JPS60222761A - 固体電解質酸素センサを用いた湿度測定方法 - Google Patents
固体電解質酸素センサを用いた湿度測定方法Info
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- JPS60222761A JPS60222761A JP59079186A JP7918684A JPS60222761A JP S60222761 A JPS60222761 A JP S60222761A JP 59079186 A JP59079186 A JP 59079186A JP 7918684 A JP7918684 A JP 7918684A JP S60222761 A JPS60222761 A JP S60222761A
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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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】
「産業上の利用分野」
本発明は、湿度測定方法に係わり、特に、固体電解質酸
素センサを用いた湿１臭測定方法に関するものである。
素センサを用いた湿１臭測定方法に関するものである。
「従来技術」
従来、例えば大気中の湿度を測定する場合、感湿抵抗体
面１磨泪等が用いられている。
面１磨泪等が用いられている。
該感）♀抵抗体湿度甜は、湿度の変化により電気抵抗が
変化する感湿体を用いたものであるが、感湿体自体の物
理特性の変化に基づき湿原測定を行なうものであるから
、感湿体自体の特性が測定結果に大きく影響し、また、
大気等の被測定気体の温度が数１００℃以上である場合
、感湿体の電気抵抗の変化特性が不安定となって、湿度
測定方法の低下を招ぎやりいといった問題点を有してい
る。
変化する感湿体を用いたものであるが、感湿体自体の物
理特性の変化に基づき湿原測定を行なうものであるから
、感湿体自体の特性が測定結果に大きく影響し、また、
大気等の被測定気体の温度が数１００℃以上である場合
、感湿体の電気抵抗の変化特性が不安定となって、湿度
測定方法の低下を招ぎやりいといった問題点を有してい
る。
「発明の目的」
本発明は前述した従来の諸事情に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、固体電解質酸素センサを用
いて被測定気体中の酸素分圧を除湿前および除湿後にお
いて測定し、このとぎに得られるそれぞれの限界電流値
をめ、該両限界電流値の差に基づき被測定気体中の水蒸
気圧をめて湿度を測定り゛ることにより、センサ特性の
変化が湿度の測定精麿に与える影響を極力少なくすると
ともに、高温度下において安定した湿度測定を実施する
ことのできる湿度測定方法を提供することにある。
、その目的とするところは、固体電解質酸素センサを用
いて被測定気体中の酸素分圧を除湿前および除湿後にお
いて測定し、このとぎに得られるそれぞれの限界電流値
をめ、該両限界電流値の差に基づき被測定気体中の水蒸
気圧をめて湿度を測定り゛ることにより、センサ特性の
変化が湿度の測定精麿に与える影響を極力少なくすると
ともに、高温度下において安定した湿度測定を実施する
ことのできる湿度測定方法を提供することにある。
「発明の構成」
本発明は前述した目的を達成するために、固体電解質か
らなる酸素イオン導電板と、該酸素イオン導電板に一体
に設りられた一対の電極と、該電極の一つを覆って酸素
イオン導電板に設けられた酸素拡散制御体とを備えた酸
素センサににつて、被測定気体中の酸素分圧を一定温度
下で除湿前と除湿後とのそれぞれについて測定するとと
もに、各測定時に得られるＭ素センサの限界電流値を塁
に、次式により被測定気体中の湿度Ｗを測定することを
特徴とする。
らなる酸素イオン導電板と、該酸素イオン導電板に一体
に設りられた一対の電極と、該電極の一つを覆って酸素
イオン導電板に設けられた酸素拡散制御体とを備えた酸
