JPS5832154A - 湿度検知装置 - Google Patents
湿度検知装置Info
- Publication number
- JPS5832154A JPS5832154A JP56129970A JP12997081A JPS5832154A JP S5832154 A JPS5832154 A JP S5832154A JP 56129970 A JP56129970 A JP 56129970A JP 12997081 A JP12997081 A JP 12997081A JP S5832154 A JPS5832154 A JP S5832154A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- voltage
- humidity
- dielectric
- resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- 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
- G01N27/225—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 by using hygroscopic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は湿度検知装置に関するものである。 ゛湿度検
知装置は、湿度の変化によりて敏感に作用し、電気的信
号として検出するものである。
知装置は、湿度の変化によりて敏感に作用し、電気的信
号として検出するものである。
周知のように、最近、産業界全般にシステム化が進み、
そのため、各種のセンサと、その検知装置の開発が要望
されている。その中でも特に、湿度検知装置の開発が要
望されている。しかし、各種の用途においては、広い範
囲の温度条件下における雰囲気の湿度を精度よく安定に
計測することが必要である。このように高精度、高信頼
性の湿度検知装置は、これまでのところ、得られていな
い。このようにシステム化に必要な湿度検知装置の開発
がむずかしいのは、湿度検知素子が湿度だけでなく、温
度変化によっても影響を受けるからである。また、検知
方法によりては直流分極などにより、湿度検出機能が劣
化するからである。
そのため、各種のセンサと、その検知装置の開発が要望
されている。その中でも特に、湿度検知装置の開発が要
望されている。しかし、各種の用途においては、広い範
囲の温度条件下における雰囲気の湿度を精度よく安定に
計測することが必要である。このように高精度、高信頼
性の湿度検知装置は、これまでのところ、得られていな
い。このようにシステム化に必要な湿度検知装置の開発
がむずかしいのは、湿度検知素子が湿度だけでなく、温
度変化によっても影響を受けるからである。また、検知
方法によりては直流分極などにより、湿度検出機能が劣
化するからである。
湿度検知素子として、Ｃｒ２Ｏ３を主成分とする素子が
あるが、単一素子で、温度依存性のない感湿特性釜示す
感湿素子は得られていない。すでに明らかなように、一
般に金属酸化物系の素子においては、水分分子に対する
吸着エネルギーが非常に小さいため、湿度検知の場合、
水分吸脱着現象によりて抵抗値変化を示し、電気抵抗と
して検出することができるものである。したがって、温
度変化があれば、水分分子に対する吸着エネルギーが変
化し、感湿抵抗特性が変わるのである。以上の理由から
従来の湿度検知装置で妊、サーミスタなどの温度検知素
子を用い、雰囲気の温度を検知し、感湿特性の温度補償
を行いミ雰囲気の湿度計測を実現していた。
あるが、単一素子で、温度依存性のない感湿特性釜示す
感湿素子は得られていない。すでに明らかなように、一
般に金属酸化物系の素子においては、水分分子に対する
吸着エネルギーが非常に小さいため、湿度検知の場合、
水分吸脱着現象によりて抵抗値変化を示し、電気抵抗と
して検出することができるものである。したがって、温
度変化があれば、水分分子に対する吸着エネルギーが変
化し、感湿抵抗特性が変わるのである。以上の理由から
従来の湿度検知装置で妊、サーミスタなどの温度検知素
子を用い、雰囲気の温度を検知し、感湿特性の温度補償
を行いミ雰囲気の湿度計測を実現していた。
このように従来の湿度検知装置は、湿度検知素子とは別
に温度検知素子を設けて温度補償を行うため、温度検出
素子と湿度検出素子が２個必要である。
に温度検知素子を設けて温度補償を行うため、温度検出
素子と湿度検出素子が２個必要である。
とし、検知部分を小形化する上で制約がありた。
さらには、湿度、温度の検知素子のリード線を含めて、
２系統の検知回路が必要である。
２系統の検知回路が必要である。
以上の背景から、本発明は、同一の単一検知素子で温度
情報と湿度情報を検知し、これによりて得′られた温度
情報で湿度情報を温度補償して、より正確な湿度検知を
することを目的とし、同一の単一素子で温度補償を行う
ことができる高信頼性の新しい湿度検知装置を提供する
