JPH05172776A

JPH05172776A - 湿度検出装置

Info

Publication number: JPH05172776A
Application number: JP35731991A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Suzuki; 木達也鈴; Takayoshi Kodama; 玉貴義兒
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】高温度まで測定が可能で、測定温度範囲が広
く、かつ長時間安定して湿度が測定できる湿度検出装置
を提供する。【構成】湿度検知体の加熱用のヒータを備えた湿度検
知素子１２と、ヒータに電力を加え、湿度検知素子１２
を一定温度に保つためのヒータ制御回路４８と、ヒータ
制御回路４８に接続され、一定間隔で湿度検知素子１２
を加熱クリーニングするためのタイマ回路５０と、湿度
検知素子１２に接続され、湿度検知素子１２のインピー
ダンス変化を測定するための発振回路２４および湿度検
出回路３４とを含む、湿度検出装置１０である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は湿度検出装置に関し、
広範囲の温度域で利用可能で、特にたとえば電子レン
ジ，オーブンおよび乾燥機などの機器や製品生産工程，
乾燥工程における湿度計測，制御に使用される湿度検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】湿度変化を電気抵抗変化に変換する方式
の湿度センサの材料としては、電解質系，有機高分子
系，セラミックス系などが知られている。セラミックス
を湿度センサ材料に用いて湿度を計測する方法には、い
くつかの種類がある。

【０００３】セラミックスを材料に用いた湿度センサの
一例として、加熱クリーニング型湿度センサが挙げられ
る。この湿度センサでは、センサ材料としてＭｇＣｒＯ
₄−ＴｉＯ₂系セラミックスやＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅系セ
ラミックスなどが使用される。この加熱クリーニング型
湿度センサは、環境温度と等しい温度において湿度測定
を行い、所定の時間毎に湿度検知部を高温に加熱する操
作を行う湿度センサである。この湿度センサの特徴は、
加熱クリーニングによってセラミックス表面を水分吸着
前の状態に戻し、常にリフレッシュした状態で使用でき
る点である。そのため、この加熱クリーニング型湿度セ
ンサは、加熱クリーニングを行わない湿度センサに比
べ、経時安定性に優れているという長所を有している。

【０００４】セラミックスを材料に用いた湿度センサの
他の例として、加熱型湿度センサが挙げられる。この湿
度センサでは、センサ材料としてＺｒＯ₂−ＭｇＯ系セ
ラミックスなどが使用される。この湿度センサの特徴
は、常時湿度検知部を高温に加熱した状態で湿度測定を
行う点である。そのため、この加熱型湿度センサは、環
境温度と等しい温度（但し上限は約１００℃である。）
において湿度測定を行う湿度センサに比べ、高温まで広
い温度範囲において湿度測定が可能という長所を有して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱ク
リーニング型湿度センサでは、２００℃以上の高温中に
おいて湿度変化に対して感度を示さなくなり、湿度の測
定ができなかった。また、加熱型湿度センサでは、測定
温度範囲は広いものの、経時安定性が悪く、長時間の使
用には問題があった。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、高
温度まで測定が可能で、測定温度範囲が広く、かつ長時
間安定して湿度が測定できる湿度検出装置を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、湿度検知体
の加熱用のヒータを備えた湿度検知素子と、ヒータに電
力を加え、湿度検知素子を一定温度に保つためのヒータ
制御回路と、ヒータ制御回路に接続され、一定間隔で湿
度検知素子を加熱クリーニングするためのタイマ回路
と、湿度検知素子に接続され、湿度検知素子のインピー
ダンス変化を測定するための発振回路および湿度検出回
路とを含む、湿度検出装置である。

【０００８】湿度検知素子による湿度検知は、３００℃
〜６００℃で行われるのが好ましい。加熱クリーニング
は、湿度検知の温度より高く、かつ１０００℃以下の温
度で行われるのが好ましい。

【０００９】

【作用】ヒータ制御回路によって、湿度検知素子は一定
温度に保たれる。また、タイマ回路によって、一定間隔
で湿度検知体が加熱クリーニングされる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、常温から６００℃ま
での広い温度範囲で測定可能で、経時安定性に優れた湿
度検出装置が得られる。

【００１１】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すブロック図
である。湿度検出装置１０は、湿度検知素子１２を含
む。

