JPS58205845A - 乾燥・結露・着霜識別センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、乾燥・結露・着霜の３状態をインピーダン
スの変化として検知する、乾燥・結露・着霜識別センサ
に関する。

各＠電気機器において湿度制御は重要な問題であるため
、優れた湿度センサの開発が要望されている。また、特
定の装置においては、結露による特性の劣化の他に、着
霜による特性の劣化が問題となる。たとえば冷凍機関係
では、＠霜が生じると効率が低下するため、霜を除去す
ることが必要となる。そこで着霜状態を検出し得るセン
サの開発が望まれている。

従来、結露センサとしては、たとえば結露による抵抗値
の変化を利用するものなど種々の形式のセンサが開発さ
れている。他方、着霜センサとしては、共振体の共振周
波数が霜の付着により変化することを利用したものなど
が開発されている。

しかしながら、単一の素子で、結露および着霜の双方す
なわち乾燥・結露・着霜の３状態を検出し得るものは未
だなか・）Ｉこ。したがって、装置が、乾燥・結露・１
１１の３状態のいずれにあるかを検出づるには、少なく
とも２個の独立した検出素子が必装であり、％Ａｌｔを
［１化していた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、乾燥・結露・Ｗ
霜の３状態のいり゛れにあるかを正確に検出し得るよう
な乾燥・結霧・＠ａｉｍ別センサを提供するごとである
１゜ この発明は、四約りれは、検知素体と、検知素体の−ｈ
而に形成された電極とからなる複数個のセンリコニツＩ
・４！：Ｉ＃＆λ、８【！ンサユニットは、電極の形成
されｌ：　’＋１１’＋が内側（゛相互に対向するよう
に、所定間隔を隔−（（対１／ＩＩ配ｒＩＩされでおり
、各センサユニットの電楡相！１０間のインピーダンス
変化により、乾燥、結ＩＩ　ａ３’　Ｊ、び＠霜の３状
態を識別する、乾燥・結露・＠ｌｉｌ識別センサである
。

この発明のその他のｒｌＩ的と特ｔｈｔよ、図面を参照
して行なう以下の詳細／３′説明にＪ、り一層明らかと
なろう。

第１図は、この発明の乾燥・結露・＠ａｉ識別センサの
一例を説明するための斜視図である。まず、検知索体と
してのセラミクス板１．２を準備する。

各セラミック板１．２の一方面には、はしご状の電極３
．４　（１！極３は検知素体１の下面に形成されている
ので第１図では図示しない。）が形成されている。各電
極３．４の一部に、リード線５゜６が接続されている。

このようにして、２個のセンサユニット７．８を準備す
る。次に、電極３゜４が形成された面が相互に対向する
ように、所定間隔を隔てて各センサユニット７．８を対
向配置し、第２図に縦断面図で示されようなこの発明の
一員体例を得る。第２図から明らかなように、各センサ
ユニット７．８の間の間隔は、絶縁スベー＋Ｊ９ａ、９
ｂを用いることにより一定に保たれる。

なお、電極３．４の形状は、第３図および第４図に斜視
図で示されるように、格子状あるいは多孔プレート状に
形成してもよい。第１図、第３図および第４図に示され
るような電極形状とすることにより、電極が形成された
面の検知素体の露出面積を大きくすることができる。検
知素体１．２の電極が形成された側での露出面積を大き
くする理由は、のらほど説明する。

第１図および第２図に示し１．：この発明の乾燥・結露
・＠′ｌＢ識別センリでは、リード線５．６間に電流を
流１ことに、」、す、乾燥、帖霞および着霜の３状態を
、各センリコニツＩ−１，２の電極３．４の間のインピ
ーダンス変化して検出することができる。ま４°、乾燥
状態Ｃは、ｔ！ンリ゛］ニット１，２の電極３．４間の
インピーダンスは、検知素体１と検知本体２どａ）間の
空隙Δ（第２図を参照されたい。）に存イ１１６空気−
の銹電率により決定される。次に、結露状態Ｃ（艮、検
知素体１と検知素体２との間に水滴が付着するｊＪめ、
水の電気伝導により、電極３．４間のインピーダンスは
極めて小さくなる。さらに、＠霧状態では、検知素体１
と検知素体２との間の空隙へに付着した水滴が氷の結晶
となるため、電４ｉ１３と１ｖ檎４との間のインピーダ
ンスは付着し１．：氷のｗｍ率により決定される。この
ように、各Ｌシリ１ニツｌ−フ、８間の空隙Ａの雰囲気
により、電極：３．４間のインピーダー　５＝ ンスは大きく変化する。この変化により、乾燥、結露お
よび着霜の３状態を検出することができる。

