JPH05223770A - 熱伝導式絶対湿度センサ - Google Patents

熱伝導式絶対湿度センサ

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JPH05223770A
JPH05223770A JP4025096A JP2509692A JPH05223770A JP H05223770 A JPH05223770 A JP H05223770A JP 4025096 A JP4025096 A JP 4025096A JP 2509692 A JP2509692 A JP 2509692A JP H05223770 A JPH05223770 A JP H05223770A
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光之 武田
Kikuo Tsuruga
紀久夫 敦賀
Tomeji Ono
留治 大野
Shinichi Iwata
伸一 岩田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定雰囲気と基準雰囲気との熱特性の均衡を
保つことで、正確な湿度検知が行える熱伝導式絶対湿度
センサを提供する。 【構成】 湿度を測定しようとする測定雰囲気100に
晒された感熱抵抗素子1と、所定の湿度を有する基準雰
囲気200に晒された感熱抵抗素子2とを備え、感熱抵
抗素子1および2は実質的に同一の抵抗特性を有するも
のであって、感熱抵抗素子1および2それぞれに等しい
電流量の電流を流し、感熱抵抗素子1および2を自己発
熱させ、感熱抵抗素子1および2の上昇温度差による感
熱抵抗素子1および2の抵抗値差に基づいて測定雰囲気
100の湿度を検出する熱伝導式絶対湿度センサにおい
て、感熱抵抗素子1および2が同一面上に形成されたセ
ラミックから成る基板11と、基板11に焼結接合さ
れ、測定雰囲気100および基準雰囲気200が湿度同
一のときに同一熱特性となるように測定雰囲気100お
よび基準雰囲気200を規定する、セラミックから成る
容器である枠12、13および蓋14、15とを有する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、感熱抵抗素子を用い
て、空調器、除湿器、調理器、栽培ハウス等の雰囲気の
水蒸気量を検出する熱伝導式絶対湿度センサに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、空調器、除湿器、調理器、栽培ハ
ウス等での絶対あるいは相対湿度の検出制御の要求が高
まっている。この要求に応えるため種々の方式の湿度セ
ンサが提案されている。
【0003】図4は、従来の熱伝導式絶対湿度センサの
構造を示す断面図である。図4において、従来の熱伝導
式絶対湿度センサは、感熱抵抗素子1´および2´と、
感熱抵抗素子1´および2´の端子9をそれぞれ支持す
るステム8と、湿度を測定しようとする大気(測定雰囲
気)に連通する通気孔71が設けられ、感熱抵抗素子1
´を支持するステム8を覆うキャップ7aと、感熱抵抗
素子2´を支持するステム8を覆うキャップ7bとを有
する。キャップ7bは、極低温(−40℃)にてステム
8にかぶせられることにより、感熱抵抗素子2´を乾燥
空気(基準雰囲気)中に封入するものである。このよう
に、キャップ7aとステム8、および、キャップ7bと
ステム8で、それぞれ、測定雰囲気および基準雰囲気を
規定する筐体部が形成されている。
【0004】図5は、この熱伝導式絶対湿度センサを含
む電気回路図である。図5において、感熱抵抗素子1´
(Rht)と感熱抵抗素子2´(Rt )、固定抵抗R1
2、R3 および保護抵抗Rs (ただし、白金抵抗のよ
うに正特性の温度特性を持つ感熱抵抗素子の場合は保護
抵抗Rs は必要無い。)により、ホイートストンブリッ
ジが構成される。ただしRhtとRt 、および、R1 とR
2 の温度−抵抗特性は等しくなければならない。感熱抵
抗素子2´は、乾燥雰囲気中に封入されており、感熱抵
抗素子1は、大気中にさらされている。いま、感熱抵抗
素子1´および2´に、印加電圧Vinが印加されると、
感熱抵抗素子1´および2´は自己発熱をし、周囲温度
