JPH074561Y2

JPH074561Y2 - 湿度センサ

Info

Publication number: JPH074561Y2
Application number: JP4119790U
Authority: JP
Inventors: 士郎中川; 敦子土田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2005-02-01
Also published as: JPH041440U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は，湿度センサに関し，更に詳しくいえば，空調
機器，加湿器，湿度計，複写機，プリンタ，農業用ビニ
ールハウス内の湿度管理用など，多くの分野で用いら
れ，特に電源回路を改善した湿度センサに関する。

〔従来の技術〕

従来，湿度センンサは，各種の機器等において，湿度を
検出するのに用いられていた。このような湿度センサに
用いる湿度センサ素子には各種のものが使用されるが，
その内の１つに湿度の変化に対してインピーダンスが変
化するインピーダンス変化型の湿度センサ素子がある。

インピーダンス変化型の湿度センサ素子は，低湿度側で
は高インピーダンスであり，高湿度側においてインピー
ダンスが急激に減少する（指数関数的に減少）と共に，
温度変化にともなって非直線的な変化をする特性を有す
る。

このような湿度センサの例について以下説明する。

第３図は，上記のような従来の湿度センサの説明図であ
り,A図は湿度センサのブロック図,B図は各部の波形図で
ある。

図中,1は湿度−周波数変換回路,2は微分回路,3は波形整
形回路,4は積分回路,5は電圧制御可変インピーダンス素
子を示す。

この湿度センサは,A図に示したように，湿度の変化（相
対湿度）に対してインピーダンスが指数関数的に変化す
るインピーダンス変化型（抵抗変化型を含む）の湿度セ
ンサ素子を用い，湿度の変化を周波数の変化に変換した
パルス列を出力する湿度−周波数変換回路１と，前記湿
度−周波数変換回路１の出力パルス列を入力して微分
し，前記パルスよりも狭い幅のパルス列を作り出す微分
回路２と，前記微分波の内，不要成分を除去し，波形整
形をする波形整形回路３と，波形整形されたパルス列を
積分する積分回路４とを設け，更に，上記微分回路２の
一部に電圧制御可変インピーダンス素子５を設け，この
電圧制御可変インピーダンス素子５を，上記積分回路４
の出力電圧で制御することにより，上記積分回路４から
出力されるセンサ出力のリニアリティを改善したもので
ある。

上記の湿度センサは，次のようにして動作する。先ず，
湿度−周波数変換回路１からは，低湿度側で周波数の低
いパルス列が出力され，高湿度側で周波数の高いパルス
列が出力される（Ｂ図のイ参照）。続いてこのパルス列
は微分回路２で微分される。

この微分されたパルス列（Ｂ図のロ参照）は波形整形回
路３で不要成分を除去し（所定のしきい値以上の電圧を
取り出す），波形整形したパルス列（Ｂ図のハ参照）と
し，その後積分回路４で積分する。

この積分回路４の出力は，センサ出力となるが，前記出
力により，電圧制御可変インピーダンス素子５を制御す
る。この制御により，微分回路２の定数を，周波数に合
ったものとして，センサ出力のリニアリティを改善す
る。

第４図は，上記湿度センサの具体的な回路例を示した図
であり，図中，第３図と同符号は同一のものを示す。ま
た,HSは湿度センサ素子,Trはトランジスタ,THはサーミ
スタ,G₁,G₄はゲート,R₃,R₄,R₅,R₉は抵抗,C₂,C₃,C₄,C₇,C
₉はコンデンサ,VRは可変抵抗，を示す。また，抵抗R
₃は，湿度センサ素子HSの高湿度側における特性補正用
抵抗であり，この抵抗R₃と，コンデンサC₂と，湿度セン
サ素子HSの直列回路で湿度センサ素子回路を構成する。

この例では，湿度−周波数変換回路１として，シュミッ
ト・トリガによる無安定マルチバイブレータを用いる。
この回路は，ゲート（インバータ）G₄,コンデンサC₇,抵
抗R₉から成る基本的なシュミット・トリガによる無安定
マルチバイブレータに，コンデンサC₂,抵抗R₉,インピー
ダンス変化型の湿度センサ素子HSから成る湿度センサ素
子回路を付加したものである。

