JPH08261971A - 湿度センサ - Google Patents

湿度センサ

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Publication number
JPH08261971A
JPH08261971A JP6813695A JP6813695A JPH08261971A JP H08261971 A JPH08261971 A JP H08261971A JP 6813695 A JP6813695 A JP 6813695A JP 6813695 A JP6813695 A JP 6813695A JP H08261971 A JPH08261971 A JP H08261971A
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JP
Japan
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temperature
sensitive resistor
holding piece
humidity
sensitive
Prior art date
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Pending
Application number
JP6813695A
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English (en)
Inventor
Mitsuyuki Takeda
光之 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小電力化を達成することができ、かつ、リア
ルタイムに湿度を検出することができる湿度センサを提
供する。 【構成】 本発明の湿度センサは、測定雰囲気中に配置
されジュール熱で自己発熱する第1の感温抵抗体1と、
乾燥雰囲気中に封入された第2の感温抵抗体2とを具備
する。第1および第2の感温抵抗体1,2の熱放散が湿
度により変化することを利用し、かつ、前記第1および
第2の感温抵抗体1,2の電圧降下を測定することによ
り湿度を測定する。保持片6は、基板5の凹部4の上に
配置された電気絶縁薄膜からなる。第1の感温抵抗体1
は、保持片6の内部または上に固定されている。支持脚
部材7は、保持片6を支持している。第1の感温抵抗体
1の近傍に位置する保持片6の第1の部分6aがこれ以
外の第2の部分6bより大きい熱伝導率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空調器,除湿器,調理
器または栽培ハウス等の雰囲気の水蒸気量を検出する湿
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,加湿器,調理
器,栽培ハウス等での湿度(相対湿度,絶対湿度のどち
らでも良い)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】従来の方式には感湿材の水分吸収による電
気特性の変化を応用した電気抵抗式,静電容量式や、空
気中の水蒸気の有無による空気の熱伝導変化を検出する
熱伝導式等があるが、熱伝導式は水分の吸収が無いため
長期安定性に優れている。
【0004】従来の熱伝導式の湿度センサは、感温抵抗
体の熱拡散が湿度により変化することを利用して湿度を
測定するものである。この湿度センサは、図6に示すよ
うに、2つの感温抵抗体41,42を具備してなり、一
方の感温抵抗体41が測定雰囲気(外気)にさらされて
おり、かつ、他の感温抵抗体42が乾燥雰囲気中に封入
されている。これらの2つの感温抵抗体41,42の電
圧降下に関連する出力電圧を出力する電子回路(例えば
ホイートストンブリッジ回路)の出力値を測定すること
により湿度を検出する。
【0005】従来の湿度センサを作成する場合には、図
6および図7に示すように、まず、感温抵抗体41,4
2をそれぞれ異なるステム45に保持台を介して接着剤
(使用温度により無機,有機接着剤を使い分ける)によ
る接着,あるいは溶接等によって固定し、その後ワイヤ
ボンディングにより端子接続をする。感温抵抗体41を
固定した該ステム45に通気孔を設けたキャップ46を
