JPS58205848A - 結露・着霜センサ - 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状態を抵抗値の変化
に基づき識別し得る着霜・結露センサに関する。

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、結露による特性劣化の他、着霜に
よる特性の劣化が問題となっている。たとえば冷凍機関
係では着霜が起こると効率が低下するため、霜を除去す
ることが必須のＮ１１ｉとなっている。そこで、ＩＩＷ
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稜々の形式のセンサが開発・
実施されている。他方、着霜センサとしては、共振体の
共振周波数が雪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・ｗ霜の３
状態を検出し得るものは未だ存在しなかった。したがっ
て、乾燥・結露・着霜の３状態のいずれの状態に装置が
置かれているかを検出するためには、少なくとも２１１
の検出素子が必要であり、装置を複雑なものとしていた
。

それゆえに、この発明の主たる目的は、単一の素子で乾
燥・結露・着霜の３状態を正確に検出し得る結露・着霜
センサを提供することである。

この発明は、観約すれば、氷よりも小さな誘電率を有す
る検知素体と、検知素体に接触して形成される１対の電
極とから構成され、この１対の電極間インピーダンスは
、乾燥・結露・着霜の３状態で変化し、乾燥状態で最大
値を示し、Ｗ霧状態で乾燥状態より６相対的に小さな中
ｍ＊を示し、結露状態で着霜状態よりも小さな最小値を
示す、結露・讐′−セン１Ｊ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。

この発明は、乾燥・結露・着霜の３状態でインピーダン
スが変化する検知素体を利用するものである。このよう
な検知本体のインピーダンスの変化を示す第１図から明
らかなように、乾燥状態で最大のインピーダンスを示し
、着霜状態で乾燥状態より相対的に小さな中間のインピ
ーダンスを示し、結露状態で着霜状態よりも小さな最小
のインピーダンスを示す。第１図に示されるように、乾
燥・結露・着霜の３状態においてインピーダンスが変化
し得る検知素体では、その誘電率が氷の誘電率よりも小
さいことが必須不可欠である。なぜならば、着霜状態で
は検知素体に付着された霜により、氷と同等のインピー
ダンスを示すので、乾燥状態における検知素体の誘電率
は氷の誘電率よりも小さくあらねばならないからである
。さらに、この発明に用いられる検知素体では、結露状
態において最小のインピーダンスを示すものでなければ
ならないが、乾燥状−におけるインピーダンスに比べて
極めて小さなインピーダンスを結露状態で示す検知素体
としては、たとえばイオン伝導を利用するものなど様々
な公知の検知素体が利用され得る。

この発明に用いられる検知素体の具体例としては、たと
えばＭ！Ｊ　Ｔｉ　Ｏｓ　、Ｚｎ　Ｔｉ　Ｏｓ　、Ｆｅ
Ｔ１０．などのイルメナイト型結晶構造からなるチタン
複合酸化物を主体とするもの、タルク−ＭｇＯ−Ｂａ　
Ｔｉ　Ｏｓ系、ＢａＯ−丁＋　０２−ＮｄＱｊ系やＭｇ
・５ＩＯｚ系の７オルステライトやステアタイトなどの
誘電体が拳げられる。好ましくは、イルメナイト型結晶
構造からなるチタン複合酸化物を用いることにより、交
流、直流のいずれにも用いることができる。なお、イル
メナイト型結ａｎｔ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
程度に他の結晶構造、たとえばペロプスカイト型、スピ
ネル型、バイ［ｌクロア型、または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、たとえば粘度、希土類、Ｉｆ　０２．　
、　ＳＩ　Ｏｚ　、８１２０ｓ　、ＺｎＯ，Ｆｅ　ｔ、
Ｏｓ　、Ｓｂ　２０゜、ＭｎＣＯ３、ＷＯ２などのよう
な多くの黒磯化合物を添加してもよい。

次に、この発明の結露・着霜センサの物理的構５− 成例が、第２図ないし第６図を参照して示される。

第２図に斜視図で示される結露・着霜センサでは、検知
素体としてのセラミクス１の上面に１対の電極２，３が
接触して形成されている。電極２゜３には端子４，５が
、それぞれ、電気的に接続されており、この端子４，５
により検知素体としてのセラミクス１のインピーダンス
の変化が測定され得る。