上記基本的な回路の動作としては，次の通りである。今
仮に，ゲートG₄の出力がハイレベルの「１」であるとす
ると，抵抗R₉を介してコンデンサC₇が充電される。この
充電により，コンデンサC₇の端子電圧が上昇し，この電
圧がゲートG₄におけるシュミット・トリガの上のスレッ
ショールドレベルに達すると，ゲートG₄の出力はローレ
ベルの「０」に反転する。

この状態になると，コンデンサC₇の電荷が抵抗R₉を介し
て放電する。従って，ゲートG₄の入力電圧は下降し始め
る。そして，その電圧が下のスレッショールドレベルに
達すると，ゲートG₄の出力は再び「１」となり，以後同
様な動作を繰返して発振が行われる。

この場合，抵抗R₉と並列に，湿度センサ素子回路を接続
しているため，上記のように，抵抗R₉に電流が流れる時
は，湿度センサ素子回路にも流れる。このため，湿度変
化に応じた周波数のパルス列を出力する。

また，微分回路２は，コンデンサC₃と抵抗R₄とで構成
し，波形整形回路３はゲートG₁で構成し，積分回路４
は，抵抗R₅とコンデンサC₅から成る出力用の回路と，可
変抵抗VRとコンデンサC₉から成る，トランジスタTrの制
御用の回路で構成すると共に，電圧制御可変インピーダ
ンス素子５をトランジスタTrで構成する。

更に，この湿度センサでは，積分回路４の出力側に，サ
ーミスタTHから成る温度補償回路６を接続し，温度補償
を行っている。

上記の湿度センサでは，ほほ良好な特性が得られるが，
高温高湿時に湿度センサ素子の出力電圧が低下する。

そこで，この点を改善したものとして，第５図に示した
湿度センサが開発されていた。

第５図は，従来の湿度センサの回路例（２）を示した図
であり，図中，第４図と同符号は同一のものを示す。ま
たTH₀はサーミスタを示す。

この例は，第４図に示した湿度センサにおいて，湿度セ
ンサ素子HSの高湿度側における特性補償用の抵抗R₃の代
りに，サーミサスタTH₀を用いたものである。

このサーミスタTH₀は，特に高温高湿時，センサ素子HS
のインピーダンス値と同程度の抵抗値のものを選定す
る。すると，高温高湿時には，サーミスタの抵抗値も下
がるため，積分出力は増大し，高温高湿時の過補償が解
消する。又，低温，低湿時にはセンサ素子HSのインピー
ダンスは，サーミスタTH₀の抵抗値にくらべて大きいの
で，サーミスタTH₀とセンサ素子HSの合成インピーダン
スは，サーミスタ抵抗値が変化してもほとんど影響を受
けない。

湿度−周波数変換回路１は，湿度の変化にともなって，
出力周波数を変化するが，温度変化によっても出力周波
数を変化する。

例えば温度が低くければ，サーミスタTH₀の抵抗値は大
きいが，高温時にはサーミスタTH₀の抵抗値は小さな値
となる。

このため，湿度−周波数変換回路１を構成する無安定マ
ルチバイブレータのCR時定数は，低温時に大きく，高温
時に小さくなり，出力周波数は，低温時に小さく，高温
時に大きくなる（ただし湿度一定の場合）。

その結果，湿度センサの出力電圧は，低温時よりも高温
時の方が大きくなる。このような温度による湿度センサ
の出力電圧の変化を利用することにより，高温高湿時の
出力電圧の低下を補償する。

上記のような従来の湿度センサにおいては，電源電圧の
変動に対して，出力が変化するため，電源回路に定電圧
回路が用いられていた。この定電圧回路としては，種々
の回路があるけれども，最低限，抵抗と定電圧ダイオー
ドが必要である。

