JPH07174721A - ラジオゾンデ気象観測などにおける湿度測定方法と湿度測定構造 - Google Patents
ラジオゾンデ気象観測などにおける湿度測定方法と湿度測定構造Info
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- JPH07174721A JPH07174721A JP6259444A JP25944494A JPH07174721A JP H07174721 A JPH07174721 A JP H07174721A JP 6259444 A JP6259444 A JP 6259444A JP 25944494 A JP25944494 A JP 25944494A JP H07174721 A JPH07174721 A JP H07174721A
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Abstract
地上観測において、活性マテリアルの電気特性が該マテ
リアルによって吸収される水の量のファンクションであ
る活性マテリアルを使用した湿度検知器を用いて相対湿
度を測定する方法において、前記検知器を加熱して、該
検知器並びに/または、その近傍における結露、凍結を
防ぎ、湿度検知器の温度および/または周囲温度)を検
知し、検知した温度値を湿度測定値の計算に使用し、前
記検知器を機械的構造のシールドで囲って保護する方法
と検知器の構成であって、前記シールドは、周囲温度よ
りも高い温度に加熱され、結露、凍結の現象が湿度検知
器および、その近辺に発生しないようにすることを特徴
とする方法と構成にかかるものである。
Description
の気象観測において、活性マテリアルの電気特性が該マ
テリアルによって吸収される水の量のファンクションで
ある活性マテリアルを使用した湿度検知器を用いて相対
湿度を測定する方法において、前記検知器を加熱して、
該検知器並びに/または、その近傍における結露、凍結
を防ぎ、湿度検知器の温度および/または周囲温度)を
検知し、検知した温度値を湿度測定値の計算に使用し、
前記検知器を機械的構造のシールドで囲って保護する方
法に関するものである。
相対湿度を測定する検知器であって、該検知器は、湿度
測定検知器と該検知器の温度を測定する検知器を備え、
これら検知器は、シールドにより囲まれ、さらに、電
流)の供給を受けて発熱する電気発熱抵抗体が前記湿度
検知器ならびに、その近辺を加熱する構成を有する検知
器の構成に関するものである。
測定すべき物理量のファンクションとして変化する電気
的に温度、湿度を検知する検知器は、数多くのものが知
られていて、例えば、米国特許第3,168,829
号、同第3,350,941号、フィンランド特許第4
8,229号などに記載された技術が知られている。
の技術は、ポリマーフィルムを誘電絶縁マテリアルに使
用し、該フィルムの透過率が前記フィルムによって吸収
される水の量のファンクションであることを利用してい
る。
トの間にある絶縁素材の透過率が温度に左右され、検知
器の端子からの検知静電容量も温度に左右されるという
事実に基づく、容量検知器によって温度を測定する方法
も知られている。
知器その他の検知器においては、検知器が凍結したり、
水濡れしたり、ラジエーションエラーが発生したり、測
定操作が遅鈍であったり、ヒステリシスなどの問題点が
ある。
おいては、インピーダンスの変化に基づく電気湿度検知
器、特に、容量湿度検知器におけるリバーシブルの変化
によって発生する好ましくない特性を抑える方法が記載
され、これによると、湿度を感知するマテリアルとし
て、有機ポリマーを使用し、これを、少なくとも高い相
対湿度について、湿度検知器の環境温度よりも高い温度
に加熱する。必要に応じて、検知器の加熱パワーは、測
定すべき湿度のファンクションとして調整される。前記
フィンランド出願においては、湿度検知器の温度及び/
または、周囲温度が測定され、該補助的物理量が湿度測
定値計算に用いられる。
(英国特許第2,047,431号)においては、湿度
検知器における調整装置が開示してあり、この装置は、
温度依存抵抗エレメンツを含むブリッジ接続を備えてい