【００１３】湿度検知素子１２は、図２に示すように、
湿度検知体１４を含む。湿度検知体１４はたとえばＢａ
Ｏ−ＣｅＯ₂（Ｎｄ₂Ｏ₃）系抵抗体によって形成され
る。湿度検知体１４の内部には、内部ヒータ１６および
対向電極１８が間隔を隔てて形成される。この内部ヒー
タ１６は、湿度検知体１４を加熱するためのものであ
る。また、内部ヒータ１６と対向電極１８との間には、
インピーダンスが生じる。さらに、湿度検知体１４に
は、その一方主面から内部ヒータ１６の両端部分に向か
って孔２０ａおよび２０ｂが形成され、その他方主面か
ら対向電極１８に向かって孔２０ｃが形成される。これ
らの孔２０ａ，２０ｂおよび２０ｃを通して、内部ヒー
タ１６の両端部および対向電極１８の中央部には、リー
ド線２２ａ，２２ｂおよび２２ｃがそれぞれ接続され
る。

【００１４】この湿度検知素子１２は、たとえば次のよ
うにして製造される。

【００１５】ＢａＣＯ₃，ＣｅＯ₂およびＮｄ₂Ｏ₃を
１：０．９：０．０５の比率で調合した後、混合乾燥
し、乾燥物を得る。この乾燥物を１１００〜１２００℃
で２時間仮焼し、さらにシート成形を行い、シートを得
る。得られたシートに、Ｐｔペーストを用いて内部ヒー
タ１６および対向電極１８を印刷し、孔２０ａ，２０ｂ
および２０ｃを形成し、圧着しカットした後、１３００
〜１４００℃で約２時間焼成し、湿度検知体１４を得
る。得られた湿度検知体１４にＰｔのリード線２２ａ，
２２ｂおよび２２ｃを焼き付け、湿度検知素子１２を得
る。

【００１６】図３は湿度検知素子１２を４５０℃に加熱
した状態で得られた絶対湿度−出力電圧の特性を示すグ
ラフである。なお、加熱は内部ヒータ１６に通電して行
われ、出力電圧はリード線２２ｂおよび２２ｃの間で測
定された。

【００１７】湿度検知素子１２には、図１に示すよう
に、湿度検知素子１２に交番電流を与えるための発振回
路２４が接続される。この場合、湿度検知素子１２のリ
ード線２２ｂおよび２２ｃ間に、発振回路２４の出力端
が接続される。

【００１８】図４は発振回路２４の一例を示す回路図で
ある。この発振回路２４は、オペアンプ２６を含む。オ
ペアンプ２６の非反転入力端は接地され、オペアンプ２
６の出力端と反転入力端との間には、３つのコンデンサ
２８ａ，２８ｂおよび２８ｃが直列に接続される。コン
デンサ２８ａおよび２８ｂの間は、抵抗３０ａを介して
接地される。また、コンデンサ２８ｂおよび２８ｃの間
は、抵抗３０ｂを介して接地される。さらに、オペアン
プ２６の出力端と反転入力端との間には、抵抗３０ｃが
接続され、さらに抵抗３０ｄとダイオード３２ａおよび
３２ｂとが接続される。この場合、ダイオード３２ａの
アノードおよびダイオード３２ｂのカソードがオペアン
プ２６の出力端に接続され、ダイオード３２ａのカソー
ドおよびダイオード３２ｂのアノードが抵抗３０ｄを介
してオペアンプ２６の反転入力端に接続される。また、
オペアンプ２６の出力端は、コンデンサ２８ｄを介して
出力端子２４ａに接続され、さらに抵抗３０ｅを介して
接地される。

【００１９】そして、発振回路２４の出力端子２４ａが
湿度検知素子１２のリード線２２ｃに接続される。ま
た、湿度検知素子１２のリード線２２ｂは接地される。

【００２０】さらに、湿度検知素子１２には、図１に示
すように、湿度出力回路３４が接続される。この場合、
リード線２２ｂおよび２２ｃ間に、湿度出力回路３４の
入力端が接続される。湿度出力回路３４は、湿度検知素
子１２の湿度に対応したインピーダンスの変化を電圧の
変化に変換して出力を得るための回路である。湿度出力
回路３４は、第１の湿度出力回路３４ａおよび第２の湿
度出力回路３４ｂを含む。