。
情報と湿度情報を検知し、これによりて得′られた温度
情報で湿度情報を温度補償して、より正確な湿度検知を
することを目的とし、同一の単一素子で温度補償を行う
ことができる高信頼性の新しい湿度検知装置を提供する
。
すなわち、本発明は、温度依存性誘電体磁器素子と抵抗
器との直列接続体に正弦波電圧を印加し、前記抵抗器の
分圧電圧の定常値を電圧検出器で検出するとともに、正
弦波電圧を基準として前記−分圧電圧との位相差を位相
検出器で検出し、この位相検出器と電圧検出器とでそれ
ぞれ検出した位相差値と分圧電圧値りを演算させ、自己
温度補償して湿度検知する新しい湿度検知装置を実現し
たものである。
器との直列接続体に正弦波電圧を印加し、前記抵抗器の
分圧電圧の定常値を電圧検出器で検出するとともに、正
弦波電圧を基準として前記−分圧電圧との位相差を位相
検出器で検出し、この位相検出器と電圧検出器とでそれ
ぞれ検出した位相差値と分圧電圧値りを演算させ、自己
温度補償して湿度検知する新しい湿度検知装置を実現し
たものである。
温度と湿度の変化は、それぞれ誘電率の大きな温度依存
性と、水蒸気吸着あるいはガス吸着による誘電損失（誘
電圧接）の変化により、検知するものである。したがり
て、誘電率の変化を静電容量変化の形で検知して温度を
計測し、誘電正接の変化を位相変化の形で検出して相対
湿度を検出し、得られたそれぞれの検出信号で、温度補
償した正確な相対湿度を検出することができる。
性と、水蒸気吸着あるいはガス吸着による誘電損失（誘
電圧接）の変化により、検知するものである。したがり
て、誘電率の変化を静電容量変化の形で検知して温度を
計測し、誘電正接の変化を位相変化の形で検出して相対
湿度を検出し、得られたそれぞれの検出信号で、温度補
償した正確な相対湿度を検出することができる。
具体的に述べると、本発明における温度依存性誘電体素
子は素子に加える印加電圧が高周波（１０ｋＨｚ ）以
上になると、水の大きな双極子能率により、素子に吸着
した水分による誘電率の影響がほとんどなくなる。すな
わち、温度検知の場合、温度依存性誘電体の表面あるい
はノ（ルクの孔に吸着した水分によりて生じる静電容量
の影響はなくなる。そして、吸着した水分に応じて誘電
損失は増大し、誘電正接として変化する。発明者らが温
度依存性誘電体を磁器または膜の形にして調べた結果、
素子表面またはバルク内部の孔に水分が吸着し、この水
分が誘電分散による誘電正接の増加、 に関係するこ
とが判明した。特に磁器および膜の大きい。すなわち、
感湿感度が高いのである。
子は素子に加える印加電圧が高周波（１０ｋＨｚ ）以
上になると、水の大きな双極子能率により、素子に吸着
した水分による誘電率の影響がほとんどなくなる。すな
わち、温度検知の場合、温度依存性誘電体の表面あるい
はノ（ルクの孔に吸着した水分によりて生じる静電容量
の影響はなくなる。そして、吸着した水分に応じて誘電
損失は増大し、誘電正接として変化する。発明者らが温
度依存性誘電体を磁器または膜の形にして調べた結果、
素子表面またはバルク内部の孔に水分が吸着し、この水
分が誘電分散による誘電正接の増加、 に関係するこ
とが判明した。特に磁器および膜の大きい。すなわち、
感湿感度が高いのである。
したがりて、本発明の湿度検知装置は、温度依存性誘電
体素子と抵抗器との直列体に正弦波電圧を印加して、分
圧電圧の定常値と前記正弦波電圧に対する分圧電圧の位
相差とをそれぞれ計測して素子の温度−静電容量特性と
湿度−誘電正接特性から、温度補償した正確な相対湿度
を得るものである。
体素子と抵抗器との直列体に正弦波電圧を印加して、分
圧電圧の定常値と前記正弦波電圧に対する分圧電圧の位
相差とをそれぞれ計測して素子の温度−静電容量特性と
湿度−誘電正接特性から、温度補償した正確な相対湿度
を得るものである。
以下に本発明の一実施例について、図面を用いで詳細に
説明する０ 第１図にこの実施例において使用される温度依存性誘電
体素子の構造の一例を示す。第１図（５）はバルク形の
温度依存性誘電体１の両面に電極２゜３をそれぞれ設け
た構造の素子を示し、同図（Ｂ）は基板θ上に形成され
た膜形の温度依存性誘電体１の一方の面に櫛歯状の電極
２，３を設けた構造の素子をそれぞれ示す。電極２，３
にはそれぞれリーード線４，６が接続されている。
説明する０ 第１図にこの実施例において使用される温度依存性誘電
体素子の構造の一例を示す。第１図（５）はバルク形の
温度依存性誘電体１の両面に電極２゜３をそれぞれ設け
た構造の素子を示し、同図（Ｂ）は基板θ上に形成され
た膜形の温度依存性誘電体１の一方の面に櫛歯状の電極
２，３を設けた構造の素子をそれぞれ示す。電極２，３
にはそれぞれリーード線４，６が接続されている。
温度依存性誘電体１は上述のように・（ルク形でありて
も、膜形であっても。よいものであるが、以下の説明で
はバルク形の素子を例にあげて説明する０ まず、温度依存性誘電体素子の製造手順の一例について
述べる。
も、膜形であっても。よいものであるが、以下の説明で
