JPH05312667A - 湿度センサーおよび湿度計 - Google Patents
湿度センサーおよび湿度計Info
- Publication number
- JPH05312667A JPH05312667A JP4117118A JP11711892A JPH05312667A JP H05312667 A JPH05312667 A JP H05312667A JP 4117118 A JP4117118 A JP 4117118A JP 11711892 A JP11711892 A JP 11711892A JP H05312667 A JPH05312667 A JP H05312667A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sound wave
- hollow body
- humidity sensor
- hygrometer
- humidity
- Prior art date
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- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02845—Humidity, wetness
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は湿度センサーおよび湿度計に関する
もので、取り扱いやすく、精度の高いものを提供するこ
とを目的とする。 【構成】 ２組の中空体１１の中にそれぞれ一対の音波
発振素子と音波受信素子を互に等距離に設け、一方の中
空体１１には乾燥空気を入れ基準中空体とし、他方の中
空体１１には小孔１２を設け測定中空体とした。この構
成で湿度の違いによる音波の伝達速度の差を検出し、こ
れにより湿度を測定した。 【効果】 本発明は従来の通風乾燥球湿度計に比して、
(1) 短時間で測定可能、(2) 水の補給が不要で取り扱い
が簡便、(3) 遠隔測定ができ、かつ、自動記録が可能等
の利点を有する。
もので、取り扱いやすく、精度の高いものを提供するこ
とを目的とする。 【構成】 ２組の中空体１１の中にそれぞれ一対の音波
発振素子と音波受信素子を互に等距離に設け、一方の中
空体１１には乾燥空気を入れ基準中空体とし、他方の中
空体１１には小孔１２を設け測定中空体とした。この構
成で湿度の違いによる音波の伝達速度の差を検出し、こ
れにより湿度を測定した。 【効果】 本発明は従来の通風乾燥球湿度計に比して、
(1) 短時間で測定可能、(2) 水の補給が不要で取り扱い
が簡便、(3) 遠隔測定ができ、かつ、自動記録が可能等
の利点を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は湿度センサーおよびに関
するものである。
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＪＩＳ Ｚ８８０６ 湿度測定方法に記
載されている様に、湿度計は測定精度の良いものとして
はアスマン通風乾燥球湿度計および気象庁形通乾湿球温
度形があるが、これらはともにの水の補給が必要であ
り、連続記録ができない、遠隔測定ができない、
さらに自動制御に使用できないといった欠点があった。
これに対し抵抗湿度計式の湿度計は水の補給の問題が未
解決であるだけでなく、ＪＩＳ−Ｚ８８０６の解説に記
載のごとく校正しないと使用できず、従って湿度の絶対
測定はできない。
載されている様に、湿度計は測定精度の良いものとして
はアスマン通風乾燥球湿度計および気象庁形通乾湿球温
度形があるが、これらはともにの水の補給が必要であ
り、連続記録ができない、遠隔測定ができない、
さらに自動制御に使用できないといった欠点があった。
これに対し抵抗湿度計式の湿度計は水の補給の問題が未
解決であるだけでなく、ＪＩＳ−Ｚ８８０６の解説に記
載のごとく校正しないと使用できず、従って湿度の絶対
測定はできない。
【０００３】また、筒便型としてはバイメタル式、種々
の材質が湿気を吸着した時の変化……伸び、電気抵抗、
静電容量、高周波に対する吸収などを測定する方法があ
るが、湿気の吸着現象は必然的に経時変化を伴うもので
あり、信頼できる湿度測定はできない。
の材質が湿気を吸着した時の変化……伸び、電気抵抗、
静電容量、高周波に対する吸収などを測定する方法があ
るが、湿気の吸着現象は必然的に経時変化を伴うもので
あり、信頼できる湿度測定はできない。
【０００４】一方、湿度により音速が変化する事は古く
から知られており、理科年表にも水蒸気圧と音速の変化
の式が記載されているが、この信頼できる物理変化もそ
の変化量が非常に小さいため（例えば２０℃において湿
度が０％から１００％まで変化しても音速の変化はわず
か０.3７％程であるのに対し、湿度が２℃変化すれば同
程度の音速変化が表われる。）にこれを湿度計に利用し
た例は見あたらない。
から知られており、理科年表にも水蒸気圧と音速の変化
の式が記載されているが、この信頼できる物理変化もそ
の変化量が非常に小さいため（例えば２０℃において湿
度が０％から１００％まで変化しても音速の変化はわず
か０.3７％程であるのに対し、湿度が２℃変化すれば同
程度の音速変化が表われる。）にこれを湿度計に利用し
た例は見あたらない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術で述べ
た『信頼できる湿度計』の欠点である １．水の補給の問題を解決する ２．連続記録、遠隔記録および自動制御を可能にする ３．これらの欠点を解消するため従来利用できなかった
『小さな音速の変化』を利用するものである。
た『信頼できる湿度計』の欠点である １．水の補給の問題を解決する ２．連続記録、遠隔記録および自動制御を可能にする ３．これらの欠点を解消するため従来利用できなかった
