JPH0755748A

JPH0755748A - 雰囲気計

Info

Publication number: JPH0755748A
Application number: JP19814893A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ishibashi; 哲男石橋; Junji Manaka; 順二間中
Original assignee: Ricoh Seiki Co Ltd
Current assignee: Ricoh Seiki Co Ltd
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-03-03
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JP2889909B2

Abstract

(57)【要約】【目的】急激な環境変化があっても周囲温度検出と気
体濃度検出の検出位置誤差をなくし高応答性であり安価
な気体濃度検出素子とする。【構成】従来の雰囲気計の一例としての湿度計は、マ
イクロブリッジ状に配設された検出素子７を有する２つ
の検出素子（ａ₁）,（ａ₂）を用い、メッシュ２で通気
する湿度検出素子（ａ₁）による周囲温度に比例し、湿
度と負比例関係にある（ｂ₁）の出力電圧から、同一形
状でメッシュ２のない周囲温度補償素子（ａ₂）による
周囲温度に比例した（ｂ₂）の出力電圧を減算して
（ｂ₃）の絶対湿度に対して負に比例する出力電圧を求
めている。本発明では１個の湿度検出素子（ａ₁）を低
温加熱することにより周囲温度に比例する（ｃ₁）の出
力電圧を検出して、これを上記（ｂ₁）の出力電圧
（ｂ₁）から減算して絶対湿度に対して負に比例した
（ｄ₁）の出力電圧を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気計に関し、より
詳細には、測定雰囲気中で低高電力で加熱される抵抗体
の温度を抵抗体の抵抗値の差に基づいて検出してガス濃
度を検知する自己温度補償型の雰囲気計に関するもの
で、例えば、湿度計，混合気体の濃度計，分圧計や分布
計を含め、流量センサー，ガスクロマトグラフ，真空
計、露点計や熱線式風速計などの各種計器に利用できる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】混合気体雰囲気に含まれる所定の気体濃
度を、当該所定気体の分子量に応じて変化する熱伝導率
の差に基づいて熱的に検出する方法が知られている。こ
の原理を利用した雰囲気計の中で、特に、湿度計は、利
用範囲が拡く、半導体等電子機部品，光学精密機器，繊
維，食品等各工業面のプロセスにおける湿度制御用とし
ての品質管理面や，病院，ビル等の環境管理面の検出端
として広く利用されているので、以下、本発明による雰
囲気計を湿度計に適用した場合を例に説明するが、本発
明は湿度計に限定されるものではなく、混合気体濃度の
異なる一般の雰囲気計、具体的には、前述の各種計器に
関するものである。而して、例えば、湿度計の湿度検出
の原理としては、大別して湿気によって電気的および機
械的に変化する変化量を検出するものがあるが電気的お
よび機械的なものでも各種の原理に基づくものがある。
しかし、信頼性や寿命等に問題があり、また一般に応答
性が劣るものが多かった。

【０００３】この中で気体の熱伝導率を利用した湿度計
は応答性が優れ、しかも信頼性が高いことが知られてい
る。等方性物体内の所定断面の上下面を通り法線方向に
単位時間に流れる熱量は、法線方向の温度傾斜と断面積
に比例するが、この比例定数が熱伝導率である。気体の
熱伝導率は定圧比熱の関数であり、且つ定圧比熱は気体
分子量の関数である。従って、空気だけの場合と、空気
中に分子量の異なるガス成分や水分が含まれている場合
とでは熱伝導率が異なる。気体の熱伝導率の違いを利用
した湿度計は、加熱された抵抗体から雰囲気中に放熱さ
れる放熱量の差によって生ずる抵抗体の抵抗値変化量か
ら湿度を求めるものである。

【０００４】図２４は、従来の湿度計の構造を示す部分
断面図で、湿度計５０は、高熱導性のアルミニウム等の
均熱板５５上に温度補償素子５１と、検出素子５２とを
近接して配設した構成となっている。温度補償素子５１
と、検出素子５２とは共に検出チップ６４上に同一寸法
規格の抵抗体６３をマイクロブリッジ形状に配設し、こ
のチップ６４を均熱板５５に固着された高熱伝導性のベ
ース５６上に固着し、抵抗体６３間をハーメチックシー
ルにより絶縁されたリードピン５８を介してボンデング
したものである。温度補償素子５１と検出素子５２との
相違は、温度補償素子５１では抵抗体６３が封止キャッ
プ５３で定常圧の乾燥空気中で密封されているのに対し
て、検出素子５２では封止キャップ５３の上部面が通気
可能なメッシュ５４で覆われている点だけである。

【０００５】図示のように構成された湿度計は、温度補
償素子５１と検出素子５２の抵抗体６３が共にリードピ
ン５８を介して一定の電力で加熱される。温度補償素子
５１の抵抗体６３は、封止キャップ５１内で一定圧力の
乾燥空気により覆われているため、外気の湿度影響を受
けることなく周囲環境の気温のみにより変化して外気温
を検出する。

【０００６】一方、検出素子５２の抵抗体６３の抵抗
は、封止キャップ５３上面がメッシュ５４で覆われてい
るので湿気を含む雰囲気の温度および湿度に応じて変化
する。従って、検出素子５２の抵抗体６３の抵抗値から
温度補償素子５１の抵抗体６３の抵抗値を減算すること
により湿度による抵抗変化分が算出される。実際には抵
抗値の変化は、電圧値として検出される。

【０００７】しかし、封止キャップ５３で密封された温
度補償素子５１は、周囲温度が急速に変化すると抵抗体
６３と封止キャップ５３との間には熱伝導を緩慢にする
熱伝導率の小さい空気のバッファ層があるため、封止キ
ャップ５３外周の外気温度変動に迅速に追従できず周囲
温度検出の応答が遅れてしまう。

【０００８】一方、メッシュ５４を有する検出素子５２
では加熱される抵抗体６３に雰囲気温度が直接に伝わる
ため応答が速い。このため、雰囲気が急激に変化する場
合、検出素子５２で検出された雰囲気温度と温度補償素
子５１で検出された雰囲気温度との間には誤差が生ず
る。

【０００９】図２５（ａ),(ｂ),(ｃ)は、従来の湿度計
の雰囲気温度検出の応答遅れによる検出誤差発生を説明
するための図である。図２５（ａ）に示すように、雰囲
気温度Ｔが時間ｔ₀（０秒）からｔ₁（０.０１秒）まで
２０℃あったものが、ｔ₂（０.０２秒）後に急にＴ＝４
０℃まで上昇し、時間ｔ₂以後一定温度Ｔ＝４０℃に保
持された場合、それぞれの時間において、図２５（ｂ）
の検出素子５２の温度変化成分（電圧で示す）は図２５
（ｂ）に、また温度補償素子５１の温度変化成分は図２
５（ｃ）に斜線にて示すように検出され、温度補償素子
５１においては、かなりの時間遅れをもって検出される

【００１０】すなわち、周囲温度が時間ｔ₁（０.０１
秒）に温度Ｔ＝２０℃から一様に上昇を初めた場合、検
出素子５２からは、図２５（ｂ）に示すように周囲温度
Ｔの変化に迅速に応じて直ちにΔＥ₁ｂが検出される
が、温度補償素子５１では、Ｔ＝２０℃の状態のままの
温度が検出される。時間ｔ₁〜ｔ₂（０.０１〜０.０２
秒）および時間ｔ₂以降において検出素子５２は図２５
（ｂ）に示すように周囲温度Ｔの変化に迅速に応答し、
温度変化分ΔＥ₁ｂおよびΔＥ₂ｂが検出されるのに対
し、温度補償素子５１は、図２５（ｃ）に示すように時
間ｔ₂（０.０２秒）までは温度変化分はなく、時間ｔ₂
以降温度変化分ΔＥ₃ｃが検出される、つまり、キャッ
プ外周の温度変動に追従できず、応答が遅れてしまう。
この結果、ΔＥ₁ｂ，ΔＥ₂ｂおよびΔＥ₃ｂ−ΔＥ₃ｃの
検出遅れに相当する湿度検出誤差が発生する。従って、
これらの素子を短時間電力印加して用いる間欠駆動方式
とした場合には、温度補償素子５１が検出する温度は、
明らかに、周囲温度と異なってしまう。