素センサににつて、被測定気体中の酸素分圧を一定温度
下で除湿前と除湿後とのそれぞれについて測定するとと
もに、各測定時に得られるＭ素センサの限界電流値を塁
に、次式により被測定気体中の湿度Ｗを測定することを
特徴とする。
Ｗ＝’１００Ｋ （Ｉｄ−１ｗ ）Ｐａ ／ （Ｉｄ
Ｐｂ ）但し、Ｋ ；実験的に決定される校正定数、Ｗ
：被測定気体中の相対湿度（％）、ＩＷ；除湿前の被
測定気体中において酸素センサに生じる限界電流値（Ａ
＞、 Ｉｄ；除湿後の被測定気体中において酸素センサに生じ
る限界電流値（Ａ）、 Ｐａ；被測定気体の全圧（ｍｍＨ（１）、Ｐｈ；測定温
度におりる被測定気体の飽和蒸気圧（關ト１（Ｊ ）。
Ｐｂ ）但し、Ｋ ；実験的に決定される校正定数、Ｗ
：被測定気体中の相対湿度（％）、ＩＷ；除湿前の被
測定気体中において酸素センサに生じる限界電流値（Ａ
＞、 Ｉｄ；除湿後の被測定気体中において酸素センサに生じ
る限界電流値（Ａ）、 Ｐａ；被測定気体の全圧（ｍｍＨ（１）、Ｐｈ；測定温
度におりる被測定気体の飽和蒸気圧（關ト１（Ｊ ）。
「実施例」
以下本発明を第１図〜第４図に示す一実施例に基づき詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は本実施例に用いられる固体電解質酸素センサの
一構造例を示すものである。
一構造例を示すものである。
この固体電解質酸素センサ１（以下単に、センサと略ず
）は、固体電解質からなる酸素イオン導電板２の両面に
白金等からなる薄膜状の電極３を一体に設けるとともに
、前記酸素イオン導電板２の一方の面に、微小径の酸素
拡散孔４ａを備えた酸素拡散制御体４を前記電極３を覆
って一体に設け、前記両電極３間に、電流計Ａと直流型
ｍＢとを備えた駆動手段５を接続した構成となっている
。
）は、固体電解質からなる酸素イオン導電板２の両面に
白金等からなる薄膜状の電極３を一体に設けるとともに
、前記酸素イオン導電板２の一方の面に、微小径の酸素
拡散孔４ａを備えた酸素拡散制御体４を前記電極３を覆
って一体に設け、前記両電極３間に、電流計Ａと直流型
ｍＢとを備えた駆動手段５を接続した構成となっている
。
そして、該センサ１の被測定気体Ｇ中における動作につ
いて説明すれば次のとおりである。
いて説明すれば次のとおりである。
すなわら、被測定気体Ｇ中に設置されたセンナ１の両電
極３間に直流電源Ｂによって電圧を印加すると、第１図
中に矢印イで示ずように酸素イオン導電板２を介してセ
ンサ１内の酸素が外部へ放出させられるいわゆるボンピ
ング作用を生じるとともに、酸素拡散孔４ａを介して外
部の酸素がセンサ１の内部へ拡散させられる現象が生じ
る。そして、前記電圧を徐々に増加させていくと、セン
サ１内の酸素がほぼＯどなり、前記両電極３間に生じる
電流が第２図に示すように定常状態となる現象が生じ、
該定常状態にある電流値Ｉしが限界電流で、大気Ｇ中の
酸素弁ＵＥ（Ｍ累濃痘）に対応して得られ、次式で示さ
れる。
極３間に直流電源Ｂによって電圧を印加すると、第１図
中に矢印イで示ずように酸素イオン導電板２を介してセ
ンサ１内の酸素が外部へ放出させられるいわゆるボンピ
ング作用を生じるとともに、酸素拡散孔４ａを介して外
部の酸素がセンサ１の内部へ拡散させられる現象が生じ
る。そして、前記電圧を徐々に増加させていくと、セン
サ１内の酸素がほぼＯどなり、前記両電極３間に生じる
電流が第２図に示すように定常状態となる現象が生じ、
該定常状態にある電流値Ｉしが限界電流で、大気Ｇ中の
酸素弁ＵＥ（Ｍ累濃痘）に対応して得られ、次式で示さ
れる。
Ｉ Ｌ−（４「ＳＤＰ／ＲＴＬ）ｘ
Ｌｎ ［１，’ （１−Ｐｏ／Ｐ）］
但し、Ｆ ；ファラデ一定数
Ｓ ；酸素拡散孔の面積
Ｄ ；酸素の有効拡散係数
Ｐ ；大気の全圧
Ｒ：ガス定数
Ｔ ；絶対温度
Ｌ ：酸素拡散孔の長さ
Ｐｏ ：酸素分圧
Ｌｎ；自然対数
りなイつち、？ｆ！１８１１１定気体Ｇ中の仝Ｌｉニ１
〕が一定であると、仝Ｊ工Ｐに対づる酸素分圧Ｐ。の割
合にょっ−Ｃ限界電流１１−が１５ノられる。そして、
前述し／ζ限界電電流上を除湿前と除！！ｌｉｌ後の被