る。このエレメンツは、検知器外部の温度と検知器自体
の温度TS を検知し、前記ブリッジ接続におけるディフ
ェレンシャル電圧をフィードバック信号として使用し、
この手段によって、検知器を加熱する電力を調整するよ
うになっている。
号(米国特許第5,156,045号)には、ラジオゾ
ンデに使用のインピーダンス検知器が記載されており、
該検知器においては、そのの温度が熱電対の手段により
測定され、その熱電対の一方のブランチの接続が測定さ
れるべき検知器に関連して、または、その近辺に配置さ
れ、他方のブランチの接続が検知器の周囲に配置され
て、検知器の温度ど周囲の温度との差が観察され、前記
差を表す電気信号がラジオゾンデの測定カップリングの
出力信号に作用するもので、前記信号は、検知器によっ
て測定すべき気象観測の量に関する情報を含む。
とする課題は、ラジオゾンデによる気象観測において、
容量湿度検知器が高い湿度の影響によって、該検知器の
作用面が水濡れしたり、結露したり、霜が付着したり、
凍結したりすることによって、検知器の機能に欠陥を来
す問題点を解決するものである。特に、検知器の作用面
に付着した水分や氷が蒸発するまでには、相応の対策を
講じない限り、かなりの時間を要し、その間、検知器
は、誤った情報を与え、行き過ぎた湿度を示すことにな
るもので、このようなエラーを防ぐために、前記したフ
ィンランド特許第58,402号では、容量湿度検知器
を加熱する手段で、この問題を解決しようとしているも
のであるが、湿度測定を高精度に行うには、湿度検知器
の温度を高精度で検知、測定しなければならず、この点
で、前記特許の手段は、満足すべき解決手段ではない。
相対湿度の測定を1〜2%の誤差範囲で行うには、検知
器の温度を0.1℃以下の誤差で測定しなければならな
い。この温度の測定においては、周囲温度と比較した温
度差が前記精度で測定できなければ、誤差は、縮まらな
い。したがって、この発明の解決課題は、例えば、ラジ
オゾンデが極めて低温の雲の中を漂っているとき、湿度
検知器の作用面や、湿度検知器まわりが凍結、氷結、霜
付着、結露などによって、その機能が阻害される問題点
を解決することである。
課題を解決するための手段を提供するものであり、この
発明によれば、相対湿度は、少なくとも1〜2%の誤差
範囲で測定できる。さらに、この発明による検知器は、
使い捨てのラジオゾンデに好適なものであって、構造が
極めてシンプルであり、軽量で、大量生産可能で、低コ
ストのものである。
護対策として、検知器の要部を機械的構造のシールドで
覆うことが検討され、このシールドのみでは、シールド
内に湿気が集まり、却って、湿度測定の誤差が増え、更
に、前記問題点の解決手段としては、不足する点から、
前記シールドを周囲温度以上の温度に加熱することによ
って、前記した凍結、氷結、霜付着、水滴付着の問題を
解決したものである。
加熱手段を直接または間接的に設け、該加熱手段による
熱エネルギーを検知器の要部並びに周辺へ発散させ、凍
結、氷結、霜付着、水滴付着等の現象を起こさないよう
にしたものである。
と検知器、さらには、周辺が測定すべき空気も加熱され
る。したがって、測定の妨げになる現象は、なくなり、
周囲温度よりも高い温度になっている検知器の作用面に
は、水分が凝縮されない。測定を邪魔する氷や湿気は、
湿度を測定する検知器の領域の外部に存在するのが通常
であり、それが蒸発するとき、測定を阻害する局部的な
マイクロクライメートを作る。したがって、シールドそ
れ自体が加熱され、シールド面に湿気が残らないように
することも必要である。
れ、検知器により湿度が測定されるものであるから、湿
度検知器の温度も測定しなければならない。加熱されて
いない空気の温度と、検知器の温度とが分かれば、検知
器により測定された相対湿度は、例えば、飽和蒸気圧の
比率によって、正しい湿度に補正できる。また、他の補
正要素をも含むことができる。検知器の加熱は、種々の
手段で調整できる。最も簡単な手段は、温度依存抵抗を
加熱抵抗体へ接続し、トロポポーズのレベル(−50℃
〜−80℃)で加熱回路をスイッチングオフすること
で、正しい測定を困難にしてしまう不要な加熱を避ける
ことができる。