次に、この発明に用いられる検知素体につき説明する。

この発明に用いられる検知素体としては、たとえばセラ
ミクスなどの様々な材料を用いることができるが、好ま
しくは、結露状態において水滴内にイオンを導出し得る
もので構成することにより、結露状態のインピーダンス
値をより小さくすることができる。すなわち、前述した
ように、結露状態での電極間インピーダンスは、各セン
サユニット間の空隙に付着した水の電気伝導により決定
されるが、この付着した水の中にイオンを導出し得る材
料で検知素体を構成すれば、電極間インピーダンス値を
より小さくすることができ、そのため結露状態と他の２
状態とをより明確に区別し得る。付着した水滴内にイオ
ンを導出し得る材料としては、たとえば、ＭｇＴｉ　Ｏ
ｓ　、Ｚｎ　ＴｉＯｓ　、Ｆｅ　Ｔｉ　Ｏｓなどのイル
メナイト型結晶構造からなるチタン複合酸化物セラミク
ス、ＢａＯＴｉ　０２−Ｎｄ　Ｑｉ系セラミクス、硫酸
塩やリ６一 ン酸塩系セラミクス、ステアタイト、フォルステライト
などのようにＭａ　０−８ｉ　Ｏｚを主として含むセラ
ミクス系、スピネル型、パイロクロア型、タングステン
ブロンズ型、ルヂル型、螢石型などの多くのセラミクス
が用いられ得る。イルメナイト型結晶構造からなるチタ
ン複合酸化物を主体とするセラミクスの場合には、特性
に悪影響を与えない程度の他の結晶構造、たとえばベロ
アスカイト型、スピネル型、パイ［］クロア型、タング
ステン酸ブロンズ型などのセラミクスを１種または複数
種混合させてもよい３．さらに、たとえば粘土、希土類
、Ｔｉ　０２．８１０２　、　Ｂｌ　２０ｓ　、ＺｎＯ
，ＦｅｚＯ５，５１１ｚＯｓ、Ｍ１１１ＣＯ＊、ＷＯ３
などのような無機化合物からなる添加物を加えてもよい
。また、他の結晶系セラミクスについても、セラミクス
化の！ごめの種々の添加物の共存はイルメナイト型結晶
構造からなるチタン複合酸化物につい述べたと同様に許
される。結露時にセラミスフから微量のイオンが溶出す
ることにより、結露時の電極間インピーダンスの低下は
大きくなる。そのためには、アルカリ金属イオン、アル
カリ土類金属イオンなどの陽イオンヤた、リン酸イオン
、硫酸イオンなどの陰イオンを含むセラミクスなどが効
果的である。

以上のように、この発明によれば、検知素体と、検知索
体の一方面に形成された電極とからなる複数個のセンサ
ユニットを備え、各センサユニットは電極の形成された
面が内側で相互に対向するように所定間隔を隔てて対向
配置されているため、乾燥状態、結露状態および着霜状
態の各状態における各センサユニット間の雰囲気を、各
電極間インピーダンス値の変化とし検出することができ
る。

また、比較的簡単な構造のセンサであるため、信頼性に
優れかつ安定した動作を得ることができる。

さらに、検知素体を構成する材料は特に限定されるもの
ではないため、温度補償形の誘電体材料を用いることに
より、より正確に各状態を検出することも可能である。

　１・ 実施例１ 長さ３０ａｍ、幅５１ｊ厚さ０．８−膳の大きさの２枚
のＭＱＴｉ　Ｏｓ　　Ｃａ　Ｔｉ　Ｏｓ系セラミクスか
らなる角板の一方面に、１１１ｍの間隔の格子状金電極
を形成した。次に、電極を形成した面を内側で相互に対
向するように、０．３ｉ−の間隔を隔てて、各ゼラミク
ス板を対向配置させた。