【００１１】図２６は、従来の他の湿度計を示す図で、
図２４に示した従来の湿度計が、熱伝導率を利用した一
般的な湿度計で、温度補償素子５２の空気層による時間
遅れがあるのに対し、図２６に示した湿度計６０は、バ
ッファ層となる図２２に示した温度補償素子５２の空気
層を薄くするために、メッシュ６１を有する封止キャッ
プ内のベース６２に基板となる検出チップ６４を固着
し、検出チップ６４上に温度補償抵抗６３および検出抵
抗６３′をそれぞれマイクロブリッジ形状に配設し、更
に温度補償抵抗６３と検出抵抗６３′とを区画するキャ
ップカバー６６を被覆し、検出抵抗６３′側に検出孔６
７を開口したものである。

【００１２】温度補償抵抗６３は、周囲温度検出の時間
遅れを小さくするため空気層を薄くするキャップカバー
６６内に配設されており、そのため熱伝時時間は短かく
なるが、空気層が存在している点では図２２の温度補償
素子５１と同じである。

【００１３】図２７は、従来の、更に他の湿度計の構造
を示す平断面図で、この湿度計７０は、温度補償室７１
と検出室７２とを均熱スリーブ７３により近接して配設
し、検出室７２を通気孔７４により外気と連通させ、温
度補償室７１にはリード７５，７５に両端を接する温度
補償素子６３（抵抗体Ｒ₁₁）が、検出室７２内にはリー
ド７６，７６に両端を接合する検出素子６３′（抵抗体
Ｒ₁₂）が配設されている。

【００１４】検出室７２に連通する通気孔７３は、メッ
シュを使用した場合と比べて開口面積が小さく、従って
応答性が犠牲になるが、温度補償室７１側の熱応答時間
と等しくすることができ、これによって、応答時間差に
もとづく誤差とをなくすことが試みられている。

【００１５】図２８は、図２７に示した湿度計の回路構
成例であり、温度補償抵抗体Ｒ₁₁と検出抵抗体Ｒ₁₂とは
抵抗Ｒ₁₃，Ｒ₁₄とブリッジ回路を構成し、端子７８，７
９に接続される直流電源（図示せず）とＲ₁₅を介して接
続される。出力は検出抵抗体Ｒ₁₂と温度補償抵抗体Ｒ₁₁
との接続点および抵抗Ｒ₁₃とＲ₁₄との接続点とに接続さ
れた抵抗Ｒｍの両端より、湿度に比例した電圧として端
子８０，８１を介して出力される。

【００１６】しかし、図２７に示した湿度計は、小形で
はあるが雰囲気の対流影響を受ける。すなわち、対流の
程度や、更に、通気孔７４の孔径や孔位置の精度等の影
響を受けるので、目的とした周囲温度の応答時間のバラ
ンスをとるのが困難であり、この湿度計も上記問題は根
本的には改善されてはいない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた温度補償素
子および検出素子を有する従来例に共通する課題は、乾
燥空気を一定圧力で封入しないと、封入気体の熱伝導率
が変わってしまい、温度補償素子自体の温度検出特性が
変化して、補償の役目をなさなくなることである。

【００１８】さらに、温度補償素子内に封入された空気
の一定圧力が補償基準となって周囲湿度を検出するもの
であるから、周囲湿度の圧力（外気圧）が変われば熱伝
導率も変化するので、基準の効果が小さくなる。従っ
て、乾燥空気の湿度と乾燥空気を一定圧力で封入する封
入条件管理は精密さを要し、これらのバラツキは生産時
に特性バラツキとなって現れ、同時に検出素子と温度補
償素子の組み合せバランスが難しく、結果として歩留り
率が低くなる。

【００１９】さらに温度補償素子の乾燥空気の封入圧力
は一定であるから、周囲の気象条件や高所地域で使用す
ると検出対象となる気体の圧力すなわち熱伝導率が変わ
るので、もし、温度補償素子内の圧力が使用条件に従っ
て外気圧と同様に変化すると温度補償が可能であるが、
特に、図２２および図２４に示した従来例の封止キャッ
プは、気圧変動で変形し、内圧も変化する柔軟性のある
素材および構造をしていないから、正確な検出値が得ら
れない。

【００２０】また、検出対象の雰囲気が部分的にムラで
ある時、図２２および図２４に示した従来例において
は、検出素子と温度補償素子との間の距離が比較的大き
いので、検出された信号はそれぞれの場所の状態での比
較値となり、一点（同一位置）の検出位置での値でない
バラバラの検出位置での値を示すこととなり意味がな
い。そのため、検出素子と温度補償素子はできるだけ近
い距離が好ましく、図２５に示した従来例の様に、ひと
つの基板上に合体させれば良い。とはいっても検出素子
と温度補償素子とはまだ離れた位置にあるので、より正
確な測定には適さない。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）雰囲気中において加熱される抵抗
体の抵抗値の変化に基づいて前記雰囲気中の所定気体を
検知する雰囲気計において、前記抵抗体を抵抗変化が雰
囲気温度のみに影響される低温度で加熱する低温駆動回
路と、前記抵抗体を抵抗変化が雰囲気の温度および所定
気体に感応する高温度で加熱する高温駆動回路と、前記
抵抗体両端に生ずる高温における電圧から低温における
電圧を比較する比較検出回路とからなり、該比較検出回
路の出力電圧に応じて前記雰囲気に含まれる所定気体濃
度を検知すること、更には、（２）低高温加熱期間およ
び加熱休止期間を定める計測ＯＮ／ＯＦＦ信号発生回路
と、前記低高温加熱期間に同期して抵抗体を加熱する基
準電力発生回路と、前記低高温加熱期間に同期して低温
加熱および高温加熱時の前記抵抗体の抵抗を電圧として
読み取る読み取りのタイミングを定める時間計測回路
と、前記抵抗値読み取りタイミングに同期して抵抗体に
生ずる電圧を読み取る電圧測定回路と、低温加熱におけ
る抵抗体に生ずる電圧を周囲温度に対応する電圧となる
ように補正する係数を設定乗算して補正電圧を出力する
係数設定回路と、前記補正電圧を記憶するメモリ回路
と、前記高温加熱における抵抗体に生ずる電圧から前記
記憶された補正電圧を減算する減算回路とを有し、該減
算回路の出力に比例して雰囲気内の所定気体濃度を求め
ること、更には、（３）前記抵抗体を電力印加により発
熱する発熱作用を有する細線状体とし、該細線状体の両
端を電導ピンを介して測定気体中に絶縁保持したマイク
ロブリッジ形状としたこと、更には、（４）抵抗体を低
温および高温で加熱する低高温加熱期間と、該加熱期間
後前記抵抗体の抵抗が少なくとも雰囲気温度における抵
抗値に戻るのに要する時間の加熱休止期間とからなる加
熱サイクルで加熱すること、更には、（５）抵抗体の低
高温加熱期間における前記抵抗体の加熱電力を低波高値
の電圧又は電流パルスと、該低波高値の電圧又は電流パ
ルス直後に出力される高波高値の電圧又は電流パルスと
したこと、更には、（６）抵抗体の低高温加熱期間にお
ける前記抵抗体の加熱電力を鋸歯状波の電圧又は電流と
したこと、或いは、（７）隣接した同形等大の空洞部を
有する基板と、前記空洞部上面にマイクロブリッジ状に
配設され直列接続された等抵抗の抵抗体を有する雰囲気
センサと；該雰囲気センサの各々の抵抗体を同時駆動す
るタイミングを与えるクロックパルスを発振するクロッ
ク回路と；前記クロックパルスに同期して前記抵抗体の
一方を低温加熱する低電力パルス、および他方を高温加
熱する高電力パルスを出力する駆動回路と；前記抵抗体
の高温加熱した抵抗値と低温加熱した抵抗値を比較して
比較値に応じた所定気体濃度を算出する所定気体濃度演
算回路を有すること、更には、（８）前記駆動回路は、
クロック回路のクロックパルスに同期して、前記直列接
続された各々の抵抗体を同時に高温加熱又は低温加熱す
ることなく、交互に高温加熱と低温加熱とを繰返えし駆
動することを特徴とするものである。