溶接でかぶせる。
【0006】一方、感温抵抗体42は、低温(−40
℃)にてステム45にキャップ47を溶接でかぶせるこ
とにより乾燥空気中に封入する。その後、キャップ4
6,47をキャップ固定板48に圧入し、キャップ固定
板48の外側に金属ケース49をかぶせた後に、金属カ
バー50を取り付けて完成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
湿度センサにおいては、感温抵抗体の小型化に限界があ
るから、所定の温度まで感温抵抗体の温度を上昇させる
ためには400mW程度の電力が必要である。また、従
来の湿度センサにおいては、感温抵抗体の時定数を10
秒程度までにしかできないから、小電力化を図るために
湿度検出のあいだ一定の時間だけ感温抵抗体の温度をさ
げるような駆動方式をとった場合にリアルタイムに湿度
を検出することができなくなる。
【0008】本発明の目的は、小電力化を達成すること
ができ、かつ、リアルタイムに湿度を検出することがで
きる湿度センサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、測定雰囲気中に配置されジュール熱で自
己発熱する第1の感温抵抗体と、乾燥雰囲気中に封入さ
れた第2の感温抵抗体とを具備し、前記第1および第2
の感温抵抗体の熱放散が湿度により変化することを利用
し、かつ、前記第1および第2の感温抵抗体の電圧降下
を測定することにより湿度を測定する湿度センサにおい
て、凹部を有する基板の前記凹部の上に配置された電気
絶縁薄膜からなる保持片と、この保持片の内部または上
に固定された前記第1の感温抵抗体と、前記保持片を支
持する支持脚部材とを有し、かつ、前記第1の感温抵抗
体の近傍に位置する前記保持片の部分がこれ以外の部分
より大きい熱伝導率を有することを特徴とする。
【0010】本発明は、測定雰囲気中に配置された第1
の感温抵抗体と、ジュール熱で自己発熱して前記第1の
感温抵抗体を加熱する発熱体と、乾燥雰囲気中に封入さ
れた第2の感温抵抗体とを具備し、前記第1および第2
の感温抵抗体の熱放散が湿度により変化することを利用
し、かつ、前記第1および第2の感温抵抗体の電圧降下
を測定することにより湿度を測定する湿度センサにおい
て、凹部を有する基板の前記凹部の上に配置された電気
絶縁薄膜からなる保持片と、この保持片の内部または上
に固定された前記第1の感温抵抗体と、前記保持片の内
部または上であって前記第1の感温抵抗体の近傍に固定
された前記発熱体と、前記保持片を支持する支持脚部材
とを有し、かつ、前記第1の感温抵抗体および前記発熱
体の近傍に位置する前記保持片の部分がこれ以外の部分
より大きい熱伝導率を有することを特徴とする。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基いて詳細に
説明する。
【0012】図1は、本発明の1実施例を示す回路図で
ある。図1に示すように、本発明の湿度センサは、第1
の感温抵抗体1(抵抗値R1 )および第2の感温抵抗体
2(抵抗値R2 )と、2つの固定抵抗R3 ,R4 とでホ
イートスブリッジ回路を構成し、かつ、前記第1感温抵
抗体1の熱拡散が湿度により変化することを利用して湿
度を測定するものである。前記ホイートスブリッジ回路
の入力端子には、電源装置3が接続されている。
【0013】前記第の1感温抵抗体1は、測定雰囲気中
に配置され測定時に前記電源装置3により電流が供給さ
れてジュール熱で自己発熱して所定温度になり、この所
定温度で湿度を測定するものである。前記第2の感温抵
抗体2は、乾燥雰囲気中に封入されている。この湿度セ
ンサは、前記第1および第2の感温抵抗体1,2の熱放
散が湿度により変化することを利用し、かつ、前記第1
および第2の感温抵抗体1,2の電圧降下を測定するこ
とにより湿度を測定する。すなわち、前記第2の感温抵
抗体2の抵抗値R2 を基準として、前記第1の感温抵抗
体1の所定温度における抵抗値R1 の変化に対応する前
記ホイートスブリッジ回路の出力電圧Vo の変化により
湿度が検出される。
【0014】図2に示すように、凹部4を有する基板5
の前記凹部4の上に電気絶縁薄膜からなる保持片6が配
置されている。この保持片6の内部または上には、前記
