JPH1010072A - 空気の絶対湿度を測定する方法 - Google Patents
空気の絶対湿度を測定する方法Info
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- JPH1010072A JPH1010072A JP9059568A JP5956897A JPH1010072A JP H1010072 A JPH1010072 A JP H1010072A JP 9059568 A JP9059568 A JP 9059568A JP 5956897 A JP5956897 A JP 5956897A JP H1010072 A JPH1010072 A JP H1010072A
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 容量性のセンサ、温度センサおよび加熱素子
から成るセンサ手段を用い、所定の湿度限界値を設け、
この所定の湿度限界値に達すると前記容量性のセンサの
温度を変えて、空気の絶対湿度を測定する方法にあっ
て、湿度の高い範囲で長期間使用しても測定結果に誤差
を与えなく、センサ信号にドリフトの生じない。更に、
結露の近傍でも長期間安定で正確に絶対湿度を測定で
き、それ故 100％の相対湿度近くで長期間安定に相対湿
度も測定できるようにする。 【解決手段】 この方法は、或る値の容量値を得るた
め、前記容量性のセンサの容量を測定し、前記容量値を
評価することにより前記所定の湿度限界値に達するまで
空気の湿度を測定し、前記所定の湿度限界値に達した
ら、前記容量性のセンサを加熱して、前記容量性のセン
サを一定の容量に調整するように、前記センサ手段の温
度を調整し、前記温度を評価する過程から成る。
から成るセンサ手段を用い、所定の湿度限界値を設け、
この所定の湿度限界値に達すると前記容量性のセンサの
温度を変えて、空気の絶対湿度を測定する方法にあっ
て、湿度の高い範囲で長期間使用しても測定結果に誤差
を与えなく、センサ信号にドリフトの生じない。更に、
結露の近傍でも長期間安定で正確に絶対湿度を測定で
き、それ故 100％の相対湿度近くで長期間安定に相対湿
度も測定できるようにする。 【解決手段】 この方法は、或る値の容量値を得るた
め、前記容量性のセンサの容量を測定し、前記容量値を
評価することにより前記所定の湿度限界値に達するまで
空気の湿度を測定し、前記所定の湿度限界値に達した
ら、前記容量性のセンサを加熱して、前記容量性のセン
サを一定の容量に調整するように、前記センサ手段の温
度を調整し、前記温度を評価する過程から成る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、容量性のセン
サ、温度センサおよび加熱素子を用い、湿度の所定限界
値に達するとセンサ温度が変わる、空気の絶対湿度の測
定方法に関する。
サ、温度センサおよび加熱素子を用い、湿度の所定限界
値に達するとセンサ温度が変わる、空気の絶対湿度の測
定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】気体、あるいは空気の絶対湿度を測定す
る最も簡単な方法は露点Ｔd を測定することである。露
点は水分を含むガスを冷やして水の凝縮が始まる温度で
ある。水の蒸気圧曲線により露点と絶対湿度の間には直
接の関係があり、文献には種々の精度の関数で表せる
（即ち、Sonntag [1] (Formeln verschiedener Genauig
hkeitsgrade zur Berechnung des Saettigungsdampfdru
ckes ueber Wasser und ueber Eis und ihre Anwendung
auf einige praktische Feuchtmessaufgaben: Abhandl
ungen des Meteorlogischen Dienstes der DDR, Akad.
Verl. 1982), Sonntag [2] (Important New Values of
the Physical Constants of 1986, Vapor Pressure For
mulations Based on the ITS-90 and Psychrometer For
mulae; Z. Meteorol, 70 (1990) 5, p. 340-344)。最も
一般に使用される関数は、露点Ｔd [℃] と水の蒸気の
分圧 e [hPa]の間の直接の関係を与えるマグナス（Magn
us) 公式
る最も簡単な方法は露点Ｔd を測定することである。露
点は水分を含むガスを冷やして水の凝縮が始まる温度で
ある。水の蒸気圧曲線により露点と絶対湿度の間には直
接の関係があり、文献には種々の精度の関数で表せる
（即ち、Sonntag [1] (Formeln verschiedener Genauig
hkeitsgrade zur Berechnung des Saettigungsdampfdru
ckes ueber Wasser und ueber Eis und ihre Anwendung
auf einige praktische Feuchtmessaufgaben: Abhandl
ungen des Meteorlogischen Dienstes der DDR, Akad.