このようにして構成された乾燥・結露・着霜識別センサ
の電極間−インピーダンスを、１Ｖの交流電圧（５０Ｈ
２）を印７７１１１．、て、乾燥状態、結露状態および
Ｗ＊状態の３状態で測定した。その結果、乾燥状態では
４００　Ｍ　Ｏ１結露状態では４０にΩ、着霜状態Ｃは
２０Ｍ０のインピーダンス値を示した。この３種の値か
ら明らかなように、実施例１の乾燥・結露・着ｍｍ別廿
ンサでは各状態を明確に識別し得ること／／＝　Ｉｌｌ
！解される。

次に、この発明の乾燥・結露・＠Ｉｌ識別センサを用い
る結露・着霜検知装置につぎ説明する。

第５図は、この発明の乾燥・結露・Ｗ霜識別センサの乾
燥状態、結露状態おＪ：び＠霜状態におけるインピーダ
ンス変化の一例を示す図である。このような特性を有す
る乾燥・結露・着霜識別セン９− サを用いて、以下に説明される結露・着霜検知装置が構
成される。

第６図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサを用
いる結露・着霜検知装置の一例を説明するためのブロッ
ク図である。第６図を参照して、この装置は、この発明
の乾燥・結露・着霜識別センリーを含む検知部１０．検
知部１０の出力が与えられる２個の比較回路１１，１２
、比較回路１１に比較信号としての第１基準レベル信号
を入力する第１基準レベル設定手段１３、比較回路１２
の比較信号としての第２基準レベル信号を入力する第２
基準レベル設定手段１４および比較回路１１゜１２の出
力により乾燥・結露・着霜の３状態を判別する判別回路
１５（第６図において１点鎖線で囲まれた部分）から構
成される。

検知部１０は、この発明の乾燥・結露・看！識別センサ
を含み、乾燥・結露・着霜の３状態で第１図のように変
化するインピーダンスに対応した信号を出力する。検知
部１０の出力は、第１の比較手段としての比較回路１１
および第２の比較手１０− 段としての第２の比較回路１２に与えられる。第１の比
較回路１１には、第１基単レベル設定手段により第１基
準レベル信号が入力される。この信号の持つ第１基準レ
ベルは、第５図から明らかなように、結露状態にお【プ
る検知部１０のインピーダンスと着霜状態におｌる検知
部１０のインピーダンスとの間に設定される。第１の比
較回路１１は、検知部１０のインピーダンスと第１基準
レベルとを比較し、検知部１０のインピーダンスの方が
大きい一白にハｆレベルの信号を出力し、検知部１０の
インピーダンスの方が小さい場合にはローレベルの出力
信号を出力する。他方、第２の比較回路１２には、１２
ＭＩＩｋレベル設定手段より第２基準レベル信号が人力
される。この信号の持つ第２基準レベルは、第５図から
明らかなように、乾燥状態における検知部１０のインピ
ーダンスと着霜状態における検知部１０のインピーダン
スとの間の値に設定される。したがって、第２の比較回
路１２は、検知部１０のインピーダンスと第２基準レベ
ルとを比較し、検知部１０のインピーダンスの方が大き
い場合にハイレベルの信号を、逆の場合にはローレベル
の信号を出力する。

このように、第１および第２の比較回路１１゜１２は、
検知部１０のインピーダンスの変化に応じて、ハイレベ
ルまたはローレベルの信号を出力する。この各比較回路
１１．１２の出力は、第５図に示された関係から明らか
なように、次に掲げる第１表に示される。第１表におい
て、Ｈはハイレベルの信号を、Ｌはローレベルの信号を
、それぞれ示す。