【００２２】

【作用】特定の気体濃度を測定する雰囲気中で、抵抗体
を定電力で加熱する場合、加熱電力が小さいときは、特
定の気体濃度影響を殆ど受けずに雰囲気温度のみにより
抵抗が変化するので抵抗体の抵抗値は周囲温度の関数と
なり、加熱電力が大きいときは、抵抗体の抵抗値が雰囲
気温と特定の気体濃度との関数になることを利用して、
抵抗体をメッシュを有する封止キャップ内にマイクロブ
リッジ形状に配設して特定の気体濃度影響を受けない小
電力と、特定の気体濃度影響を受ける大電力とで連続し
て加熱して、抵抗体を大電力駆動したときの抵抗値から
小電力駆動したときの抵抗値を減算して同一抵抗体によ
る同一場所での特定の気体濃度を算出する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明による雰囲気計を湿度計に適用
した場合を例に説明するが、前述のように、本発明は湿
度計に限定されるものではない。図１は、本発明による
雰囲気計の一例としての湿度計の原理を説明するための
図で、説明を解り易くするために従来の湿度計の湿度測
定原理と対比して説明する。図１において、白抜き矢印
（ａ₁）→（ｂ₁）→（ｃ₁）→（ｄ₁）は本発明による湿
度測定、（ａ₁）→（ｂ₁），（ａ₂）→（ｂ₂）→
（ｂ₃）は従来の湿度測定のフローを示す。図１（ａ₁）
は、湿度検出素子の構造図、図１（ａ₂）は温度補償素
子構造図であり、図中、１は封止キャップ、２はメッシ
ュ、３はベース、４はハーメチックシール、５，６はリ
ードピン、７は抵抗体（検出素子と呼ぶ）である。

【００２４】図１（ａ₁）の湿度検出素子は、高熱伝導
材のベース３上にハーメチックシール４を介して所定の
微小間隔を隔て貫通配設された平行なリードピン５と６
との先端に、検出素子７を溶着してメッシュ２を有する
封止キャップ１をベース３に固着したものである。検出
素子７としては、正の温度特性を有する、例えば、白
金、タングステン、ニクロム、カンタル、又は負の温度
係数を有する、例えば、ＳｉＣ（炭化けい素）、ＴａＮ
（窒化タンタル）等の微細線もしくは薄膜、サーミスタ
等の微小感温素子が接続される。

【００２５】上述の検出素子７の抵抗値は、低温又は高
温で加熱されたとき、周囲温度および湿度に応じて変化
するものであり、その熱容量は非常に小さくしてある。
このため、検出素子７は微細線又は微小体からなる微小
感温素子をマイクロブリッジ構造で使用し、加熱時は微
小時間で所定の熱平衡温度に到達し、加熱電力を停止し
たときは、ただちに周囲温度に戻るようにしている。

【００２６】尚、図１（ａ₂）に示した温度補償素子の
検出素子７は、湿度検出素子の検出素子７と同一規格
で、図１（ａ₁）に示した湿度検出素子の封止キャップ
１のメッシュ２を取り除いて検出素子７を密閉したもの
である。以上の構造をもった図１（ａ₁）に示した湿度
検出素子と図１（ａ₂）に示した温度補償素子を用いた
従来の湿度検出原理と、図１（ａ₁）に示した湿度検出
素子のみを用いた、本発明による湿度検出原理につい
て、最初に説明する。

【００２７】図２（ａ),(ｂ）は、湿度検出素子の電圧
電流特性図であり、図２（ａ）は、湿度特性を示す図
で、図１（ａ₁）の湿度検出素子において、周囲温度が
３０℃一定で湿度が２００ｇ／ｍ³の時の電圧電流特性
Ａ₁（点線）と０ｇ／ｍ³の時の電圧電流特性Ａ₂（実
線）を示す特性曲線、図２（ｂ）は温度特性を示す図
で、湿度０ｇ／ｍ³における温度２０℃の時の電圧電流
特性Ｂ₁（点線）、３０℃の時の電圧電流特性Ｂ₂（実
線）、４０℃の時の電圧電流特性Ｂ₃（点線）を示す特
性曲線で、横軸に検出素子印加電圧、縦軸に検出素子印
加電流を示す。

【００２８】図２（ａ）の湿度特性を示す３０℃におけ
る電圧電流曲線では、湿度検出素子への印加電流が２ｍ
Ａ以下の小さい加熱電流では、Ａ₁曲線とＡ₂曲線とが略
々重なって対応する電圧は約０．８Ｖ以下を示してお
り、この低電流加熱時では、湿度の影響を受けない温度
特性のみを示し、検出素子印加電流が８ｍＡの大電流で
は、Ａ₁曲線は略３Ｖ（ボルト）、Ａ₂曲線は略４Ｖを示
し、大電流加熱では湿度が大きい程検出素子に生ずる電
圧が小さくなり、湿度に対応した電圧を得ることができ
る。

【００２９】図２（ｂ）の温度特性を示す湿度０ｇ／ｍ
³における電圧電流曲線では、検出素子の周囲には湿度
がないので、検出素子に定電流、例えば、２ｍＡを印加
した場合、検出素子の両端に生ずる電圧は曲線Ｂ₁，
Ｂ₂，Ｂ₃に示すように周囲温度が高い程高く、周囲温度
が低い程小さいことを示めす。

【００３０】図１において、図１（ｂ₁),（ｂ₂),(ｂ₃),
(ｃ₁),(ｄ₁）は、共に、横軸に絶体湿度（ｇ／ｍ³）、
縦軸に出力電圧（Ｖ）を示したグラフである。図１（ｂ
₁）は、図１（ａ₁）に示した湿度検出素子７に８ｍＡの
電流を印加したときの周囲温度が２０℃，３０℃，４０
℃における絶対湿度と出力電圧との関係を示した直線Ｂ
₁₁，Ｂ₁₂およびＢ₁₃を示した図であり、出力電圧と絶体
湿度とは負の比例関係にあり、周囲温度に比例する。

【００３１】一方、図１（ａ₂）に示した温度補償素子
では、図１（ｂ₂）に示すように、出力電圧は、当然乍
ら絶対湿度に無関係で周囲温度のみに比例して変化す
る。周囲温度が２０℃，３０℃，４０℃の直線を各々Ｂ
₂₁，Ｂ₂₂およびＢ₂₃とする。

【００３２】図１（ｂ₁）と図１（ｂ₂）とから同一の周
囲温度での絶体湿度に対応する出力を減算する。直線Ｂ
₁₃，からＢ₂₃を、Ｂ₁₂からＢ₂₂を、Ｂ₁₁からＢ₂₁を各々
減算すると、図１（ｂ₃）に示すように、周囲温度によ
らず、絶体湿度のみに負の比例関係にある絶体湿度と出
力電圧との関係直線Ｂ₃₃が得られる。

【００３３】本発明の雰囲気計の一例としての湿度計に
おいては、検出素子７を低電流、例えば１ｍＡで駆動し
たときは、図２（ａ）,（ｂ）に示すように、絶対湿度
に影響されず周囲湿度２０℃，３０℃および４０℃のみ
に比例した出力電圧が得られ、図１（ｃ₁）に示す平行
直線ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃が得られる。これは図１（ｂ₂）と同
一の関係を示すものであり、図１（ｃ₁）と図１（ｂ₁）
の関係とから、図１（ｄ₁）に示すように、図１（ｂ₃）
の特性と等しい絶対湿度のみに負の比例関係にある出力
直線Ｂ₀が得られる。