Verl. 1982), Sonntag [2] (Important New Values of
the Physical Constants of 1986, Vapor Pressure For
mulations Based on the ITS-90 and Psychrometer For
mulae; Z. Meteorol, 70 (1990) 5, p. 340-344)。最も
一般に使用される関数は、露点Ｔd [℃] と水の蒸気の
分圧 e [hPa]の間の直接の関係を与えるマグナス（Magn
us) 公式
【０００３】
【外１】
【０００４】ここで、 Ａ＝ 6.112, m ＝ 17.62 Ｔn ＝ 243.12 である (ITS 90の値、Sonntag [2])。大気圧（1013.25
hPa)より十分高い圧力では、修正（Hyland [3] (A Corr
elation for the Second Interaction Virial Coeffici
ents and Enhancement Factors for Moist Air; J. Res
earch NBS, A. Physics and Chemistry 79A (1975),p.
551-560), Sonntag [2]) を考慮する必要があるが、基
本的な状況に何ら変化はない。
hPa)より十分高い圧力では、修正（Hyland [3] (A Corr
elation for the Second Interaction Virial Coeffici
ents and Enhancement Factors for Moist Air; J. Res
earch NBS, A. Physics and Chemistry 79A (1975),p.
551-560), Sonntag [2]) を考慮する必要があるが、基
本的な状況に何ら変化はない。
【０００５】絶対湿度の関数から既知の事実が生じる。
露点の温度以上に留まっていると、絶対湿度は気体の温
度が変わっても変化しない。実際に変化するものは相対
湿度ｈ [％ r.h.]であり、これは気体温度Ｔでの飽和水
分圧ｅw に対する露点温度Ｔd での水分圧ｅの比である
（Sonntag [1])。つまり、
露点の温度以上に留まっていると、絶対湿度は気体の温
度が変わっても変化しない。実際に変化するものは相対
湿度ｈ [％ r.h.]であり、これは気体温度Ｔでの飽和水
分圧ｅw に対する露点温度Ｔd での水分圧ｅの比である
（Sonntag [1])。つまり、
【０００６】
【外２】
【０００７】気体温度Ｔを変えて、望む相対湿度ｈを与
えられた露点温度Ｔd で調整できる。特に、Ｔ＝Ｔd で
100％の相対湿度となる。この水分を含む空気の基本的
な特性を利用する。つまり、結露が最小に生じるまで冷
やす鏡の表面に測定すべき気体を導き、露点温度を測定
する露点鏡を用いる。露点は鏡の反射率の変化から定ま
り、その時の温度が直接露点温度として測定される。他
の系にも露点を検知する同じ原理が適用されている。例
えば、音響表面波や表面の容量変化によるものである。
えられた露点温度Ｔd で調整できる。特に、Ｔ＝Ｔd で
100％の相対湿度となる。この水分を含む空気の基本的
な特性を利用する。つまり、結露が最小に生じるまで冷
やす鏡の表面に測定すべき気体を導き、露点温度を測定
する露点鏡を用いる。露点は鏡の反射率の変化から定ま
り、その時の温度が直接露点温度として測定される。他
の系にも露点を検知する同じ原理が適用されている。例
えば、音響表面波や表面の容量変化によるものである。
【０００８】原理的には、この方法は非常に正確である
が、難点もある。一方で装置の経費が非常に高いので系
が高価になり、他方で鏡が汚れる恐れがあり、そのため
測定誤差が増加したり不安定は測定結果となる。このよ
うな問題は測定数で一部解決されるが、系は更に高価に
なる。そして、比較的短い保守期間が時として必要であ
るため、運転コストを高める。
が、難点もある。一方で装置の経費が非常に高いので系
が高価になり、他方で鏡が汚れる恐れがあり、そのため
測定誤差が増加したり不安定は測定結果となる。このよ
うな問題は測定数で一部解決されるが、系は更に高価に
なる。そして、比較的短い保守期間が時として必要であ
るため、運転コストを高める。
【０００９】空気の絶対湿度を測定する他の方法は、空