『小さな音速の変化』を利用するものである。
【０００６】
(1) 実質的に同一形状の２つの中空体を設け、各々の中
空体には一対の音波発振素子と音波受信素子とを一定の
距離に対向して設け、一方の中空体には乾燥空気等の既
知の湿度量の空気を封入し、他方の中空体には通気用小
孔をあけ、両方の中空体を近接せしめる構成としたもの
である。
空体には一対の音波発振素子と音波受信素子とを一定の
距離に対向して設け、一方の中空体には乾燥空気等の既
知の湿度量の空気を封入し、他方の中空体には通気用小
孔をあけ、両方の中空体を近接せしめる構成としたもの
である。
【０００７】(2) 中空体を薄い板金製円筒で構成し、円
筒の一端には右ネジを、他端には左ネジのメネジを設
け、これらに嵌合する右ネジのオネジと左ネジのオネジ
とを各々の端より回転挿入せしめ、音波発振素子および
音波受信素子の一方を右ネジのオネジに、他方を左ネジ
のオネジに固定せしめる構成としたものである。
筒の一端には右ネジを、他端には左ネジのメネジを設
け、これらに嵌合する右ネジのオネジと左ネジのオネジ
とを各々の端より回転挿入せしめ、音波発振素子および
音波受信素子の一方を右ネジのオネジに、他方を左ネジ
のオネジに固定せしめる構成としたものである。
【０００８】(3) 音波発振素子および音波受信素子とも
に周波数４０ＫＨｚ程度の超音波素子としたものであ
る。
に周波数４０ＫＨｚ程度の超音波素子としたものであ
る。
【０００９】(4) 中空体の一部（の壁面）をゴム等の薄
い弾性体で置き換える構成とするものである。
い弾性体で置き換える構成とするものである。
【００１０】(5) 請求項１の湿度センサーの２つの音波
発振素子に、一つの発振器の出力を接続し、２つの音波
受信素子の各々の出力を位相差検出器の２つの入力に接
続し、出力を表示装置に接続する構成としたものであ
る。
発振素子に、一つの発振器の出力を接続し、２つの音波
受信素子の各々の出力を位相差検出器の２つの入力に接
続し、出力を表示装置に接続する構成としたものであ
る。
【００１１】(6) 位相差検出器として２つのコンパレー
ター（ゼロクロスディテクター）と排他的論理和素子
（エクスクルーシブオア ゲート）とを用いる構成とし
たものである。
ター（ゼロクロスディテクター）と排他的論理和素子
（エクスクルーシブオア ゲート）とを用いる構成とし
たものである。
【００１２】(7) 中空体の側壁（内側）に薄い吸音体を
設けた構成としたものである。
設けた構成としたものである。
【００１３】
【作用】本発明は上記構成により、以下の作用を有す
る。
る。
【００１４】(1) 一つの発振器の出力を２つの音波発振
素子に接続するため、この２つの音波発振素子は基本的
に同一周波数同一位相の音波を発生する。２つの中空体
の一方には乾燥空気等の既知の湿度量を含む空気が封入
され、他方には中空体に通気用小孔があけられているの
でこの中には外気が侵入し、発生した音波はこの空気中
を進む。一定の距離を進むと音波受信素子があり、電気
信号に変換される。この２つの中空体に充満している空
気の湿度量の差により到達時間にわずかの差が生じ、そ
れが電気信号の位相の差となる。この位相差を有する２
つの音波受信素子の出力が位相差検出器に入力され、位
相差に対応した出力が生じる。
素子に接続するため、この２つの音波発振素子は基本的
に同一周波数同一位相の音波を発生する。２つの中空体
の一方には乾燥空気等の既知の湿度量を含む空気が封入
され、他方には中空体に通気用小孔があけられているの
でこの中には外気が侵入し、発生した音波はこの空気中
を進む。一定の距離を進むと音波受信素子があり、電気
信号に変換される。この２つの中空体に充満している空
気の湿度量の差により到達時間にわずかの差が生じ、そ
れが電気信号の位相の差となる。この位相差を有する２
つの音波受信素子の出力が位相差検出器に入力され、位
相差に対応した出力が生じる。
【００１５】２つの中空体は実質的に同一形状であり、
かつ近接して設けられているので内部の空気の湿度は同
一であり、湿度差に基づく位相差の誤差を除くことがで
きる。
かつ近接して設けられているので内部の空気の湿度は同
一であり、湿度差に基づく位相差の誤差を除くことがで
きる。
【００１６】(2) 音波発振素子と音波受信素子との距離
を一定の値に調整する事が一つのキーポイントである
が、中空体を円筒とし、その両端の一方に右ネジ、他方
に左ネジを設け、これらに嵌合するオネジを各々の端よ
り回転挿入せしめ、音波発振素子および音波受信素子の
一方を右ネジのオネジに、他方を左ネジのオネジに固定
してあるので、２つのオネジは回転させずに例えば手で
軽く固定した状態で円筒を回転させると、その回転の方
向に従って音波発振素子と音波受信素子との距離を近づ
けたり、遠ざけたりすることが容易に行なえる。
を一定の値に調整する事が一つのキーポイントである
が、中空体を円筒とし、その両端の一方に右ネジ、他方
に左ネジを設け、これらに嵌合するオネジを各々の端よ
り回転挿入せしめ、音波発振素子および音波受信素子の
一方を右ネジのオネジに、他方を左ネジのオネジに固定
してあるので、２つのオネジは回転させずに例えば手で
軽く固定した状態で円筒を回転させると、その回転の方
向に従って音波発振素子と音波受信素子との距離を近づ
けたり、遠ざけたりすることが容易に行なえる。
【００１７】また中空体が薄い板金で作られているの
で、熱容量が小さく、かつ熱伝導に優れ、従って周囲の
気温と中空体内部の空気の湿度が順応しやすくなり、こ
れも誤差の減少に役立つ。
で、熱容量が小さく、かつ熱伝導に優れ、従って周囲の
気温と中空体内部の空気の湿度が順応しやすくなり、こ
れも誤差の減少に役立つ。
【００１８】(3) 音波として可聴音域でなく超音波領域