【００３４】以上の説明において、本発明に係る湿度検
出素子は定電流で駆動した場合について述べたが、検出
素子７の熱容量は極めて小さく応答性が優れているので
時間幅の短いパルス電流で駆動してもよい。また、定電
圧又は定電圧パルス駆動でもよい。

【００３５】図３は、本発明による雰囲気計の一例とし
ての湿度計の湿度検出素子駆動方式を説明するための図
であり、，図３（ａ₁）はパルス電流駆動方式、図３
（ａ₂）はパルス電圧駆動方式を示す。即ち、本発明の
湿度計は、図２（ａ）の湿度特性曲線および図２（ｂ）
の温度特性曲線に従った駆動であれば駆動パルスが定電
流の場合でも定電圧の場合でもよい。図３（ａ₁）に示
した定電流パルス駆動の場合は、定電流パルス電源１０
と検出素子１１とを直列接続して検出素子１１の両端電
圧Ｖｏｕｔを検出する。図３（ａ₂）のパルス電圧駆動
方式においては、定電圧パルス電源１２と検出抵抗１３
および検出素子１１とを直列接続して検出抵抗１３の両
端電圧Ｖｏｕｔを検出する。何れの場合も検出素子１１
に対し、駆動時の温度値が異なる２種類の定電流又は定
電圧パルスが印加される。

【００３６】図３（ｂ）は、図３（ａ₁）電流パルス駆
動時における電流パルス列の一例を示す図で、検出素子
１１に対し時間ｔ₁から時間ｔ₂に到る間は、波高値２ｍ
Ａ，パルス幅５０ｍｓ（ミリ秒）の小パルス電流を印加
し、続いて、時間ｔ₂からｔ₃に到る間は、波高値８ｍＡ
でパルス幅５０ｍｓの大パルス電流を印加する。時間ｔ
₃からｔ₄に到る１００ｍｓの休止時間を置いて、再び同
じ時間幅の２ｍＡ，８ｍＡの小電流パルスと大電流パル
スによる電流パルス列により駆動される。

【００３７】図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示した電流パ
ルス駆動により検出素子１１間に発生する電圧（Ｖｏｕ
ｔ）の電圧パルス列を示すもので、電流パルスの立ち上
げにおいては時間遅れを伴う電圧パルスが生ずる。この
ため、電圧検出は電圧値が安定したｃ₁，ｃ₂の時間幅内
で行うことが必要である。尚、図３（ｂ）に示した駆動
電流パルス列の時間ｔ₃〜ｔ₄間の休止期間は、８ｍＡの
パルス電流印加後、検出素子１１の発熱温度が略周囲温
度になる時間幅を選んだものである。

【００３８】図３（ｂ）においては、小電流パルスと大
電流パルスとを連続して検出素子１１に印加したが、小
電流を印加してから所定の安定時間を経てから大電流を
印加することでもよいが、各駆動電流パルス毎に時間遅
れが生ずるので高応答性の検出はできない。これに対し
て図３（ｂ）に示した駆動方法によると、図３（ｄ）に
点線ｄ₁にて示すように、大電流パルスを印加したとき
の出力電圧の応答性が小電流駆動による予熱のため高め
られる。

【００３９】図４（ａ),(ｂ）は、大電流パルス駆動連
続して小電流パルス電流駆動したときの電流パルス波形
および電圧パルス出力波形を示したものである。

【００４０】すなわち、最初、時間幅Ｔ₁で温湿度検出
のための大電流パルス（８ｍＡ）で駆動し、その後連続
して時間幅Ｔ₂の温度検出の小電流パルス（２ｍＡ）で
駆動した場合、出力電圧は図４（ｂ）のＢ₁に示すよう
に、大電流パルス駆動時の立ち上げの時間遅れが大きく
なり、同様に、Ｂ₂に示すように、立ち下げ時の時間遅
れも大きくなるので、小電流パルス駆動時の出力電圧安
定時間が長くなり応答性のすぐれた検出ができなくな
る。

【００４１】図５（ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は、本
発明による雰囲気計の一例としての湿度計の環境変化と
出力特性との関係を説明するための図で、図５（ａ）は
時間軸上の温度変化、図５（ｂ）は時間軸上の湿度変
化、図５（ｃ）は印加電流波形、図５（ｄ）は上記温度
変化および湿度変化に対応した印加電流による検出出力
電圧波形を示す。

【００４２】印加電流は所定休止時間をもち２ｍＡの小
電流パルスに続いて印加する８ｍＡの大電流パルスから
なる連続したパルス電流で、このパルス電流は時間ｔ₀
〜ｔ₁，ｔ₁〜ｔ₂，ｔ₂〜ｔ₃の間に１回出力される。一
方、温度変化は図５（ａ）に示すように一定温度３０℃
から時間ｔ₁〜ｔ₂の期間に２０℃，３０℃，４０
℃に変化し、その他の期間では３０℃に保たれているも
のとする。また、湿度変化は図５（ｂ）に示すように一
定湿度２０ｇ／ｍ³から時間ｔ₂〜ｔ₃の期間に１０
ｇ／ｍ³又は３０ｇ／ｍ³に変化するものである。

【００４３】従って、時間ｔ₀〜ｔ₁の期間では温度、湿
度共に一定、時間ｔ₁〜ｔ₂の期間では温度のみ変化し時
間ｔ₂〜ｔ₃の期間では湿度のみ変化している。

【００４４】この結果、検出出力電圧波形は、図５
（ｄ）に示すように時間ｔ₀〜ｔ₁の期間では温度、湿度
一定に対応する出力電圧となり、時間ｔ₁〜ｔ₂の期間で
は、湿度一定であり温度のみに比例した出力電圧とな
り、大電流駆動時の出力電圧から小電流駆動時の出力電
圧を減算した減算値は一定となり、この場合、湿度影響
はない。これに対して、湿度のみが変化する時間ｔ₂〜
ｔ₃の期間では、小電流駆動時の出力電圧は湿度，
，の場合でも一定で、大電流駆動時のみ湿度影響を
受け変化する。このときの出力電圧は、湿度の大きい
では小さく、湿度の小さいで大きい電圧となる。次
に、このような演算を行う駆動回路に基づいて説明す
る。

【００４５】図６は、本発明による雰囲気計の一例とし
ての湿度計の駆動回路の一例を示すブロック図で、図
中、１５は一定の電流をセンサに供給する回路（定電流
回路）、１６は係数設定回路、１７はホールド回路、１
８は減算回路、１９は出力端子である。

【００４６】増幅回路１５には、検出素子７と一端が接
地された基準抵抗Ｒとの直列抵抗が負荷され、基準抵抗
Ｒの電圧は一定の電流をセンサに供給する回路（定電流
回路）１５の反転入力端に帰還されており、非反転入力
端にはａ，ｂおよびｃ接点を有するスイッチＳＷ₁が接
続される。スイッチＳＷ₁のａ接点には、基準電圧Ｖ_REF
１，ｂ接点にはＶ_REF２，ｃ接点は接地され、基準電圧
Ｖ_REF１およびＶ_REF２は、Ｖ_REF１＝２Ｒ（ｍＶ）（１）Ｖ_REF２＝８Ｒ（ｍＶ）（２）が設定されている。

【００４７】更に、一定の電流をセンサに供給する回路
（定電流回路）１５の出力端にはａ，ｂ接点を有するス
イッチＳＷ₂が接続され、ａ接点には、低温加熱時の温
度を湿度を演算する時の周囲温度に換算するための係数
Ｋを設定する、例えばＫに応じて増幅度可変な係数設定
回路１６が接続され、ｂ接点には、減算回路１８の一方
の入力端に接続され、高温加熱時の大電流を流したとき
の出力電圧Ｖ_Dを入力する。

