JPH116794A

JPH116794A - 湿度計

Info

Publication number: JPH116794A
Application number: JP17631897A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yokota; 昭二横田; Takashi Sato; 崇志佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】水膨潤性薄膜材と非膨潤性薄膜材を貼合わせ
て成る吸湿性エレメントが適用された湿度計で、デジタ
ル表示及び湿度表示部を本体から離れた部位に配置可能
な湿度計を提供する。【解決手段】この湿度計１は、基板10と、基板に設け
られた回転軸11と、外側端部が基板に固定され内側端部
が回転軸に固定された渦巻き形状の吸湿性エレメント12
と、回転軸に取付けられた直線部13aと曲線部13bを有し
湿度変化に対応して揺動変位する略Ｈ字形状の揺動部材
13と、両曲線部の各変位領域に配置され揺動部材の揺動
変位に対応して挿入される曲線部の各挿入量が変動する
４つのコイル14〜17と、これ等コイルと揺動部材を具備
する４辺ブリッジ型コイルに電圧を印加する交流電源18
と、４辺ブリッジ型コイルに流れる電流を計測し揺動部
材の揺動変位に対応した電流の変化から湿度変化を検出
する電流計19とでその主要部が構成されることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂フィルム等水
膨潤性の薄膜材と金属等非膨潤性の薄膜材とを貼り合わ
せて成る吸湿性エレメントが適用された湿度計に係り、
特に、湿度のデジタル表示が可能でかつ湿度表示部を湿
度計本体から離れた部位に配置可能な湿度計に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の湿度計として、例えば、図６
（Ａ）（Ｂ）に示す構造のものが知られている。

【０００３】すなわち、この湿度計ａは、目盛り板ｂ
と、この目盛り板ｂに回転可能に取付けられかつ本体筒
部ｃ内に収容された回転軸ｄと、この回転軸ｄの基端側
に螺旋状に巻き付けられその一端側が上記本体筒部ｃに
固定されると共に他端側が回転軸ｄに固定された吸湿性
エレメントｅと、上記回転軸ｄの先端側に取付けられた
指針ｆとでその主要部が構成されている。尚、図６
（Ａ）中、ｇは本体筒部ｃと回転軸ｄとの間に設けられ
たガイドを示している。

【０００４】そして、水膨潤性の薄膜材と非膨潤性の薄
膜材とを貼り合わせて成る上記吸湿性エレメントｅは、
湿度が変化したとき、吸湿性エレメントを構成する各薄
膜材の水膨潤性の有無に対応した伸縮作用により吸湿性
エレメント自体の曲率が変化するため湿度計として利用
することができる。

【０００５】すなわち、水膨潤性の薄膜材と非膨潤性の
薄膜材からなる吸湿性エレメントの厚さをγ、水膨潤性
の有無に対応した膨張係数の差を（δα）、回転軸に対
する吸湿性エレメントの螺旋状巻き方を平均曲率半径Ｒ
のｎ回巻きとしたとき、一端側を本体筒部に固定された
吸湿性エレメントｅの他端側の動きは、湿度変化θに対
して下記数式（１）で表すことができる。

【０００６】

【数１】

【０００７】従って、吸湿性エレメントｅの他端側が固
定された上記回転軸ｄは、吸湿性エレメントｅの他端側
動作によって回動しこれによりこの回転軸ｄ先端側に取
付けられた指針ｆが回転するため、上記目盛り板ｂの目
盛り位置と数式（１）から得られる指針ｆの位置とを予
め設定しておくことにより、図６（Ｂ）に示すように目
盛り板ｂと指針ｆとで測定湿度をアナログ的に表示する
ことが可能となる。