はバルク形の素子を例にあげて説明する０ まず、温度依存性誘電体素子の製造手順の一例について
述べる。
磁器ノ出発原料トシテ、Ｔ ｉＯ２，Ｂ ａ ＣＯ３＋
５ｒＣＯを用い、これらを所定の割合に配合し、メノウ
ボール入りポクトミルで濤式混合した。得られた混合物
を乾燥させてから４０ ｍｍ Ｘ ４０ ｍｍ Ｘ１０
＋ｏ＋の寸法に成形し、空気中において１２００℃で２
時間仮焼してから、それを粉砕した０このようにして得
られた粉末を４ ｍｍ Ｘ ４ ｒｔａｎ Ｘ ０．２
５の寸法に成形し、空気中において１２５０℃で２時間
焼成して磁器化させ、Ｂ ａ ｏ、 ｅ、 Ｓ ｒ ｏ
、 ４ Ｔ Ｉ Ｑ ａのｉ器を得た。
５ｒＣＯを用い、これらを所定の割合に配合し、メノウ
ボール入りポクトミルで濤式混合した。得られた混合物
を乾燥させてから４０ ｍｍ Ｘ ４０ ｍｍ Ｘ１０
＋ｏ＋の寸法に成形し、空気中において１２００℃で２
時間仮焼してから、それを粉砕した０このようにして得
られた粉末を４ ｍｍ Ｘ ４ ｒｔａｎ Ｘ ０．２
５の寸法に成形し、空気中において１２５０℃で２時間
焼成して磁器化させ、Ｂ ａ ｏ、 ｅ、 Ｓ ｒ ｏ
、 ４ Ｔ Ｉ Ｑ ａのｉ器を得た。
同様な方法でＢａＴ ｔｏ３． Ｓ ｒＴ ｔｏ３．
Ｂａ 、 −。
Ｂａ 、 −。
ＬｉＮｂ０ ＢａＺｒ０ ＣａＺｒ０ ５ｒＺｒＱ
３゜３＋ ３１ ３９Ｍ
ｇ Ｚ ｒ （） ３． Ｐ ｂ Ｚ ｒ Ｏ３１Ｎ
ａ Ｎ ｂ Ｏ’ａ、 Ｋ Ｎ ｂ Ｏａ。
３゜３＋ ３１ ３９Ｍ
ｇ Ｚ ｒ （） ３． Ｐ ｂ Ｚ ｒ Ｏ３１Ｎ
ａ Ｎ ｂ Ｏ’ａ、 Ｋ Ｎ ｂ Ｏａ。
ＰｂＴｉ０ のペロブスカイト形構造系、スヒネル形
構造系、パイロクロア形構造系、ホルステライト系、ス
テアタイト系、金属単体酸化物系磁器などを得ることが
できる。また、膜の場合、ス・（フタ法、蒸着法、スク
リーン印刷法などにより基板の上に膜を形成し、同様に
各種組成の膜を得ることができる。
構造系、パイロクロア形構造系、ホルステライト系、ス
テアタイト系、金属単体酸化物系磁器などを得ることが
できる。また、膜の場合、ス・（フタ法、蒸着法、スク
リーン印刷法などにより基板の上に膜を形成し、同様に
各種組成の膜を得ることができる。
上述のようにして得た温度依存性磁器誘電体１の両面に
Ｒｕ Ｏ２系ペースト電極を塗布して８００℃で焼付て
電極２，３とした０なお、電械は、ｐｔ系、Ａｑ系、Ａ
ｕ系でありてもよい０次に、イリジウムを１０重量％を
含む太さＯ，１５ｍ＋＋＋の白金リード線４，６を電極
２，３にそれぞれＲｕ Ｏ２系ペーストを用いて空気中
において８００℃で焼付けて取付け、温度依存性誘電体
素子とした。、第２図は、前述のようにして作製した Ｂ ａ ｏ、ｅ Ｓ ｒ ｏ、 ４ Ｔ ｉ Ｏ３系ペ
ロブスカイト形構造の磁器を用いた温度依存性誘電体素
子７を温度６００℃程度に加熱できるように、コイル伏
に形成した抵抗発熱体８内に配置した構造を示す。この
抵抗発熱体８は温度依存性誘電体素子γが空気中の油成
分や塵埃などによって汚染した場合、油成分や塵埃など
の付着物を加熱燃焼除去させるために設けたもめである
。素子７と発熱体８とは、絶縁支持基板９に植設されて
いるリーＦ″端子？０，１１゜同１２．１３にそれぞれ
接続されて支持されている。
Ｒｕ Ｏ２系ペースト電極を塗布して８００℃で焼付て
電極２，３とした０なお、電械は、ｐｔ系、Ａｑ系、Ａ
ｕ系でありてもよい０次に、イリジウムを１０重量％を
含む太さＯ，１５ｍ＋＋＋の白金リード線４，６を電極
２，３にそれぞれＲｕ Ｏ２系ペーストを用いて空気中
において８００℃で焼付けて取付け、温度依存性誘電体
素子とした。、第２図は、前述のようにして作製した Ｂ ａ ｏ、ｅ Ｓ ｒ ｏ、 ４ Ｔ ｉ Ｏ３系ペ
ロブスカイト形構造の磁器を用いた温度依存性誘電体素
子７を温度６００℃程度に加熱できるように、コイル伏
に形成した抵抗発熱体８内に配置した構造を示す。この
抵抗発熱体８は温度依存性誘電体素子γが空気中の油成
分や塵埃などによって汚染した場合、油成分や塵埃など
の付着物を加熱燃焼除去させるために設けたもめである
。素子７と発熱体８とは、絶縁支持基板９に植設されて
いるリーＦ″端子？０，１１゜同１２．１３にそれぞれ
接続されて支持されている。
この構造以外にも、直熱形として、少なくともいずれか
一方の電極を発熱体材料で構成しておき、この電極に電
流を流して、素子を発熱させる構造としてもよい。
一方の電極を発熱体材料で構成しておき、この電極に電
流を流して、素子を発熱させる構造としてもよい。
第３図はこのＢ ａ ｏ、６Ｓ ｒ ｏ、 ４ Ｔ ｉ
Ｏ３系素子の温度−静電容量特性を示し、第４図はそ
の２０℃と６０℃における相対湿度−誘電圧接特性を示
す。
Ｏ３系素子の温度−静電容量特性を示し、第４図はそ
の２０℃と６０℃における相対湿度−誘電圧接特性を示
す。
第６図は本発明の湿度検知装置の一実施例のブロック図
である。
である。
図において、２１は加熱用電源で、抵抗発熱体８に給電
し、温度依存性誘電体素子７を６ｏｏ℃以上に加熱し、
