出し、結露
検出までに要する冷却エネルギー量と相対温度と
の既知の相関関係に基づいて、結露センサ３の冷
却に要したエネルギー量から相対湿度を求めるこ
とを特徴とする相対湿度計測方法、 及び、電力供給されることによつて、相対する
２面の一方が冷却面（計測対象面２ａ）、他方の
面が放熱面となるペルチエ効果型冷却素子２の冷
却面側に結露センサ３を添着し、放熱面側をブロ
ワー６の吸気側（吸熱面６ａ）に配設してなる相
対湿度計出用データ検出装置１と、上記結露セン
サ３が結露を検出したか否かを判定する結露／非
結露判定回路２０と、上記結露／非結露判定回路
２０が結露状態と判定するまで、継続して相対湿
度計出用データ検出装置２へ定電流を供給する冷
却素子選択駆動回路３０と、上記冷却素子選択駆
動回路３０が相対湿度計出用データ検出装置２へ
定電流を供給し続けた時間を計時し、冷却素子選
択駆動回路３０より冷却素子２へ単位時間当たり
に供給される電力と供給時間との積で得られる消
費電力量に比例する冷却素子２の冷却エネルギー
量と相対湿度との既知の相関関係に基づいて、冷
却素子への電流供給時間から相対湿度を演算する
ための演算記憶回路部（マイクロ・コンピユータ
４１）と、を備えてなる相対湿度計測装置とし
た。

＜作用＞ 上記した相対湿度計測方法においては、結露セ
ンサが結露を検出した際の飽和水蒸気圧を求める
ことなく、結露センサに結露を生じさせるために
要した冷却エネルギー量から直接的に相対湿度を
求めることができる。

また、上記した相対湿度計測装置によれば、相
対湿度計出用データ検出装置の冷却素子へ冷却素
子選択駆動回路より定電流を供給することによつ
て、供給電力量に比例する冷却エネルギーが結露
センサに供給され、結露センサが結露を検出する
まで要した冷却エネルギー量を、冷却素子への定
電流供給時間に比例させることが可能となり、こ
の定電流供給時間と相対湿度との既知の関係を記
憶する記憶演算回路が、冷却素子への定電流供給
時間から相対湿度を計出する。

＜実施例＞ 第１図は本発明に係る相対湿度計測方法を実現
するための回路装置の一構成例を示し、第２図は
本発明の相対湿度計測装置を構成する相対湿度計
出用データ検出装置１の一実施例を示している。

便宜的に第２図に示すデータ検出装置の構成か
ら説明すると、図示の相対湿度計出用データ検出
装置１は、電力供給されることによつて、相対す
る２面の一方が冷却面、他方が放熱面となるペル
チエ効果型冷却素子よりなる冷却素子２の冷却面
を計測対象面２ａとして、この計測対象面２ａ上
に公知適当なもので良い結露センサ３が接着等、
適当な手段により添着されている。リード線４，
４は冷却素子２の駆動電流線、リード線５，５は
結露センサ３からの結露／非結露の如何を抵抗値
の如何に化体して取出すための信号線路である。
これらの線路は後述する第１図示の相対湿度計測
回路１０に接続される。

冷却素子２の放熱面はブロワー６の吸熱面６ａ
に載置されており、当該吸熱面６ａには無数の細
孔６ｂが穿たれている。これは内部に設けられて
いるフアン６ｃの吸引モードでの回転動作により
空気流６ｄがこの細孔６ｂを介して吸引されるよ
うにするためで、これにより冷却面側に放熱面側
から大きな熱的帰還を掛けることなく計測精度を
高め、冷却素子２の冷却効率をも高めることがで
きる。

単に冷却素子２と結露センサ３とを貼り合わせ
ただけであると、冷却素子２の放熱面側の温度が
冷却面側に回り込み、しかもその回り込み方は一
様なものとは予想できないので、例え他の環境条
件が同一であつても計測の度に冷却開始から結露
検出までの冷却時間が変化してしまう虞れがある
が、第２図示のように構成すれば冷却素子２の放
熱面側で発生する熱を速やかに計測対象部位以外
の部位へ放散してやることができ、放熱エネルギ
ーの冷却面側への悪影響を防ぐことができる。

尚、第２図に示すように、冷却素子２の放熱面
とブロワー６の細孔６ｂとの間に間〓を生ぜしめ
得るようなスペーサ等を適宜介在させることによ
り、冷却素子２の放熱面より発生する熱を一層良
好に吸熱するこが可能となる。