第1の感温抵抗体1が固着されている。前記第1の感温
抵抗体1の近傍の前記保持片6の第1の部分(抵抗体隣
接部分)6aは、これ以外の前記保持片6の第2の部分
6bより高い熱伝導率を有している。このように形成す
ると、前記保持片6からの熱の逃げを極力少なくでき熱
効率が高くなる。前記保持片6は、前記基板5に設けら
れた支持脚部材7により支持されている。前記保持片6
と支持脚部材7とは、前記基板5に設けられた橋を構成
している。
【0015】次に、本発明の湿度センサの要部の作製方
法を説明する。
【0016】(1)シリコンからなる基板5における感
温抵抗体を形成する予定の第1の部分及びこの近傍の部
分(抵抗体隣接部分)6aに熱伝導率が大きいSi3 O
4 膜をスパッタ法により3μm厚に形成する。
【0017】(2)シリコンからなる基板5における前
記Si3 O4 膜を形成した抵抗体隣接部分6a以外の第
2の部分6bに前記Si3 O4 膜より熱伝導率が小さい
SiO2 膜をスパッタ法により3μm厚に形成する。
【0018】(3)前記Si3 O4 膜および前記SiO
2 膜の上に感温抵抗体1または2の薄膜状の白金パター
ンをフォトリソ技術を用いて形成する。
【0019】(4)感温抵抗体1,2の周辺の前記Si
3 O4 膜およびSiO2 膜をフォトリソ技術を用いてエ
ッチング除去し、感温抵抗体1,2が前記Si3 O4 膜
および前記SiO2 膜の保持片6の上に位置するように
形成する。このように形成すると、保持片6からの熱の
逃げを極力少なくでき熱効率が高くなる。また、エッチ
ング除去後のSiO2 膜の角部は曲線状に形成すると、
強度が高まる。
【0020】(5)ダイシングソー等によりカッティン
グされて得られた2個のセンサチップをそれぞれれ異な
るステム9に接着剤(使用温度により無機,有機接着剤
を使い分ける)による接着、あるいは溶接等によって固
定し、その後ワイヤボンディングdにより端子接続をす
る。
【0021】(6)前記第1の感温抵抗体1とする感温
抵抗体を固定したステム9に通気孔を設けたキャップ1
0を溶接でかぶせる。
【0022】(7)一方、前記第2の感温抵抗体2とす
る感温抵抗体は、低温(−40℃)にてステム9にキャ
ップ11を溶接でかぶせることにより乾燥空気中に封入
する。
【0023】(8)その後、キャップ10,11をキャ
ップ固定板12に圧入し、キャップ固定板12の外側に
金属ケース13をかぶせた後に、金属カバー14を取り
付ける。前記第1および第2の感温抵抗体1,2は、非
常に小型に構成できるから、感温抵抗体1,2の温度を
所定の温度まで上昇させるための電力は数十mWにで
き、かつ、時定数も数msにできる。このため、前記第
1および第2の感温抵抗体1,2は、1秒間に数十ms
程度の時間帯だけ湿度検出することが可能となり、実質
的に数mWの低電力化が達成でき電池駆動も可能とな
る。
【0024】次に、本発明の第2の実施例を説明する。
【0025】図5に示すように、この第2の実施例にお
いては、前記保持片6および支持脚部材7は、前記基板
5に設けられた片持ち張り片を構成している。この構成
以外においては、第2の実施例は、第1の実施例を同じ
である。
【0026】次に、本発明の第3の実施例を説明する。
【0027】図6に示すように、この第3の実施例にお
いては、前記保持片6および支持脚部材7は、前記基板
5に設けられたダイヤフラム片を構成している。この構
成以外においては、第3の実施例は、第1の実施例を同
じである。
【0028】次に、本発明の第4の実施例を説明する。
【0029】この第4の実施例は、図7に示すように、
測定雰囲気中に配置された第1の感温抵抗体1と、ジュ
ール熱で自己発熱して前記第1の感温抵抗体1を加熱す
る発熱体15と、乾燥雰囲気中に封入された第2の感温
抵抗体2とを具備している。
【0030】前記発熱体15は、前記基板5の前記Si
3 O4 膜および前記SiO2 膜の上に形成されている。
前記発熱体15、前記Si3 O4 膜および前記SiO2
膜の上には、さらにSi3 O4 膜およびSiO2 膜が形
成されている。これらのSiO2 膜の上に前記第1の感
温抵抗体1が固着されている。このように前記発熱体1
5は、前記第1の感温抵抗体1に近傍に配置されてい
て、測定時に電流を供給されてジュール熱により自己発