よりも高くなる。感熱抵抗素子1´および2´の温度
は、感熱抵抗素子1´および2´に加わる電力と感熱抵
抗素子1´および2´の熱放散により決定されるが、大
気中に水蒸気が含まれていると、水蒸気が含まれていな
い場合に対して、水蒸気の熱伝導が作用して熱放散が大
きくなるため、感熱抵抗素子1´の温度は、感熱抵抗素
子2´よりも低くなる。このため、固定抵抗R3 の両端
に電位差が、即ち、出力電圧Vout が湿度信号として検
出される。このように、感熱抵抗素子1´および2´の
上昇温度差による抵抗値差に基づいて大気中の絶対湿度
を検出することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、感熱抵
抗素子1´および2´の筐体部は、異なる部品で構成さ
れており、筐体部どおしは点接触となっている。このた
め、測定雰囲気と基準雰囲気との熱特性が不均一とな
り、感熱抵抗素子1´および2は、その湿度差以外の要
因で上昇温度差が生じ、正確な湿度検知が行えないとい
う問題点がある。
【0006】また、感熱抵抗素子1´および2´の特性
が揃うように、センサを維持、選別することは容易では
なく、感熱抵抗素子1´および2´の特性のずれは、温
度ドリフトや試料間の特性バラツキの原因となるという
問題点がある。
【0007】本発明の課題は、測定雰囲気と基準雰囲気
との熱特性の均衡を保つことで、正確な湿度検知が行え
る熱伝導式絶対湿度センサを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、湿度を
測定しようとする測定雰囲気に晒された第1の感熱抵抗
素子と、所定の湿度を有する基準雰囲気に晒された第2
の感熱抵抗素子とを備え、該第1および第2の感熱抵抗
素子は実質的に同一の抵抗特性を有するものであって、
前記第1および第2の感熱抵抗素子それぞれに等しい電
流量の電流を流し、該第1および第2の感熱抵抗素子を
自己発熱させ、該第1および第2の感熱抵抗素子の上昇
温度差による該第1および第2の感熱抵抗素子の抵抗値
差に基づいて前記測定雰囲気の湿度を検出する熱伝導式
絶対湿度センサにおいて、前記第1および第2の感熱抵
抗素子が同一面上に形成されたセラミックから成る基板
と、該基板に焼結接合され、前記測定雰囲気および前記
基準雰囲気が湿度同一のときに同一熱特性となるように
該測定雰囲気および該基準雰囲気を規定する、セラミッ
クから成る容器とを有することを特徴とする熱伝導式絶
対湿度センサが得られる。
【0009】さらに、本発明によれば、湿度を測定しよ
うとする測定雰囲気に晒された第1の感熱抵抗素子と、
所定の湿度を有する基準雰囲気に晒された第2の感熱抵
抗素子と、2つの固定抵抗素子とを備え、該第1および
第2の感熱抵抗素子と該2つの固定抵抗素子とはそれぞ
れ実質的に同一の抵抗特性を有するものであって、前記
第1および第2の感熱抵抗素子は互いに直列接続された
ブリッジ回路を有し、前記互いに直列接続された第1お
よび第2の感熱抵抗素子の両端に電圧を印加して、該第
1および第2の感熱抵抗素子を自己発熱させ、該第1お
よび第2の感熱抵抗素子の上昇温度差による該第1およ
び第2の感熱抵抗素子の抵抗値差に基づいて前記測定雰
囲気の湿度を検出する熱伝導式絶対湿度センサにおい
て、前記第1および第2の感熱抵抗素子が同一面上に形
成されたセラミックから成る基板と、該基板に焼結接合
され、前記測定雰囲気および前記基準雰囲気が湿度同一
のときに同一熱特性とするように該測定雰囲気および該
基準雰囲気を規定する、セラミックから成る容器とを有
し、前記基板および該容器のうち一方には、前記2つの
固定抵抗素子が形成されていることを特徴とする熱伝導
式絶対湿度センサが得られる。
【0010】即ち、本発明においては、感熱抵抗素子1
(測定雰囲気用)、感熱抵抗素子2(基準雰囲気用)を
金属あるいはセラミック基板の同一面上で構成(保持)
し、測定雰囲気を規定する感熱抵抗素子1の筐体部と、
基準雰囲気を規定する感熱抵抗素子2を乾燥封入するた
めの筐体部との全てを、セラミック(金属)にて一体焼
結することにより構成することで、測定雰囲気および基
準雰囲気の熱特性を均一にし、感熱抵抗素子1、2の熱
特性を揃える。さらに、固定抵抗R1 およびR2 も同一
