JPS58205846A - 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１１　ｂ３よび着霜の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。

各種電気機器において湿度制御は重要な問題で１− あり、優れた湿度Ｉ？ンリ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着霜が起こると効串が低下する
ため、霜を除去することが必要となる。そこで着霜状態
を検出し得るセン勺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、結露および着霜の３状態を検
出し得るものは未だなかった。したがって、装置が、乾
燥、結露および着霜の３つの状態のいずれにあるかを検
出するには、少なくとも２−の独立した検出素子が必要
であり、！１ｉｌｌｌｆｆ複雑化していた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、乾燥・結露・＠
霜の３状態のいずれにあるかを正確に検２− 出し得る乾燥・結露・＠霜識別センサを提供することで
ある。

この発明は、要約すれば、誘電体セラミクスからなる検
知素体と、この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サユニットを備え、各検知素体の電
極が形成された面を外側となるように、各センザユニツ
１−を所定間隔を隔てて対向配置してなる、乾燥・結露
・着霜識別センサである。

この発明のその他の目的と特徴は、図面を参照して行な
う以下の詳細な説明により一層明らかとなろう。

第１図は、この発明の乾燥・結露・＠霜識別センサの一
興体例を説明するための斜視図である。

第１図を参照して、誘電体セラミクスからなる円板状検
知素体１．２を準備する。検知素体１，２の一方面には
、電極３．４（電極４は検知素体２の下面に形成されて
いるため第１図では図示せず。

）が形成される。各電極３．４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、各センサユニット７．８を、
電極３．４が外側となるように、所定間隔を隔てて対向
配置させる。センサユニット７とセンサユニット８との
間の間隔は、第２図に縦断面図で示されるように、絶縁
スペーサ９ａ、９ｂを用いることにより確保される。次
に、第２図から明らかなように、各電極３．４および電
極３．４とリード線５．６との接続部〈第２図では、リ
ード線５．６は図示せず。）を、エポキシ樹脂３ａ　、
４ａなどでコーティングすることにより、この発明の一
興体例としての乾燥・結露・着霜識別センサを得る。

なお、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサは、第１
図および第２図を参照して説明されたものに限られず、
様々に変形し得ることを指摘しておく。たとえば、検知
素体１．２は、円板状のものに限られず、角板に形成し
てもよい。電極３゜４についても同様である。また、各
センサユニット７．８の間隔を確保するための手段につ
いても、第２図に示されるような絶縁スペーサ９ａ　、
　９ｂに限られず、様々な公知の手段が用いられ得る。

検知索体１．２を構成する誘電体セラミクスとしては、
円輯状の電極に限られず、様々な平面形状の電極であ・
）でもよい。また、セラミック板１゜２の形状に〕いて
も適宜変更し得る。

また、電極３．４の大きさは同一であっても、いずれか
一方が大きくてもよい。一方の電極を大きくすることに
より、対向配置に際し−Ｃの位置決めが容易となり、組
立作業に基因するインピーダンスのバラツキを小さくし
得る。一方の電極に対する他方の電極の位置合せの許容
範囲が大きくなるかうである。

次に、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの検出原
理を説明する。乾燥・結露・！Ｉ霜の３状態は、電極３
．４の間のインピーダンスの変化として検出することが
できる。まず、乾燥状態では、電極３．４の間のインピ
ーダンスは、セラミック板１．２の誘電率と、セラミッ
ク板１とセラミック板２との間に形成された空隙Ａ（第
２図を参照されたい。）に存在する空気層とにより決定
され５− る。次に、結露状態においては、セラミック板１とセラ
ミック板２との間に結露が発生しこの結露すなわち水の
電気伝導により、電極３．４の間のインピーダンスは極
めて小さくなる。さらに、着霜状態では、セラミック板
１とセラミック板２との間に付着していた結露が凍り、
セラミック板１とセラミック板２との闇に氷結晶が付＠
する。したがって、電極３．４の間のインピーダンスは
、セラミック板１．２の誘電率と、空隙Ａに付着する氷
の誘電率とにより決定される。

なお、着霜状態における電極３．４の間のインピーダン
スは、検知素体１．２の温度低下による誘電率変化と、
空ｍＡに生成される氷結晶の量と、その誘電率とにより
決定される。また、電極３゜４間のインピーダンス値は
、リード線５．６を通じて流す測定電流の周波数にも依
存する。実験によれば、測定周波数を＾くづることによ
り、インピーダンス値を低くし得ることが確められてい
る。

したがって、任意の誘電率温度特性を有する誘電体セラ
ミクスにＪ２り検知索体１．２を構成し、か６− つ測定周波数を適宜設定することにより、乾燥、結露お
よび着霜の３状態のインピーダンス値を明確に区別し得
ることができる。