【００２１】図５は第１の湿度出力回路３４ａの一例を
示す回路図である。第１の湿度出力回路３４ａは、湿度
検知素子１２のリード線２２ｃに接続される入力端子３
５を含む。この入力端子３５は、オペアンプ３６ａの反
転入力端に接続され、オペアンプ３６ａの非反転入力端
は接地され、オペアンプ３６ａの出力端と反転入力端と
の間には、抵抗３８ａが接続される。また、オペアンプ
３６ａの出力端は、別のオペアンプ３６ｂの非反転入力
端に接続される。このオペアンプ３６ｂの出力端と反転
入力端とは接続される。さらに、オペアンプ３６ｂの出
力端は、コンデンサ４０ａを介して出力端子４１に接続
される。

【００２２】図６は第２の湿度出力回路３４ｂの一例を
示す回路図である。第２の湿度出力回路３４ｂは、３つ
のオペアンプ３６ｃ，３６ｄおよび３６ｅを含む。オペ
アンプ３６ｃの非反転入力端は接地され、オペアンプ３
６ｃの反転入力端は、抵抗３８ｂを介して入力端子３９
に接続される。この入力端子３９は、第１の湿度出力回
路３４ａの出力端子４１に接続される。オペアンプ３６
ｃの出力端と反転入力端との間に、ダイオード４２ａお
よび抵抗３８ｃが接続される。この場合、ダイオード４
２ａのカソードはオペアンプ３６ｃの出力端に接続さ
れ、ダイオード４２ａのアノードは抵抗３８ｃを介し
て、オペアンプ３６ｄの反転入力端に接続される。ま
た、オペアンプ３６ｃの出力端と反転入力端との間に
は、ダイオード４２ｂおよび抵抗３８ｄが接続される。
この場合、ダイオード４２ｂのアノードがオペアンプ３
６ｃの出力端に接続される。さらに、オペアンプ３６ｃ
の出力端と反転入力端とは、ダイオード４２ｂ，抵抗３
８ｅ，３８ｆおよび３８ｂを介して接続される。また、
オペアンプ３６ｃの出力端は、ダイオード４２ｂおよび
抵抗３８ｅを介して、オペアンプ３６ｄの反転入力端に
接続される。このオペアンプ３６ｄの非反転入力端は接
地される。オペアンプ３６ｄの出力端と反転入力端と
は、抵抗３８ｇを介して接続され、さらにコンデンサ４
０ｂを介して接続される。さらに、オペアンプ３６ｄの
出力端は、抵抗３８ｈを介して、オペアンプ３６ｅの反
転入力端に接続される。オペアンプ３６ｅの出力端と反
転入力端とは、可変抵抗４４を介して接続される。ま
た、オペアンプ３６ｅの非反転入力端は、可変抵抗３８
ｉの可動端に接続される。この可変抵抗３８ｉの一端
は、抵抗３８ｊを介して電源４６に接続され、可変抵抗
３８ｉの他端は、抵抗３８ｋを介して接地される。ま
た、オペアンプ３６ｅの出力端からは、湿度出力が得ら
れる。

【００２３】さらに、湿度検知素子１２の内部ヒータ１
６には、内部ヒータ１６に電力を加え、湿度検知体１４
を一定の温度に保つためのヒータ制御回路４８が接続さ
れる。また、発振回路２４の出力端およびヒータ制御回
路４８の入力端には、図１に示すように、タイマ回路５
０が接続される。

【００２４】図７はヒータ制御回路４８の一例を示す回
路図である。ヒータ制御回路４８は、ＮＰＮ形のトラン
ジスタ５２を含む。トランジスタ５２のベースは、抵抗
５４ａを介して、入力端子５５に接続される。トランジ
スタ５２のコレクタは、抵抗５４ｂを介して、電源端子
５６に接続される。また、トランジスタ５２のエミッタ
は、スイッチ５８に接続される。スイッチ５８の共通の
接点は、リード線２２ｂを介して内部ヒータ１６の一端
に接続される。なお、内部ヒータ１６の他端はリード線
２２ｃを介して接地される。スイッチ５８の一方の接点
は、加熱用電源６０ａを介して接地される。スイッチ５
８の他方の接点は、加熱クリーニング用の高電源６０ｂ
を介して接地される。