を用いれば人間には聞こえないので周囲の人間の迷惑に
ならない。
を用いれば人間には聞こえないので周囲の人間の迷惑に
ならない。
【００１９】また位相差検出方式においては低い周波数
ほど簡単に算出できる湿度の測定範囲が広がるので有利
であり、またその中では広く普及している４０ＫＨｚ程
度が素子も安価である。
ほど簡単に算出できる湿度の測定範囲が広がるので有利
であり、またその中では広く普及している４０ＫＨｚ程
度が素子も安価である。
【００２０】(4) 中空体の壁面の一部をゴム等の薄い弾
性体で置き換えたので外気圧の変化が中空体内部にも伝
達され、誤差を取り除ける。
性体で置き換えたので外気圧の変化が中空体内部にも伝
達され、誤差を取り除ける。
【００２１】(5) (1) に記述した原理により、発生する
位相差を表示装置に表示することにより、湿度計とする
ことができる。
位相差を表示装置に表示することにより、湿度計とする
ことができる。
【００２２】(6) ほぼ正弦波に近い音波受信素子の出力
電圧が、コンパレーター（ゼロクロスディテクター）に
加えられる事によりその位相（ゼロクロスポイント）に
対応した矩形波が得られ、この２つの矩形波をエクスク
ルーシブオアゲートに入力する事により両者の位相差に
対応した出力が得られる。
電圧が、コンパレーター（ゼロクロスディテクター）に
加えられる事によりその位相（ゼロクロスポイント）に
対応した矩形波が得られ、この２つの矩形波をエクスク
ルーシブオアゲートに入力する事により両者の位相差に
対応した出力が得られる。
【００２３】(7) 中空体の内側壁に薄い吸音体を設けた
ので、側壁で反射する音波が吸収され、音波受信素子に
到達する音波は音波発振素子から発せられた直接波のみ
となり、不要な信号が混入する事を防止する。
ので、側壁で反射する音波が吸収され、音波受信素子に
到達する音波は音波発振素子から発せられた直接波のみ
となり、不要な信号が混入する事を防止する。
【００２４】
【実施例】図１は本発明の湿度センサーの一実施例の斜
視図およびそのＡ−Ａ′断面図である。
視図およびそのＡ−Ａ′断面図である。
【００２５】中空体１１は薄いアルミ製のパイプであ
り、同一寸法のものを２個用いる。但し、一方のみに小
孔１２をあけておく。パイプの両端は転造によりネジを
形成する。一端は右ネジ１３、他端は左ネジ１４とす
る。この右ネジ１３に嵌合する外形形状を有するプラス
チック製のホルダー１６は、一方に円筒の凹所、他方に
は俗に言うＤカット１７を施す。但しＤカットを円対称
の位置にも施し、ＤではなくＯに近い形状となる。この
Ｏカット部分には２つの細長い丸穴１８を前記凹所に貫
通させる。円形凹所には超音波発振素子２１を挿入し、
超音波発振素子の２本のリード線は前述の丸穴１８に挿
入する。図１においてはこのリード線の先端には何も接
続されていないがこれは煩雑になる事をさけ、理解を容
易にするためであり、実際には電線が接続される。電線
を接続した後に丸穴１８はエポキシ樹脂等の接着剤で封
止される。
り、同一寸法のものを２個用いる。但し、一方のみに小
孔１２をあけておく。パイプの両端は転造によりネジを
形成する。一端は右ネジ１３、他端は左ネジ１４とす
る。この右ネジ１３に嵌合する外形形状を有するプラス
チック製のホルダー１６は、一方に円筒の凹所、他方に
は俗に言うＤカット１７を施す。但しＤカットを円対称
の位置にも施し、ＤではなくＯに近い形状となる。この
Ｏカット部分には２つの細長い丸穴１８を前記凹所に貫
通させる。円形凹所には超音波発振素子２１を挿入し、
超音波発振素子の２本のリード線は前述の丸穴１８に挿
入する。図１においてはこのリード線の先端には何も接
続されていないがこれは煩雑になる事をさけ、理解を容
易にするためであり、実際には電線が接続される。電線
を接続した後に丸穴１８はエポキシ樹脂等の接着剤で封
止される。
【００２６】ホルダー１９は外形形状が左ネジである事
を除いてホルダー１６と同一である。円形の凹所には超
音波受信素子２２を挿入固定する。
を除いてホルダー１６と同一である。円形の凹所には超
音波受信素子２２を挿入固定する。
【００２７】中空体１１の中（内側）には発泡ポリウレ
タン製の吸音体２３を入れる。吸音体は厚さ１／２ｍｍ
程の長方形の板を丸めて中空体内に挿入する。
タン製の吸音体２３を入れる。吸音体は厚さ１／２ｍｍ
程の長方形の板を丸めて中空体内に挿入する。
【００２８】各々の超音波発振素子２１と超音波受信素
子２２とを固定した状態のホルダー１６およびホルダー
１９は中空体１１の両端より回転させながら挿入する
が、この操作はマイナス５０〜６０℃の低温下で行う。
つまりパイプの両端に形成したネジ（メネジ）１３およ
び１４と、これに嵌合するホルダー１６および１９に形
成されたネジ（オネジ）の寸法はこの程度の低温にて支
障なく回転可能な程度に接近した値としておく。またこ
の程度の低温においては空気中に含まれる水蒸気量は非
常に小さく、乾燥空気とみなせる。低温下にて回転挿入
した後、ゆるやかに温度を上昇させ、常温にもどす。良
く知られる様に、一般にプラスチックの熱膨張率は金属
のそれより大きいので、常温にもどった時、プラスチッ
ク製のホルダーは熱膨張して中空体を内側から圧迫し、
中空体とホルダーとの機械的固定および密封の役目をは
たす。しかし密封の良否は湿度測定の精度を左右するの
で、これだけにたよる事なく、接着剤塗布等の二重対策
を施しておく。
子２２とを固定した状態のホルダー１６およびホルダー
１９は中空体１１の両端より回転させながら挿入する
が、この操作はマイナス５０〜６０℃の低温下で行う。
つまりパイプの両端に形成したネジ（メネジ）１３およ
び１４と、これに嵌合するホルダー１６および１９に形
成されたネジ（オネジ）の寸法はこの程度の低温にて支
障なく回転可能な程度に接近した値としておく。またこ