第３図に斜視図で示される結露・着霜センサでは、絶縁
性基板６の上面に１対の電極２．３が形成されている。

電極２，３を覆うように検知素体としてのセラミクス１
が被膜として形成されている。セラミクス１を含む環境
のインピーダンスの変化は、セラミクス１に接触して形
成される１対の電極２，３により接続された端子４．５
に検出される。

電４図に平面図で示゛される結露・着霜センサでは、絶
縁性基板６の上面に１対のくし彫金電極２゜３が対向配
置されており、各くし形電極２．３を覆うように、検知
素体としてのセラミクス１が被６一 覆形成されている。セラミクス１を含む環境のインピー
ダンス変化は、電極２，３に電気的に接続される端子４
．５により取出される。

第５図に同じく平面図で示される。結露・着霜センサで
は、検知素体としてのセラミクス１の上面に対向配置さ
れた１対の（し彫金電極２，３が形成されており、各く
し導電ｔｉ２．３に端子４．５が電気的に接続されてい
る。この例では、セラミクス１のインピーダンスの変化
は、電極４．５により測定され得る。

なお、この発明の結露・着霜センサの物理的構成は、第
２図ないし第５図に示されたものに限られず、たとえば
検知素体からなる基板中に１対の電極が挿入されている
ような構造であってもよいことを指摘しておく。

次に、この発明の結露・着霜センサの報造方法の桑型例
につぎ説明゛する。第２図および第５図に示されたよう
に、検知素体としてのセラミクス１の−Ｌ面に電極２．
３を形成する場合には、周知のセラミクス製造方法によ
りセラミクスを得た後に電極２，３を導電ペーストの焼
付法、真空熱Ｗ法などの乾式めっき、あるいは無電解め
っき法などにより、１対の電極２．３を形成する。他方
、第３図および第４図に示されたような構造の結露・着
霜センサでは、絶縁性基板６の上面に同じく１対の電極
２．３を形成した後に、電極２．３を覆うようにセラミ
クスの粉末に鉱化剤を少量添加してペーストにしたもの
を塗布し、高温で焼結させて形成する。

えｍＭＩ ＭＱＴｉＯｓ（９６重量％、以下すべて重量％で示す。

）−Ｃａ　Ｔｉ　Ｏ，（４％）の組成からなる検知素体
（ε÷１８）としてのセラミクスを準備した。このセラ
ミクスの上面に、電極間間隔０゜４鵬■、対向長６５膳
霞の１対のくし形電極を形成した。さらに、この１対の
電極にそれぞれ端子を電気的に接続して結露・着霜セン
サを作成した。なお、このＭＱ　Ｔｉ　Ｏ−（９６％）
　−Ｃａ　ＴＩ　０ｓ（４％）からなるセラミクスの誘
電率の温度変化は極めて小さいものであった。

このようにして得られた結露・着霜センサについて、乾
燥状態、結露状態および着霜状態の３状態における、電
極間のインピーダンスを測定した。

この測定結果を第１表に示す。なお、測定はすべてＩＶ
（６０Ｈｚの交流）の電圧を印加することにより行なっ
た。

第１表から明らかなように、実施例１では、乾燥状態、
結露状態−ｊよび鴇霜状態の３状態で電極間インピーダ
ンスは大きく炭化しでいる。したがって、検知素体どし
てのＭｌｌ　ＴＩ　Ｏ，（９６％）−Ｃａ　Ｔｉ　Ｏｓ
　　（４％）を含む雰囲気の３つの状態を正確に検出す
ることが可能である。

実施例２ 実施例１と同様の方法により、第２表に示す組成からな
るセラミクスを用いて、結露・ｗ霜セン９− サを形成した。得られた結露・着霜センサについて、乾
燥状態、結露状態および着霜状態の３状態で、電極間イ
ンピーダンスの変化を測定した。この測定結果を、第２
表に併せて示す。

（以下、余白） １０− 第２表から明らかなように、試料番号１ないし１１の各
組成を有する検知素体を用いた結露・着霜センサは、す
べ２て、乾燥状態、結露状態および着霜状態の３状態で
大きく異なる電極間インピーダンスを示した。したがっ
て、第２表に掲げられたすべての組成の検知素体におい
て、乾燥状態、結露状態および１ｍ状態の３状態を正確
に検知し得ることが理１１ｉ？される。