ａ（１１定気体Ｇ中で測定り−るど、水蒸気圧の有無に
よってＭ累分１１１〕０か変化し、該酸素分圧Ｐ。の変
化に対応して、前）ボした限界電流ＩＬの値ら変化する
ことがら、この変化に基づき、本発明の湿度測定方法が
実施されるものである。
〕が一定であると、仝Ｊ工Ｐに対づる酸素分圧Ｐ。の割
合にょっ−Ｃ限界電流１１−が１５ノられる。そして、
前述し／ζ限界電電流上を除湿前と除！！ｌｉｌ後の被
ａ（１１定気体Ｇ中で測定り−るど、水蒸気圧の有無に
よってＭ累分１１１〕０か変化し、該酸素分圧Ｐ。の変
化に対応して、前）ボした限界電流ＩＬの値ら変化する
ことがら、この変化に基づき、本発明の湿度測定方法が
実施されるものである。
次いで、本発明方法の一実施例について第３図〜第４図
に１１１ついて説明りる。
に１１１ついて説明りる。
まず、第３図に示づように、被」１］定気１木Ｇをエア
チ℃・ンハ６へ導い−（？皮ｉｆｌ！Ｉ定気イ木ＧのＬ
「力１） ａを測定Ｊる。
チ℃・ンハ６へ導い−（？皮ｉｆｌ！Ｉ定気イ木ＧのＬ
「力１） ａを測定Ｊる。
次いで、該被測定気体Ｇを第１の測定ブ℃・ンパ７へ導
ぎ、内部に設置されたセンサ１にＪ：って除湿前におｔ
プる被測定気体Ｇ中の酸素分圧すなわち限界電流１ｗを
測定する。
ぎ、内部に設置されたセンサ１にＪ：って除湿前におｔ
プる被測定気体Ｇ中の酸素分圧すなわち限界電流１ｗを
測定する。
これより、被測定気体Ｇを除湿器８１＼導いて除ｉ９
したのらに、第２の測定ヂャンハ９へ送り込み、該第２
の測定ヂトンハ９内に設置されているけンザ１によって
、除湿後の被測定気体Ｇ中の酸素分圧すなわち限界電流
１（Ｉを測定する。
したのらに、第２の測定ヂャンハ９へ送り込み、該第２
の測定ヂトンハ９内に設置されているけンザ１によって
、除湿後の被測定気体Ｇ中の酸素分圧すなわち限界電流
１（Ｉを測定する。
これらの限界電流１ｖ、１（［は、第４図に承りように
、除湿後に比して除湿前の方が低く ｉｆ測される（例
えば、電圧が０．８Ｖに対リ−る電流を参照する）。そ
の差△Ｉは前述したように水蒸気圧の有無による酸素分
圧の変化に起因り−るもので、該水蒸気圧Ｐｓは、前記
被測定見１木Ｇの圧力ＰａＪノＪ、び両限界電流１ｗ、
ｌｄがら次ｊ−Ｓでまる。
、除湿後に比して除湿前の方が低く ｉｆ測される（例
えば、電圧が０．８Ｖに対リ−る電流を参照する）。そ
の差△Ｉは前述したように水蒸気圧の有無による酸素分
圧の変化に起因り−るもので、該水蒸気圧Ｐｓは、前記
被測定見１木Ｇの圧力ＰａＪノＪ、び両限界電流１ｗ、
ｌｄがら次ｊ−Ｓでまる。
Ｐｓ ＝Ｋ （ＩＣ＋ −ｒｗ ） Ｐａ ／ Ｉ（１
・−−−−−−＝・・・■但し、Ｋは実験的に決定され
る校正定数である。
・−−−−−−＝・・・■但し、Ｋは実験的に決定され
る校正定数である。
一方、相対温度Ｗ（％〉は、前記水蒸気圧Ｐｓど、被測
定気体Ｇの測定時の温度における飽和蒸気圧Ｐｈとから
、次式でまる。
定気体Ｇの測定時の温度における飽和蒸気圧Ｐｈとから
、次式でまる。
Ｗ＝ ＩＱＯＰｓ ／Ｐｈ ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・■こ
こで、前記０式へ■式を代入すると次式が１１１られる
。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・■こ
こで、前記０式へ■式を代入すると次式が１１１られる
。
Ｗ ＝１０（ｌｋ（１（１−ＩＷ ） Ｐａ ／ （Ｉ
ｄ １つ ｈ ） −・・ ■前記■式中、限界電流１
ｄ、Ｊｗ、被測定気体Ｇの圧力ｐａは測定（的として得
られ、また、飽和蒸気圧Ｐｌ＋は大気Ｇの測定温度によ
って一義的に定まるｂので、圧力１）ａの８１１１定１
１、）、あルイハ第３図に示すように第１あるいは第２
の測定ヂＡ・ンバ７．９に温１哀Ｕンサ］Ｏを設置しＣ
前記被測定気体Ｇの温度を測定でることにより容易にま
る。
ｄ １つ ｈ ） −・・ ■前記■式中、限界電流１
ｄ、Ｊｗ、被測定気体Ｇの圧力ｐａは測定（的として得
られ、また、飽和蒸気圧Ｐｌ＋は大気Ｇの測定温度によ