気の相対湿度と空気の温度を測定し、マグナス公式およ
びその逆関数を使用して露点温度と等価な量を計算する
ことにある。つまり、 Ｔでの飽和蒸気圧ｅW ：ｅW ＝ｅW(Ｔ） Ｔでの水蒸気の分圧ｅと相対湿度ｈ：ｅ＝ｅW・ｈ 露点温度Ｔd ：Ｔd ＝Ｔd(ｅ） である。
気の相対湿度と空気の温度を測定し、マグナス公式およ
びその逆関数を使用して露点温度と等価な量を計算する
ことにある。つまり、 Ｔでの飽和蒸気圧ｅW ：ｅW ＝ｅW(Ｔ） Ｔでの水蒸気の分圧ｅと相対湿度ｈ：ｅ＝ｅW・ｈ 露点温度Ｔd ：Ｔd ＝Ｔd(ｅ） である。
【００１０】容量湿度センサは市場で色々なものが入手
できる。薄膜技術による容量湿度センサは容量と湿度の
実際的な直線関係と測定範囲内で感度がほぼ一定である
ことに特徴がある。露点鏡による直接方法とは異なり空
気の絶対湿度を測定するこの間接方法には応答時間が短
いという利点があり、汚れる恐れがなく高温でも使用で
きる。
できる。薄膜技術による容量湿度センサは容量と湿度の
実際的な直線関係と測定範囲内で感度がほぼ一定である
ことに特徴がある。露点鏡による直接方法とは異なり空
気の絶対湿度を測定するこの間接方法には応答時間が短
いという利点があり、汚れる恐れがなく高温でも使用で
きる。
【００１１】不利に出くわすのは、特に高い相対室での
使用している間にある。つまり、露点温度の近く（ 0.1
〜 1℃）の気体温度で使用する間にある。この温度範囲
は容量性のセンサが露で覆われる恐れがあり、測定信号
に誤差が生じ、適当な測定が期待できない不感時間にセ
ンサが陥る。ｈ＞ 95 ％の高い湿度範囲で長く使用する
と、センサが飽和すると言うことが生じ、センサ信号に
偏差を与えるため、測定結果を強く歪める。
使用している間にある。つまり、露点温度の近く（ 0.1
〜 1℃）の気体温度で使用する間にある。この温度範囲
は容量性のセンサが露で覆われる恐れがあり、測定信号
に誤差が生じ、適当な測定が期待できない不感時間にセ
ンサが陥る。ｈ＞ 95 ％の高い湿度範囲で長く使用する
と、センサが飽和すると言うことが生じ、センサ信号に
偏差を与えるため、測定結果を強く歪める。
【００１２】ドイツ公開特許第 19 513 274 号明細書に
より露点ありは気体濃度を測定する方法が既に周知にな
っている。この方法では間接測定手法が採用されてい
る。この方法によれば、センサの測定範囲のずれがセン
サを外部から冷やすことにより生じ、特に相対湿度の低
い値で冷却後高い相対湿度が測定され、露点のところの
測定範囲ができる限り高い測定精度となるようにずれ
る。この既知のモードの手法は二つの別々なセンサユニ
ットを必要とし、第一のセンサユニットは湿度センサと
温度センサであり、第二のセンサユニットは実際の測定
点に配置されたもので単に温度センサのみである。第一
センサユニットは、湿度センサに対して凝縮による水分
を防止するため、室温より高い温度に加熱される。全体
として湿度センサの動作温度は、特にペレット（小球）
部材により最適なセンサ温度範囲に移動し、周囲の露点
は湿度センサの相対湿度の測定結果と湿度センサの測定
温度から求まる。
より露点ありは気体濃度を測定する方法が既に周知にな
っている。この方法では間接測定手法が採用されてい
る。この方法によれば、センサの測定範囲のずれがセン
サを外部から冷やすことにより生じ、特に相対湿度の低
い値で冷却後高い相対湿度が測定され、露点のところの
測定範囲ができる限り高い測定精度となるようにずれ
る。この既知のモードの手法は二つの別々なセンサユニ
ットを必要とし、第一のセンサユニットは湿度センサと
温度センサであり、第二のセンサユニットは実際の測定
点に配置されたもので単に温度センサのみである。第一
センサユニットは、湿度センサに対して凝縮による水分
を防止するため、室温より高い温度に加熱される。全体
として湿度センサの動作温度は、特にペレット（小球）
部材により最適なセンサ温度範囲に移動し、周囲の露点
は湿度センサの相対湿度の測定結果と湿度センサの測定
温度から求まる。
【００１３】更に、湿度センサはドイツ公開特許第 39
11 812号明細書により周知である。このセンサはスパッ
タリングされた高分子センサ層で構成されている。この
センサは、上に説明した高い空気湿度で生じる逆効果を
補償する加熱用の組み込み加熱手段を有する。加熱手段
の動作モードに関しては詳しい記載がこの明細書には開
示されていない。