素子７に付着している油成分などを加熱燃焼除去するた
めのものである。なお、２２１゜ はスイツチである。
し、温度依存性誘電体素子７を６ｏｏ℃以上に加熱し、
素子７に付着している油成分などを加熱燃焼除去するた
めのものである。なお、２２１゜ はスイツチである。
２３は正弦波電圧源であり、温度依存性誘電体素子７に
正弦波電圧を供給するためのものである。
正弦波電圧を供給するためのものである。
２４はコンデンサ（容量値Ｃ，）であり、正弦波電圧源
２３の発振電圧の位相を９００進ませた電圧源を得て基
準電圧とするためのものである。２６はコンデンサ２４
に流れる電流を電圧に変換するための抵抗器（抵抗値Ｒ
２）である。２６は温度依存性誘電体素子７（インピー
ダンス値Ｚ、） を電圧に変換するための抵抗器（抵抗
値Ｒ１，ただしＲ，＜Ｚ、） である。２７は電圧検
出器であり、温度依存性誘電体素子７のインピーダンス
を検出するためのものである。２８は抵抗器２４． ２
６の両端電圧の位相差を検出するための位粕検出器であ
る。２８は演算回路で、電圧検出器２６によって得られ
た信号と位相検出器２７とによりて得られた信号を温度
情報Ｓと湿度情報Ｒに変換し、アナログ信号もしくはデ
ィジタル信号に変換し、表示するためのものである。ま
た、この演算回路２９はそれぞれ検知した信号で自己温
度補償し、よ゛り精度の高い湿度検出を行うものである
。−以上の各ブロックの機能について説明したが、次に
その動作について説明する。
２３の発振電圧の位相を９００進ませた電圧源を得て基
準電圧とするためのものである。２６はコンデンサ２４
に流れる電流を電圧に変換するための抵抗器（抵抗値Ｒ
２）である。２６は温度依存性誘電体素子７（インピー
ダンス値Ｚ、） を電圧に変換するための抵抗器（抵抗
値Ｒ１，ただしＲ，＜Ｚ、） である。２７は電圧検
出器であり、温度依存性誘電体素子７のインピーダンス
を検出するためのものである。２８は抵抗器２４． ２
６の両端電圧の位相差を検出するための位粕検出器であ
る。２８は演算回路で、電圧検出器２６によって得られ
た信号と位相検出器２７とによりて得られた信号を温度
情報Ｓと湿度情報Ｒに変換し、アナログ信号もしくはデ
ィジタル信号に変換し、表示するためのものである。ま
た、この演算回路２９はそれぞれ検知した信号で自己温
度補償し、よ゛り精度の高い湿度検出を行うものである
。−以上の各ブロックの機能について説明したが、次に
その動作について説明する。
この湿度検知装置でば、温度依存性誘電体素子７と直列
に抵抗器２６との直列接続体に正弦波電圧源２３により
正弦波電圧を印加し、抵抗器２６の端子間電圧の定常値
を電圧検出器２７で検出す゛る〇一方、この正弦波電圧
はコンデンサ２４と抵抗器２５（！：の直列接続体にも
印加されておシ、この抵抗器２６の端子間に得られる電
圧を基準として、抵抗器２６の端子間電圧との位相差を
位相検出器２８で検出する。この装置は、前述のように
して検出した位相差値と分圧電圧値により、自己温度補
償して湿度検知を行うものである。
に抵抗器２６との直列接続体に正弦波電圧源２３により
正弦波電圧を印加し、抵抗器２６の端子間電圧の定常値
を電圧検出器２７で検出す゛る〇一方、この正弦波電圧
はコンデンサ２４と抵抗器２５（！：の直列接続体にも
印加されておシ、この抵抗器２６の端子間に得られる電
圧を基準として、抵抗器２６の端子間電圧との位相差を
位相検出器２８で検出する。この装置は、前述のように
して検出した位相差値と分圧電圧値により、自己温度補
償して湿度検知を行うものである。
温度依存性誘電体素子１のインピーダンスを前述のよう
に２１ とし、これに流れる電流をｉ、とすると、Ｚ
、（９は次式で表わされる。
に２１ とし、これに流れる電流をｉ、とすると、Ｚ
、（９は次式で表わされる。
ただし、Ｅは発振器２３の出力電圧である。
そのときの、抵抗器２５の端子間電圧Ｅ、（Ｖ）は次式
のとおりとなる。
のとおりとなる。
Ｅ １”” Ｒ１１＋ ・中・・・
・・自（２）（１）、 （２）式より、素子１のインピ
ーダンスＺ、ｅ［めると、次式のようになる。
・・自（２）（１）、 （２）式より、素子１のインピ
ーダンスＺ、ｅ［めると、次式のようになる。
前記インピーダンスＺ、は素子１の静電容量Ｃ８と誘電
正接（ｔａｎδ）成分とによりて決まる。
正接（ｔａｎδ）成分とによりて決まる。
すなわち２．は、次式で与えられる。
ｔａｎδが小さいときには、（４）式は次式で近似でき
るＯ たとえばｔａｎδ−ｏｏ、１であるとき、Ｚ、は１％あ
誤差にしかならない。
るＯ たとえばｔａｎδ−ｏｏ、１であるとき、Ｚ、は１％あ
誤差にしかならない。
素子１の静電容量Ｃ５（Ｆ）は（３）、（６）式より次
式で表わされる。
式で表わされる。
１３ ′−
ｔｏ、 Ｒ１，Ｅは一定であるから、ａ＝１／ａ＋Ｒ，
Ｅとすると、（６）式は次式 Ｃ＝ａＥ、 ・・・・・・・・・・・
（７）これから素子１の静電容量ＣｓがＥ、に比例する
ことがわかる。前記（７）式で求めた温度依存性誘電体
素子１の静電容量Ｃ８と第３図に示した静電容量特性か