の程度の低温においては空気中に含まれる水蒸気量は非
常に小さく、乾燥空気とみなせる。低温下にて回転挿入
した後、ゆるやかに温度を上昇させ、常温にもどす。良
く知られる様に、一般にプラスチックの熱膨張率は金属
のそれより大きいので、常温にもどった時、プラスチッ
ク製のホルダーは熱膨張して中空体を内側から圧迫し、
中空体とホルダーとの機械的固定および密封の役目をは
たす。しかし密封の良否は湿度測定の精度を左右するの
で、これだけにたよる事なく、接着剤塗布等の二重対策
を施しておく。
【００２９】常温、乾燥空気中で回転挿入を行っても良
いが、この場合はネジの寸法は常温でスムーズに回転す
る程度にすると共に、固定および密封をより厳重に行う
必要がある。
いが、この場合はネジの寸法は常温でスムーズに回転す
る程度にすると共に、固定および密封をより厳重に行う
必要がある。
【００３０】金属製のバンド２４および小ネジ２５を２
組用い、中空体１１を２つ、小孔１２がないものとある
ものを固定する。
組用い、中空体１１を２つ、小孔１２がないものとある
ものを固定する。
【００３１】図２は本発明の湿度計の回路図および各部
の電圧波形である。発振器３１は４０ＫＨｚの正弦波を
発生させ、この出力は２つの音波発振素子２１を並列接
続したものに加えられる。小孔１２のあいた中空体１１
およびあかない中空体１１を介して対向して設けられた
２つの音波受信素子２２の受信出力はコンパレーター３
２に加えられる。コンパレーター３２の出力は排他的理
論和素子３３に加えられる。これらコンパレーター（ゼ
ロクロスディテクター）３２と排他的論理和素子（エク
スクルーシグオアゲート）３３とで位相差検出器３４を
構成する。つまり超音波受信素子２２の出力は位相差検
出器３４の２つの入力に接続される。
の電圧波形である。発振器３１は４０ＫＨｚの正弦波を
発生させ、この出力は２つの音波発振素子２１を並列接
続したものに加えられる。小孔１２のあいた中空体１１
およびあかない中空体１１を介して対向して設けられた
２つの音波受信素子２２の受信出力はコンパレーター３
２に加えられる。コンパレーター３２の出力は排他的理
論和素子３３に加えられる。これらコンパレーター（ゼ
ロクロスディテクター）３２と排他的論理和素子（エク
スクルーシグオアゲート）３３とで位相差検出器３４を
構成する。つまり超音波受信素子２２の出力は位相差検
出器３４の２つの入力に接続される。
【００３２】位相差検出器３４の出力は表示装置３５に
接続される。表示装置３５は抵抗３６とコンデンサ３７
の積分回路、増幅器３８およびメーター３９とからな
る。
接続される。表示装置３５は抵抗３６とコンデンサ３７
の積分回路、増幅器３８およびメーター３９とからな
る。
【００３３】図３は本発明一実施例の湿度計の斜視図お
よびそのＢ−Ｂ′断面図である。薄い板金製の箱４１の
正面にはメータ３９が設けられ、内部には図１に示した
湿度センサー５１（湿度センサー全体……図１で表わし
た範囲……５１番とする。）が設けられ、この湿度セン
サーの下側、箱４１の底面にはファン４２が設けられ
る。図２で示した電子回路は図３では省略する。またフ
ァン４２の電気接続および電源コード等も図２、図３に
は示さない。
よびそのＢ−Ｂ′断面図である。薄い板金製の箱４１の
正面にはメータ３９が設けられ、内部には図１に示した
湿度センサー５１（湿度センサー全体……図１で表わし
た範囲……５１番とする。）が設けられ、この湿度セン
サーの下側、箱４１の底面にはファン４２が設けられ
る。図２で示した電子回路は図３では省略する。またフ
ァン４２の電気接続および電源コード等も図２、図３に
は示さない。
【００３４】図２にもどり、各部の電圧波形に基づいて
動作説明を行う。発振器３１で発生した４０ＫＨｚ正弦
波が音波発振素子２１に加えられると４０ＫＨｚの音波
が発生し、中空体１１の中部に充満した空気中を伝達し
て音波受信素子２２に達する。２つの中空体１１のう
ち、小孔１２のない方は乾燥空気が充満しているので、
例えば気温が２５℃、音波発振素子２１と音波受信素子
２２との間の距離を１０ｃｍと仮定すると約２８８マイ
クロ秒で伝わる。これに対し、小孔１２のあいた中空体
内部に相対温度５０％程の空気が充満しているとこれよ
り約０．７マイクロ秒早く伝わる。乾燥空気中を伝わっ
て音波受信素子に到達しこの素子に発生した電圧を
ｖ1 、湿度５０％の湿度中を伝わった電圧をｖ2 とする
とｖ2 の位相が若干進んでいる。
動作説明を行う。発振器３１で発生した４０ＫＨｚ正弦
波が音波発振素子２１に加えられると４０ＫＨｚの音波
が発生し、中空体１１の中部に充満した空気中を伝達し
て音波受信素子２２に達する。２つの中空体１１のう
ち、小孔１２のない方は乾燥空気が充満しているので、
例えば気温が２５℃、音波発振素子２１と音波受信素子
２２との間の距離を１０ｃｍと仮定すると約２８８マイ
クロ秒で伝わる。これに対し、小孔１２のあいた中空体
内部に相対温度５０％程の空気が充満しているとこれよ
り約０．７マイクロ秒早く伝わる。乾燥空気中を伝わっ
て音波受信素子に到達しこの素子に発生した電圧を
ｖ1 、湿度５０％の湿度中を伝わった電圧をｖ2 とする
とｖ2 の位相が若干進んでいる。
【００３５】周波数４０ＫＨｚであるから１サイクルの
時間は２５マイクロ秒、半サイクルは１２.5マイクロ秒
である。従って半サイクルの時間に対し、５〜６％の時
間差が生じたわけである。これらｖ1 およびｖ2 電圧が
ＣＭＯＳのコンパレーター３２に加えられると各々
ｖ3 、ｖ4 の波形となる。ＣＭＯＳでなく、ＴＴＬ等の
入力インピーダンスの低いコンパレーターを用いると波
形が歪み、正確なゼロクロスを検出しない。またＣＭＯ
Ｓであっても正負両電源を用いずに例えば＋５Ｖだけの
電源で動作させるとこれも波形が歪み、ゼロクロスを検