【０００８】尚、図６（Ａ）（Ｂ）に示された湿度計に
おいては回転軸に対して吸湿性エレメントを螺旋状に巻
き付けているが、ぜんまいの様に吸湿性エレメントを渦
巻き状に巻き付けた湿度計も知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６（Ａ）
（Ｂ）に示された従来の湿度計は上述したように指針ｆ
と目盛り板ｂから成るアナログ表示のため、上記指針ｆ
が目盛り板ｂのどの位置にあるかを人間の目により読取
って湿度を測定する必要があった。

【００１０】この場合、図６（Ａ）に示す様に指針ｆと
目盛り板ｂには隙間があるため、測定者の目と指針ｆ及
び目盛り板ｂを結ぶ線が目盛り板ｂに対し直角になる位
置で読み取らないと正確に湿度を測定できない欠点があ
った。

【００１１】すなわち、測定者の観測位置がばらついた
場合や、測定者が異なる場合に測定誤差を引起こし易い
問題があった。尚、目盛り板に鏡を設け、測定者の目と
指針及び目盛り板を結ぶ線が目盛り板に対し直角に読み
取れる様に工夫された湿度計も開発されてはいるが未だ
十分ではなかった。

【００１２】更に、図６（Ａ）（Ｂ）に示された従来の
湿度計は吸湿性エレメントと指針が機械的に結合されか
つ指針と目盛り板とでアナログ表示を構成させる必要が
あるため、目盛り板等の表示部を湿度計本体から離れた
部位に配置することが構造上不可能な問題点を有してい
た。

【００１３】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、湿度のデジタル表
示が可能でかつ湿度表示部を湿度計本体から離れた部位
に配置可能な湿度計を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、水膨潤性の薄膜材と非膨潤性の薄膜材を貼り
合わせて成る吸湿性エレメントが適用された湿度計を前
提とし、基板と、この基板に回転可能に取付けられた回
転軸と、渦巻き状に形成されその外側端部が上記基板に
固定されると共に渦巻きの中心側に位置する内側端部が
上記回転軸に固定されかつ湿度変化に対応した伸縮作用
により上記回転軸を回動させる吸湿性エレメントと、上
記回転軸に取付けられこの回転軸を中心にして基板面に
沿って両方向に延びる直線部とこの直線部の両端側から
基板面に沿って両方向へ略円弧状に延びる一対の曲線部
とを有しかつ回転軸の回動作用により揺動変位すると共
に棒状の強磁性体材料により構成された略Ｈ字形状の揺
動部材と、この揺動部材における両曲線部の各変位領域
に配置されかつ上記揺動部材の揺動変位に対応して各曲
線部における両側先端の挿入量がそれぞれ変動すると共
に４辺ブリッジ型に接続された４つのコイルと、これ等
コイルと各コイルに曲線部の一部が挿入される揺動部材
とを有する４辺ブリッジ型コイルに電圧を印加する交流
電源と、４辺ブリッジ型コイルに流れる電流を計測し上
記揺動部材の揺動変位に対応した電流の変化から湿度変
化を検出する電流計とを具備することを特徴とし、ま
た、請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明に係る
湿度計を前提とし、上記電流計の値と湿度とを対応付
け、電流計で計測された値に基づき表示器に湿度をデジ
タル表示するようにしたことを特徴とするものである。

【００１５】そして、請求項１及び２記載の発明に係る
湿度計によれば、吸湿性エレメントの伸縮作用により揺
動変位する揺動部材とこの一部が挿入される４つのコイ
ルとでその主要部が構成された上記４辺ブリッジ型コイ
ルに流れる電流を電流計にて計測し、上記揺動部材の揺
動変位に対応した電流の変化から湿度変化が検出される
ため電流計で計測された値に基づくデジタル表示が可能
となり、かつ、このデジタル表示部を湿度計本体から離
れた部位に配置することが可能となる。

【００１６】尚、本発明に係る湿度計においては、従来
の湿度計と同様、アナログ表示機能を具備させてもよ
い。請求項３に係る発明はアナログ表示機能も具備させ
た本発明に係る湿度計に関する。