11 812号明細書により周知である。このセンサはスパッ
タリングされた高分子センサ層で構成されている。この
センサは、上に説明した高い空気湿度で生じる逆効果を
補償する加熱用の組み込み加熱手段を有する。加熱手段
の動作モードに関しては詳しい記載がこの明細書には開
示されていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、湿
度の高い範囲で長期間使用しても測定結果に誤差を与え
なく、センサ信号にドリフトの生じない、容量湿度セン
サに対する冒頭に述べた種類の方法を提供することにあ
る。更に、結露の近傍でも長期間安定で正確に絶対湿度
を測定でき、それ故 100％の相対湿度近くで長期間安定
に相対湿度も測定できる方法を提供することにある。
度の高い範囲で長期間使用しても測定結果に誤差を与え
なく、センサ信号にドリフトの生じない、容量湿度セン
サに対する冒頭に述べた種類の方法を提供することにあ
る。更に、結露の近傍でも長期間安定で正確に絶対湿度
を測定でき、それ故 100％の相対湿度近くで長期間安定
に相対湿度も測定できる方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、容量性のセンサ、温度センサおよび加熱素子か
ら成るセンサ手段を用い、所定の湿度限界値を設け、こ
の所定の湿度限界値に達すると前記容量性のセンサの温
度を変えて、空気の絶対湿度を測定する方法にあって、
或る値の容量値を得るため前記容量性のセンサの容量を
測定し、前記容量値を評価することにより前記所定の湿
度限界値に達するまで空気の湿度を測定し、前記所定の
湿度限界値に達したら、前記容量性のセンサを加熱し
て、前記容量性のセンサを一定の容量に調整するよう
に、前記センサ手段の温度を調整し、前記温度を評価す
る、過程から成ることにより解決されている。
により、容量性のセンサ、温度センサおよび加熱素子か
ら成るセンサ手段を用い、所定の湿度限界値を設け、こ
の所定の湿度限界値に達すると前記容量性のセンサの温
度を変えて、空気の絶対湿度を測定する方法にあって、
或る値の容量値を得るため前記容量性のセンサの容量を
測定し、前記容量値を評価することにより前記所定の湿
度限界値に達するまで空気の湿度を測定し、前記所定の
湿度限界値に達したら、前記容量性のセンサを加熱し
て、前記容量性のセンサを一定の容量に調整するよう
に、前記センサ手段の温度を調整し、前記温度を評価す
る、過程から成ることにより解決されている。
【００１６】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】この発明による方法は、実質上、
所定の湿度限界値に達するまで空気の湿度を測定するこ
とがセンサの容量に対して測定された値を評価して行わ
れ、所定の限界値に達したら、加熱によりセンサの温度
をセンサの一定容量に調節して評価することにある。特
定の湿度限界値に達すると測定原理を変えるという事実
により、センサの冷却を必要とすることなく、各最適範
囲で処理を行える。この発明によれば、所定の湿度限界
値を越えた時にセンサの加熱を行うだけで十分である。
この場合の加熱処理の調整は非常に簡単である。何故な
ら、この発明により、加熱は容量性のセンサが一定の容
量を維持するように調整されているからである。詳しく
は、温度と湿度のこのような組み合わせセンサは、湿度
範囲に応じて異なった二つの使用モードに従って使用さ
れる。即ち、 a) 相対湿度が一定の限界湿度（例えば hg ＝ 75 ％ r.
h.)以下である。
所定の湿度限界値に達するまで空気の湿度を測定するこ
とがセンサの容量に対して測定された値を評価して行わ
れ、所定の限界値に達したら、加熱によりセンサの温度
をセンサの一定容量に調節して評価することにある。特
定の湿度限界値に達すると測定原理を変えるという事実
により、センサの冷却を必要とすることなく、各最適範
囲で処理を行える。この発明によれば、所定の湿度限界
値を越えた時にセンサの加熱を行うだけで十分である。
この場合の加熱処理の調整は非常に簡単である。何故な
ら、この発明により、加熱は容量性のセンサが一定の容
量を維持するように調整されているからである。詳しく
は、温度と湿度のこのような組み合わせセンサは、湿度
範囲に応じて異なった二つの使用モードに従って使用さ
れる。即ち、 a) 相対湿度が一定の限界湿度（例えば hg ＝ 75 ％ r.