ら、そのときの温度を得ることができる。
Ｅとすると、（６）式は次式 Ｃ＝ａＥ、 ・・・・・・・・・・・
（７）これから素子１の静電容量ＣｓがＥ、に比例する
ことがわかる。前記（７）式で求めた温度依存性誘電体
素子１の静電容量Ｃ８と第３図に示した静電容量特性か
ら、そのときの温度を得ることができる。
前述した各種温度依存性誘電体素子は、ある温度区間に
おいて、温度の変化とともにほぼ直線的にその静電容量
が変化する。たとえば、第３図の特性の素子の静電容量
Ｃ３（Ｆ）は、次式で表わすことができる。
おいて、温度の変化とともにほぼ直線的にその静電容量
が変化する。たとえば、第３図の特性の素子の静電容量
Ｃ３（Ｆ）は、次式で表わすことができる。
Ｃ＝〜ｂＴ十Ｃ８・・・・・・・・・・・・奪）ただし
、−ｂは温度変化に対する素子１の静電容量変化率、Ｃ
０は温度ｏ’ｃのときの素子１の静電容量、Ｔは検出温
度である。
、−ｂは温度変化に対する素子１の静電容量変化率、Ｃ
０は温度ｏ’ｃのときの素子１の静電容量、Ｔは検出温
度である。
したがりて、温度Ｔ （ｃ）は、（７）、（８）点より
、次式％式％ すなわち、抵抗器２６の端子間電圧を電圧検出器２６に
より検出した電圧信号を（９）式に代入することによっ
てただちに温度が求まるのである。
、次式％式％ すなわち、抵抗器２６の端子間電圧を電圧検出器２６に
より検出した電圧信号を（９）式に代入することによっ
てただちに温度が求まるのである。
次に、抵抗器２６の分圧電圧と発振器２３の正弦波電圧
を基準とする電圧位相差を検出することについて説明す
る。
を基準とする電圧位相差を検出することについて説明す
る。
この実施例では、正弦波電圧Ｅをコンデンｖ２４と抵抗
器２ｑによｐて分圧し、この分圧電圧と抵抗器２６の分
圧電圧との位相差を検出する。
器２ｑによｐて分圧し、この分圧電圧と抵抗器２６の分
圧電圧との位相差を検出する。
たとえば、条件Ｒ、＝Ｒ２，Ｒ１＜＜ Ｚ 、 、 Ｒ
２＜＜るそれぞれの電流ｉｔ、１２はそれぞれ次のよう
表わされる。
２＜＜るそれぞれの電流ｉｔ、１２はそれぞれ次のよう
表わされる。
ｉ ＝ＥｔｏＣ（ｔａｎδ＋ｉ ） ＝−・・
・・・Ｃｌ０）Ｂ ′１２＝ｊＥωＣ４・−・・・・・・（１２）したがっ
て、温度依存性誘電体素子１の誘電圧接が零のときには
次のようになり、両者の位相差が零となる。
・・・Ｃｌ０）Ｂ ′１２＝ｊＥωＣ４・−・・・・・・（１２）したがっ
て、温度依存性誘電体素子１の誘電圧接が零のときには
次のようになり、両者の位相差が零となる。
ｉ、＝ｊＥωＣ８・・・・・・・（１２）１２＝ｊＥω
Ｃ７・・・・・・・・（１３）位相差δが小さいところ
では、位相差δと誘電正接ｔａｎδとはほぼ比例するの
で、 ｔａｎδ−ｄδ ・・−・−（１４）
ただしｄは比例定数である。
Ｃ７・・・・・・・・（１３）位相差δが小さいところ
では、位相差δと誘電正接ｔａｎδとはほぼ比例するの
で、 ｔａｎδ−ｄδ ・・−・−（１４）
ただしｄは比例定数である。
すなわち、位相検出器２８によって検出した位相差信号
は誘電圧接に対応する。
は誘電圧接に対応する。
そこで、第４図において、Ｙ軸の誘電圧接の対数値が相
対湿度または温度の変化に対して一次式的に変化すると
仮定すると、第４図は、ある温度のとき、次の式で表わ
すことができる。
対湿度または温度の変化に対して一次式的に変化すると
仮定すると、第４図は、ある温度のとき、次の式で表わ
すことができる。
ｚｏｇｌｔａｎδｌ ＝ ＦＲＨ＋Ｇ ・・・
”（１５）ただし、Ｆ、Ｇは定数、ＲＨは相対湿度であ
る。
”（１５）ただし、Ｆ、Ｇは定数、ＲＨは相対湿度であ
る。
温度Ｔを考慮すると定数ド、Ｇは次式で表わせる。
Ｆ＝ＨＴ＋Ｉ ・・・・・・・
・・・・（１７）Ｇ＝ＪＴ＋Ｋ
・・・・ ・・・・・（１８）ただし、Ｈ，Ｉ、Ｊ、
には定数である。
・・・・（１７）Ｇ＝ＪＴ＋Ｋ
・・・・ ・・・・・（１８）ただし、Ｈ，Ｉ、Ｊ、
には定数である。
すなわち、相対湿度ＲＨは次式で表わすことができる。
さらには、これに（９）式を代入し、整理すると、次式
のようになる。
のようになる。
ただし、Ｌ、 Ｍ、 Ｎ、 θは定数である。
すなわち、（１４）式の演算式を満足できる演算回路２
９を構成し、Ｅ２２竜圧検出器２７で検出し、抵抗器２
５．２６の両端子間の電圧の位相差δを位相検出器２８
により検出し、検出したＥ２゜δの信号情報Ｐ、 Ｑを
前記演算回路２９により演算させて、温度と湿度を検出
する。このようにして得られる湿度情報Ｒは、自己温度
補償されたきわめて検知精度の高いものである。Ｓは検
出した温度情報である。
９を構成し、Ｅ２２竜圧検出器２７で検出し、抵抗器２
５．２６の両端子間の電圧の位相差δを位相検出器２８
により検出し、検出したＥ２゜δの信号情報Ｐ、 Ｑを
前記演算回路２９により演算させて、温度と湿度を検出
する。このようにして得られる湿度情報Ｒは、自己温度
補償されたきわめて検知精度の高いものである。Ｓは検
出した温度情報である。
次に、電圧検出器２７と、位相検出器２８の具体的な構
成について述べる。