【００１７】すなわち、請求項３に係る発明は、請求項
１または２記載の発明に係る湿度計を前提とし、上記回
転軸に取付けられた指針と、上記基板に設けられた目盛
り若しくは別体の目盛り板とで構成される湿度のアナロ
グ表示機能が付加されていることを特徴とするものであ
る。

【００１８】また、上記吸湿性エレメントは樹脂フィル
ム等水膨潤性の薄膜材と金属等非膨潤性の薄膜材とを貼
り合わせて成るものであるが、上記樹脂フィルムと金属
の具体例としてはセロハンと銅が挙げられる。請求項４
に係る発明は吸湿性エレメントの構成を特定した発明に
関する。

【００１９】すなわち、請求項４に係る発明は、請求項
１、２または３記載の発明に係る湿度計を前提とし、セ
ロハン薄膜と銅薄膜とを貼リ合わせた帯状体により上記
吸湿性エレメントが構成されていることを特徴とするも
のである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】すなわち、この実施の形態に係る湿度計１
は、図１（Ａ）に示すようにフェノール樹脂が含浸され
た紙フェノール等の電気絶縁性基板１０と、この基板１
０に回転可能に設けられた回転軸１１と、渦巻き状に形
成されその外側端部が上記基板１０に設けられた固定部
材１０ａを介し固定されると共に渦巻きの中心側に位置
する内側端部が上記回転軸１１に固定されかつ湿度変化
に対応した伸縮作用により上記回転軸１１を回動させる
吸湿性エレメント１２と、上記回転軸１１に取付けられ
この回転軸１１を中心にして基板１０面に沿って両方向
に延びる直線部１３ａとこの直線部１３ａの両端側から
基板１０面に沿って両方向へ略円弧状に延びる一対の曲
線部１３ｂとを有しかつ回転軸１１の回動作用により図
１（Ａ）の矢印で示す方向へ揺動変位（湿度上昇により
時計方向へ回転しかつ湿度降下により反時計方向へ回
転）すると共に鉄、コバルト、ニッケル等棒状の強磁性
体材料により構成された略Ｈ字形状の揺動部材１３と、
この揺動部材１３における両曲線部１３ｂの各変位領域
に図示外の固定部材を介して固定配置されかつ上記揺動
部材１３の揺動変位に対応して各曲線部１３ｂにおける
両側先端の挿入量がそれぞれ変動すると共に図１（Ｂ）
に示す４辺ブリッジ型に接続された４つのコイル１４、
１５、１６、１７と、これ等コイル１４、１５、１６、
１７と各コイル１４、１５、１６、１７に曲線部１３ｂ
の一部が挿入される揺動部材１３とを有する４辺ブリッ
ジ型コイルに電圧を印加する交流電源１８と、上記４辺
ブリッジ型コイルに流れる電流を計測し上記揺動部材１
３の揺動変位に対応した電流の変化から湿度変化を検出
する電流計１９とでその主要部が構成されている。

【００２２】尚、各コイル１４、１５、１６、１７に対
する揺動部材１３の各曲線部１３ｂにおける両側先端の
挿入量は上記揺動部材１３の揺動変位に対応して変動す
るが、上記揺動部材１３の揺動変位に拘らず各曲線部１
３ｂにおける両側先端（すなわち４つの先端）は各コイ
ル１４、１５、１６、１７内に常に挿入されているよう
に各コイル１４、１５、１６、１７の配置位置が設定さ
れている。また、上記吸湿性エレメント１２については
セロハン薄膜と銅薄膜とを貼り合わせた帯状体が適用さ
れている。また、各コイル１４、１５、１６、１７につ
いてはその長さ、巻き数、コイル直径が同一に設定され
たエナメル線が適用されている。

【００２３】また、この湿度計１においては、図１
（Ｃ）に示すように上記電流計１９からのアナログ出力
をＡ／Ｄ変換器２によりデジタル変換し、このデジタル
信号をマイクロコンピュータ（マイコン）３に入力させ
て電流の変化に対応する湿度を計算し、この計算から求
められた湿度が液晶表示器（表示器）４にデジタル表示
されるように構成されている。