h.)以下である。
【００１８】通常の方法により容量湿度センサで相対湿
度を測定し、室温を温度センサで測定する。これ等の測
定値から露点温度と等価なデータを、例えばマグナス公
式から計算できる。 b) 相対湿度が限界湿度 hg 以上である。この場合の温
度サンサは、基板とそれに付属する容量湿度センサを熱
損失により温度ＴU ＞Ｔに加熱するような大電流で使用
する。容量湿度センサが一定の相対湿度 hg を測定する
ように、適当な回路で温度センサの加熱能力を調整す
る。従って、温度センサの動作回路は一定のセンサ容量
に調節される。温度センサで生じる電圧降下から、使用
電流に関連してセンサ温度が、また調節された一定のセ
ンサ容量に関連して測定すべき絶対湿度あるいは露点温
度が得られる。
度を測定し、室温を温度センサで測定する。これ等の測
定値から露点温度と等価なデータを、例えばマグナス公
式から計算できる。 b) 相対湿度が限界湿度 hg 以上である。この場合の温
度サンサは、基板とそれに付属する容量湿度センサを熱
損失により温度ＴU ＞Ｔに加熱するような大電流で使用
する。容量湿度センサが一定の相対湿度 hg を測定する
ように、適当な回路で温度センサの加熱能力を調整す
る。従って、温度センサの動作回路は一定のセンサ容量
に調節される。温度センサで生じる電圧降下から、使用
電流に関連してセンサ温度が、また調節された一定のセ
ンサ容量に関連して測定すべき絶対湿度あるいは露点温
度が得られる。
【００１９】温度ＴU と限界湿度 hg では、マグナス公
式を使用して、
式を使用して、
【００２０】
【外３】
【００２１】となる。提案する装置の利点は、適当な方
法で使用する場合、露点の間接測定の利点を与え、同時
に高湿度での使用に生じる不利を確実に防止できるセン
サ素子をコスト上有効に作製できる点にある。特に有利
な構成では、温度センサを抵抗センサとして設計し、電
力供給により加熱素子として使用し、抵抗センサの電圧
低下を温度測定に利用するように、この発明の方法を実
施できるので、温度・湿度素子の構造上の経費を著しく
低減できる。
法で使用する場合、露点の間接測定の利点を与え、同時
に高湿度での使用に生じる不利を確実に防止できるセン
サ素子をコスト上有効に作製できる点にある。特に有利
な構成では、温度センサを抵抗センサとして設計し、電
力供給により加熱素子として使用し、抵抗センサの電圧
低下を温度測定に利用するように、この発明の方法を実
施できるので、温度・湿度素子の構造上の経費を著しく
低減できる。
【００２２】センサの結露を確実に防止するため、湿度
の限界値をそれに応じて設定する必要がある。この発明
による方法は、湿度宴会値を 40 ％相対湿度と 90 ％相
対湿度、好ましくは 75 ％相対湿度の間に選ぶと有利で
ある。センサを熱伝導性で電気絶縁性の材料、例えば A
l2O3, AlN, Be2O3, ガラスあるいは Si のような材料の
担体上に配置して、コスト的に有利に製造できるセンサ
による長期間安定測定を保証できる。それ故、機械的な
安定性と、特に加熱処理の間に熱抵抗も保証する。
の限界値をそれに応じて設定する必要がある。この発明
による方法は、湿度宴会値を 40 ％相対湿度と 90 ％相
対湿度、好ましくは 75 ％相対湿度の間に選ぶと有利で
ある。センサを熱伝導性で電気絶縁性の材料、例えば A
l2O3, AlN, Be2O3, ガラスあるいは Si のような材料の
担体上に配置して、コスト的に有利に製造できるセンサ
による長期間安定測定を保証できる。それ故、機械的な
安定性と、特に加熱処理の間に熱抵抗も保証する。
【００２３】担体の材料の厚さを 0.05 と 1 mm の間に
選択して、応答時間を短くするように構造を設計すると
有利である。湿度限界値に達するとできる限り早い容量
性のセンサの加熱を保証するため、抵抗センサを外部に
配置された容量性のセンサの下に配置する構造が有利で
ある。湿度の高い範囲で相対湿度を長期間安定に測定す
ることに関して、相対湿度を測定するため気体温度を検
知するために他の温度センサを使用するような使用モー
ドがあると有利である。
選択して、応答時間を短くするように構造を設計すると
有利である。湿度限界値に達するとできる限り早い容量
性のセンサの加熱を保証するため、抵抗センサを外部に
配置された容量性のセンサの下に配置する構造が有利で
ある。湿度の高い範囲で相対湿度を長期間安定に測定す
ることに関して、相対湿度を測定するため気体温度を検
知するために他の温度センサを使用するような使用モー
ドがあると有利である。
【００２４】測定した気体温度を計算に入れて、そのよ
うな付加的な温度プローブによる相対湿度は、冒頭に述
べた計算式を使用して、限界湿度ｈg 以上でも長期間安
定に測定できる。
うな付加的な温度プローブによる相対湿度は、冒頭に述
べた計算式を使用して、限界湿度ｈg 以上でも長期間安
定に測定できる。
【００２５】
【実施例】以下、図面に模式的に示す例示的な実施例に
よりこの発明をより詳しく説明する。図１には、容量性
の湿度センサ１と抵抗温度プローブ２が熱伝導性で電気