熱して前記第1の感温抵抗体1を加熱して所定の温度に
するものである。第4の実施例は、これらの構成以外の
構成が前記第1の実施例を同じである。
【0031】本発明は、前記ホイートストンブリッジに
限定されるものでなく、前記第1および第2の感温抵抗
体1,2の電圧降下を測定することできる電子回路にも
適用することができる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、小電力化を達成するこ
とができ、かつ、リアルタイムに湿度を検出することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】図1の第1の実施例の要部を示す斜視図であ
る。
【図3】図1の第1の実施例の要部を示す斜視図であ
る。
【図4】図1の第1の実施例の要部を示す分解斜視図で
ある。
【図5】本発明の第2の実施例の要部を示す斜視図であ
る。
【図6】本発明の第3の実施例の要部を示す斜視図であ
る。
【図7】本発明の第4の実施例の要部を示す斜視図であ
る。
【図8】従来の湿度センサを示す分解斜視図である。
【図9】図8の湿度センサの要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 第1の感温抵抗体 2 第2の感温抵抗体 3 電源装置 4 凹部 5 基板 6 保持片 7 支持脚部材 9 ステム 10,11 キャップ 12 キャップ固定板 13 金属ケース 14 金属カバー 15 発熱体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定雰囲気中に配置されジュール熱で自
    己発熱する第1の感温抵抗体と、乾燥雰囲気中に封入さ
    れた第2の感温抵抗体とを具備し、前記第1および第2
    の感温抵抗体の熱放散が湿度により変化することを利用
    し、かつ、前記第1および第2の感温抵抗体の電圧降下
    を測定することにより湿度を測定する湿度センサにおい
    て、凹部を有する基板の前記凹部の上に配置された電気
    絶縁薄膜からなる保持片と、この保持片の内部または上
    に固定された前記第1の感温抵抗体と、前記保持片を支
    持する支持脚部材とを有し、かつ、前記第1の感温抵抗
    体の近傍に位置する前記保持片の部分がこれ以外の部分
    より大きい熱伝導率を有することを特徴とする湿度セン
    サ。
  2. 【請求項2】 測定雰囲気中に配置された第1の感温抵
    抗体と、ジュール熱で自己発熱して前記第1の感温抵抗
    体を加熱する発熱体と、乾燥雰囲気中に封入された第2
    の感温抵抗体とを具備し、前記第1および第2の感温抵
    抗体の熱放散が湿度により変化することを利用し、か
    つ、前記第1および第2の感温抵抗体の電圧降下を測定
    することにより湿度を測定する湿度センサにおいて、凹
    部を有する基板の前記凹部の上に配置された電気絶縁薄
    膜からなる保持片と、この保持片の内部または上に固定
    された前記第1の感温抵抗体と、前記保持片の内部また
    は上であって前記第1の感温抵抗体の近傍に固定された
    前記発熱体と、前記保持片を支持する支持脚部材とを有
    し、かつ、前記第1の感温抵抗体および前記発熱体の近
    傍に位置する前記保持片の部分がこれ以外の部分より大
    きい熱伝導率を有することを特徴とする湿度センサ。
JP6813695A 1995-03-27 1995-03-27 湿度センサ Pending JPH08261971A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100396656B1 (ko) * 2000-04-14 2003-09-02 엘지전자 주식회사 마이크로 절대 습도 센서 제조 방법
US8033190B2 (en) * 2002-01-24 2011-10-11 Kla-Tencor Technologies Corporation Process condition sensing wafer and data analysis system

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040218