【００２４】そして、この湿度計１は、この湿度計が置
かれた場所の環境湿度の変化に対応して以下のように作
動する。

【００２５】まず、揺動部材１３とこの一部が挿入され
る４つのコイル１４、１５、１６、１７とでその主要部
が構成される４辺ブリッジ型コイルにおける各コイルの
インダクタンスＬは、各コイルの長さを各々ｌとした場
合、コイルに挿入される上記揺動部材１３における曲線
部１３ｂの断面積をＡ、比透磁率をμ_r、真空の透磁率
をμ₀、コイルの単位長さ当たりの巻数をＮとすると以
下の数式（２）で表される。

【００２６】

【数２】

【００２７】しかし、この湿度計１においては、図２
（Ａ）〜（Ｃ）に示すように４つのコイル１４、１５、
１６、１７に対し全てのコイルの長さ方向全領域に亘り
上記揺動部材１３の曲線部１３ｂが挿入されていること
はなく、あるコイルの一部領域については曲線部１３ｂ
が挿入されない空間も存在する。

【００２８】そこで、１つのコイルに注目したとき、上
記曲線部１３ｂがコイル内の任意の位置にある場合のイ
ンダクタンスＬは、コイル内で曲線部１３ｂが占める長
さをｌ_r、コイル全体の長さｌからｌ_rを引いた長さ
（すなわち曲線部１３ｂが挿入されないコイルの空間距
離）をｌ₀とすると以下の数式（４）で表される。

【００２９】

【数３】

【００３０】また、４辺ブリッジ型コイルに交流電圧が
印加されたときの各コイルのインダクタンスＬとそのイ
ンピーダンスＺとの関係は、角周波数をωとしたとき以
下の数式（６）（７）で表される。

【００３１】

【数４】

【００３２】そして、湿度変化に対応して揺動部材１３
が図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように揺動変位し、こ
れにより各コイル１４、１５、１６、１７のインダクタ
ンスＬが数式（４）に従い変化したとき、４辺ブリッジ
型コイルに組込まれた電流計１９に流れる電流Ｉは以下
の数式（８）で表される。

【００３３】

【数５】

【００３４】但し、Ｖは４辺ブリッジ型コイルに組込ま
れた交流電源１８から供給される電圧、Ｚ_aはコイル１
４のインピーダンス、Ｚ_bはコイル１５のインピーダン
ス、Ｚ_cはコイル１６のインピーダンス、Ｚ_dはコイル
１７のインピーダンスをそれぞれ示している。

【００３５】この数式（８）から、実施の形態に係る湿
度計１において電流計１９に流れる電流Ｉの値とそのと
きの湿度との関係を事前に調べておくことにより測定湿
度をデジタル表示することが可能となる。すなわち、上
記電流計１９から出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換
器２によりデジタル変換し、この信号をマイコン３ヘ入
力させると共にこの信号から事前に調べておいた関係式
に基づき湿度を計算して表示器４にて測定湿度のデジタ
ル表示が可能となる。

【００３６】尚、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示した湿度計１
は湿度のデジタル表示機能のみを具備する構成となって
いるが、デジタル表示機能とアナログ表示機能の両者を
具備させる構成にしてもよい。

【００３７】すなわち、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように
電気絶縁性基板１０の一面側に上述した図１（Ａ）〜
（Ｃ）のデジタル表示機能を具備させ、電気絶縁性基板
１０の他面側に湿度目盛りを形成して目盛り板を構成さ
せると共に上記目盛り板から突出する回転軸１１の先端
に指針５を取り付け、この指針５と目盛り板から成るア
ナログ表示機能を具備させてもよい。