サイズは、重要なものではないが、軽量で、小型のもの
が好ましい。湿度検知器の温度は、検知器に機械的に接
続した温度検知器または湿度検知器に一体化した温度検
知部分によって測定できる。また、小さな温度検知器を
シールドの内部に忍ばせて、温度検知を行ってもよい。
さらに、別の手段で、ラジオゾンデ操作のときなどに発
生し勝ちな気流の変化から生じるインターフェアレンス
に熱のトランスファーをより敏感にさせる。温度と湿度
の測定は、同じ時定数をもつべきものであって、さもな
ければ、温度、湿度の測定のエラーが測定された湿度の
値に加算され、異なる時定数で計算される。ラジオゾン
デへの使用においては、検知器は、大量生産に適した構
造のものでなければならない。
し、検知器への空気の流れを良好なものとし、湿気とア
イスの集結をなくすことを最大目標にしなければならな
い。この発明においてはシールドそれ自体は、熱伝導が
良好なものでなくてもよいが、必要に応じて、その熱伝
導をを高めるため、金属フォイル等でシールドの面を処
理してもよい。加熱体とシールドとの接続は、種々の方
法がある。同様に、加熱構造にも種々の手段がある。例
えば、電気抵抗線の発熱抵抗体をしーるどに折り曲げた
り、巻き付けたり、接着したり、埋設したりして取り付
ける。さらには、電気発熱抵抗体を真空蒸着やフィルム
にして、シールドの面に設けたり、抵抗フィルムをシー
ルドの壁面に埋設したりしてもよい。
は、調整の下に行われる。必要に応じて、加熱の調整
が、例えば、温度測定に基づき、または、タイムコント
ロールで行われる。最も簡単な調整は、加熱抵抗体に直
列または並列に接続した温度依存抵抗で行うことであ
る。加熱調整の目的は、適当な範囲での加熱と、加熱が
害になる場合の加熱停止とである。
における湿度測定を行うためのラジオゾンデの構成を示
すもので、符号100は、ラジオゾンデを示し、このラ
ジオゾンデは、ワイヤ101を介して、図示されていな
いゾンデバルーンに吊るされている。ラジオゾンデ10
0の一方の側面からこの発明の検知器が突出しているも
ので、検知器シールド10、回路カード12、検知器の
導電パターン11、周囲の空気の温度を測定する温度検
知器13が図1に示されており、温度検知器13は、回
路カード12の上部に設置の開口部13aに位置してい
る。
で、湿度検知器14と温度検知器17とが回路カード1
2(回路板)に取り付けられている。前記検知器14,
17から導電線15,16が回路カード12上の導電パ
ターン11につながっている。導電パターン11は、検
知器14,17からの測定信号を接点18を介してラジ
オゾンデの測定電子回路へ伝達する。
ド10との詳細を示す。前記シールド10は、外面にア
ルミニウム層10aが施されたプラスチック素材のシー
ルドであり、該シールドの開放下端の外縁に加熱抵抗線
20が設けられていて、これを絶縁接着剤層21で固定
してある。前記シールド10の外面に施された金属コー
ティング層10aにより、前記電気抵抗線20からの熱
伝導が向上し、同時に、ソーラーラジエーションを反射
するソーラーラジエーション保護作用が行われる。図4
に示すように、導電線15,16,19は、検知器1
4,17と加熱抵抗線20から回路カード12の導電パ
ターン11へつながっている。シールド10の内径D
は、概ねD≒5mmで、シールドの高さ寸法Hは、概ね
H≒10mmである。湿度検知器の寸法は、代表的な例
では、4×4×0.4mmである。回路カード12の寸
法は、代表的な例では、10mm × 130mmであ
る。他の寸法例は、図2の構成から割り出せる。
原理を示す。シールド10の外面に設けられた電気抵抗
線20は、シールド10を加熱し、この加熱作用で、熱
がシールド10の内部に向かい、矢印Hinで示した方向
へ放射され、検知器14,17とそれらのまわりを加熱
する。さらに、電気抵抗線20とシールド10とから、
熱がシールド10の外部に向かい、矢印Hout で示した
方向へ放射され、シールド10を囲む周囲の空気を加熱
し、さらに、回路カード12その他の構造体を加熱す
る。電気抵抗線20とシールド10とから周囲へ伝わる
熱は、自然発散されることが肝要であり、これによっ