知しない。ｖ3 、ｖ 4 の矩形波の幅は理想的には１２.5
マイクロ秒である。この２つの矩形波ｖ3 およびｖ4 が
排他的理論和素子３３に加えられるとｖ3 とｖ4 との異
なった部分のみに対応したパルス幅の矩形波ｖ5 が生じ
る。ｖ5 の幅は理想的には前述の０.7マイクロ秒であ
る。これを積分回路を通すとｖ6 の波形となる。これを
増幅器３８を通し、メータ３９を振らせるわけである。
ｖ6 の電圧値は理想的には０.7／１２.5倍にされた『素
子３３の出力電圧』となる。
時間は２５マイクロ秒、半サイクルは１２.5マイクロ秒
である。従って半サイクルの時間に対し、５〜６％の時
間差が生じたわけである。これらｖ1 およびｖ2 電圧が
ＣＭＯＳのコンパレーター３２に加えられると各々
ｖ3 、ｖ4 の波形となる。ＣＭＯＳでなく、ＴＴＬ等の
入力インピーダンスの低いコンパレーターを用いると波
形が歪み、正確なゼロクロスを検出しない。またＣＭＯ
Ｓであっても正負両電源を用いずに例えば＋５Ｖだけの
電源で動作させるとこれも波形が歪み、ゼロクロスを検
知しない。ｖ3 、ｖ 4 の矩形波の幅は理想的には１２.5
マイクロ秒である。この２つの矩形波ｖ3 およびｖ4 が
排他的理論和素子３３に加えられるとｖ3 とｖ4 との異
なった部分のみに対応したパルス幅の矩形波ｖ5 が生じ
る。ｖ5 の幅は理想的には前述の０.7マイクロ秒であ
る。これを積分回路を通すとｖ6 の波形となる。これを
増幅器３８を通し、メータ３９を振らせるわけである。
ｖ6 の電圧値は理想的には０.7／１２.5倍にされた『素
子３３の出力電圧』となる。
【００３６】理科年表に記載された湿気中の音速を表す
式は（数１）であり、気圧Ｈの空気中に圧力Ｐの水蒸気
がある時の音速Ｃｗを同温度における乾燥空気中の音速
Ｃより求めるものであり、γｗは水蒸気の定圧比熱と定
容比熱の比、γａは乾燥空気における同様の比である。
式は（数１）であり、気圧Ｈの空気中に圧力Ｐの水蒸気
がある時の音速Ｃｗを同温度における乾燥空気中の音速
Ｃより求めるものであり、γｗは水蒸気の定圧比熱と定
容比熱の比、γａは乾燥空気における同様の比である。
【００３７】
【数１】
【００３８】これに化学便覧に記載されている水蒸気分
圧Ｐ〔ｍｍＨｇ〕と絶対湿度ｆ〔ｇ／ｍ3 〕の式 Ｐ＝０.9４５｛１＋０.0０３６７ｔ｝ｆ ここでｔは気湿〔℃〕を代入して２５℃における絶対湿
度と距離１０ｃｍにおける遅れ時間を計算すると（表
１）の様になる。
圧Ｐ〔ｍｍＨｇ〕と絶対湿度ｆ〔ｇ／ｍ3 〕の式 Ｐ＝０.9４５｛１＋０.0０３６７ｔ｝ｆ ここでｔは気湿〔℃〕を代入して２５℃における絶対湿
度と距離１０ｃｍにおける遅れ時間を計算すると（表
１）の様になる。
【００３９】
【表１】
【００４０】本実施例で用いた排他的論理和素子におい
ては＋５Ｖ電源を用いた時の出力電圧は５Ｖであるか
ら、表１の値に５／１２.5をかけた値の電圧が図２のｖ
6 として得られるわけである。従って本湿度計は絶対湿
度を表示する。湿度が異なる場合は電圧値は変化する
が、同様に計算すると例えば４ｇ／ｍ3 の絶対湿度にお
ける０℃、２５℃、５０℃の遅れ時間を計算すると０℃
−０．２４μｓｅｃ、２５℃−０．２６μｓｅｃ、５０
℃−０．２６μｓｅｃであり、非常に小さいのでメータ
３９には２５℃における値を目盛っておき、必要に応じ
温度補正すれば実用上無視できるレベルとも考えられ
る。
ては＋５Ｖ電源を用いた時の出力電圧は５Ｖであるか
ら、表１の値に５／１２.5をかけた値の電圧が図２のｖ
6 として得られるわけである。従って本湿度計は絶対湿
度を表示する。湿度が異なる場合は電圧値は変化する
が、同様に計算すると例えば４ｇ／ｍ3 の絶対湿度にお
ける０℃、２５℃、５０℃の遅れ時間を計算すると０℃
−０．２４μｓｅｃ、２５℃−０．２６μｓｅｃ、５０
℃−０．２６μｓｅｃであり、非常に小さいのでメータ
３９には２５℃における値を目盛っておき、必要に応じ
温度補正すれば実用上無視できるレベルとも考えられ
る。
【００４１】以上述べた様に本発明の構成により絶対湿
度計が実現できるわけであるが、二三補足すると、ま
ず、以上述べた内容は２つの中空体１１の中の空気温が
等しいとの前提に基づいており、これがくずれると大き
な誤差を生じる。従って熱的には２つの中空体は同一に
すべく、小孔１２はできるだけ小さな穴径とし、これ以
外は全く同一の形状、寸法とし、かつ外気温が中空体内
に伝わりやすくするため中空体は薄いアルミ板（ビール
やジュースの缶程度）で構成し、その上、２つの中空体
を金属製のバンド２４で接触させ、固定せしめている。
つまり仮に２つの中空体の温度が異なった場合、接触部
分かつ熱が伝わり、時間とともに等しくなっていく。
度計が実現できるわけであるが、二三補足すると、ま
ず、以上述べた内容は２つの中空体１１の中の空気温が
等しいとの前提に基づいており、これがくずれると大き
な誤差を生じる。従って熱的には２つの中空体は同一に
すべく、小孔１２はできるだけ小さな穴径とし、これ以
外は全く同一の形状、寸法とし、かつ外気温が中空体内
に伝わりやすくするため中空体は薄いアルミ板（ビール
やジュースの缶程度）で構成し、その上、２つの中空体
を金属製のバンド２４で接触させ、固定せしめている。
つまり仮に２つの中空体の温度が異なった場合、接触部
分かつ熱が伝わり、時間とともに等しくなっていく。
【００４２】さらに図３の湿度計の例においては、湿度
センサー５１の下部にファン４２を設け、これによりセ
ンサーに強制的に風を当てて外気と中空体内部との差お
よび２つの中空体内部間の差を縮めている。
センサー５１の下部にファン４２を設け、これによりセ
ンサーに強制的に風を当てて外気と中空体内部との差お
よび２つの中空体内部間の差を縮めている。
【００４３】但し中空体内部に風が入ると音波の伝達が