【００３８】また、図１（Ａ）と図３（Ａ）に示された
実施の形態に係る湿度計において上記回転軸１１等が設
けられる基板として紙フェノール等の電気絶縁性基板１
０が適用されているが、この基板については必ずしも電
気絶縁性の材料で構成する必要はなく、例えば、外表面
を電気絶縁性の皮膜で被覆した導電性基板の適用も可能
である。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００４０】まず、この実施例に係る湿度計１は、図１
（Ａ）〜（Ｃ）に示した湿度計と同様に、フェノール樹
脂が含浸された紙フェノールから成る電気絶縁性基板１
０と、この基板１０に設けられた回転軸１１と、外側端
部が上記基板１０に固定され内側端部が上記回転軸１１
に固定されると共にセロハン薄膜と銅薄膜とを貼り合わ
せた帯状体から成る渦巻き形状の吸湿性エレメント１２
と、上記回転軸１１に取付けられた直線部１３ａとこの
両端から円弧状に延びる一対の曲線部１３ｂを有しかつ
湿度変化に対応して揺動変位する鉄材（比透磁率μ_rが
５００）から成る略Ｈ字形状の揺動部材１３と、この揺
動部材１３における両曲線部１３ｂの各変位領域に配置
されかつ揺動部材１３の揺動変位に対応して各曲線部１
３ｂにおける両側先端の挿入量がそれぞれ変動すると共
に４辺ブリッジ型に接続された４つのコイル１４、１
５、１６、１７と、これ等コイル１４、１５、１６、１
７と各コイルに曲線部１３ｂの一部が挿入される揺動部
材１３を有する４辺ブリッジ型コイルに電圧を印加する
交流電源１８と、上記４辺ブリッジ型コイルに流れる電
流を計測し揺動部材１３の揺動変位に対応した電流の変
化から湿度変化を検出する電流計１９とでその主要部が
構成されている。

【００４１】尚、上記吸湿性エレメント１２の湿度検知
範囲は１０％から９０％であり、この範囲内で上記揺動
部材１３は図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように２％／度の
割合で最大４０度回転する。また、コイル１４、１５、
１６、１７については１０Ｔ／ｍｍ（すなわち１ｍｍ１
０ターン巻き）の条件でエナメル線を１００ターン巻い
た長さ１０ｍｍ、コイル直径２ｍｍのものが適用されて
おり、かつ、交流電源１８から上記４辺ブリッジ型コイ
ルに対し周波数１０ｋＨｚ一定の正弦波電圧５Ｖが供給
されるように構成されている。

【００４２】この湿度計１において上記コイル１４に着
目し、環境湿度が１０％から９０％まで変化したときの
上記揺動部材１３の揺動変位に伴うインダクタンスの変
化を測定した。この結果を図４に示す。また、このとき
に上記電流計１９に流れる電流の変化を測定した結果を
図５に示す。

【００４３】これ等グラフ図の結果から、４辺ブリッジ
型コイルに流れる電流と湿度とは一対一に対応し、４辺
ブリッジ型コイルに流れる電流を計測することで、１０
％から９０％の範囲の湿度を測定できることが確認され
る。

【００４４】すなわち、上記電流計１９から出力される
アナログ信号をＡ／Ｄ変換器２によりデジタル変換し、
この信号をマイコン３ヘ入力させると共にこの信号から
事前に調べておいた関係式（図５のグラフ図参照）に基
づき湿度を計算して表示器４にて測定湿度のデジタル表
示が可能となる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１、２及び４記載の発明に係る湿
度計によれば、吸湿性エレメントの伸縮作用により揺動
変位する揺動部材とこの一部が挿入される４つのコイル
とでその主要部が構成された上記４辺ブリッジ型コイル
に流れる電流を電流計にて計測し、上記揺動部材の揺動
変位に対応した電流の変化から湿度変化が検出されるた
め電流計で計測された値に基づくデジタル表示が可能と
なり、かつ、このデジタル表示部を湿度計本体から離れ
た部位に配置することが可能となる。