成について述べる。
電圧検出器２７は、演算増巾器２７１とダイオード２７
２，２７３と抵抗器２７４，２７５とコンデンサ２７６
とによって構成されており、抵抗器２６の両端の交流電
圧を検出して直流電圧に変換し、出力Ｐを得る。
２，２７３と抵抗器２７４，２７５とコンデンサ２７６
とによって構成されており、抵抗器２６の両端の交流電
圧を検出して直流電圧に変換し、出力Ｐを得る。
位相検出器２８は、電圧比較器２８ ＋、２８２とイン
バータ２８３とアンド回路づ８４と抵抗器２８６とコン
デンサ２８６とによりて構成し、抵抗器２６と抵抗器２
６の両端の出力電圧の位相差を直流電圧に対応した出力
Ｑを得ている。
バータ２８３とアンド回路づ８４と抵抗器２８６とコン
デンサ２８６とによりて構成し、抵抗器２６と抵抗器２
６の両端の出力電圧の位相差を直流電圧に対応した出力
Ｑを得ている。
すなわちＥ、は出力Ｐに対応し、ｔａｎδは出力Ｑに対
応する。そして信号情報ＰＳＱを演算させ湿度検知情報
Ｒと温度情報Ｓを得る。以上のようにして得られた温度
、湿度の検出信号を演算回路２９を通して表示手段によ
り表示する。
応する。そして信号情報ＰＳＱを演算させ湿度検知情報
Ｒと温度情報Ｓを得る。以上のようにして得られた温度
、湿度の検出信号を演算回路２９を通して表示手段によ
り表示する。
この実施例は、アナログ信号処理系であるが、ディジタ
ル信号処理系におきかえても同様な結果が得られるもの
である。さらには、温度−静電容量特性および相対湿度
−誘電正接特性が非直線特性でありても同様に自己温度
補償することができるものである。
ル信号処理系におきかえても同様な結果が得られるもの
である。さらには、温度−静電容量特性および相対湿度
−誘電正接特性が非直線特性でありても同様に自己温度
補償することができるものである。
温度依存性誘電体゛素子としては、Ｂ ａ Ｔ １０３
９Ｓ ７ Ｔ ｉＯｓ、 Ｂ ａ ＋ −ｘＳ ｒ ！
Ｔ ｉＯｓ （ただしＱ ＜ ！ ＜１ ） 、ＭｇＴ
ｉ０ ＣａＴｉＯｓ、ＫＴａＯ３，ＰｂＨｆＯ３゜３
フ ＬｉＴａ０ ＬｉＮｂ０ ＢａＺｒＯ３，ＣａＺｒ
Ｏ３゜３フ ３９ ＳｒＺｒＯＭｇＺｒＯ３，ＰｂＺｒＯ３，ＮａＮｂＯ３
゜Ｉ Ｋ Ｎ ｂ Ｏａ、 Ｐ ｂ Ｔ ｉＯ３ノベロフス力
イト形構造系。
９Ｓ ７ Ｔ ｉＯｓ、 Ｂ ａ ＋ −ｘＳ ｒ ！
Ｔ ｉＯｓ （ただしＱ ＜ ！ ＜１ ） 、ＭｇＴ
ｉ０ ＣａＴｉＯｓ、ＫＴａＯ３，ＰｂＨｆＯ３゜３
フ ＬｉＴａ０ ＬｉＮｂ０ ＢａＺｒＯ３，ＣａＺｒ
Ｏ３゜３フ ３９ ＳｒＺｒＯＭｇＺｒＯ３，ＰｂＺｒＯ３，ＮａＮｂＯ３
゜Ｉ Ｋ Ｎ ｂ Ｏａ、 Ｐ ｂ Ｔ ｉＯ３ノベロフス力
イト形構造系。
スピネル形構造系、パイロクロア形構造系、ホルステラ
イト系、ステアタイト系、金属単体酸化物系の群から選
ばれた少なくとも一種の金属酸化物系の磁器または膜で
も同様な結果が得られた。特に、温度依存性誘電体素子
として、前記に示した材料組成を選んだ理由は、第一に
素子に吸着した水分そのものによる誘電損失すなわち誘
電分故によりて生じる誘電圧接の変化であること、第二
に前記−誘電圧接は、水分そのものの特性であり、きわ
めて安定でしかも各種有機ガスなどに対し、非常に安定
であること、第三に、検出感度が高いことなどである。
イト系、ステアタイト系、金属単体酸化物系の群から選
ばれた少なくとも一種の金属酸化物系の磁器または膜で
も同様な結果が得られた。特に、温度依存性誘電体素子
として、前記に示した材料組成を選んだ理由は、第一に
素子に吸着した水分そのものによる誘電損失すなわち誘
電分故によりて生じる誘電圧接の変化であること、第二
に前記−誘電圧接は、水分そのものの特性であり、きわ
めて安定でしかも各種有機ガスなどに対し、非常に安定
であること、第三に、検出感度が高いことなどである。
以上に説明したように本発明にかかる湿度検知装置は、
温度１〜８０℃において、湿度１〜９６チの相対湿度の
ほぼ全領域にわたりて±１係の精度で湿度を検出するこ
とができる。さらには、同時に温度も検出できる。
温度１〜８０℃において、湿度１〜９６チの相対湿度の
ほぼ全領域にわたりて±１係の精度で湿度を検出するこ
とができる。さらには、同時に温度も検出できる。
以上のように本発明は、同一単一素子からなる温度依存
性誘電体素子を有し、温度検知と自己温度補償した検知
精度の高い湿度検知を行うことができ、産業界にとりて
価値大なる湿度検知装置を提供する。
性誘電体素子を有し、温度検知と自己温度補償した検知
精度の高い湿度検知を行うことができ、産業界にとりて
価値大なる湿度検知装置を提供する。
第１図乱β）はそれぞれ杏発明の実施例において使用さ
れる温度依存性誘電体素子の構造の代表例を示す斜視図
、第２図は同じく温度依存性誘電体素子の使用形態の一
例を示す斜視図、第３図は温度依存性誘電体素子の温度
−静電容量特性の一例を示す図、第４図はその素子の相
対湿度−誘電正接特性を示す図、第６図は本発明にかか
る湿度検知装置の一実施例の゛構成を示す図である。 １・・・−・・温度依存性誘電体、７ ・・・・・温度