乱されて出力波形がふらつく。小孔１２の部分には発泡
ポリウレタン製の吸音体２３があるので風の侵入を防ぐ
効果があるが完全ではない。風に対しては小孔１２の大
きさ、吸音材の厚さおよび密度およびセンサーに当てる
風の強さ等の設計的な要因を追求すべきであり、ここで
は以上述べるにとどめる。
乱されて出力波形がふらつく。小孔１２の部分には発泡
ポリウレタン製の吸音体２３があるので風の侵入を防ぐ
効果があるが完全ではない。風に対しては小孔１２の大
きさ、吸音材の厚さおよび密度およびセンサーに当てる
風の強さ等の設計的な要因を追求すべきであり、ここで
は以上述べるにとどめる。
【００４４】温度と共に重要な意味を持つのが音波の発
振および受信素子間の距離である。乾燥空気の入った中
空体と、外気が小孔１２から侵入する中空体との間で距
離に差があればその差の分だけ出力電圧（図２のｖ6 ）
が偏ってしまう。例えば１０ｃｍに対して０．１ｍｍの
差があると約０．３マイクロ秒の差となって表われる。
従って表１から約５ｇ／ｍ3 の湿度量に相当する。本発
明においては２つの中空体における音波の発振および受
信素子間距離の差をなくすための調整作業の容易さに配
慮している。
振および受信素子間の距離である。乾燥空気の入った中
空体と、外気が小孔１２から侵入する中空体との間で距
離に差があればその差の分だけ出力電圧（図２のｖ6 ）
が偏ってしまう。例えば１０ｃｍに対して０．１ｍｍの
差があると約０．３マイクロ秒の差となって表われる。
従って表１から約５ｇ／ｍ3 の湿度量に相当する。本発
明においては２つの中空体における音波の発振および受
信素子間距離の差をなくすための調整作業の容易さに配
慮している。
【００４５】図４はこの距離調整作業の方法を示す斜視
図である。両端をＵ字状に切欠かれた厚さ２ｍｍ程度の
板金をコの字状に直角に曲げた治具に、ホルダー１６お
よび１９のＤカットされたＯ字状部分を前記Ｕ字状切欠
部に嵌合する様に挿入した後、中空体を左回転または右
回転させると２つのホルダー１６および１９の間隔が回
転の方向に応じて広がったり狭ばまったりする。この
時、ホルダー１６および１９は回転しない。従って音波
発振および音波受信各々の素子に電線を接続してあって
もよじられる事がなく、通電状態での距離調節が容易で
ある。図２の回路に組込み、動作させ、ｖ6 の電圧がゼ
ロまたは極小になる中空体を左または右に回転させれば
良い。
図である。両端をＵ字状に切欠かれた厚さ２ｍｍ程度の
板金をコの字状に直角に曲げた治具に、ホルダー１６お
よび１９のＤカットされたＯ字状部分を前記Ｕ字状切欠
部に嵌合する様に挿入した後、中空体を左回転または右
回転させると２つのホルダー１６および１９の間隔が回
転の方向に応じて広がったり狭ばまったりする。この
時、ホルダー１６および１９は回転しない。従って音波
発振および音波受信各々の素子に電線を接続してあって
もよじられる事がなく、通電状態での距離調節が容易で
ある。図２の回路に組込み、動作させ、ｖ6 の電圧がゼ
ロまたは極小になる中空体を左または右に回転させれば
良い。
【００４６】表示装置として実施例ではメータ３９を用
いたが、液晶、蛍光表示管等のデジタル表示に置き換え
る事は容易であり、またサーミスタや熱電対等の温度セ
ンサーと組合わせ、コンピュータに入力し、温度補正後
に表示することも現在の技術においては容易である。
いたが、液晶、蛍光表示管等のデジタル表示に置き換え
る事は容易であり、またサーミスタや熱電対等の温度セ
ンサーと組合わせ、コンピュータに入力し、温度補正後
に表示することも現在の技術においては容易である。
【００４７】また音速は気圧の平方根に比例するので２
つの中空体の中の気圧に差があるとこれも大きな誤差を
生ずるので両者の気圧を等しくする必要がある。小孔１
２のあいた方は外気と等しくなるが、乾燥空気が封入さ
れた方は壁面の一部分をゴム等の薄い弾性体で置き換え
る事により内部の気圧を外気と等しく保つ。
つの中空体の中の気圧に差があるとこれも大きな誤差を
生ずるので両者の気圧を等しくする必要がある。小孔１
２のあいた方は外気と等しくなるが、乾燥空気が封入さ
れた方は壁面の一部分をゴム等の薄い弾性体で置き換え
る事により内部の気圧を外気と等しく保つ。
【００４８】さて本発明の湿度計の利点は第１には短時
間で測定できることである。正確な測定が可能な通風乾
湿球湿度計では約１０分の測定時間が必要とされるから
１０分の間に湿度が変化する場合、例えば人の出入のあ
る空調された室内などでは正確な測定が不可能である。
その点、本発明によれば最小３００マイクロ秒程あれば
理論的には測定可能であり、実際にも一秒程度で測定で
きる。
間で測定できることである。正確な測定が可能な通風乾
湿球湿度計では約１０分の測定時間が必要とされるから
１０分の間に湿度が変化する場合、例えば人の出入のあ
る空調された室内などでは正確な測定が不可能である。
その点、本発明によれば最小３００マイクロ秒程あれば
理論的には測定可能であり、実際にも一秒程度で測定で
きる。
【００４９】第２には測定精度が高い事である。本実施
例においては最も単純、簡便なものを用いたが、位相差
検出器３４に高精度のものを用いればそれだけ測定精度
が向上する。湿度と音速の関係は、通風乾湿球湿度計に
用いられている湿度と蒸発量およびそれによってうばわ
れる熱量との関係に対し、本質的な精度の差、再現性の
差があるとは考えられないからである。
例においては最も単純、簡便なものを用いたが、位相差
検出器３４に高精度のものを用いればそれだけ測定精度
が向上する。湿度と音速の関係は、通風乾湿球湿度計に
用いられている湿度と蒸発量およびそれによってうばわ
れる熱量との関係に対し、本質的な精度の差、再現性の
差があるとは考えられないからである。
【００５０】第３には低湿時の測定に有利な事である。