【００４８】係数設定回路１６と減算回路１８との間に
は、ａ接点およびｃ接点を有するスイッチＳＷ₃および
ホールド回路１７が接続されている。スイッチＳＷ₃の
ａ接点はホールド回路１７に接続されている。

【００４９】以上の如く構成された駆動回路のスイッチ
ＳＷ₁，ＳＷ₂およびＳＷ₃は連動しており、切換により
スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂，ＳＷ₃の各々のａ，ｂ，ｃ接点
が同時に切換えられる。ａ接点に切換えたとき、増幅回
路１５の反転入力端に接続された基準抵抗Ｒには基準電
圧Ｖ_REF１に等しい電圧が印加され検出素子７には２ｍ
Ａの定電流が流れる。同様にｂ接点に切換えたとき、基
準抵抗Ｒには基準電圧Ｖ_REF２に等しい電圧が印加され
検出素子７には８ｍＡの定電流が流れる。

【００５０】図７は、図６に示した駆動回路の各部にお
ける波形図であり、以下、図６と図７とにより駆動回路
の動作を説明する。スイッチＳＷ₁（ＳＷ₂，ＳＷ₃も同
期駆動）は図７（ａ）,（ｂ）の電圧波形の駆動電圧パ
ルスにより時間ｔ₁〜ｔ₂および時間ｔ₂〜ｔ₃の期間で切
換えられ、切換に応じて検出素子７には、図７（ｃ）ｉ
ｓに示す駆動電流２ｍＡおよび８ｍＡが流れる。ａ接点
に切換えられたときスイッチＳＷ₂のａ接点には、周囲
温度に比例した図７（ｄ）に示す電圧Ｖｓが出力され
る。

【００５１】電圧Ｖｓは係数設定回路１６に入力し予め
設定された係数Ｋが乗算され、図７（ｅ）に示す電圧
Ｖ′ｓ（＝ＫＶｓ）が出力される。スイッチＳＷ₂がａ
接点に切換えられたとき、出力される電圧Ｖｓは、周囲
温度に正しく比例した値でないために周囲温度と対応す
るように電圧Ｖｓを補正するための係数でＫ＝（Ｖ_D−湿度変化分）／Ｖｓ（３）で与えられる。

【００５２】ホールド回路１７は、図７（ｆ）に示すよ
うに、電圧Ｖ′ｓと等しいＶ″ｓ（＝Ｖ′ｓ）を出力す
る。減算回路１８には電圧Ｖ_DとＶ″ｓが入力して図７
（ｈ）に示す絶対湿度に比例した電圧Ｖが出力される。
すなわち、Ｖ＝Ｖ_D−Ｖ″ｓ（４）が得られる。

【００５３】図８は、本発明による雰囲気計の一例とし
ての湿度計の、他の実施例を説明するための駆動回路ブ
ロック図であり、図中、２０は電圧検出回路、２１は電
流検出回路、２２は割算回路で、図６と同じ作用をする
部分には図６と同一の参照番号を付している。

【００５４】図８に示した駆動回路は、検出素子７の抵
抗変化から湿度を検出するための駆動回路である。すな
わち、検出素子７を小電流で駆動したときと大電流で駆
動したとき、この何れの期間においても電圧検出器２０
により検出素子７の両端の電圧を検知して割算回路２２
に入力し、一方、抵抗値が既知の基準抵抗Ｒの両端の電
圧を電流検出器２１により検出して割算回路２２に入力
し、割算回路２２で検出素子７の抵抗値を演算する。ス
イッチＳＷ₂以下の回路は、図６に示した駆動回路と同
様の原理に基づいて小電流パルス駆動時の出力電圧を大
電流パルス駆動時における出力電圧から差し引いて湿度
演算がなされる。

【００５５】図９（ａ）,（ｂ）は、本発明に係る２電
源駆動方式を再提示したもので、図３（ｂ）,（ｃ）と
同じ湿度検出素子の駆動電流および出力電圧波形を示し
た図である。上述においては、図（ａ）に示すような連
続した２ｍＡ，８ｍＡの電流パルス駆動したとき、図９
（ｂ）に示す遅れを伴なう電圧出力が得られるが、この
駆動方式では高精度な２つの駆動電源を必要とし、駆動
電源の精度や安定度が直接出力電圧値に影響される。例
えば、２ｍＡ，８ｍＡの２つの波高値の電流パルスを得
るためには各々異なった回路部品が必要となり、波高値
の精度は、その部品の特性に左右される。

【００５６】図１０（ａ）,（ｂ）は、本発明による雰
囲気計の一例としての湿度計の駆動電流波形および出力
電圧波形の一例を示す図で、図１０（ａ）に示す時間ｔ
₁からｔ₂までの所定時間幅内で時間に比例する三角波
（鋸歯状）の電流で駆動したとき、図１０（ｂ）に示す
ように時間遅れを伴ない出力電圧が出力する。しかし、
図９（ｂ）の点Ｐ，Ｃと同様に、図１０（ｂ）において
は定められた点Ｐ，Ｑで示した計測タイミングを定めた
時間に小電流駆動時と大電流駆動時の電圧値を定める。
このように、三角形の定電流源で駆動することにより、
駆動は一個だけの電源でよく、しかも高精度にでき計測
においては計測タイミングＰ，Ｑを定めておけばよい。

【００５７】図１１（ａ）,（ｂ）は、本発明による雰
囲気計の一例としての湿度計の検出素子の、他の駆動電
流波形を示す。図１１（ａ）は、電流変化が時間と共に
変化率が小さくなる凸状に湾曲した近似三角波状電流波
形であり、図１１（ｂ）は電流変化が時間と共に変化率
が大きくなる凹状に湾曲した近似三角波状電流波形であ
り、安定して電流源であれば、図１０の三角波電流駆動
の場合と同じ効果が得られる。

【００５８】図１２（ａ),(ｂ),(ｃ),(ｄ),(ｅ）は、本
発明による雰囲気計の一例としての湿度計の駆動回路の
動作を説明するタイミングチャートである。図１２
（ａ）は低高温駆動期間で出力される低高温電圧波形、
図１２（ｂ）は鋸歯状波駆動時の出力電圧波形、図１２
（ｃ）はクロックパルス、図１２（ｄ）は計測ＯＮ／Ｏ
ＦＦ信号、図１２（ｅ）はリセット信号を示す。

【００５９】図３（ｃ），図９（ｂ）のＰ，Ｑには、出
力電圧が安定した時点での電圧値計測タイミングを定め
ているが、低温駆動時の計測タイミングｔaおよび高温
駆動時の計測タイミングｔｂは検出素子７を加熱駆動す
るタイミングｔ₀が定まれば一義的に定められ、（ａ）
高低温電圧波形又は、（ｂ）鋸歯状波電圧波形と点線Ａ
−Ａ線とが変わるａ点までの時間ｔ_aおよび点線Ｂ−Ｂ
線と変わるｂ点までの時間ｔ_bで低高温の電圧が計測さ
れる。

【００６０】また、低高温駆動の時間ｔ₁および駆動休
止時間ｔ₂は、（ｄ）計測ＯＮ／ＯＦＦ信号で定めら
れ、低高温駆動が完了する時間ｔ₁では（ｅ）リセット
信号が出力される。しかし、これらの時間ｔ_a，ｔ_b，ｔ
₁，ｔ₂は（ｃ）クロックパルスの数により計測されて定
められる。

【００６１】図１３は、本発明に係るタイミング発生図
の一例のブロック図で、図中、２０はクロック発生回
路、２１ａ，２１ｂ，２１ｃはカウンタ，回路２２基準
電圧発生回路である。