絶縁性担体３の上に付けてある。容量性の湿度センサ１
は水分吸収性の誘電体４と二つの電極５と６で構成さ
れ、担体３から離れている電極６には、空気を誘電体４
に入れるため絞り７がある。湿度センサ１と温度プロー
ブ２は導線８を介して図２により詳しく示す評価回路に
接続している。図２から明らかなように、湿度センサ１
と温度プローブ２の出力信号はセンサ・インターフェー
ス９と１０に伝送され、センサ容量Ｃs とセンサ温度Ｔ
S に比例する測定値に変換され、これ等の測定値は結局
のところ制御ユニット１１の入力信号になる。センサ温
度ＴS は温度センサ２の電圧降下により測定され、温度
センサは加熱なしで十分低いセンサ動作電流ＩS での温
度センサとしてただ動作しているだけである。センサ容
量Ｃ S とセンサ温度ＴS から制御ユニット１１の評価回
路は相対湿度の測定値を計算する。この測定値に比例す
る電流が出力信号インターフェース１２に達する。相対
湿度は、例えば 75 ％の予備設定できる限界値まで一定
の温度で測定される。相対湿度がこの値以上に増加する
と、制御回路により温度センサの動作電流ＩSを増加さ
せ、温度センサを室温Ｔa より高い温度Ｔs まで加熱す
る。その結果、絶対湿度は湿度が高い範囲でも正確に測
定できる。何故なら、センサ温度Ｔs を上げることによ
り、露点の近くでも水が湿度センサに凝縮することを防
止しているからである。図３に示す配置では、付加的な
温度プローブ１３がセンサ・インターフェース１４を介
して制御回路１１に接続している。この温度センサ１３
により、湿度の高い範囲でも室温Ｔa を測定できる。そ
の場合、センサ温度ＴS は温度センサ２を加熱している
ため室温Ｔa より高い。こうして、室温Ｔa,センサ温度
ＴS およびセンサの容量ＣS を同時に測定しているの
で、湿度が高い範囲でも相対湿度を測定できる。
よりこの発明をより詳しく説明する。図１には、容量性
の湿度センサ１と抵抗温度プローブ２が熱伝導性で電気
絶縁性担体３の上に付けてある。容量性の湿度センサ１
は水分吸収性の誘電体４と二つの電極５と６で構成さ
れ、担体３から離れている電極６には、空気を誘電体４
に入れるため絞り７がある。湿度センサ１と温度プロー
ブ２は導線８を介して図２により詳しく示す評価回路に
接続している。図２から明らかなように、湿度センサ１
と温度プローブ２の出力信号はセンサ・インターフェー
ス９と１０に伝送され、センサ容量Ｃs とセンサ温度Ｔ
S に比例する測定値に変換され、これ等の測定値は結局
のところ制御ユニット１１の入力信号になる。センサ温
度ＴS は温度センサ２の電圧降下により測定され、温度
センサは加熱なしで十分低いセンサ動作電流ＩS での温
度センサとしてただ動作しているだけである。センサ容
量Ｃ S とセンサ温度ＴS から制御ユニット１１の評価回
路は相対湿度の測定値を計算する。この測定値に比例す
る電流が出力信号インターフェース１２に達する。相対
湿度は、例えば 75 ％の予備設定できる限界値まで一定
の温度で測定される。相対湿度がこの値以上に増加する
と、制御回路により温度センサの動作電流ＩSを増加さ
せ、温度センサを室温Ｔa より高い温度Ｔs まで加熱す
る。その結果、絶対湿度は湿度が高い範囲でも正確に測
定できる。何故なら、センサ温度Ｔs を上げることによ
り、露点の近くでも水が湿度センサに凝縮することを防
止しているからである。図３に示す配置では、付加的な
温度プローブ１３がセンサ・インターフェース１４を介
して制御回路１１に接続している。この温度センサ１３
により、湿度の高い範囲でも室温Ｔa を測定できる。そ
の場合、センサ温度ＴS は温度センサ２を加熱している
ため室温Ｔa より高い。こうして、室温Ｔa,センサ温度
ＴS およびセンサの容量ＣS を同時に測定しているの
で、湿度が高い範囲でも相対湿度を測定できる。
【００２６】図４と５は湿度センサの種々の動作モード
を示す。相対湿度（r. h.)は図４でセンサの容量ＣS に
対して記入され、図５でセンサ温度ＴS に対して記入さ
れている。 75 ％の相対湿度まで、湿度センサの容量は
一定の温度Ｔs ＝Ｔa で測定されている。センサの容量
ＣS は相対湿度（r.h.) と共に直線的に増加する。相対
湿度（r.h.) が 75 ％の限界湿度以上になると、基板と
それに付随して容量湿度センサを消費熱量で温度Ｔs ＞
Ｔa まで加熱するように大きな電流で温度センサを動作
させる。このようにして、温度センサの加熱能力は容量
性の湿度センサが一定の相対湿度を、従って一定の容量
ＣS も測定するように制御される。温度センサの電圧降
下により、動作電流ＩS に関連してセンサ温度ＴS が、
従って、調整した一定の容量ＣS に関連して測定すべき
絶対湿度が得られる。
を示す。相対湿度（r. h.)は図４でセンサの容量ＣS に
対して記入され、図５でセンサ温度ＴS に対して記入さ
れている。 75 ％の相対湿度まで、湿度センサの容量は
一定の温度Ｔs ＝Ｔa で測定されている。センサの容量
ＣS は相対湿度（r.h.) と共に直線的に増加する。相対
湿度（r.h.) が 75 ％の限界湿度以上になると、基板と