この発明の検知素体を構成する誘電体セラミクスとして
は、様々なセラミック材料が用いられ得るが、好ましく
は、結露状態において空隙Ａ（第２図を参照されたい。

）に付着する水滴内にイオンを導出し得るようなセラミ
ック材料により検知素体１．２を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、したがって他の２状態との識別をより容易にするこ
とができる。このように水滴中にイオンを導出し得る材
料としては、具体的には、たとえばＭＡＴｉ　Ｏｓ　、
Ｚｎ　Ｔｉ　Ｏｓ　、Ｆｅ　Ｔｉ　Ｏｎ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、
Ｂａ　ＯＴｉ　０２　　Ｎｄ　Ｏ−Ｌ系セラミクス、硫
酸塩やリ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ＭｏＯ・ＳｉＯ２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、ルチル型、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
ばペロブスカイト型、スピネル型、パイロクロア型、タ
ングステン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。さらに、たとえば粘土、希土類
、１川０２　、Ｓｉ　０２　、Ｂｆｚｏｓ、ＺｎＯ，Ｆ
ｅｚＯ５，５ｂｚＯｓ、Ｍｎ　Ｃｏｔ　、ＷＯｓ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、［ラミクス化のた
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て述べたと同様に許され
る。結露時に、セラミクスから微量にイオンが溶出する
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、アルノ
ｊ１り土類金属イオンなどの陽イオンや、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、誘電体セラミクスか
らなる検知素体と、この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サユニットを備え、各検知
素体の電極が形成された面を外側となるように、各セン
サユニットが所定間隔を隔てて対向配置されているので
、各センサユニット間の空隙の状態の変化に応答する電
極間インピーダンスの変化を測定することにより、乾燥
状態、結露状態および着霜状態の３状態を明確に識別す
ることが可能となる。また、構造が比較的簡単であるた
め、信頼性に優れかつ再現性にも優れた乾燥・結露・着
霜識別センサを得ることができる。さらに、この発明の
乾燥・結露・着霜識別センサでは、電極が形成された面
が外側となるよ゛うに構成されているため、すなわち乾
燥・結露・着雪の３状態を検出するための部分に電極が
形成されていないため、電極の腐蝕による特性の劣化は
生じず、したがって長期間の使用にも耐えることができ
る。

実施例１ ９− 直１！１４ｍ５）大きさの２枚のＢａ　Ｔｉ　Ｏｓ　−
８１２０ｓ　　Ｓｎ　０２系誘電体セラミック板（ε−
２７００）を準備した。このセラミクスは公知の方法で
焼成して得られたものである。各セラミクス板の一方面
に、直径１０−の銀電極を形成した。

この銀電極にリード線をはんだ付けで接続した後に、エ
ポキシ樹脂にＪ：す、電極と電極に接続された部分の近
傍のリード線とをコーティングした。

次に、各セラミクス板の電極が形成されていない面を内
側にして、０．５−の間隔を隔てて対向配置させた。

このようにして構成された乾燥・結露・ｖ１霜識別セン
サについて、乾燥、結露および着霜の各状態におけるイ
ンピーダンスを、ＩＶ（５０Ｈ２）およびＩ　Ｖ　（１
００ｋ　１−１２　）の電圧を印加することにより測定
した。この結果を、第１表に示す。

　１０− 第１表 第１表から明らかなように、乾燥、結露および着霜の３
状態を極めて正確に区別し得ることが理解される。

実施例２ 直径１４ｍｍの大きさの２枚のＢａ　Ｔｉ　ｏｓ　−ｃ
ａｓｎｏｓ系誘電体セラミクス板（ε−２００００）を
準備した。各セラミクス板の一方面に、直径１０−１の
銀電極を形成した。リード線を各銀電極にはんだ付けに
より接続した後に、エポキシ樹脂で電極および電極に接
続された部分の近傍のリード線をコーティングした。次
に、各セラミクス板の電極が形成されていない面を内側
にして、０゜５１１Ｉの間隔を隔てて対向配置させた。

このようにして構成した乾燥・結露・着霜識別センサに
ついて、乾燥、結露および着霜の各状態を実施例１と同
様に測定した。結果を、第２表に示す。

実施例２におい【も、乾燥、結露および着霜の３状態を
極めて正確に区別し得ることが理解される。

なお、実施例゛１　ｔｌｊよび実施例２の結果を示す第
１表および第２表から明らかなように、測定電流の周波
数が５０８７および１００ＫＨ２の２種の条件で、乾燥
状態のインピーダンス値と着霜状態のインピーダンス値
とが逆転するという結果が現われている。これは、前述
したように、着霜時のインピーダンスが温度低下による
誘電体セラミクスの誘電串変化に依、、存することなら
びに測定周波数によりインピーダンス値が変化すること
によるものと考えられる。