また，電源としては，電池（乾電池等），あるいは商用
電源等を用いていた。この場合，特に，電池駆動では，
電池の消耗による電源電圧変動が大きく，定電圧回路を
用いることは消費電力を増加させるため，電池寿命の短
縮をまねく。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のような従来のものにおいては次のような欠点があ
った。

（１）定電圧回路は，最低限，定電圧ダイオードと抵抗
が必要なため，部品点数が多くなり，コストアップの要
因となる。

（２）定電圧回路を用いると，消費電力が増大する（少
なくとも定電圧ダイオードへの分流分だけ増加する）。

（３）特に電池駆動では，電池の消耗による電源電圧の
変動か大きく，センサ出力への悪影響がある。また，消
費電力が大きいと，電池寿命が短縮される。

本考案は，このような従来の欠点を解消し，湿度センサ
の電源回路における消費電力を少なくし，電源電圧変動
の悪影響を除去すると共に，コストアップを最小限に抑
えるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は，上記の目的を達成するため，次のようにした
ものである。

（１）相対湿度に対して非直線的にインピーダンスが変
化する湿度センサ素子を用い，湿度の変化を周波数の変
化に変換する湿度−周波数変換回路と，前記湿度−周波
数変換回路の出力信号を微分して，前記信号よりも幅の
狭いパルス列を出力する微分回路と，前記微分回路の出
力信号から不要成分を取り除いたパルス列を積分する積
分回路と，前記微分回路の一部に設け，積分回路の出力
電圧で制御を行う電圧制御可変インピーダンス素子とか
ら成る湿度センサにおいて，上記湿度センサの電源回路に，電源と直列接続した抵抗
を設けた。

（２）相対湿度に対して非直線的にインピーダンスが変
化する湿度センサ素子を用い，湿度の変化を周波数の変
化に変換する湿度−周波数変換回路と，前記湿度−周波
数変換回路の出力信号を微分して，前記信号よりも幅の
狭いパルス列を出力する微分回路と，前記微分回路の出
力信号から不要成分を取り除いたパルス列を積分する積
分回路と，前記微分回路の一部に設け，積分回路の出力
電圧で制御を行う電圧制御可変インピーダンス素子と，前記積分回路の出力側に接続し，サーミスタにより構成
した温度補償回路とを設け，更に前記湿度−周波数変換回路の湿度センサ素子と直列
に，該湿度センサ素子の高湿度側における特性補正用の
抵抗として，サーミスタを接続することにより，温度補
償を行った湿度センサにおいて，上記湿度センサの電源回路に，電源と直列接続した抵抗
（Rs）を設けた。

〔作用〕

本考案は上記のようにしたので，次のような作用があ
る。

電源が電池の場合，該電池により，上記構成の湿度セン
サへ電源が供給される。その際，電源回路に挿入された
直列抵抗を介して湿度センサの各部に電流が流れる。

このようにすると，従来のような定電圧ダイオード等を
用いていないから，余分な消費電力もなく，電池寿命の
短縮も少なくて済む。また，電源電圧変動があっても，
直列抵抗によって吸収され，センサ出力への悪影響も除
去できる。

〔実施例〕

以下，本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は，本考案の１実施例の電源回路であり図中,Rs
は抵抗,Csはコンデンサ,INは電源入力端子を示す。

この実施例は，第５図に示した湿度センサの電源回路
を，電源に直列接続した抵抗Rs（直列抵抗）と，コンデ
ンサCsとで構成したものである。なお，コンデンサCs
は，バイパス用のコンデンサである。

上記抵抗Rsの抵抗値としては,0.1KΩ〜100KΩの範囲で
任意に選定して用いる。

湿度センサを電池で動作させる場合，例えば，マンガン
電池では，単三型４本を直列接続して用いたとする。こ
の時の電池の電圧は,6.5Vから電池の消耗に従い,5V程度
まで変化する。しかし上記のような電源電圧の変動があ
っても，この実施例では，湿度センサの出力特性に悪影
響は出ない。