比較回路１１．１２の出力は、判別回路１５に与えられ
る。判別回路１５は、２１１のインバータ１、、Ｉ２お
よび３・１個のノアゲートＧ１．Ｇ２゜Ｇ、から構成さ
れる。第１の比較回路１１の出力は、インバータＩ、の
入力端子およびノアゲートＧ、の一方入力端子に与えら
れる。インバータ■、の出力は、ノアゲートＧ＋、Ｇｚ
の各一方入り端子に与えられる。他方、第２の比較回路
１２の出りは、インバータ１２の入力端子、ノアゲート
Ｇ２の他方端子およびノアゲートＧ、の他方入力端子に
与えられる。インバータ■２の出力は、ノアゲートＧ、
の他方入力端子に与えられる。なお、この判別回路１５
は１１゛論理を採用している。

以上のように構成される判別回路１５は、乾燥、結露お
よび着霜の３状態を次のように判別する。

今、乾燥状態では、第１表から明らかなように、比較回
路１１．１２ＬＬともにハイレベルの信号を出力する。

第１の比較１１路１１からのハイレベルの信号はインバ
ータ■１おＪ、びノアゲートＧ、に与えられる。インバ
ータ１１に入力されたハイレベルの信号は、ローレベル
の信号に反転されて、ノアゲートＧ、およびＧ２に与え
られる。他方、第２の比較回路１２からのハイレベルの
信号は、インバータＩ２、ノアゲー１”　Ｇ　２および
ノアゲートＧ、に与えられる。・ｒンバータ■２に入力
され１３− たハイレベルの信号は、ローレベルの信号に反転されて
ノアゲートＧ、に与えられる。以上のように、乾燥状態
では、ノアゲートＧ１のみが、その双方の入力端子にロ
ーレベルの信号を入力される。

したがって、ノアゲートＧ１のみがハイレベルの信号を
出力する。同様に、検知部１０が着霜状態にあるときは
、第１表から明らかなように、第１の比較回路１１はハ
イレベルの信号を出力し、第２の比較回路１２がローレ
ベルの信号を出力するため、ノアゲー１−０２のみが、
その双方の入力端子にローレベルの信号を入力される。

したがってノアゲー１−Ｇ２のみがハイレベルの信号を
出力する。また、検知部１０が結露状態にあるときは、
第１および第２の比較回路１１．１２は、ともにローレ
ベルの信号を出力するため、ノアゲートＧ、のみに、そ
の双方の入力端子がローレベルの信号を入力されるので
、ノアゲー１”　Ｇ　ｍのみがハイレベルの信号を出力
する。

以上の説明から明らかなように、乾燥状態ではノアゲー
トＧ、が信号を出力し、着霜状態ではノ１４− アゲ−１−Ｇ２が信号を出力し、結露状態ではノアゲー
トＧ、が信号を出ｈｌる。したがって、乾燥、結露およ
び着霜の；ｌ状態を判別することが可能となる。

第７図は、第６図に示された結露、着霜検知装置をより
具体的に説明りるための回路図であり、第８図おＪ５び
第９１４１．１　ｗ４１図の回路の動作を説明するため
の図である。１ 第７図に示される回路は、この発明の乾燥・結露・着霜
識別センサ２０、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６、コンパレータ２
１．２２Ｊｊにび第８図に示されたものと同様の判別回
路２５（第７図で１点鎖線で示された部分）を基本的構
成要素とする。乾燥・結露・着霜識別センサ２０は、第
５図のように、乾燥、結露および着霜の３状態でそのイ
ンピーダンスが変化する。乾燥・結露・着霜識別センサ
２０のインピーダンス変化は電圧の変化として、ＭＯＳ
−ＦＥＴ２６のゲート端子に入力される。この入力は、
ＭＯＳ−ＦＥＴ２６で増幅・反転されて、コンパレータ
としてのオペレーションアンプ２１．２２に入力される
。各オペレーションアンプ２１．２２には、可変抵抗２
３．２４より第１および第２の基準レベル電圧がそれぞ
れ入力される。オペレーションアンプ２１．２２の出力
は、判別回路２５に与えられる。判別回路２５の構成は
、第６図に示された判別回路１５と同様であるため、相
当の参照番号を付することによりその説明を省略する。