Ｌｌに 検知素体としてＢａ　ＴＩ　Ｏａ　−Ｃａ　Ｓｎ　Ｏｓ
系セラミクスからなる基板（ｌｖ電率÷５００）に、実
施例１と同様にくし形電極を形成することにより、比較
例とし工の帖ｎ−＠霜センサを形成した。

比較例の結露・着霜センサの乾燥状態、結露状態および
着霜状態におけるインピーダンスの変化は、第３表に示
される。なお、測定はすべて１■（６０Ｈ２の交流）の
電圧を印加することにより行なった。

第３表 第３表から明らかなように、比較例においては、検知素
体を含む雰囲気の３状態をインピーダンスの変化により
検出することは不可能であった。

以上のように、この発明によれば、氷よりも小さな誘電
率を有する検知素体と、この検知素体に接触して形成さ
れる１対の電極とから構成され、１対の電極の電極間イ
ンピーダンスは乾燥・結露・着霜の３状態で変化し、乾
燥状態で最大値を示し、着霜状態で乾燥状態より９相対
的に小さい中間値を示し、結露状態で着霜状態よりも小
さな最小値を示すので、乾燥状態、結露状態および着霜
状態の３状態を正確に検出することが可能となる。

特に、乾燥・結露・着霜の３状態を単一の素子によめ検
知し得るため、実装される装置を複雑にすることなく、
かつ安価に、乾燥・結露・ｗｍの３状態を検出すること
が達成される。

次に、この発明の結露・着霜センサを用いた結１４− 露・着霜検知装置の一例を第６図のブロック図を参照し
て説明する。この装置は、検知部１０、検知部１０の出
力が与えられる２Ｉ＆ｌ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（第１図
を参照されたい）を入力する第１基準レベル設定手段１
３、比較回路１２に比較信号としての第２Ｊｌ＊レベル
信＠（第１図を参照されたい）を入力′！＃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・！！霜の３つの状態を判別】る判別回
路１５（第６図において１点＃Ａ１１１で囲まれた部分
）から構成される。検知部１０は、−に連されたような
この発明の結露・着霜センザを含み、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
対応する信号を出力づる。検知部１０の出力は、第１の
比較回路１１および第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雄準レベル設定手段に′
）より第１基準レベル信号が人力される。この信号の持
つ第１基準レベルは、第１図から明らかなように、結露
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
段により第２基準信号レベルが入力される。この信号の
持つ第２１準レベルは、第１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に設定され
る。第２の比較回路１２は、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
ルの信号を出がする。

各比較回路１１．１２の出力を第４表に示す。

なお、第４表において、Ｈはハイレベルの信号、Ｌはロ
ーレベルの信号を、それぞれ示す。

判別回路１５は、２個のインバータｒ＋、ｆｚおよび３
個のノアゲー１”Ｇ＋　、Ｇ２　、Ｇｓから構成される
。第１の比較１！！ｌ路１１の出力は、インバータ■、
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１１の出力は、ノアゲートＧ＋、Ｇ
２の各一方入力端子に与えられる。他方、第２の比較回
路１２の出力は、インバータ■２の入力端子、ノアゲー
トＧ２の他方入力端子およびノアゲートＧ０の他方入力
端子に与えられる。インバータ１２の出力は、ノアゲー
トＧ、の他方入力端Ｙ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１７− ・結露・着霜の３状態を次のように判別する。今、乾燥
状態にあるときは、第２表から明らかなように、各比較
回路１１．１２がともにハイ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にロー
レベルの信号が入りされる。したがって、ノアゲートＧ
、のみが信号を出力する。

次に、検知部１０が着霜状態にあるときには、第２表か
ら明らかなように、第１の比較回路１１がハイレベルの
信号を出力し、第２の比較量１２がローレベルの信号を
出力する。したがって、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、ノアゲー
トＧ２のみが信り出力Ｊる。