って一義的に定まるｂので、圧力１）ａの８１１１定１
１、）、あルイハ第３図に示すように第１あるいは第２
の測定ヂＡ・ンバ７．９に温１哀Ｕンサ］Ｏを設置しＣ
前記被測定気体Ｇの温度を測定でることにより容易にま
る。
そしで、これらの情報は第３図に示り−ように、演算回
路１１へ送られて前記■式に基づき湿１身Ｗが演算され
る。
路１１へ送られて前記■式に基づき湿１身Ｗが演算され
る。
このような方法によって湿度Ｗを測定づ−ると酸素分圧
の変化による限界電流１１−の変化によって蒸気圧をめ
、既知の飽和蒸気圧との関係で湿度を測定する−しので
あるから、湿１哀の高低にかかわらずセンサ１の動作は
一定で、もって、湿度測定への影響を抑えて安定した湿
１衰測定を実施づ−ることかできる。また、固体電解質
からなる酸素イ訓ン導電板２を用いたセンサ′１による
限界電流Ｉしの測定であり、８００′Ｃ′ｃ１．上の高
温度下にＪ３いて′ｔＪＩＩＱ索イオン導重イオン導電
板２動作か寄られるから、広範囲の温度条件下での湿度
測定が行なえる。さらに、センサ１に強制的に電圧を印
加して限界電流ＩＬを測定するものであるから、酸素弁
１モが低い場合や湿度Ｗが低い場合であっても、除湿前
、除湿後の限界電流ｊｃｌ、ＩＷを確実に測定し得て、
もって、粘度の高いｉ！ｉｉ１度測定を実施覆ることか
できる。かつ、除湿前Ｊ５よひ除湿後に（れぞれ［ンサ
を配置したものであるから、連続した湿度測定が可能で
ある。
の変化による限界電流１１−の変化によって蒸気圧をめ
、既知の飽和蒸気圧との関係で湿度を測定する−しので
あるから、湿１哀の高低にかかわらずセンサ１の動作は
一定で、もって、湿度測定への影響を抑えて安定した湿
１衰測定を実施づ−ることかできる。また、固体電解質
からなる酸素イ訓ン導電板２を用いたセンサ′１による
限界電流Ｉしの測定であり、８００′Ｃ′ｃ１．上の高
温度下にＪ３いて′ｔＪＩＩＱ索イオン導重イオン導電
板２動作か寄られるから、広範囲の温度条件下での湿度
測定が行なえる。さらに、センサ１に強制的に電圧を印
加して限界電流ＩＬを測定するものであるから、酸素弁
１モが低い場合や湿度Ｗが低い場合であっても、除湿前
、除湿後の限界電流ｊｃｌ、ＩＷを確実に測定し得て、
もって、粘度の高いｉ！ｉｉ１度測定を実施覆ることか
できる。かつ、除湿前Ｊ５よひ除湿後に（れぞれ［ンサ
を配置したものであるから、連続した湿度測定が可能で
ある。
一方、第５図は、本発明の他の実施例を示４−もので、
甲−のセンサ１に切換えバルブ１２によって、同図中実
線矢印で示すように除湿前の人気と、鎖線矢印で示すよ
うに除湿後の大気を切換えて供給することにより、２種
類の限界電流１ｄ、Ｉｗを測定するようにしたものであ
る。
甲−のセンサ１に切換えバルブ１２によって、同図中実
線矢印で示すように除湿前の人気と、鎖線矢印で示すよ
うに除湿後の大気を切換えて供給することにより、２種
類の限界電流１ｄ、Ｉｗを測定するようにしたものであ
る。
このような方法によって湿度を測定すると、同一のセン
サによって２種類の限界電流１ｗ、ｌｄを測定するから
、一層精度の高い測定を実施することができる。
サによって２種類の限界電流１ｗ、ｌｄを測定するから
、一層精度の高い測定を実施することができる。
「発明の効果Ｊ
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた
効果を奏する。
効果を奏する。
■固体電解質酸素センサの動作を湿度の高低にかかわり
なく一定に保持し、もって、湿度測定への影響を抑えて
、１１粕１哀の安定した湿度測定を実施することができ
る。
なく一定に保持し、もって、湿度測定への影響を抑えて
、１１粕１哀の安定した湿度測定を実施することができ
る。
■固体電解質酸素センサによって測定動作可能温度を高
めて、広い温度範囲での湿度測定を実施することができ
る。
めて、広い温度範囲での湿度測定を実施することができ
る。
■固体電解質酸素センサの強制的なボンピング操作によ
り酸素分圧りなわち限界電流を測定するものであるから
、酸素分圧が低い゛場合や湿度が低い場合であっても、