次に、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサを用いる
結露・着霜検知装置につき説明する。

理解を容易とするために、第３図に示されるようなイン
ピーダンス特性を有する乾燥・結露・着霜識別センサを
用いた場合の結露・着霜検知装置につき述べる。

第４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４図を参照して、この装置は、この発明
の乾燥・結露・着霜識別センサを含む検知部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１
５（第４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・着霜識１３− 別センサを含み、乾燥・結露・着霜の３状態で第３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１Ｊ１
準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３図から明ら
かなように、結露状態にａｊｉノる検知部１０のインピ
ーダンスと着霜状態におＬＪ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場合にハイレ
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、第２基準レベル設定手段
より第２基準レベル信号が入力される。この信号の持つ
第２基準レベルは、第３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１４− 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３図に示された関係から明らか
なように、次に掲げる第３表に示される。第３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。

第　　３　　表 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、２個のインバータ１１．１２およ
び３１１ＪのノアゲートＧ　＋　＊　Ｇｚ　＊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の各一方入力端子に与えられる。他方、１１２の
比較回路１２の出力は、インバータ■、の入力端子、ノ
アゲートＧ２の他方端子おＪ：びノアゲーｔ−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、の他方入り端子に与えられる。なお、こ
の判別回路１５は正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３表から明らかなように、比較回
路１１．１２はともにハイレベルの信号を出力する。第
１の比較回路１１からのハイレベルの信号はインバータ
ト、・１およびノアゲートＧ、に与えられる。インバー
タ■、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１２、ノアゲートＧ２およびノアゲー
トＧ、に与えられる。インバータ１□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、に与えられる。以上のように、乾燥状態では、
ノアゲートＧｌ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Ｇ、のみがハイレベルの信号を
出力する。同様に、検知部１０がｍｉｘ状態にあるとき
は、第３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方し、第２の比較回路１２がロ
ーレベルの信号を出力するため、ノアゲートＧ２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Ω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０−
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１７− 号を入力されるので、ノアゲートＧ、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、着霜状態ではノアゲート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
力する。したがって、乾燥、結露みよび着霜の３状態を
判別することが可能となる。

第５図は、第４図に示された結露、着霜検知装置をより
具体的に説明するための回路図であり、第６図および第
７図は第５図の回路の動作を説明するための図である。

第５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
１．２２および第４図に示されたものと同様の判別回路
２５（第５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３
図のように、乾燥、ＶＳＷおよび＠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
２１８− Ｏ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、Ｍ
ＯＳ−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、角変抵抗２３
．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４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５図の回路では、乾燥、結露お
よび１ｗ霜の３状態で、乾燥・結露・普ａＸ別センリ２
０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５図の回路の接続点Ｘにおける電圧
の変化が、第６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５図
の接続点Ｙにおける電圧は、第７図に示される。

第７図から明らかなＪ、うに、接続点Ｙにお【：Ｊ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、Ａ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
可変抵抗２３．２４によりレベル設定された第１および
第２の基準レベル電圧が入力される。ｗ４１および第２
の基準レベル電圧は第７図に示されるような紡に選ばれ
る。

すなわち、第１の基準レベル電圧は＠霧状態における出
力電圧と結露状態にお１ノる出力電圧との間の値に選ば
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１ｍ状態における出力電圧との間の値に選ばれる。各
オペレーションアンプ２１．２２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２
６の出力電圧と、第１基準レベル電圧または第２基準レ
ベル電圧とをそれぞれ比較する。したがって、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
変化として比較される。各オ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
合にはへ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。オペレーションアンプ２１．２
２の出力信号は、第４図の比較回路１１．１２について
示された第３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４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４図および第５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・着霜検
知装置の単なる一例にずぎず、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
易に想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。 ２１− 第２図は、この発明の乾燥・結露・着霜識別センサの一
具体例の縦断面図である。第３図は、この発明の乾燥・
結露・着霜識別センサのインピーダンス特性の一例を示
す図である。第４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・着霜検知装置の一例のブロッ
ク図であり、第５図は第４図にブロック図で示された結
露・着霜検知装置の具体的な回路図である。第６図は、
第５図の回路の接続点Ｘにおける出力電圧を示す図であ
る。第７図は、第５図の回路の接続点Ｙにおける出力電
圧を示す図である。 図において、１．２は検知素体としての誘電体セラミク
ス板、３．４は電極、７．８はセンサユニットを示す。 特許出願人　株式会社村田製作所 ２２−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ｉＪＷ体セラミクスからなる検知素体と、こ
   の検知素体の一方面に形成された電極とからなる複数個
   のセンサ五ニットを備え、 前記各検知素体の電極が形成された面を外側となるよう
   に□、各センサユニットを所定間隔を隔てて対向配置し
   てなる、乾燥・結露・着霜識別センサ。
2. （２）　前記検知素体は、結露状態において水滴中にイ
   オンを導出し得るような材料で構成され