て、検知器14,17、シールド10および周囲空気に
さらされている構造体は、加熱されて、検知器14,1
7と、それらのまわりに、霜が付着したり、凍結したり
する致命的な現象の発生を防ぐことができる。
を示すもので、この配線には、シールド10の加熱抵抗
線20が含まれ、その抵抗Rは、必要に応じ、後記する
手段で調整されるようになっている。さらに、電気配線
には、湿度検知器14の温度Tを測定する検知器17
と、湿度検知器14それ自体とが含まれ、湿度検知器1
4は、周囲環境の相対湿度Uを測定する。検知器14、
17は、抵抗湿度・温度検知器または容量湿度・温度検
知器のいずれでもよい。
の原理をブロックダイグラムで示す。シールド10内に
配置の湿度検知器14の測定信号Uは、導電線15にそ
って測定電子回路31へ伝えられ、また、周囲温度測定
の検知器13から温度信号T a が測定電子回路31へ伝
えられる。湿度検知器14の温度の測定検知器17は、
測定データTを導電線16を介してレギュレーションお
よびレギュレーション・測定電子回路30へ送り、シー
ルド10の加熱抵抗線20の加熱電流IH をコントロー
ルする。電子回路30へは、点線で示す電子回路35か
ら、検知信号またはタイムシグナルのような別個のレギ
ュレーション信号を送ることもできる。パワーユニット
32がレギュレーション電子回路ユニット30と測定電
子回路ユニット31へパワーを供給する。測定電子回路
ユニット31から、そしてまた、レギュレーション電子
回路ユニット30から、信号が補正、補償計算回路ユニ
ットへ送られ、そこでは、例えば、検知器の検知器温度
信号Tに基づいて、湿度検知器14の測定信号Uを補償
する。最終の湿度読取り値は、ディスプレイされるか、
および/ユニット35でさらに処理される。
遠隔計器システムをもつラジオゾンデの機構を示すもの
で、検知器システムに関しては、前記したシステムと同
様なものであり、湿度検知器14と、そのおんど検知器
17とは、シールド10に内蔵され、それらの測定信号
U,Tを検知器の測定オッシレーター40へ送る。測定
オッシレーター40へは、ラジオゾンデ外部の温度Ta
の測定に基づくデータが検知器13から送られ、さら
に、周囲空気の圧力Pの測定に基づくデータが検知器3
6から送られる。ユニット42がパワーレギュレーショ
ンユニット43を介してシールド10の加熱抵抗線20
による加熱を調整する。ユニット43のレギュレーショ
ンエレメントは、例えば、NTC抵抗である。測定オッ
シレーター40は、ユニット41をコントロールして、
測定データを地表へ送るもので、前記ユニットは、テレ
メーターコネクションTMにより、公知の手段でラジオ
ゾンデ100から測定データを地表へ送る。そして送ら
れたデータは、レシーバーユニット44で受信される。
レシーバーユニット44は、また、外部クロック37か
らタイムシグナルtを受信する。ユニット44から測定
データがユニット45へ送られ、ここで、補正計算や他
の計算が湿度測定その他の測定データに行われる。最終
の湿度読取り値および他の測定データがユニット46に
ディスプレイされ、および/またはさらに処理される。
ユニット44,45,46は、気象台や測候所の地表シ
ステム110に含まれる。
設けられる加熱抵抗線20の種々の例を示すものであ
る。シールド10の外面には、反射熱絶縁・導電層10
aが設けられている。この層10aは、熱伝導を良好に
すると共に外部からの放射光線を反射する。シールド1
0の本体は、好ましくは、プラスチックマテリアルで作
られている。
外周縁にそって、抵抗線20Aが巻き付けてあり、その
内側に介在する接着剤層21によって固定されている。
グザグに曲げられたもので、これも接着剤で固定されて
いる。
円筒状の絶縁部材22が接着剤または雌雄嵌合によって
取り付けられ、該部材の肩部に形成された溝23に加熱
抵抗線20Cが巻き付けられている。絶縁部材22の空
洞部分24は、シールド10の内部に連通している。
10の下端部にスパイラル状またはジグザグ状に加熱抵
抗線20Dが埋設されており、該抵抗線からリード線1
9がシールド10の外部へのびている。
0の実質高さに合った寸法のコイルコアに類似したイン
ナー部材26が設けてあり、このインナー部材の外側面