第２図は，上記湿度センサにおける電源電圧依存性の実
測例であり,A図は電源回路に直列抵抗を挿入しない場合
の例,B図は，電源回路に5KΩの直列抵抗を挿入した場合
の例である。図の横軸は相対湿度（RH％），縦軸はセン
サ出力（Ｖ）を示す。また，図の点線は，許容範囲（±
５％）を示し，電源電圧は,4.0V,5.0V,6.5Vの３段階に
変化させたものである。

図示のように，直列抵抗Rsがない時は，高湿度領域にお
いてセンサ出力が許容範囲を超える場合があり，電源電
圧変動により，センサ出力が悪影響を受けている。

ところが,B図のように,5KΩの直列抵抗を挿入すると，
電源電圧変動があっても，低湿度領域から高湿度領域ま
で，センサ出力は全て許容範囲に入っており，電源電圧
変動による悪影響がないことを示している。

以上実施例について説明したが，本考案は上記の例に限
らず次のようにしても実施可能である。

（１）湿度センサは，第５図に示した回路に限らず，例
えば湿度−周波数変換回路１を，他の発振回路で置き換
えたものでもよい。例えば、第４図に示した回路構成の
湿度センサに対しても、前記実施例と同様にして実施可
能である。

（２）電源の電池としては，上記実施例のような単三型
電池（乾電池）に限らず，各種のものを使用できる。

（３）直列抵抗の抵抗値は，電池の種類や，個数などに
より,0.1KΩ〜100KΩ程度の範囲で任意に選定して最適
なものを用いればよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように，本考案によれば次のような効果が
ある。

（１）電源回路に定電圧回路を用いず，直列抵抗を挿入
するだけなので，従来例にくらべて部品点数が少なく，
コストアップを最小限に抑えられる。

（２）電源回路での消費電力が少なくなり，特に電池駆
動の場合は，電池寿命が従来のものより長くなる。

（３）電源電圧の変動があっても，センサ出力への悪影
響は除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本考案の１実施例の電源回路，第２図は，電源電圧依存性の実測例，第３図は，従来の湿度センサの説明図，第４図は，従来の湿度センサの回路例（１），第５図は，従来の湿度センサの回路例（２），を示した
図である。 Rs……抵抗（直列抵抗）,Cs……コンデンサ,IN……電源
入力端子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】相対湿度に対して非直線的にインピーダン
スが変化する湿度センサ素子（HS）を用い，湿度の変化
を周波数の変化に変換する湿度−周波数変換回路（１）
と，前記湿度−周波数変換回路（１）の出力信号を微分し
て，前記信号よりも幅の狭いパルス列を出力する微分回
路（２）と，前記微分回路（２）の出力信号から不要成分を取り除い
たパルス列を積分する積分回路（４）と，前記微分回路の一部に設け，積分回路の出力電圧で制御
を行う電圧制御可変インピーダンス素子（５）とから成
る湿度センサにおいて，上記湿度センサの電源回路に，電源と直列接続した抵抗
（Rs）を設けたことを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】相対湿度に対して非直線的にインピーダン
スが変化する湿度センサ素子（HS）を用い，湿度の変化
を周波数の変化に変換する湿度−周波数変換回路（１）
と，前記湿度−周波数変換回路（１）の出力信号を微分し
て，前記信号よりも幅の狭いパルス列を出力する微分回
路（２）と，前記微分回路（２）の出力信号から不要成分を取り除い
たパルス列を積分する積分回路（４）と，前記微分回路の一部に設け，積分回路の出力電圧で制御
を行う電圧制御可変インピーダンス素子（５）と，前記積分回路の出力側に接続し，サーミスタ（TH）によ
り構成した温度補償回路（６）とを設け，更に前記湿度−周波数変換回路（１）の湿度センサ素子
（HS）と直列に，該湿度センサ素子（HS）の高湿度側に
おける特性補正用の抵抗として，サーミスタ（TH₀）を
接続することにより，温度補償を行った湿度センサにお
いて，上記湿度センサの電源回路に，電源と直列接続した抵抗
（Rs）を設けたことを特徴とする湿度センサ。