通風乾湿球湿度計は少量と言えども測定のために水を放
出するので大気中の測定であるならばさほど問題にはな
らないが、限られた空間内であれば、１０分間も水を放
出すると空間内の湿度を上昇させてしまう。また水の放
出があるがために水の補給という手間ひまが必要となる
のである。
通風乾湿球湿度計は少量と言えども測定のために水を放
出するので大気中の測定であるならばさほど問題にはな
らないが、限られた空間内であれば、１０分間も水を放
出すると空間内の湿度を上昇させてしまう。また水の放
出があるがために水の補給という手間ひまが必要となる
のである。
【００５１】これに対し本発明の湿度計においては全く
水放出がなく、湿度の限られた空間内においても測定器
による誤差は生じない。もち論、水の補給も全く不必要
である。
水放出がなく、湿度の限られた空間内においても測定器
による誤差は生じない。もち論、水の補給も全く不必要
である。
【００５２】第４には従来例で述べた様に、自動記録、
遠隔測定が可能であり、自動制御にも使用可能である。
遠隔測定が可能であり、自動制御にも使用可能である。
【００５３】第５には本湿度計は本質的な経年変化はな
い。つまり発振器の振幅、音波発振素子の発振効率、音
波受信素子の受信効率などが変化しても出力には影響し
ない。
い。つまり発振器の振幅、音波発振素子の発振効率、音
波受信素子の受信効率などが変化しても出力には影響し
ない。
【００５４】
【発明の効果】以上のように本発明の湿度センサーおよ
び湿度計によれば、次の効果が得られる。
び湿度計によれば、次の効果が得られる。
【００５５】(1) 請求項１および請求項５に対して、湿
度と音速という基本的物理量を用いた湿度センサーおよ
び湿度計が実現できる。特に、等距離に置かれた２つの
音波発振素子と音波受信素子間の伝達時間の差を取り立
す事により微少変化を利用可能にし、精度、信頼性の高
い、かつ水の補給等の保守不要で遠隔測定、自動記録な
ども可能な湿度センサーおよび湿度計が実現できた。
度と音速という基本的物理量を用いた湿度センサーおよ
び湿度計が実現できる。特に、等距離に置かれた２つの
音波発振素子と音波受信素子間の伝達時間の差を取り立
す事により微少変化を利用可能にし、精度、信頼性の高
い、かつ水の補給等の保守不要で遠隔測定、自動記録な
ども可能な湿度センサーおよび湿度計が実現できた。
【００５６】(2) 請求項２に対して、音波発振素子と音
波受信素子との間の距離調整が容易にできる。
波受信素子との間の距離調整が容易にできる。
【００５７】(3) 請求項３に対して、超音波素子を用い
る事により人間の耳に聞こえることなく測定可能であ
り、また４０ＫＨｚ近辺は広く用いられているので安価
に実現できる。
る事により人間の耳に聞こえることなく測定可能であ
り、また４０ＫＨｚ近辺は広く用いられているので安価
に実現できる。
【００５８】(4) 請求項４に対して、気圧の変化による
誤差を取りのぞく事ができる。 (5) 請求項６に対して、わずか３つの素子で位相差検出
が構成でき、安価に湿度計が実現できる。
誤差を取りのぞく事ができる。 (5) 請求項６に対して、わずか３つの素子で位相差検出
が構成でき、安価に湿度計が実現できる。
【００５９】(6) 請求項７に対して、中空体内壁に吸音
体を設けた事により壁面で反射される不要な伝達がなく
なり、測定の誤差を減じる事ができる。
体を設けた事により壁面で反射される不要な伝達がなく
なり、測定の誤差を減じる事ができる。
【図１】本発明の湿度センサーの斜視図およびＡ−Ａ′
断面図
断面図
【図２】本発明の湿度計の回路図およびその各部の電圧
波形図
波形図
【図３】本発明の湿度計の斜視図およびＢ−Ｂ′断面図
【図４】湿度センサーの２つの音波素子間距離の調節方
法を示す斜視図
法を示す斜視図
１１ 中空体 １２ 小孔 １３ 右ネジ １４ 左ネジ ２１ 音波発振素子 ２２ 音波受信素子 ２３ 吸音体 ３１ 発振器 ３２ コンパレータ ３３ 排他的論理和素子 ３４ 位相差検出器 ３５ 表示装置
Claims (7)
- 【請求項１】実質的に同一形状の２つの中空体と、２つ
の音波発振素子と、２つの音波受信素子とからなり、各
々の中空体には一組の音波発振素子と音波受信素子とを
一定の距離を隔てて対向せしめ、一方の中空体には既知
の湿度量を有する空気を封入し、他方の中空体は通気用
小孔をあけ、両方の中空体を近接せしめた構成の湿度セ
ンサー。 - 【請求項２】中空体を薄い板金製円筒で構成し、円筒の
一端に右ネジを、他端に左ネジのメネジを構成し、これ
らに嵌合するオネジを各々の端より回転挿入せしめると
共に、音波発振素子および音波受信素子の一方を右ネジ
のオネジに、他方を左ネジのオネジに固定せしめた事を
特徴とする請求項１記載の湿度センサー。 - 【請求項３】音波発振素子および音波受信素子ともに周
波数約４０ＫＨｚ超音波素子とした事を特徴とする請求
項１記載の湿度センサー。 - 【請求項４】中空体の一部を薄い弾性体で構成した構成
とする請求項１記載の湿度センサー。 - 【請求項５】中空体の側壁に吸音体を設けた構成の請求
項１記載の湿度センサー。 - 【請求項６】請求項１記載の湿度センサーと、発振器
と、位相差検出器と表示装置とを有し、前記湿度センサ
ーの２つの音波発振素子に発振器の出力を接続し、２つ
の音波受信素子の各々の出力を位相差検出器の２つの入
力に接続し、位相差検出器の出力を表示装置に接続した
構成の湿度計。 - 【請求項７】位相差検出器として２つのコンパレーヌー
および一つの排他的論理和素子（エクスクルーシブオア
ゲート）を用いた請求項５記載の湿度計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11711892A JP3245950B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 湿度センサー |
