JPH04194659A - 湿度センサー - Google Patents

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、電子レンジやオーブン等の各種ガスを含んだ
雰囲気中で用いることのできる湿度センサーに関する。

［背景技術］ 湿度センサーとしては、現在、セラミック型湿度センサ
ーやバルク型湿度センサー等の抵抗変化型湿度センサー
が最もよく使用されている。

セラミック型湿度センサーは、表面に貴金属の電極を形
成されたアルミナ等の絶縁基板の表面に感湿膜を形成し
たものであり、感湿膜の材料としては、例えばＦｅａｒ
ｓ−Ｌｉｓｔ、　ＡＱＰ０４等の感湿材料が用いられて
いる。また、バルク型湿度センサーは、バルク型の感湿
性セラミック基板の両端に電極を形成したものであり、
感湿性セラミック基板の材料としては、ＭｇＣｒａＯ４
−ＴｉＯｓ、　ＺｎＯ’ＬｉｇＯ−ＶｉＯａ等が用いら
れている。

そして、これらの抵抗変化型湿度センサーにおいては、
感湿材料が空気中の水分子を吸着すると、それによって
感湿材料の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を計
測することによって湿度を検知するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来より用いられている多くの湿度セン
サーでは、１００℃以下の低温域では良好な感度を得る
ことかでざるが、それ以上の高温域では充分な感度を得
ることができなかった。そのため、このような湿度セン
サー大１例えば電子しンジやオーブン等の高温環境下で
湿度を検知することを要求される機器に使用する場合、
その要求を満たすことができなかった。

一方、高温域で使用できる湿度センサーについては、水
蒸気以外の有機系ガスにも感度を持つため、水蒸気選択
性（他のガスの影響を受けることなく水蒸気のみに反応
する性質）を要求される電子レンジやオーブン等には使
用することができなかった。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、高温域でも良好な感度
を得ることができ、かつ水蒸気選択性に優れた湿度セン
サーを提供することにある。

［課題を解決するための手段コ このため、本発明の湿度センサーは、水蒸気及び有機系
ガスの双方に対して感知機能を有する感湿抵抗体素子と
、水蒸気に感知しないが有機系ガスに感知機能を有する
非感湿抵抗体素子とを備え、上記非感湿抵抗体素子と感
湿抵抗体素子の有機系ガスに対する感度が互いに打ち消
されるようにして、水蒸気のみを感知するようにしたこ
とを特徴としている。

［作用］ 本発明の湿度センサーにあっては、有機系ガスに対して
は感湿抵抗体素子及び非感湿抵抗体素子の双方が感度を
有し、感湿抵抗体素子の感度と非感湿抵抗体素子の感度
が打ち消し合うようになっているので、湿度センサーの
全体としては、有機系ガスを感知しない。一方、水蒸気
に対しては、感湿抵抗体素子のみが感度を有し、感湿抵
抗体素子の感度が非感湿抵抗体素子によって打ち消され
ることはないので、湿度センサーの全体としては、良好
な感度を持つ。従って、水蒸気選択性に優れた湿度セン
サーを製作することができる。

しかも、高温で感度の得られない水蒸気のみに感知する
湿度センサーを使用することなく、水蒸気及び有機系ガ
スに感知する感湿抵抗体素子と、水蒸気に感知しないが
有機系ガスに感知する非感湿抵抗体素子を用いているの
で、低温はもちろん高温においても水蒸気に対する良好
な感度を得ることができる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図に示すように、湿度センサーＡは、水蒸気及び有
機系ガスの双方に感知して抵抗値が変化する感湿抵抗体
素子１と、有機系ガスに感知して抵抗・値が変化するが
水蒸気に反応しない非感湿抵抗体素子２とを有している
。この感湿抵抗体素子１及び非感湿抵抗体素子２は、バ
ルク型の感応性基板の両端に電極を設けたバルク型のも
のでもよく、セラミック絶縁基板の表面に電極を設け、
その上に感応性膜を形成したセラミック型のもの等でも
よい。なお、感湿・非感湿抵抗体素子１゜２は、１００
℃以上の高温域でも良好な感度を有するものである。ま
た、湿度センサーＡの内部には、両抵抗体素子１，２を
加熱するためのヒーター３が内蔵されている。第１図で
は、各抵抗体素子１゜２にそれぞれヒーター３が内蔵さ
れているが、１つのヒーター３によって両抵抗体素子１
，２を加熱するようになっていても差し支えない。この
感湿抵抗体素子１、非感湿抵抗体素子２及びヒーター３
は、１部品として一体に構成されているが、端子電極の
引き出しパターンは、第１図に示したパターンに限るも
のではない。

次に、上記湿度センサーＡの使用方法を説明する。湿度
センサーＡの感湿抵抗体素子１及び非感湿抵抗体素子２
は、第２図の回路図に示すように、抵抗Ｒｓ　、　Ｒ４
と組み合わせてホイートストンブリッジを構成されてお
り、ホイートストンブリッジの両端ＰＱ間に交流電圧５
が印加され、両抵抗体素子１，２の中点Ｍと抵抗Ｒｓ、
Ｒ４の中点Ｎの間に挿入された電流計４によって中点Ｍ
Ｎ間の電位差を検出することによって水蒸気等を感知す
る。