【００２５】図８はタイマ回路５０の一例を示す回路図
である。タイマ回路５０は、第１のカウンタ６２および
第２のカウンタ６４を含む。タイマ回路５０は、発振回
路２４からの波形をパルス波に成形した後、第１のカウ
ンタ６２および第２のカウンタ６４でそれぞれパルスを
カウントし、所定の周期ごとに一定の時間信号を出力す
る。第１のカウンタ６２は、ヒートクリーニングの周期
すなわち間隔を決定するために設けられる。また、第２
のカウンタ６４は、ヒートクリーニング開始から終了ま
での時間を決定するために設けられる。そのため、発振
回路２４の出力端子２４ａに接続される入力端子６５
が、第１のカウンタ６２の入力端および第２のカウンタ
６４の入力端に接続される。さらに、第１のカウンタ６
２の出力端がフリップフロップ６６のクロックピンＣＬ
Ｋに接続され、第２のカウンタ６４の出力端がフリップ
フロップ６６のリセットピンＲに接続される。また、フ
リップフロップ６６のＤピンＤは電源６８に接続され、
プリセットピンＳは接地される。さらに、フリップフロ
ップ６６の出力ピンＱは、出力端子７０に接続され、こ
の出力端子７０は、ヒータ制御回路４８の入力端子５５
に接続される。

【００２６】図９は、この湿度検出装置１０を用いて、
ヒートクリーニングを行い、連続的に湿度測定を行った
結果を示すグラフである。なお、ヒートクリーニング
は、８００℃で約１５０時間ごとに４．５分間行った。
また、湿度測定は温度４５０℃で行った。この場合、ク
リーニング中には、トランジスタ５２がＯＮとなり、電
源６０ｂの電圧が湿度検知素子１２の内部ヒータ１６に
印加される。一方、クリーニング以外のときには、トラ
ンジスタ５２がＯＦＦとなり、電源６０ａの電圧が湿度
検知素子１２の内部ヒータ１６に印加される。その結
果、クリーニング有りの場合では、クリーニング無しの
場合に比べ、経時安定性が良好となった。なお、クリー
ニング温度については、測定温度以下では効果がなく、
一方１０００℃以上では、ヒータが断線する割合が急激
に高まる。

【００２７】上述の実施例では、発振回路２４からの信
号をタイマ回路５０でカウントするようにしたが、タイ
マ回路５０内に基準となるクロックを設け、そのパルス
をカウントしても同様の結果が得られる。なお、上述の
実施例の回路は単なる一例であって、この発明では他の
回路を用いてもよく、それに限定されないことはもちろ
んである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】湿度検知素子を示す図解図である。

【図３】湿度検知素子を４５０℃に加熱した状態で得ら
れた絶対湿度−出力電圧の特性を示すグラフである。

【図４】発振回路の一例を示す回路図である。

【図５】第１の湿度出力回路の一例を示す回路図であ
る。

【図６】第２の湿度出力回路の一例を示す回路図であ
る。

【図７】ヒータ制御回路の一例を示す回路図である。

【図８】タイマ回路の一例を示す回路図である。

【図９】湿度検出装置を用いて、ヒートクリーニングを
行い、連続的に湿度測定を行なった結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１０湿度検出装置１２湿度検知素子１４湿度検知体１６内部ヒータ２４発振回路３４湿度出力回路４８ヒータ制御回路５０タイマ回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湿度検知体の加熱用のヒータを備えた湿
度検知素子と、前記ヒータに電力を加え、前記湿度検知素子を一定温度
に保つためのヒータ制御回路と、前記ヒータ制御回路に接続され、一定間隔で前記湿度検
知素子を加熱クリーニングするためのタイマ回路と、前記湿度検知素子に接続され、前記湿度検知素子のイン
ピーダンス変化を測定するための発振回路および湿度検
出回路とを含む、湿度検出装置。
【請求項２】前記湿度検知素子による湿度検知は、３
００℃〜６００℃で行われ、前記加熱クリーニングは、前記湿度検知の温度より高
く、かつ１０００℃以下の温度で行われる、請求項１の
湿度検出装置。