こうした構成の相対湿度計出用データ検出装置
１を用いたものとして第１図示の相対湿度計測回
路１０に就き説明すると、結露センサ３は、結
露／非結露判定回路２０中の抵抗ブリツジ２１の
一辺に接続されている。抵抗ブリツジ２１の他三
辺は抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で構成され、抵抗Ｒ３
は可変抵抗Ｒ３１と固定抵抗Ｒ３２との直列から
構成されている。

抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２間のノードには電源電位
Vccが与えられ、結露センサ３と抵抗Ｒ３との間
のノードは接地に落とされているので、図中点
で示す抵抗Ｒ１と結露センサ３との接続ノード対
地電位と図中点で示す可変抵抗出力対地電位と
は結露センサ３が結露を検出しているか否かによ
つて互いの電位的大小関係を大きく逆転する。

即ち、一般に市販されている結露センサ３は、
非結露時には出力リード線５，５間に極めて大き
な抵抗値を示し、結露検出時にはこれが極めて小
さな抵抗値に変わるので、第１図示の回路構成に
おいては、非結露時には点電位＞点電位であ
るのに対し、結露が検出されると点電位＞点
電位となる。

従つて、点電位をその非反転入力（＋）に、
可変抵抗Ｒ３１の出力電位としての点電位をそ
の反転入力（−）に各受けている比較器２２の出
力信号Sdは、非結露時にはその論理値を“Ｈ”
とし、結露検出時以降は論理“Ｌ”に反転する。
そのため、この信号Sdは結露／非結露判定信号
であり、論理“Ｌ”が結露検出を表すものとな
る。

尚、比較器２２周りの抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
は、通常のこの種比較器を用いる際の常として、
適当なヒステリシスを与えるためのものであり、
また可変抵抗Ｒ３１は用いる結露センサ毎の特性
のバラ付きを補償したり動作マージンを最適に取
るための調整用である。

比較器出力は冷却素子選択駆動回路３０と、適
当なバツフア回路５０を介して演算表示回路４０
にも与えられている。

冷却素子選択駆動回路３０は、この場合の回路
例では、ペルチエ効果型冷却素子２へ線路４，４
を介し定電流isを提供できる定電流源Piと、当該
定電流isの供給を選択的に遮断できるスイツチン
グ素子３１とから成つており、当該スイツチング
素子３１にはこの場合、一例としてｎ型パワー
MOSFETが用いられている。

バツフア５０はその詳細を示していない公知既
存の回路技術による任意通常の形態のもので良
く、比較器２２の出力Sdを演算表示回路４０へ
の入力として適当なレベルにレベル変換したり、
冷却素子選択駆動回路３０と演算表示回路４０と
の間で干渉を妨げるようにインピーダンス変換す
るようなものであれは良い。

演算表示回路４０はこの、場合、演算記憶回路
部としてマイクロ・コンピユータ４１を用いてお
り、演算結果は適当なデイスプレイ４２に与えら
れる。このデイスプレイ４２も公知既知の任意の
ものであつて良く、演算した相対湿度を数値表示
したり計測結果をグラフとして表示及びあるいは
ハード・コピー出力できるようなもので良い。

以下、第３図も参照して本回路経の動作を追
う。

第３図中、時刻点ｔ１で示すように、本回路系
に電源Vccが投入されると、結露／非結露判定回
路２０中の抵抗ブリツジ２１にて先づ結露センサ
３が結露／非結露のいづれかを検出しているかが
電圧に変換されては判定される。

今ここでは電気投入時に結露センサ３が非結露
状態にあつたとし、電源投入と共にこの時に計測
対象面２ａが置かれている個所の相対落度の計測
を開始するものとすると、既に説明したメカニズ
ムから、点電位＞点電位より、比較器２２の
出力としの結露／非結露判定信号Sdは、“非結
露”を表す論理“Ｈ”を出力する。

従つて、この論理“Ｈ”を受ける冷却素子選択
駆動回路中のスイツチング素子３１はターン・オ
ンし、この時点以降、定電流源Piからの定電流is
がペルチエ効果型冷却素子２に供給されて計測対
象面２ａの冷却過程が開始する。

ペルチエ効果型冷却素子２への供給電時間積に
対し、第３図中では当該計測対象面２ａの温度低
下を直接近似して模式的に示しているが、このよ
うに計測対象面の表面温度が徐々に低下していく
と、やがては時刻点ｔ２で示すように、当該表面
に結露が生ずる露点に至る。