ここで抵抗Ｒ，，Ｒ４の値は、感湿抵抗体素子１の有機
系ガスに対する感度と、非感湿抵抗体素子２の有機系ガ
スに対する感度とがバランスしてＭＮ間に電位差が生じ
ないように調整されている。すなわち、感湿抵抗体素子
１及び非感湿抵抗体素子２が有機系ガスを検知した時の
抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とすると、 Ｒ１／Ｒ２＝Ｒ３／Ｒ４（Ｒｓ、Ｒ−は抵抗値）となる
ように抵抗Ｒａ、Ｒ４の値を調整しである。

従って、湿度センサーＡが有機系ガスの雰囲気中にあり
、両抵抗体素子１，２が有機系ガスのみを感知している
時には、ホイートストンブリッジのＭＮ間には電位差が
生じず、電流計４によって検知されない。これに対し、
湿度センサーＡが水蒸気雰囲気中にある時には、感湿抵
抗体素子１のみが水蒸気を感知するので、ホイートスト
ンブリッジのＭＮ間に電位差が発生し、電流計４によっ
て検知される。したがって、上記のように、湿度センサ
ーＡを用いてホイートストンブリッジを組むことにより
、低温域から１００°Ｃ以上の高温域にわたって良好な
感度を有し、しかも水蒸気以外のガスに対しては極めて
感度が小さく、水蒸気選択性に優れた検出回路を構成す
ることができる。なお、上記抵抗Ｒａ、Ｒ４を湿度セン
サーＡ内に組み込んでも差し支えない。

一方、上記両ヒーター３は、第３図に示すように、並列
に接続され、直流電圧６を印加されている。これにより
、各抵抗体素子１，２はヒーター３によって加熱されて
一定温度（高温）に保たれており、常温から１００℃以
上の高温までの幅広い温度域の雰囲気中でも良好な感度
で湿度を検知できるようになっている。なお、一対のヒ
ーター３は、直列に接続しても良いが、並列に接続して
あれば一方のヒーター３が断線しても、他方のヒーター
３により引続き両抵抗体素子１，２を加熱することがで
きる。なお、１つのヒーター３で感湿抵抗体素子１のみ
を加熱するようにしても差し支えない。また、温度を一
定に保つためには、第３図のように単に一定電圧を印加
するだけでもよいが、温度センサーによってヒーター温
度を検知し、ヒーターの発熱温度が一定となるように制
御してもよく、あるいはヒーターとして自己温度調整能
力を有するＰＴＣサーミスタ等のヒーターを用いてもよ
い。

次に、上記湿度センサーの一製造方法と、製造された湿
度センサーの水蒸気感度の測定結果を説明する。

まず、酸化バリウムと酸化セリウムを１：１に調合し、
１２００℃で仮焼してペロブスカイト構造の粉末を得た
。こうして得た粉末に、有機系バインダーを１０重量％
添加した後、厚さ約１００１．ｆｆｌ１の感湿抵抗体素
子のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの両
端に電極を設けた。

同様に、酸化スズに有機系バインダーを１０重量％加え
た後、厚さ約１００側の非感湿抵抗体素子のグリーンシ
ートを形成し、そのグリーンシートの両端に電極を設け
た。

また、グリーンシートの表面に白金製電極を設けて一対
のヒーターを形成した。

この後、感湿抵抗体素子、非感湿抵抗体素子、ヒーター
及び保護用などのグリーンシートを積層し、約２ｔ／ｃ
ｍ”の圧力で圧着させ、所定の大きさにカットした後、
１４００℃で焼成し、適宜外部電極等を設けて湿度セン
サーを得た。

上記のようにして得た湿度センサーを用いて第２図のよ
うなホイートストンブリッジを組み、有機系ガスを含ま
ない雰囲気中で湿度をＯ％ＲＨ，５０％ＲＨ，９０％Ｒ
Ｈと変化させ、さらに、エタノールガスを０．０５ｍＱ
／Ｑを含む雰囲気中で湿度を９０％Ｒ）ｌからＯ％ＲＨ
に変化させた。そして、電流計の電流値を測定した。こ
の結果を第４図に示す。

第４図から明らかなように、本発明の湿度センサーを用
いれば、有機系ガスな含んでいる場合と含んでいない場
合とで、はぼ等しい感度を得ることができ、従って有機
系ガスに対する感度が極めて小さく、水蒸気選択性に優
れた湿度センサーを得ることができた。

［発明の効果］ 本発明によれば、低温から高温までの広い温度領域にわ
たって水蒸気に対する感度が良好で、優れた水蒸気選択
性を備えた湿度センサーを得ることができる。

従って、電子レンジやオーブン等の高温で、かつ各種ガ
スを含むような環境下においても用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
同上の湿度センサーの一使用方法を示す検出回路図、第
３図は同上の湿度センサー内に内蔵されているヒーター
を発熱させるための回路図、第４図は実験例の測定結果
を示すグラフである。 １・・・感湿抵抗体素子 ２・・・非感湿抵抗体素子 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　　弁理士　中　野　雅　房 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水蒸気及び有機系ガスの双方に対して感知機能を
   有する感湿抵抗体素子と、水蒸気に感知しないが有機系
   ガスに感知機能を有する非感湿抵抗体素子とを備え、上
   記非感湿抵抗体素子と感湿抵抗体素子の有機系ガスに対
   する感度が互いに打ち消されるようにして、水蒸気のみ
   を感知するようにしたことを特徴とする湿度センサー。