| US08/027,076 US5387254A (en) | 1992-03-06 | 1993-03-05 | Humidity measuring device and a heat cooker employing the device |
| US08/724,146 US5689060A (en) | 1992-03-06 | 1996-09-30 | Humidity measuring device and a heat cooker employing the device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11711892A JP3245950B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 湿度センサー |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001026440A Division JP2001242145A (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 湿度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312667A true JPH05312667A (ja) | 1993-11-22 |
| JP3245950B2 JP3245950B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=14703876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11711892A Expired - Fee Related JP3245950B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-05-11 | 湿度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3245950B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004099765A1 (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-18 | Kazumasa Ohnishi | 流体の密度もしくは濃度の測定方法 |
| JP2010008158A (ja) * | 2008-06-25 | 2010-01-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 浮遊粒子測定システム |
| JP2012154726A (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Panasonic Corp | 湿度センサ |
| JP2012225756A (ja) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Panasonic Corp | 湿度計測装置 |
| JP2016206038A (ja) * | 2015-04-23 | 2016-12-08 | 東京瓦斯株式会社 | センター装置および差し水位置特定方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6629360B2 (ja) * | 2018-01-12 | 2020-01-15 | 超音波工業株式会社 | 気体の音速関連固有値測定装置及びそれを応用した気体の成分割合測定装置、更にはそれを応用した地球環境モニター装置 |
-
1992
- 1992-05-11 JP JP11711892A patent/JP3245950B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004099765A1 (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-18 | Kazumasa Ohnishi | 流体の密度もしくは濃度の測定方法 |
| JPWO2004099765A1 (ja) * | 2003-05-07 | 2006-07-13 | 大西 一正 | 流体の密度もしくは濃度の測定方法 |
| JP2010008158A (ja) * | 2008-06-25 | 2010-01-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 浮遊粒子測定システム |
| JP2012154726A (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Panasonic Corp | 湿度センサ |
| JP2012225756A (ja) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Panasonic Corp | 湿度計測装置 |
| JP2016206038A (ja) * | 2015-04-23 | 2016-12-08 | 東京瓦斯株式会社 | センター装置および差し水位置特定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3245950B2 (ja) | 2002-01-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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