【００６２】クロック発生回路２０からは図１２（ｃ）
に示すクロックパルスが発生され、カウンタ回路２１ａ
では、時間ｔaに対応する予め設定されたパルス数に達
したとき計測タイミングパルスａが出力され、同様に、
カウンタ回路２１ｂからは、時間ｔ_bに対応するパルス
数に達したとき計測タイミングパルスｂが出力される。
また、カウンタ回路２１ｃからは、計測ＯＮ／ＯＦＦ信
号の低高温駆動時間ｔ₁および駆動休止時間ｔ₂に対応す
るパルスを出力し、時間ｔ₁でのパルスによりカウンタ
回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃをリセットし、時間ｔ₂で
のパルスよりカウンタ回路２１ａ，２１ｂのカウンタゲ
ートを開路する。また、カウンタ２１ｃがリセットされ
たとき基準電圧発生回路２２から検出素子を駆動する基
準電圧Ｅが出力される。

【００６３】図１４は、リセット回路の例、図１５は、
図１４のリセット回路のタイムチャートを示す。Ｄ−Ｆ
・Ｆ（遅延フリップフロップ）２３のＤ入力端に図１５
（ｂ）に示す。計測ＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されると、
１クロックパルス遅れてＯＮ／ＯＦＦ信号に対応する図
１５（ｃ）に示すＱが出力される。図１５（ｂ）のクロ
ックパルスと出力Ｑとのアンド出力としてクロックパル
ス幅の図１５（ｄ）のリセット信号が出力される。

【００６４】図１６は、本発明に係る検出素子を駆動す
る鋸歯状波電流駆動回路の一例を示すブロック回路で、
基準電圧Ｅの入力を受ける抵抗Ｒ₀と、該抵抗Ｒ₀と帰還
コンデンサＣ₀およびＯ−Ｐアンプ２６とからなる積分
回路リセット信号により帰還コンデンサＣ₀をデスチャ
ージするスイッチ２７を有し、リセット信号により定め
られる期間内で時間ｔに比例する鋸歯状電圧Ｖ₁が出力
される。Ｖ₁＝（Ｅ／Ｃ_OＲ_O）ｔ（５）

【００６５】電圧Ｖ₁は基準抵抗Ｒ_Sと同一な入力抵抗Ｒ
_aを有するＯ・Ｐアンプ２８からなる定電流回路に入力
して、電圧Ｖ₁に比例した鋸歯状の定電流ｉが検出素子
に流れる。すなわち（５）から

【００６６】

【数１】

【００６７】が得られる。

【００６８】図１７は、本発明に係る検出素子の鋸歯状
波電流駆動による湿度出力回路の一実施例を説明するた
めのブロック回路図であり、図中、２９，３０は増幅回
路、３１は係数設定回路、３２，３３はホールド回路、
３４は減算回路である。

【００６９】検出素子７には、図１６で示した鋸歯状定
電流ｉが流れ、該検出素子７の両端電圧は、並列接続さ
れた増幅回路２９および３０に入力される。増幅回路２
９は低電流駆動時の出力電圧Ｖ_sを測定するもので係数
設定回路３１とホールド回路３２とが列接続されてい
る。一方、増幅回路３０は高電流駆動時の出力電圧Ｖ_D
を測定するものでホールド回路３３が接続される。

【００７０】ホールド回路３２は、小電流駆動時の出力
電圧Ｖ_sに係数Ｋを乗算後の補正電圧Ｖ’_sを計測タイミ
ングパルスａによりホールドする。一方、ホールド回路
３３は、大電流駆動時の出力電圧Ｖ_Dを計測タイミング
パルスｂによりホールドする。

【００７１】ホールド回路３２にホールドされた小電流
駆動時の出力電圧Ｖ_S”（＝Ｖ_S’）とホールド回路３３
にホールドされた大電流駆動時の出力電圧Ｖ_Dとは減算
回路３４で減算され絶体湿度に比例した電圧Ｖが出力さ
れる。尚、低温度の小電流駆動電流を２ｍＡ，高温時の
大電流駆動電流８ｍＡとする（６）式に従ってｔ＝Ｔ _a
のとき２ｍＡ，ｔ＝ｔ_bのとき８ｍＡとなるように回路
定数Ｃ_O，Ｒ_O，Ｒ_SおよびＥを定めればよい。

【００７２】図１８は、本発明に係る検出素子の鋸歯状
波電流駆動部による湿度出力回路の、他の実施例を説明
するためのブロック図で、図中、３６はＡ／Ｄコンバー
タ，３７はＣＰＵ（中央演算処理回路）であり、図中、
図１３，１７と同じ同作をする部分には図１３，１７と
同一の参照番号を付している。

【００７３】図１８に示した湿度出力回路は、タイミン
グパルス、すなわち、計測ＯＮ／ＯＦＦ信号，計測タイ
ミングｔ_aおよびｔ_bリセット信号はＣＰＵ３７のクロッ
クを利用している。また、ＣＰＵ３７は、記憶機能を有
するので、低温時および高温時の出力電圧をホールドす
る特別のホールド回路は不必要である。従って検出素子
７の出力電圧は、増幅回路３５で所定電圧に増幅後Ａ／
Ｄコンバータ３６でディジタル変換して変換された検出
電圧のディジタル値をＣＰＵ３７による計測タイミング
ｔ_aおよびｔ_bのタイミングで読み取り記憶し、更に、係
数設定を行い、減算処理して簡易に絶体湿度を求めるこ
とができる。

【００７４】図１９は、本発明に係る検出素子を電圧パ
ルス駆動した場合の湿度出力回路の実施例を説明するた
めの図で、図中、３８ａは基準電圧発生回路１、３８ｂ
は基準電圧発生回路２、３９は定電圧回路であり、図１
８と同じ作用する部分には、図１８と同一の参照番号を
付している。

【００７５】３８ａに示した基準電圧発生回路１は検出
素子７に低電圧であるＶ_REF１を印加する定電圧回路
で、３８ｂに示した基準電圧発生回路２は、検出素子７
に高電圧であるＶ_REF２を印加する定電圧回路で、各々
の定電圧回路は、ＣＰＵ３７の端子Ｐ₀₁から出力される
タイミングパルスにより駆動されるａ接点、ｂ接点およ
び接地されたｃ接点を有するスイッチＳＷ₁のａ接点お
よびｂ接点に接続され、スイッチＳＷ₁は、定電圧回路
３９の非反転入力に接続される。

【００７６】定電圧回路３９は、基準抵抗Ｒｓと他端が
接地された検出素子７との直列抵抗を負荷し接続点は反
転入力に接続される。この回路構成の定電圧回路３９に
おいて検出素子７間の電圧ＶｓはスイッチＳＷ₁の接点
に印加される各々の電圧と等しい電圧となる。すなわ
ち、スイッチＳＷ₁がａ接点のときＶｓ＝Ｖ_REF１ｂ接点のときＶｓ＝Ｖ_REF２ｃ接点のときＶｓ＝０の一定電圧が出力される。

【００７７】このように抵抗値がＲｓの検出素子７の電
圧Ｖｓ＝一定で、基準抵抗Ｒｒを流れる電流ｉｓは、ｉ
ｓ＝Ｖｓ／Ｒｓとなり検出素子７には抵抗Ｒｓに応じた
電流が流れる。すなわち、抵抗Ｒｓが温度または湿度に
より変化すると電流ｉｓもそれに応じて変化し、基準抵
抗Ｒｒを流れる電流ｉｓを電圧Ｖｒ（＝ｉｓ・Ｒｒ）と
して増幅回路３５で検出する。

【００７８】図２０は、図１９の一例のタイムチャート
であり、例えば、Ｖ_REF１＝０.５Ｖ，Ｖ_REF２＝４.５Ｖ
とすると、スイッチＳＷ₁がａ接点に接続された時間ｔ₁
の期間ではＶｓ＝０.５Ｖ、ｂ接点に接続された時間ｔ₂
の期間ではＶｓ＝４.５Ｖとなり、ｃ接点に接続された
時間ｔ₃の期間は図６に示した定電流加熱時と同様なタ
イミング設定がなされる。すなわち、ＳＷ₁がａ接点に
接続された低温加熱は定電流２ｍＡ駆動に相当し、ＳＷ
₂がｂ接点に接続された低温加熱は、定電流８ｍＡ駆動
の場合と同じである。