このように構成される第７図の回路では、乾燥、結露お
よび着霜の３状態で、乾燥・結露・着霜識別センサ２０
のインピーダンスが変化するため、乾燥・結露・着霜識
別センサ２０はインピーダンスの変化に対応した電圧変
化を出力する。第７図の回路の接続点Ｘにおける電圧の
変化が、第８図に示さ、れる。乾燥・結露・着霜識別セ
ンサ２０よりの出力電圧は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６で増幅
・反転されて出力される。この出力電圧すなわち第７図
の接続点Ｙにおける電圧は、第９図に示される。

第９図から明らかなように、接続点Ｙにおける出力電圧
は、乾燥状態で最大値を示し、結露状態で最小値を示し
、着霜状態で中間値となる。ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の出力
電圧は、オペレーションアンプ２１．２２に入力される
。他方、各オペレーションアンプ２１．２２には可使抵
抗２３．２４によりレベル設定された第１およびａｆ１
２の基準レベル電圧が入力される。第’ｌ　Ｊｊ　Ｊ、
び第２の基準レベル電圧は第９図に示されるＪ、うｈｔ
＊に選ばれる。

すなわち、第１の基準レベル電圧は着霜状態における出
力電圧と結露状態にお１ノる出力電圧との闇の値に選ば
れ、第２の基準レベル電圧は乾燥状態における出力電圧
と着霜状態にａ３１＝ノる出力電圧との間の値に選ばれ
る。８Ａベレーシヨンアンプ２１．２２は、Ｍ　ＯＳ　
−１−［：　−１２６の出力電圧と、第１基準レベル電
圧または第２菖準レベル電圧とをそれぞれ比較（る。し
たがって、乾燥・結露・着霜識別センサ２（）のインピ
ーダンス変化は、電圧変化として比較きれる。８Ａペレ
ーションアンプ２１．２２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の出
力電圧の方が大きい場合にはハイレベルの信号を出力し
、逆の場合にはローレベルの信号を出力する。オペ１７
− レーシヨンアンプ２１．２２の出力信号は、第６図の比
較回路１１．１２について示された第１表の出力真理値
と同様になる。各オペレーションアンプ２１．２２の出
力信号は判別回路２５に入力されるが、判別回路２５の
動作については、第６図の判別回路１５と同様であるた
めその説明を省略する。

なお、第６図および第７図に示された各回路は、この発
明の乾燥・結露・着霜識別センサを用いた結露・！Ｉｌ
ｌ検知装置の単なる一例にすぎず、したがって第１およ
び第２の比較回路ならびに判別回路については、当業者
が容易に恕到し得る範囲で様々に変形し得ることを指摘
しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの一
具体例を説明するための斜視図である。 第２図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの一
興体例の縦断面図である。第３図および第４図は、この
発明の乾燥・結露・着霜識別センサに用いられる電極形
状の他の例を示す斜視図であ１８− る。第５図は、この野川の乾燥・結露・ＷａＳ別センサ
のインピーダンス特１１．の一例を示す図である。第６
図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサを利用し
た結露・Ｗ霜検知装置の一例のブロック図であり、第７
図ＩＪ第６図にブロック図で示された結露・＠霜検知装
置の具体的な回路図である。第８図は、第７図の回路の
接続点Ｘにおける出力電圧を示づ図−〇ある。第９図は
、第７図の回路の接続点Ｙにお＆」る出力電圧を示す図
である。 図においで、１．２は検知系体としてのセラミック板、
３．４は電極、７、Ｂ　ｌ；Ｌ　ｉ？ンサユニットを示
す。 −１９＝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　検知素体と、検知素体の一方面に形成された電
   極とからなる複数個のセン勺ユニットを備え、 前記各センサユニットは、電極の形成された面が内側で
   相互に対向するように、所定間隔を隔てて対向配置され
   ており、 各センサユニットの電極相互の間のインピーダンス変化
   により、乾燥、結露および着霜の３状態を識別する、乾
   燥・結露・Ｗ霜識別センサ。
2. （２）　前記電極の面積は、電極が形成されｌこ側の検
   知素体の露出面積よりも小さくされている、特許請求の
   範囲第１項記載の乾燥・結露・＠霜識別センサ。
3. （３）　前記検知素体は、結露状態でイオンを導出し得
   るセラミクスである、特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の乾燥・結露・着霜識別センサ。