面上に同一ペーストを印刷する等、厚膜技術にて形成す
ることによって固定抵抗R1 、R2 の微少な温度特性も
揃え、また小型化も図る。これによって、特性の安定
性、温度ドリフト、試料間の特性バラツキを改善し小型
化することを目的とする。また、厚膜技術にて構成でき
るため自動化による組立によって全体を構成する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
よる熱伝導式絶対湿度センサを説明する。
【0012】図1および図2は、本実施例による熱伝導
式絶対湿度センサの斜視図および要部の分解斜視図であ
る。図1および図2において、本センサは、AlNから
成る筐体10を有する。筐体10は、基板11と、基板
11の上下に配された枠12および枠13と、さらにそ
の上下に配された蓋14および蓋15とを有する。枠1
2および13と蓋14および15とを総称して容器と呼
ぶ。基板11、枠12および枠13、蓋14および蓋1
5は、微粒子からなるAlN粉末を厚膜成形手段(印
刷、ドクターブレード、押しだし成形等)により成形し
たものである。また、基板11には、実質的に同一の抵
抗特性を有する感熱抵抗素子1および感熱抵抗素子2
と、それぞれの両端に電気的に接続したパターンとが形
成されている。感熱抵抗素子1および感熱抵抗素子2
は、Ptペーストが矩形状に印刷されたものである。ま
た、蓋14および蓋15には、通気孔141および通気
孔151が形成されている。
【0013】本実施例による熱伝導式絶対湿度センサ
を、その製造方法に即して、さらに詳細に説明する。
【0014】蓋14、枠12、基板11、枠13およ
び蓋15を重ね合わせ、熱プレスを施して1600〜1
700℃にて焼結する。尚、感熱抵抗素子2は、公知の
手段により乾燥封入させる。
【0015】筐体10の蓋14上に、抵抗3および抵
抗4と、それぞれの一端に電気的に接続したパターン
と、それぞれの他端に電気的にそれぞれ接続した2つの
パターンとを形成する。即ち、抵抗3、抵抗4およびパ
ターンを、厚膜印刷により形成して600〜1000℃
にて焼結する。尚、抵抗3および抵抗4は、実質的に同
一の抵抗特性を有する。
【0016】感熱抵抗素子1の一端と感熱抵抗素子2
の一端との間、感熱抵抗素子1の他端と抵抗3の他端と
の間および感熱抵抗素子2の他端と抵抗4の他端との間
を、ワイヤ6のワイヤボンディング(半田付け等、他の
手段でもよい。)により電気的に接合する。
【0017】以上のようにして、熱伝導式絶対湿度セン
サが製造された。
【0018】図3は、製造された熱伝導式絶対湿度セン
サのA−A断面図である。図3において、本センサは、
感熱抵抗素子1が晒された測定雰囲気(大気)100
と、感熱抵抗素子2が晒された基準雰囲気(乾燥空気)
200とをそれぞれ規定している。
【0019】得られた熱伝導式絶対湿度センサを、図5
に示す電気回路に組み込んだ。図5において、Rhtは感
熱抵抗素子1、Rt は感熱抵抗素子2、固定抵抗R1
抵抗3、R2 は抵抗4である。尚、図中、保護抵抗Rs
が含まれているが、本実施例においては感熱抵抗素子1
および2が白金抵抗であるため不要である。
【0020】次に、本発明による熱伝導式絶対湿度セン
サの温度特性を測定した。測定結果を図6に示す。尚、
ブリッジバランスは20℃においてとった。温度特性
は、任意の試料によって得られ、また、安定性は測定誤
差以内であった。
【0021】尚、本実施例においては、基板および容器
は、セラミックにより構成されているが、測定雰囲気お
よび該基準雰囲気の熱特性が湿度以外の要因において同
一となればよく、例えば、電気的絶縁処理を施した金属
により構成してもよい。
【0022】また、本実施例においては、ホイーストン
回路を用いたが、第1および第2の感熱抵抗素子は実質
的に同一の抵抗特性を有するものであって、第1および
第2の感熱抵抗素子の上昇温度差による第1および第2
の感熱抵抗素子の抵抗値差に基づいて測定雰囲気の湿度
を検出できる他の電気回路を構成してもよい。
【0023】
【発明の効果】本発明による熱伝導式絶対湿度センサ
は、第1および第2の感熱抵抗素子が同一面上に形成さ
れたセラミックから成る基板と、この基板に焼結接合さ
れ、測定雰囲気および基準雰囲気が湿度同一のときに同