それに付随して容量湿度センサを消費熱量で温度Ｔs ＞
Ｔa まで加熱するように大きな電流で温度センサを動作
させる。このようにして、温度センサの加熱能力は容量
性の湿度センサが一定の相対湿度を、従って一定の容量
ＣS も測定するように制御される。温度センサの電圧降
下により、動作電流ＩS に関連してセンサ温度ＴS が、
従って、調整した一定の容量ＣS に関連して測定すべき
絶対湿度が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明の方法
により、湿度の高い範囲で長期間使用しても測定結果に
誤差を与えなく、センサ信号にドリフトの生じない。更
に、結露の近傍でも長期間安定で正確に絶対湿度を測定
でき、それ故 100％の相対湿度近くで長期間安定に相対
湿度も測定できる。
により、湿度の高い範囲で長期間使用しても測定結果に
誤差を与えなく、センサ信号にドリフトの生じない。更
に、結露の近傍でも長期間安定で正確に絶対湿度を測定
でき、それ故 100％の相対湿度近くで長期間安定に相対
湿度も測定できる。
【図１】 温度プローブを含む容量性の湿度センサを示
す。
す。
【図２】 絶対湿度を測定するための電子回路装置を示
す。
す。
【図３】 相対湿度を測定するための電子回路装置を示
す。
す。
【図４】 相対湿度 r.h. とセンサ容量ＣS の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図５】 相対湿度 r.h. とセンサ温度ＴS の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
１ 容量性の湿度センサ ２ 温度プローブ ３ 担体 ４ 湿度吸収誘電体 ５，６ 電極 ７ 絞り ８ 導線 ９，１０，１４ センサ・インターフェース １１ 制御ユニット １２ 出力信号インターフェース １３ 付加的な温度プローブ ＴS センサの温度 Ｔa 室温 ＣS センサの容量 ＩS 動作電流
Claims (9)
- 【請求項１】 容量性のセンサ、温度センサおよび加熱
素子から成るセンサ手段を用い、所定の湿度限界値を設
け、この所定の湿度限界値に達すると前記容量性のセン
サの温度を変えて、空気の絶対湿度を測定する方法にお
いて、 或る値の容量値を得るため前記容量性のセンサの容量を
測定し、 前記容量値を評価することにより前記所定の湿度限界値
に達するまで空気の湿度を測定し、 前記所定の湿度限界値に達したら、前記容量性のセンサ
を加熱して、前記容量性のセンサを一定の容量に調整す
るように、前記センサ手段の温度を調整し、 前記温度を評価する、過程から成ることを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 前記温度センサは抵抗センサとして形成
され、電力供給による前記加熱素子として使用し、前記
抵抗センサは電圧降下を発生し、この電圧降下を温度測
定に利用することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記湿度限界値を 40 ％相対湿度と 90
％相対湿度の間の範囲に選ぶことを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項４】 前記湿度限界値を 75 ％相対湿度に選ぶ
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 担体手段は熱伝導性で電気絶縁性の材料
で作製され、その上にセンサ手段を配置するためにある
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 熱伝導性で電気絶縁性の材料は Al2O3,
AlN, Be2O3, ガラスと Si のグループから選択されるこ
とを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記担体手段は 0.05 mmと 1 mm の間の
厚さであることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 抵抗センサは外側にある容量性のセンサ
の下に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
の方法。 - 【請求項９】 前記相対湿度を測定するため気体温度検
出用の付加的な温度センサを更に使用することを特徴と
する請求項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT202/96 | 1996-02-05 | ||