依存性誘電体素子、８・−・・・・抵抗発熱体、２３′
・・・・・・正弦波電圧源、２４・・・・・・コンデン
サ、２５．２６・・・・・・抵抗器、２７・・・・・・
電圧検出器、２８・・・・・位相検出器、２９・・・・
・・演算回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名皐１
図 ａ ２ エ 鵬 ３ エ 温度（’Ｃ） 第４図
れる温度依存性誘電体素子の構造の代表例を示す斜視図
、第２図は同じく温度依存性誘電体素子の使用形態の一
例を示す斜視図、第３図は温度依存性誘電体素子の温度
−静電容量特性の一例を示す図、第４図はその素子の相
対湿度−誘電正接特性を示す図、第６図は本発明にかか
る湿度検知装置の一実施例の゛構成を示す図である。 １・・・−・・温度依存性誘電体、７ ・・・・・温度
依存性誘電体素子、８・−・・・・抵抗発熱体、２３′
・・・・・・正弦波電圧源、２４・・・・・・コンデン
サ、２５．２６・・・・・・抵抗器、２７・・・・・・
電圧検出器、２８・・・・・位相検出器、２９・・・・
・・演算回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名皐１
図 ａ ２ エ 鵬 ３ エ 温度（’Ｃ） 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （リ 湿度依存性誘電体素子と抵抗器との直列接続体、
この直列接続体に一正弦波電圧を印加する正弦波電圧源
、前記直列接続体による分圧電圧の定常値を検出する電
圧検出器、前記正弦波電圧を基準として前記分圧電圧と
の位相差を検出する位相検出器、および、前記位相検出
器により検出された位相差値と前記電圧検出器により検
出された分圧電圧値とを演算し、少なくとも温度補償し
た湿度情報を発生する演算回路を有することを特徴とす
る湿度検知装置。 （２）温度依存性誘電体素子がＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉ
Ｏ３゜Ｂａ ５ｒ１Ｔｉ０３（ただし、Ｏ（ｘ （１
）、−ｘ ＭｇＴｔｏ ＣａＴｉｏ ＫＴａＯ３，ＰｂＨ’Ｆ
（Ｊ３゜３９ ３ｇ Ｌ ｉ ＴａＯ２，Ｌ ｉ ＮｂＯ３，Ｂ’ａＺ ｒＱ
３． ＣａＺ ｒｏ３゜５ｒＺｒｏ３．ＭｇＺｒｏ３．
ＰｂＺｒｏ３．ＮａＮｂＯ３゜ＫＮｂＯ３，ＰｂＴｉＯ
３のペロブスカイト形構造系。 スピネル形構造、系、パイロクロア形構造系、ホルステ
ライト系、ステアタイト系、金属単体酸化物系の群から
選ばれた少なくとも一種の金属酸化物系の磁器または膜
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の湿
度検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56129970A JPS5832154A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 湿度検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56129970A JPS5832154A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 湿度検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5832154A true JPS5832154A (ja) | 1983-02-25 |
| JPH0244021B2 JPH0244021B2 (ja) | 1990-10-02 |
Family
ID=15022930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56129970A Granted JPS5832154A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 湿度検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5832154A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60128321A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 圧力・差圧伝送器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101850903B1 (ko) * | 2016-10-28 | 2018-05-30 | 울산과학기술원 | 습도 센서 및 이를 포함하는 습도 보정 가스 센서 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55155239A (en) * | 1979-05-22 | 1980-12-03 | Toshiba Corp | Temperature/humidity detector |