【００４６】従って、測定者の観測位置がばらついたり
測定者が異なる場合にも測定される湿度に読取り誤差を
生ずることがなく、かつ、観測者から離れた位置での測
定対象の湿度を観測できる効果を有する。

【００４７】また、請求項３記載の発明に係る湿度計に
よれば、回転軸に取付けられた指針と基板に設けられた
目盛り若しくは別体の目盛り板とで構成される湿度のア
ナログ表示機能が付加されているため、測定対象の湿度
をデジタル並びにアナログ表示で測定できる効果を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は実施の形態に係る湿度計の主要部
を示す概略斜視図、図１（Ｂ）はこの湿度計の４辺ブリ
ッジ型コイルの回路説明図、図１（Ｃ）はこの湿度計の
デジタル表示機能を具体化した回路構成例を示すブロッ
ク図。

【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は実施の形態に係る湿
度計の湿度変化に対応する揺動部材とコイルの作用を説
明する説明図。

【図３】図３（Ａ）は他の実施の形態に係る湿度計の主
要部を示す概略斜視図、図３（Ｂ）はその断面図。

【図４】実施例に係る湿度計の着目した１つのコイルの
湿度に対するインダクタンスの変化を示すグラフ図。

【図５】実施例に係る湿度計の湿度に対する電流計の計
測値の変化を示すグラフ図。

【図６】図６（Ａ）は従来例に係る湿度計の概略構成を
示す説明図、図６（Ｂ）はこの湿度計の目盛り板と指針
を示す平面図。

【符号の説明】

１湿度計２Ａ／Ｄ変換器３マイクロコンピュータ４液晶表示器１０基板１１回転軸１２吸湿性エレメント１３揺動部材１３ａ直線部１３ｂ曲線部１４コイル１５コイル１６コイル１７コイル１８交流電源１９電流計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水膨潤性の薄膜材と非膨潤性の薄膜材を貼
り合わせて成る吸湿性エレメントが適用された湿度計に
おいて、基板と、この基板に回転可能に取付けられた回転軸と、
渦巻き状に形成されその外側端部が上記基板に固定され
ると共に渦巻きの中心側に位置する内側端部が上記回転
軸に固定されかつ湿度変化に対応した伸縮作用により上
記回転軸を回動させる吸湿性エレメントと、上記回転軸
に取付けられこの回転軸を中心にして基板面に沿って両
方向に延びる直線部とこの直線部の両端側から基板面に
沿って両方向へ略円弧状に延びる一対の曲線部とを有し
かつ回転軸の回動作用により揺動変位すると共に棒状の
強磁性体材料により構成された略Ｈ字形状の揺動部材
と、この揺動部材における両曲線部の各変位領域に配置
されかつ上記揺動部材の揺動変位に対応して各曲線部に
おける両側先端の挿入量がそれぞれ変動すると共に４辺
ブリッジ型に接続された４つのコイルと、これ等コイル
と各コイルに曲線部の一部が挿入される揺動部材とを有
する４辺ブリッジ型コイルに電圧を印加する交流電源
と、４辺ブリッジ型コイルに流れる電流を計測し上記揺
動部材の揺動変位に対応した電流の変化から湿度変化を
検出する電流計とを具備することを特徴とする湿度計。
【請求項２】上記電流計の値と湿度とを対応付け、電流
計で計測された値に基づき表示器に湿度をデジタル表示
するようにしたことを特徴とする請求項１記載の湿度
計。
【請求項３】上記回転軸に取付けられた指針と、上記基
板に設けられた目盛り若しくは別体の目盛り板とで構成
される湿度のアナログ表示機能が付加されていることを
特徴とする請求項１または２記載の湿度計。
【請求項４】セロハン薄膜と銅薄膜とを貼リ合わせた帯
状体により上記吸湿性エレメントが構成されていること
を特徴とする請求項１、２または３記載の湿度計。