【００７９】図２１は、本発明による雰囲気計の一例と
しての湿度計の湿度センサの、他の実施例を説明するた
めの斜視図であり、図中、４０はシリコン基板、４１，
４２は空洞部、４３，４４は酸化膜基板、４５，４６は
抵抗体、Ａ,Ｂ,Ｃは電極である。

【００８０】図１（ａ₁）に図示した湿度検出素子は、
前述のようにマイクロブリッジ構造を有する抵抗体であ
る検出素子７を１個有し、１個の検出素子７を連続し
て、例えば、５０ms毎の低温加熱および高温加熱を行う
ものであった。現実にはこのような微小時間内に急激に
周囲環境が変化することはないが、理想的には検出素子
７を低温，高温加熱同時駆動して、抵抗値の差を検出で
きればよい。しかし、同一場所で同一時間に低高温加熱
することが不可能である。このため、図２１は本発明に
よる湿度センサの他の実施例で、一つの基板上に相互に
影響を及ぼさない程度に、２個の抵抗体をできるだけ近
接させて配設したものである。

【００８１】図２１に示した湿度センサは、酸化膜４０
ａを有する結晶シリコン基板４０上に、異方極性エッチ
ングにより支持腕４３ａ〜４３ｄおよび４４ａ〜４４ｄ
で支持された酸化膜基板４５，４６を残し、同形等体の
空洞部４１および４２を形成し、該空洞部４１，４２上
に形成された酸化膜基板４５，４６上にジクザク構造を
有する微細幅の抵抗体４５，４６を直列に接続し、接続
部を電極Ｂとし、他端を各々電極Ａ,Ｃとした構造を有
する。この時、結晶シリコン基板４０のパッケージは封
止キャップではなく、通気性のあるメッシュキャップを
用いる。次に、上述の構造を有する湿度センサの動作を
説明する。

【００８２】図２２（ａ）,（ｂ）〜（ｄ）は、図２１
に示した湿度センサを用いて湿度を求めるタイムチャー
トである。図２２（ａ）は、クロック回路（図示せず）
より等しいインターバルをもって等時間間隔に発信され
るクロックパルスａ₁，ａ₂，ａ₃…を示す。図２２
（ｂ）は、クロックパルスａ₁，ａ₂，ａ₃…に同期して
端子Ｃ,Ｂ間の抵抗体４６を加熱する低波高値の電力パ
ルスｂ₁，ｂ₂，ｂ₃で低温加熱し、温度に比例した抵抗
体４６の抵抗値を検出する。

【００８３】同時に、クロックパルスａ₁，ａ₂，ａ₃…
に同期して端子Ｂ−Ａ間の抵抗体４５を加熱する高波高
値の電力パルスｃ₁，ｃ₂，ｃ₃…により高温加熱し、温
度および湿度に比例した抵抗体４６の抵抗値を検出す
る。

【００８４】図２２（ｄ）は、湿度演算回路（図示せ
ず）により高温加熱した抵抗体４５の抵抗値から低温加
熱した抵抗体４６の抵抗値を差し引き、クロックパルス
ａ₁，ａ₂，ａ₃…に同期し湿度に比例した波高値を有す
る湿度パルスｄ₁，ｄ₂，ｄ₃…を得る。

【００８５】図２３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、図２１に
示した湿度センサを用いて湿度を求める他のタイムチャ
ートを示す。図２３（ａ）に示したクロックパルス
ａ₁，ａ₂，ａ₃…も図２２（ａ）に示したクロックパル
スａ₁，ａ₂，ａ₃…と同じインターバルをもち、抵抗体
４５，４６をクロックパルスａ₁，ａ₂，ａ₃…に同期し
て駆動する。

【００８６】このため、図２３のタイムチャートの駆動
方法は、図２２に示した駆動方法をさらに改良したタイ
ムチャートを示すもので、低温側抵抗体４６も交互に高
温動作させ、その時は、他方の抵抗体４５は低温動作さ
せ、それぞれ温度検出ならびに温湿度検出も交互に行う
方式とする。

【００８７】即ち、クロックパルス（ａ₁）に同期した
端子Ｂ−Ｃ間の抵抗体４６を電力パルスｂ₁で低温加熱
したときは、端子Ｂ−Ａ間の抵抗体４５は電力パルスｃ
₁で高温加熱する。湿度パルス（図示せず）は、クロッ
クパルスａ₁のタイミングでは、温湿度をあらわすｃ₁パ
ルスから、温度のみをあらわすｂ₁パルス駆動時の抵抗
体の抵抗値差を求め、次のクロックパルスａ₂のタイミ
ングでは、ｂ₁のパルスの高電力パルス駆動時と低電力
パルス駆動時における抵抗値差に基づいて湿度を検出す
る。

【００８８】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果が得られる。（１）請求項１〜６に対する効果：（ａ）検知素子の個々のバラツキに対して：検出素子と
補償素子を別個に組み合わせる従来の雰囲気計では、そ
れぞれの検出素子の抵抗値（Ｖ−Ｉ特性）と抵抗温度係
数が一致していないと、広い温度範囲での使用の防げと
なったり、より高精度の検出性能が得られない。そのた
めに、厳重な特性組み合わせを必要とし、この結果は量
産性、歩留り、工程数においてコストアップになった
が、本発明においては、同一の検出素子で補償と検出が
行われるため抵抗値（Ｖ−Ｉ特性）も抵抗温度係数も同
一であるため、個々の検出素子がバラツキがあっても高
精度な性能が得られる。（ｂ）検出素子の個々の応答時間（立ち上り時間）のバ
ラツキに対して：従来の２個の検出素子を組み合わせる
場合は応答時間にバラツキがあるが、本発明では、同一
の検出素子であり、温度検出が遅ければ、所定気体濃度
検出も遅く、応答時間は常に一定の関係であり、組み合
わせの困難性はない。（ｃ）検出素子の個々の経時変化のバラツキに対して：
従来の２個の検出素子では、それぞれ経時変化は微妙に
異なるので、一致している時間のみ使用できるが、その
期間を過ぎると使用できなくなる。また、その期間の予
測あるいは期間を自己検出することも難しかったが、本
発明では、同一の素子であり、特性の変化に応じて一定
の関係があるので問題とならない。従って、素子の経時
特性にバラツキがあっても、素子そのものに経時変動が
極度に大きくなければ使用できる。（ｄ）封止キャップの湿度影響に対して：従来の補償素
子のある雰囲気計では、封止キャップに異なる濃度の気
体が加わるとごくわずかではあるが密封された空気を伝
導して内部の発熱体に出力が現れ異なる気体濃度の影響
が現れて正確に気体濃度変動分を取り出すことができな
いが、本発明においては、１個の検出素子であり、気体
濃度測定も気体濃度および周囲温度測定もどちらもキャ
ップの状態・周囲雰囲気の状態が同一であるから気体濃
度影響は全くない。（ｅ）消費電力に対して：従来の補償素子を用いる濃度
計では、消費電力は検出素子のほぼ２倍を必要としてい
たが、本発明においては、補償の役割分については数分
の１ないし数１０分の１の電力であり全体の消費電力は
およそ１／２になる。（ｆ）圧力変動について：封止キャップの定常圧で温度
補償されるのと異なり、温度補償の雰囲気圧力も検出時
とほぼ同一であるため圧力変動による測定値のズレがな
く高精度である。（２）請求項７に対する効果：急激な周囲環境変化に対
しても同時に気体濃度測定ができる。（３）請求項８に対する効果：２つの抵抗体を異なる駆
動電力パルスで交互に駆動させると、次のような効果も
加わる。（ａ）単純に耐久寿命が２倍に長くなる。（ｂ）温度気体濃度検出側の熱蓄積が少なくなり、動作
間隔をつめられることができ、用途が広がる。（ｃ）通電時の電源に対する電力負加が均一で安定す
る。（ｄ）集積回路技術を利用して作るので、２コ間のバラ
ツキが少ないから、これが実現しやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による雰囲気計の一例としての湿度計
の原理を説明するための図である。