-
1981
- 1981-08-19 JP JP56129970A patent/JPS5832154A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55155239A (en) * | 1979-05-22 | 1980-12-03 | Toshiba Corp | Temperature/humidity detector |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60128321A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 圧力・差圧伝送器 |
| JPH0377938B2 (ja) * | 1983-12-15 | 1991-12-12 | Yokogawa Electric Corp |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0244021B2 (ja) | 1990-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0033520B1 (en) | Multi-functional sensing or measuring system | |
| Islam et al. | Relaxation oscillator-based active bridge circuit for linearly converting resistance to frequency of resistive sensor | |
| EP0013030B1 (en) | Temperature-humidity detecting apparatus | |
| US7550979B2 (en) | System and method for measuring conductivity of fluid | |
| Holc et al. | Temperature characteristics of electrical properties of (Ba, Sr) TiO3 thick film humidity sensors | |
| Nitta et al. | Multifunctional ceramic sensors: Humidity-gas sensor and temperature-humidity sensor | |
| JPH0113531B2 (ja) | ||
| JPS5832154A (ja) | 湿度検知装置 | |
| JPS649580B2 (ja) | ||
| JPS63103957A (ja) | 湿度検出器 | |
| Schulz et al. | High-temperature behavior of housed piezoelectric resonators based on CTGS | |
| KR101659065B1 (ko) | 수분측정용 캐패시턴스 전극구조 | |
| EP0086415B1 (en) | Humidity sensitive device | |
| JP2815125B2 (ja) | 接触燃焼式ガス検知素子 | |
| Wagiran et al. | Characterization of screen printed BaTiO3 thick film humidity sensor | |
| JPS5888645A (ja) | ガス中の酸素含量測定センサ | |
| JPS589054A (ja) | 湿度検出装置 | |
| Nagaraju et al. | Precision Temperature Measurement Using Resistance Temperature Detector | |
| JPH0228442Y2 (ja) | ||
| Nitsch | Microelectronic materials and structures characterization by impedance spectroscopy | |
| JPH0228443Y2 (ja) | ||
| JPH0634450A (ja) | 温度センサ | |
| JPH04194659A (ja) | 湿度センサー | |
| Vilitis et al. | Determination of Two-Liquid Mixture Composition by Assessing Dielectric Parameters 1. Precise Measuring System/Divu Šķidrumu Maisījuma Sastāva Noteikšana, Izvērtējot to Dielektriskos Parametrus 1. Precīza Mērīšanas Sistēma | |
| JPS58166249A (ja) | 感湿感温感ガス素子 |