このことが結露センサ３にて補えられると、そ
の抵抗値は大きく落込み、従つて入力ブリツジに
おける点電位の方が点電位を上回り、その結
果、比較器２２の出力としての結露／非結露判定
信号Sdも“結露”を表す論理“Ｌ”に反転する。

そのため、冷却素子選択駆動回路３０中にスイ
ツチング素子３１はターン・オフし、ペルチエ効
果型冷却素子２への定電流isの供給は遮断され
る。

しかして、マイクロ・コンピユータ４１にもバ
ツフア回路５０を介して結露／非結露判定信号
Sdと等価な信号が与えられているから、当該マ
イクロ・コンピユータ４１にてその信号の“Ｈ”
レベルへの立ち上がりから“Ｌ”レベルへの立ち
下がりまでの時間txを計測し、既述したように冷
却時間対相対湿度相関式に当該時間変数txを代入
して演算すれば、デイスプレイ４２にその結果を
表示することができる。時間txの計測は、信号
Sdが“Ｈ”である時間に限つてマスター・クロ
ツクをカウントする等の処理で行うことができ
る。

また、適当の温度センサ６０からその時の計測
対象部位の温度情報を取り込めば、各温度におけ
る相対湿度を求めることができる。

第１図示回路系の付帯的な特徴の一つは、何回
かに亘つての繰返し計測も自動的に行えることで
ある。

即ち、上記において結露／非結露判定信号Sd
が結露を検出し、これに伴つて冷却素子２の電流
供給が遮断された結果、計測対象面の温度が再上
昇し、第３図中、時刻点ｔ３で示すように再び結
露が解けて非結露状態となつた時には、比較器２
２の出力は再反転するから、再び結露に至らしめ
る冷却過程が開始し、結露検出に伴つて再度、そ
れまでの時間txを計測できるのである。従つて何
回かこうしたサイクルを繰り返させ、各サイクル
から得られた時間txに基づく演算の各結果から総
合的に判断してその部位における相対湿度を最終
検出することができる。

こうした回路系による本出願人の実用化例の測
定特性を第４図に挙げる。

第４図において、実線は採用した各温度におけ
る冷却時間（tx）対相対湿度（ｒ）の相関曲線で
あり、ブロツト点は実際の測定結果を表してい
る。いづれも設定した理論式と実際の測定結果が
良く一致していることを表している。尚、当該冷
却時間対相対湿度相関曲線は基本的には次式に基
き、実験によつて各温度毎に各係数a0〜a4を補
正している。

tx＝a0＋a1・ｒ＋a2・r²＋a3・r³＋a4・r⁴
……(1) 尚、上記した第１図示構成の実施例において
は、結露センサ３に結露を生ぜしめる為の冷却手
段として冷却素子２を用い、該冷却素子２へ定電
流isを供給することで、冷却素子２へ単位時間当
たりに供給する電力を一定とし、この冷却素子２
が結露センサ３を冷却するのに要した冷却エネル
ギー量を電流供給時間に比例させることで、予め
制定した冷却時間相対湿度相関曲線から直接的に
相対湿度を求めるものとしたが、本願発明に係る
相対湿度計測方法はこれに限定されるものではな
く、結露センサ３が結露を検出するまで要した冷
却エネルギーと相対湿度との既知の関係に基づい
て、相対湿度を計出できるものであれば良い。

また、上記相関式(1)を代入する代わりに、デジ
タル的に当該曲線上の適宜個数のプロツト点の集
合を相関テーブルとして、演算記憶回路部に予め
格納して置き、計測データを該相関テーブル中の
各データと比較して最も近いものを計算値として
出力するようにしても良い。

さらに、冷却開始から結露までの時間を計る手
段も公知既知の電子回路系において電気的に極め
て簡単に計測できるので、上記した本発明に係る
相対湿度計測方法の原理によると、計測精度が高
く、しかもほぼ安定した計測精度を期せる計測装
置の量産が可能になるのである。