26aに発熱抵抗線20Eが巻き付けてある構造を示
す。前記インナー部材26の中央軸にそった空間部24
がシールド10の内部空間部を構成する。なお、発熱抵
抗線には、リード線19が接続している。
面に、電気抵抗フィルム27が発熱抵抗体20Fとして
貼り付けてあり、リード線19が端子29を介して接続
している構造を示す。また、この場合、発熱抵抗体を真
空蒸着によりシールド10の外面の前記部分に施しても
よい。
造を示すもので、円筒状の内側部材28の外面に電気抵
抗フィルム20Gが設けてあり、シールド10の内面に
接している構造を示す。
した実施例に共通することは、シールド10の頭部がド
ーム状で、一方の端部となる該頭部が閉止され、他方の
端部になる底面部分が開放されている点であり、発熱抵
抗体の配置位置は、図3〜図12、図14の実施例で
は、開放された端部側に発熱抵抗体20,20A,20
B,20C,20D,20Fが配置されており、図13
と図15の実施例では、発熱抵抗体20E,20Gは、
シールド10の軸方向にそって配置され、シールド10
の高さHの実質部分を横切る配置構造になっている。
ンデにおいてテストが行われたもので、図8に示すよう
に、長いワイヤの両端に配置の小型の容量検知器17
(直径2mm以下、長さ約2mm)が使用されて、温度
測定が行われた。前記検知器17は、シールド10内で
湿度検知器14(寸法:4×4×0.4mm)の上位の
空間に配置された。少なくとも、この構造による検知器
温度Tの測定は、成功したものであり、計算手段による
補正も簡単であった。テストにおいて、プラスチックシ
ールド10の下端部に電気抵抗線20A(抵抗約900
オーム)を配置して、シールド10を加熱した。抵抗線
20Aには、絶縁接着剤21が介在し、シールド10の
外面全面に真空蒸着手段によりアルミニウム膜が施され
ていた。発熱抵抗線20Aは、リード線19を介して回
路カード12の接点に接続しており、最大発熱パワーP
H ≒440mWが発生するようになっていた。テストに
おいては、すでに適当な発熱キャパシティがPH ≒25
0〜100mWの範囲で存在することが注目された。い
くつかのテストにおいては、温度依存NTC抵抗を発熱
抵抗体と直列に使用した結果、ラジオゾンデがトロポポ
ーズの上の成層圏にあるとき、発熱が大幅に低下した。
図4は、テストされた検知器と加熱システムの構造を示
すものである。この検知器構造は、大量生産に適し、ベ
ーシックアイデアは、支持構造および検知器のシールド
の構造とからインデペンデントのものである。ラジオゾ
ンデは、ノーマルなものであった。
Gへ供給される電力PH は、原則として、PH ≒1mW
〜10Wであるが、ラジオゾンデにおいては、好ましく
は、PH ≒1mW〜1Wである。湿度検知器14の温度
検知器17の温度測定の誤差は、0.1℃〜0.2℃内
に納めるべきが好ましい。それらの質量に関しては、湿
度検知器14と温度検知器17とは、同じオーダーのマ
グニチュード、または、同じオーダーの時定数を少なく
とももつことが好ましい。
測定の精度が低下するため、過度に行ってはならない。
加熱の間、湿度検知器14の読取りは、最大約50%、
好ましくは、約5〜30%変えられる。
のではなく、この発明の理解を助けるための例にすぎな
い。
ない湿度検知器を用いて、ラジオゾンデによる相対湿度
の測定が正確に行われる。
斜視図である。
す平面図である。
る。
ける相対湿度測定の説明図である。
ゾンデにおける相対湿度測定の説明図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 ラジオゾンデ(100)の気象観測なら
びに地上観測において、活性マテリアルの電気特性が該
マテリアルによって吸収される水の量のファンクション
である活性マテリアルを使用した湿度検知器(14)を
用いて相対湿度を測定する方法において、前記検知器を
加熱して、該検知器並びに/または、その近傍における
結露、凍結を防ぎ、湿度検知器(14)の温度(T)お
よび/または周囲温度(Ta )を検知し、検知した温度
値を湿度測定値(U)の計算に使用し、前記検知器を機
械的構造のシールド(10)で囲って保護する方法であ