さらに、検知部１０が＠露状能にある場合には、第１お
よび第２の比較回路１１．１２は、ともの日−レベルの
信号を出力（る。したがって、ノアゲートＧ、のみに、
その双方の入力単位のローレベルの信号を入力され、ノ
アゲートＧ、のみが信号を出力する。

１８− 以上のように、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、結露および着霜の３状態を判別することが可
能となる。

第７図は、第６図にブロック図で示された結露・着霜検
知装置を具体化した回路の一例を示す回路図である。第
７図に示される回路は、結露・着霜センサ２０、ＭＯＳ
−ＦＥＴ２６、コンパレータ２１，２２および第６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′ｇＩ索とする。第１図
のように、乾燥１、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枯廁・ＩＩｔａｔ？ンサ２０のイ
ンピーダンス変化番４１１１圧の変化とし−で、ＭＯＳ
−ＦＥＴ２６のグー１−＠子に人力さ゛れる。この入力
は、ＭＯＳ−ＦＥ　ｌ　２６で増幅・反転されて、コン
パレータとしてのＡペレーシミンアンプ２１．２２に入
力される。ンｌ：た、８Ａペレーシヨンアンプ２１．２
２には、１す１＆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２
５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、相当の参照別号を
附することにより、その説明を省略する。

以上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、結露・着霜センサ２０の電極間
インピーダンスが変化するため、結露・着霜センサ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。

結露・着霜センサ２０からの出力電圧は、ＭＯＳ−ＦＥ
Ｔ２６で増幅・反転されて出力されるが、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１露状態で最
小値を示し、着霜状態で中間値となる。ＭＯＳ−ＦＥＴ
２６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Ａベレーションアンプ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。第１および
第２の基準レベル電圧は第９図に示されるような姉に選
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け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
力電圧と着霜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−Ｆ
ＥＴ２６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、結露・着霜センサ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。このようなオペレー
ションアンプ２１．２２のの出力信号は、第６図の比較
回路１１゜１２について示した第４表の出力真理値と同
様に２１− 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図において示された各回路は、
この発明の結露・着霜センサを用いた結露・着霜ｉｉｗ
の単なる一例にすぎないことを指摘してお（。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、この発明に用いられる検知素体の乾燥、結露
および着霜状態でのインピーダンス変化を示す図である
。第２図ないし第５図は、この発明の結露・着霜センサ
の物理的構成例を示す図で・ある。第６図は、この発明
の結露・着霜センサを用いた結露・着霜検知４ｉ１Ｆの
一例を示すブロック図である。第７図は、第６図に示さ
れたブロック図をより具体化した回路図である。第８図
は、第２２− ７図の回路の接続点Ｘにお番プる出力電圧を示す図であ
る。第９図は、第７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は検知素体としてのセラミクス、２．３
は１対の１１２０は結露・着霜センサを示す。 ２３− ｓ−保 −）−１−ＦＳ−旧 −）］−］Ｆ：’− 田続補正書 昭和５７年８月１１日 １、事件の表示 昭和５７年特許願第　８９４８９　　号２、発明の名称 結露・着霜センサ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　京都府長岡京市天神二丁目２６番１０号名称　
　（６２３）株式会社村田製作所代表者　村　　　１）
　　　昭 ４、代理人 住　所　大阪市北区天神橋２丁目３番９号　八千代第一
ビル自発補正 ６、補正の刺象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 明細−第９貢ＷＡ７行ないし第１１行を下記のとおりに
補正する。 記 ２−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　氷よりも小さな誘電率を有する検知素体と、前
   記検知素体に接触して形成される１対の電極とから構成
   され、前記１対の電極間インピーダンスは、乾燥・結露
   ・着霜の３状態で麦化し、乾燥状態で最大値を示し、着
   霜状態で乾燥状態よりも相対的に小さな中間値を示し、
   結露状態で着霜状態よりも小さな最小値を示す、結露・
   着霜センサ。
2. （２）　前記電極間インピーダンスが、乾燥状態では検
   知素体の誘電率が最も大きく寄与して決定され、着霜状
   態では氷の誘電性が最も大きく寄与して決定され、結露
   状態では水のイオン伝導現象が最も大きく寄与して決定
   されるように、前記検知素体が選ばれる、特許請求の範
   囲第１項記載の結露・着霜センサ。