一方、本発明に係る相対湿度計測装置では、冷
却素子２と結露センサ３との一体化させると共
に、冷却素子２の放熱面より発生する熱量をブロ
ワー６によつて速やかに除去できるので、冷却素
子の冷却面側への熱的帰還を防ぎ、計測ノズルと
なる擾乱を効果的に防止することができる。しか
も、結露／非結露判定回路２０、冷却素子選択駆
動回路３０、演算記憶回路部としてのマイクロ・
コンピユータ４１等よりなる相対湿度計測装置
は、公知技術に基づいて、軽量、小型かつ信頼性
の高いものとして、比較的安価に製造することが
できる。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明に係る相対湿度計
測方法によれば、相対湿度計測環境下において、
結露センサが結露を検出するに至るまでに要した
冷却エネルギーを計出し、該冷却エネルギー量と
相対湿度との既知の関係に基づいて、直接的に相
対湿度を求めることができるので、従来の計測方
法のように当該計測環境下における飽和水蒸気圧
を一旦求めて、その飽和水蒸気圧から相対湿度を
求める場合に比し、相対湿度が得られるまでに混
入する誤差が少なく、極めて精度の高い相対湿度
計測を行うことができる。

しかも、冷却エネルギー量と相対湿度との関係
は、既知のデータとして一様に設定することがで
きるので、この相対湿度計測方法に基づく相対湿
度計測装置を量産する場合においても、ほぼ安定
した計測精度を期せる量産が可能である。

また、本発明に係る相対湿度計測装置において
は、冷却素子の冷却面側に結露センサを添着する
ことで一体化させると共に、冷却素子の放熱面側
はブロワーの吸気側に配設する構成とした相対湿
度計出用データ検出装置を用いる構成としたの
で、冷却素子の放熱面より発生する熱量をブロワ
ーによつて速やかに除去することができ、冷却素
子の冷却面側への熱的帰還を防ぐことで、計測ノ
ズルとなる擾乱を効果的に防止することが可能と
なり、相対湿度計測における計測精度の向上を期
せる。

しかも、冷却エネルギー量の計出に際しては、
冷却素子選択駆動回路より定電流を供給するもの
としたので、冷却素子より結露センサへ供給され
る冷却エネルギー量に比例することとなる冷却素
子への供給電力量が電力供給時間に比例すること
となり、冷却エネルギー量と相対湿度との相関関
係を、冷却継続時間と相対湿度との相関関係とし
て設定することができる。したがつて、演算記憶
回路が計時した電流供給時間から直接的に相対湿
度を得ることが可能となり、演算記憶回路が行う
演算を単純化できることから、この演算記憶回路
自体を安価かつ容易に製造することができ、延い
ては相対湿度計測装置の軽量化小型化および低価
格化をも図れるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る相対湿度計測方法を実現
するための相対湿度計測装置の一構成例の概略構
成図、第２図は相対湿度計測装置に使用する相対
湿度計出用データ検出装置の望ましい一実施例の
概略構成図、第３図は第１図示回路系の動作の説
明図、第４図は実際に本発明を適用した場合の測
定特性及び測定結果の説明図である。 図中、１は相対湿度計出用データ検出装置、２
はペルチエ効果型の冷却素子、２ａは計測対象
面、３は結露センサ、６はブロワー、６ａは吸熱
面、１０は相対湿度計測装置を構成する相対湿度
計測回路、２０は結露／非結露判定回路、３０は
冷却素子選択駆動回路、４１は延算記憶回路部と
してのマイクロ・コンピユータ、Piは定電流源で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結露の発生を検出する結露センサを雰囲気温
   度から冷却し、上記結露センサが結露を検出する
   までに要した冷却エネルギー量を計出し、結露検
   出までに要する冷却エネルギー量と相対温度との
   既知の相関関係に基づいて、結露センサの冷却に
   要したエネルギー量から相対湿度を求めることを
   特徴とする相対温度計測方法。 ２ 電力供給されることによつて、相対する２面
   の一方が冷却面、他方の面が放熱面となるペルチ
   エ効果型冷却素子の冷却面側に結露センサを添着
   し、放熱面側をブロワーの吸気側に配設してなる
   相対湿度計出用データ検出装置と、 上記結露センサが結露を検出したか否かを判定
   する結露／非結露判定回路と、 上記結露／非結露判定回路が結露状態と判定す
   るまで、継続して相対湿度計出用データ検出装置
   へ定電流を供給する冷却素子選択駆動回路と、 上記冷却素子選択駆動回路が相対湿度計出用デ
   ータ検出装置へ定電流を供給し続けた時間を計時
   し、冷却素子選択駆動回路より冷却素子へ単位時
   間当たりに供給される電力と供給時間との積で得
   られる消費電力量に比例する冷却素子の冷却エネ
   ルギー量と相対湿度との既知の相関関係に基づい
   て、冷却素子への電流供給時間から相対湿度を演
   算するための演算記憶回路と、 を備えることを特徴とする相対湿度計測装置。