| AT0020296U AT1469U1 (de) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | Verfahren zum ermitteln der absoluten luftfeuchtigkeit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1010072A true JPH1010072A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=3484203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9059568A Withdrawn JPH1010072A (ja) | 1996-04-10 | 1997-03-13 | 空気の絶対湿度を測定する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5814726A (ja) |
| EP (1) | EP0801302B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1010072A (ja) |
| AT (2) | AT1469U1 (ja) |
| DE (1) | DE59712376D1 (ja) |
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| JP2007333750A (ja) * | 2000-10-20 | 2007-12-27 | Fisher & Paykel Healthcare Ltd | 呼吸用気体絶対湿度センサの精度を自動的に検査するシステム及び方法 |
| JP2017201690A (ja) * | 2011-08-30 | 2017-11-09 | ワトロウ エレクトリック マニュファクチュアリング カンパニー | 液体媒体を有する高精度ヒータシステム |
| US10697916B2 (en) | 2015-09-30 | 2020-06-30 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Physical quantity detection device |
| JP2021139676A (ja) * | 2020-03-03 | 2021-09-16 | 株式会社チノー | 加熱型センサ搭載検出回路 |
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| DE50101290D1 (de) | 2000-02-11 | 2004-02-12 | E & E Elektronik Gmbh | Sensoranordnung |
| DE10051558C2 (de) * | 2000-10-18 | 2003-04-17 | Sitronic Elektrotech Ausruest | Sensoreinheit mit einem Luftfeuchte-Sensor und mit einem Lufttemperatur-Sensor |
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| CN102639993B (zh) * | 2009-12-22 | 2015-03-25 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 应用阳极氧化铝膜的快速响应的相对湿度传感器 |
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| US9019688B2 (en) | 2011-12-02 | 2015-04-28 | Stmicroelectronics Pte Ltd. | Capacitance trimming with an integrated heater |
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1996
- 1996-04-10 AT AT0020296U patent/AT1469U1/de not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-03-12 EP EP97890046A patent/EP0801302B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-12 AT AT97890046T patent/ATE300734T1/de active
- 1997-03-12 US US08/816,948 patent/US5814726A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-12 DE DE59712376T patent/DE59712376D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-13 JP JP9059568A patent/JPH1010072A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|
| EP0801302B1 (de) | 2005-07-27 |
| EP0801302A1 (de) | 1997-10-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040601 |