って、前記シールド(10)は、周囲温度よりも高い温
度に加熱され、結露、凍結の現象が湿度検知器(14)
および、その近辺に発生しないようにすることを特徴と
する方法。 - 【請求項2】 前記シールド(10)は、電気発熱抵抗
体(20〜20G)によって加熱され、熱エネルギーが
前記検知器(14)ならびに、その周辺に、伝熱作用以
外の手段で伝えられることを特徴とする請求項1による
方法。 - 【請求項3】 電気発熱抵抗体(20)へ供給される電
流(IH )の密度が加熱条件に応じて調整されることを
特徴とする請求項2による方法。 - 【請求項4】 前記調整は、ラジオゾンデにおいては、
周囲温度(Ta )に基づいて行われ、トロポポーズのレ
ベル(Ta ≒−50℃〜−80℃)においては、加熱が
行われないことを特徴とする請求項3による方法。 - 【請求項5】 検知器(14)のシールドを加熱する電
力PH は、PH ≒1mW〜10Wの範囲内で選ばれ、ラ
ジオゾンデにおける好ましい範囲は、PH ≒1mW〜1
Wであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいず
れかによる方法。 - 【請求項6】 ラジオゾンデ周辺その他の相対湿度
(U)を測定する検知器であって、該検知器は、湿度測
定検知器(14)と該検知器の温度を測定する検知器
(17)を備え、これら検知器は、シールド(10)に
より囲まれ、さらに、電流(IH )の供給を受けて発熱
する電気発熱抵抗体(20〜20G)が前記湿度検知器
(14)ならびに、その近辺を加熱する構成を有し、前
記発熱抵抗体(20〜20G)は、前記シールド(1
0)に関連しながら湿度検知器(14)と、その周辺を
加熱し、熱エネルギーを伝熱手段によらない他の手段
で、湿度検知器(14)と、シールド(10)とのまわ
りに伝えることを特徴とする検知器の構成。 - 【請求項7】 前記湿度検知器(14)ならびに、その
温度検知器(17)を内蔵したカップ状のシールド(1
0)を備え、このシールドは、一方の端面が開放され、
この開放された端面部分または、その近傍部分に電気発
熱抵抗体(20;20A;20B;20C;20D;2
0F)が設けてある請求項6による検知器の構成。 - 【請求項8】 前記電気発熱抵抗体は、シールド(1
0)の開放端部に巻き付けられた抵抗線(20A)、シ
ールド(10)の開放端部にジグザグ形状に曲げられて
添設された抵抗線(20B)、前記シールドの絶縁素材
に埋設された抵抗線(20D)、および/または、前記
シールドの外面に直接、真空蒸着されているか、また
は、接着されている抵抗フィルム(抵抗層)(20F)
からなる請求項6または請求項7のいずれかによる検知
器の構成。 - 【請求項9】 シールド(10)の内部に、抵抗線(2
0C;20D)が巻き付けられた絶縁体(22;26)
が設けられていることを特徴とする請求項6または請求
項7のいずれかによる検知器の構成。 - 【請求項10】 シールド(10)の内部に、該シール
ドの軸方向の長さ方向(H)を横切るインナーライニン
グピース(26;28)が設けられ、このまわりに、前
記シールドを加熱する抵抗線(20E)および/または
抵抗フィルム(20G)からなる電気発熱抵抗体が前記
シールド(10)の内面に対面して設けてあることを特
徴とする請求項6乃至請求項9のいずれかによる検知器
の構成。 - 【請求項11】 湿度検知器(14)と、外部温度(T
a )測定のための検知器(13)が電気的に接続された
測定電子回路ユニット(31)を備え、さらに、湿度検
知器(14)の温度(T)を測定する検知器(17)が
電気的に接続されたレギュレーションおよび/またはレ
ギュレーション・測定電子回路(30)を備え、前記ユ
ニット(30)がシールド(10)へ伝える電流(I
H )を調整し、前記ユニット(30,31)が補正およ
び補償計算ユニット(33)へ電気的に接続されて、そ
こから温度補償の湿度の読み取りを行うことを特徴とす
る請求項6乃至請求項10のいずれかによる検知器の構
成。
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