【図２】湿度検出素子の電圧電流特性図である。

【図３】本発明による雰囲気計の一例としての湿度計
の湿度検出素子駆動方式を説明するための図である。

【図４】大電流パルス駆動連続して小電流パルス電流
駆動したときの電流パルス波形および電圧パルス出力波
形を示したものである。

【図５】本発明による雰囲気計の一例としての湿度計
の環境変化と出力特性との関係を説明するための図であ
る。

【図６】本発明による雰囲気計の一例としての湿度計
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【図７】図６に示した駆動回路の各部における波形図
である。

【図８】本発明による雰囲気計の一例としての湿度計
の、他の実施例を説明するための駆動回路ブロック図で
ある。

【図９】本発明に係る２電源駆動方式を再提示したも
のである。

【図１０】本発明による雰囲気計の一例としての湿度
計の駆動電流波形および出力電圧波形の一例を示す図で
ある。

【図１１】本発明による雰囲気計の一例としての湿度
計の検出素子の、他の駆動電流波形を示す図である。

【図１２】本発明による雰囲気計の一例としての湿度
計の駆動回路の動作を説明するタイミングチャートであ
る。

【図１３】本発明に係るタイミング発生図の一例のブ
ロック図である。

【図１４】リセット回路の例を示す図である。

【図１５】図１４のリセット回路のタイムチャートを
示す図である。

【図１６】本発明に係る検出素子の鋸歯状波電流駆動
回路の一例を示すブロック回路である。

【図１７】本発明に係る検出素子の鋸歯状波電流駆動
による湿度出力回路の一実施例を説明するためのブロッ
ク回路図である。

【図１８】本発明に係る検出素子の鋸歯状波電流駆動
による湿度出力回路の、他の実施例を説明するためのブ
ロック図である。

【図１９】本発明に係る検出素子を電圧パルス駆動し
た場合の湿度出力回路の実施例を説明するための図であ
る。

【図２０】図１９の一例のタイムチャートである。

【図２１】本発明による雰囲気計の一例としての湿度
計の湿度センサの、他の実施例を説明するための斜視図
である。

【図２２】図２１に示した湿度センサを用いて湿度を
求めるタイムチャートである。

【図２３】図２１に示した湿度センサを用いて湿度を
求める他のタイムチャートを示す。

【図２４】従来の湿度計の構造を示す部分断面図であ
る。

【図２５】従来の湿度計の雰囲気温度検出の応答遅れ
による検出誤差発生を説明するための図である。

【図２６】従来の他の湿度計を示す図である。

【図２７】従来の、更に他の湿度計の構造を示す図で
ある。

【図２８】図２７に示した湿度計の回路構成例であ
る。

【符号の説明】

１…封止キャップ、２…メッシュ、３…ベース、４…ハ
ーメチックシール、５,６…リードピン、７…抵抗体
（検出素子）、１５…増幅回路、１６…係数設定回路、
１７…ホールド回路、１８…減算回路、１９…出力端
子、２０…電圧検出回路、２１…電流検出回路、２２…
割算回路、２３…Ｄ−Ｆ・Ｆ（遅延フリップフロッ
プ）、２６…Ｏ−Ｐアンプ、２７…スイッチ、２９，３
０…増幅回路、３１…係数設定回路、３２，３３…ホー
ルド回路、３４…減算回路、３６…Ａ／Ｄコンバータ、
３７…ＣＰＵ（中央演算処理回路）、３８ａ…基準電圧
発生回路１、３８ｂ…基準電圧発生回路２、３９…定電
圧回路、４０…シリコン基板、４１，４２…空洞部、４
３，４４…酸化膜基板、４５，４６…抵抗体、Ａ,Ｂ,Ｃ
…電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】雰囲気中において加熱される抵抗体の抵
抗値の変化に基づいて前記雰囲気中の所定気体を検知す
る雰囲気計において、前記抵抗体を抵抗変化が雰囲気温
度のみに影響される低温度で加熱する低温駆動回路と、
前記抵抗体を抵抗変化が雰囲気の温度および所定気体に
感応する高温度で加熱する高温駆動回路と、前記抵抗体
両端に生ずる高温における電圧から低温における電圧を
比較する比較検出回路とからなり、該比較検出回路の出
力電圧に応じて前記雰囲気に含まれる所定気体濃度を検
知することを特徴とする雰囲気計。
【請求項２】低高温加熱期間および加熱休止期間を定
める計測ＯＮ／ＯＦＦ信号発生回路と、前記低高温加熱
期間に同期して抵抗体を加熱する基準電力発生回路と、
前記低高温加熱期間に同期して低温加熱および高温加熱
時の前記抵抗体の抵抗を電圧として読み取る読み取りの
タイミングを定める時間計測回路と、前記抵抗値読み取
りタイミングに同期して抵抗体に生ずる電圧を読み取る
電圧測定回路と、低温加熱における抵抗体に生ずる電圧
を周囲温度に対応する電圧となるように補正する係数を
設定乗算して補正電圧を出力する係数設定回路と、前記
補正電圧を記憶するメモリ回路と、前記高温加熱におけ
る抵抗体に生ずる電圧から前記記憶された補正電圧を減
算する減算回路とを有し、該減算回路の出力に比例して
雰囲気内の所定気体濃度を求めることを特徴とする請求
項１記載の雰囲気計。
【請求項３】前記抵抗体を電力印加により発熱する発
熱作用を有する細線状体とし、該細線状体の両端を電導
ピンを介して測定気体中に絶縁保持したマイクロブリッ
ジ形状としたことを特徴とする請求項１又２記載の雰囲
気計。
【請求項４】抵抗体を低温および高温で加熱する低高
温加熱期間と、該加熱期間後前記抵抗体の抵抗が少なく
とも雰囲気温度における抵抗値に戻るのに要する時間の
加熱休止期間とからなる加熱サイクルで加熱することを
特徴とする請求項１乃至３の何れか１に記載の雰囲気
計。
【請求項５】抵抗体の低高温加熱期間における前記抵
抗体の加熱電力を低波高値の電圧又は電流パルスと、該
低波高値の電圧又は電流パルス直後に出力される高波高
値の電圧又は電流パルスとしたことを特徴とする請求項
１乃至４の何れか１に記載の雰囲気計。
【請求項６】抵抗体の低高温加熱期間における前記抵
抗体の加熱電力を鋸歯状波の電圧又は電流としたことを
特徴とする請求項１乃至４何れか記載の雰囲気計。
【請求項７】隣接した同形等大の空洞部を有する基板
と、前記空洞部上面にマイクロブリッジ状に配設され直
列接続された等抵抗の抵抗体を有する雰囲気センサと；
該雰囲気センサの各々の抵抗体を同時駆動するタイミン
グを与えるクロックパルスを発振するクロック回路と；
前記クロックパルスに同期して前記抵抗体の一方を低温
加熱する低電力パルス、および他方を高温加熱する高電
力パルスを出力する駆動回路と；前記抵抗体の高温加熱
した抵抗値と低温加熱した抵抗値を比較して比較値に応
じた所定気体濃度を算出する所定気体濃度演算回路を有
することを特徴とする雰囲気計。
【請求項８】前記駆動回路は、クロック回路のクロッ
クパルスに同期して、前記直列接続された各々の抵抗体
を同時に高温加熱又は低温加熱することなく、交互に高
温加熱と低温加熱とを繰返えし駆動することを特徴とし
た請求項７記載の雰囲気計。