一熱特性となるように測定雰囲気および基準雰囲気を規
定する、セラミックから成る容器とを有するため、測定
雰囲気と基準雰囲気との熱特性が均一となり、正確な湿
度検知が行える。このため、温度ドリフト、試料間の特
性バラツキ等を防止できる。
【0024】また、基板および容器のうち一方には、ブ
リッジ回路に用いられる2つの固定抵抗素子が形成され
ているため、溶接や人手による組立作業が不要であり、
工業的生産性に優れているばかりか、電気回路の殆んど
を含むため、湿度検出システムを簡素とすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による熱伝導式絶対湿度セン
サの斜視図である。
【図2】図1に示す熱伝導式絶対湿度センサの要部の分
解斜視図である。
【図3】図1に示す熱伝導式絶対湿度センサの断面図で
ある。
【図4】従来例による熱伝導式絶対湿度センサの断面図
である。
【図5】本発明および従来例による熱伝導式絶対湿度セ
ンサが用いられる電気回路図である。
【図6】本発明による熱伝導式絶対湿度センサの温度特
性を示す図である。
【符号の説明】
1、1´、2、2´ 感熱抵抗素子 3、4 固定抵抗素子 6 ワイヤ 7a、7b キャップ 8 ステム 9 端子 10 筐体 11 基板 12、13 枠 14、15 蓋 100 測定雰囲気 200 基準雰囲気 141、151 通気孔 Vin 印加電圧 Vout 出力電圧 Rht、Rt 感熱抵抗 R1 、R2 、R3 固定抵抗 Rs 保護抵抗
フロントページの続き (72)発明者 岩田 伸一 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 湿度を測定しようとする測定雰囲気に晒
    された第1の感熱抵抗素子と、所定の湿度を有する基準
    雰囲気に晒された第2の感熱抵抗素子とを備え、該第1
    および第2の感熱抵抗素子は実質的に同一の抵抗特性を
    有するものであって、前記第1および第2の感熱抵抗素
    子それぞれに等しい電流量の電流を流し、該第1および
    第2の感熱抵抗素子を自己発熱させ、該第1および第2
    の感熱抵抗素子の上昇温度差による該第1および第2の
    感熱抵抗素子の抵抗値差に基づいて前記測定雰囲気の湿
    度を検出する熱伝導式絶対湿度センサにおいて、前記第
    1および第2の感熱抵抗素子が同一面上に形成されたセ
    ラミックから成る基板と、該基板に焼結接合され、前記
    測定雰囲気および前記基準雰囲気が湿度同一のときに同
    一熱特性となるように該測定雰囲気および該基準雰囲気
    を規定する、セラミックから成る容器とを有することを
    特徴とする熱伝導式絶対湿度センサ。
  2. 【請求項2】 湿度を測定しようとする測定雰囲気に晒
    された第1の感熱抵抗素子と、所定の湿度を有する基準
    雰囲気に晒された第2の感熱抵抗素子と、2つの固定抵
    抗素子とを備え、該第1および第2の感熱抵抗素子と該
    2つの固定抵抗素子とはそれぞれ実質的に同一の抵抗特
    性を有するものであって、前記第1および第2の感熱抵
    抗素子は互いに直列接続されたブリッジ回路を有し、前
    記互いに直列接続された第1および第2の感熱抵抗素子
    の両端に電圧を印加して、該第1および第2の感熱抵抗
    素子を自己発熱させ、該第1および第2の感熱抵抗素子
    の上昇温度差による該第1および第2の感熱抵抗素子の
    抵抗値差に基づいて前記測定雰囲気の湿度を検出する熱
    伝導式絶対湿度センサにおいて、前記第1および第2の
    感熱抵抗素子が同一面上に形成されたセラミックから成
    る基板と、該基板に焼結接合され、前記測定雰囲気およ
    び前記基準雰囲気が湿度同一のときに同一熱特性とする
    ように該測定雰囲気および該基準雰囲気を規定する、セ
    ラミックから成る容器とを有し、前記基板および該容器
    のうち一方には、前記2つの固定抵抗素子が形成されて
    いることを特徴とする熱伝導式絶対湿度センサ。
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