前記限界電流を確実に測定し得て、もって、精度の高い
湿度測定を実施り−ることができる。
り酸素分圧りなわち限界電流を測定するものであるから
、酸素分圧が低い゛場合や湿度が低い場合であっても、
前記限界電流を確実に測定し得て、もって、精度の高い
湿度測定を実施り−ることができる。
第１図は本発明に用いられる固体電解質酸素センサの一
構造例を示す縦断面図、第２図は第１図に示ず固体電解
質酸素センサの特性図、第３図および第４図は本発明の
一実施例を示すもので、第３図は一実施例を説明するた
めの装置の概略図、第４図は一実施例における固体電解
質ｍ素センサの動作を説明づ−る電流−電圧変化曲線図
、第５図は本発明の他の実施例を説明するための装置の
概略図である。 １・・・・・・・・・固体電解質酸素レンザ、２・・・
・・・・・・酸素イオン導電板、３・・・・・・・・・
電極、４・・・・・・・・・酸素拡散制御体、６・・・
・・・・・・エアヂ１７ンバ、７・・・・・・・・・第
１の測定チ１１ンバ、８・・・・・・・・・除湿器、９
・・・・・・・・・第２の測定チャンバ、１０・・・・
・・・・・温度セン−リ°、１１・・・・・・・・・＠
算回路。 第１図 第２図 電 ７ｉ（ボ′ル目 第３図
構造例を示す縦断面図、第２図は第１図に示ず固体電解
質酸素センサの特性図、第３図および第４図は本発明の
一実施例を示すもので、第３図は一実施例を説明するた
めの装置の概略図、第４図は一実施例における固体電解
質ｍ素センサの動作を説明づ−る電流−電圧変化曲線図
、第５図は本発明の他の実施例を説明するための装置の
概略図である。 １・・・・・・・・・固体電解質酸素レンザ、２・・・
・・・・・・酸素イオン導電板、３・・・・・・・・・
電極、４・・・・・・・・・酸素拡散制御体、６・・・
・・・・・・エアヂ１７ンバ、７・・・・・・・・・第
１の測定チ１１ンバ、８・・・・・・・・・除湿器、９
・・・・・・・・・第２の測定チャンバ、１０・・・・
・・・・・温度セン−リ°、１１・・・・・・・・・＠
算回路。 第１図 第２図 電 ７ｉ（ボ′ル目 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 固体電解質からなる酸素イオン導電板（２）と、該酸素
イオン導電機に一体に設けられた一対の電極（３）と、
腰電極の一つを覆−って酸素イオン導電板に股りられた
酸素拡散制御体（４）とを備えた酸素しンサ（１）にＪ
：って、被測定気体（Ｇ）中の酸素分圧を一定温１哀小
で除湿前と除ｔ！ｉｉ！後とのイれぞれについて測定す
るとともに、各測定時に１！７１うれる酸素センサーの
限界電流値（Ｉｗ−１ｄ）を基に、次式により被測定気
体中の湿度Ｗを１ｌｌｌ＋定することを特徴とする固体
電解質酸素センサを用いた湿度測定方法。 Ｗ＝１００Ｋ （Ｉｄ−１ｗ ） Ｐａ ／ （Ｉｌｌ
ｆつ １））（ＥＩ Ｌ、、Ｋ ：実験的に決定され
る校正定数、Ｗ ；被測定気体中の相対湿度（％）、ｉ
ｗ；除湿前の被測定気体中において酸素センサ゛に生じ
る限界電流ｆｉＩ′ｉ （Δ）、Ｉｄ ；除湿後の被測
定気体中において酸素センサに生じる限界電流（ｌｒｌ
（△）、Ｐａ；被測定気体の全圧（ｗ Ｈす）、Ｐｌ）
：測定温１哀にお（プる被測電気１本の飽和蒸気圧（ｍ
ｍＨｇ＞。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59079186A JPS60222761A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | 固体電解質酸素センサを用いた湿度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59079186A JPS60222761A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | 固体電解質酸素センサを用いた湿度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60222761A true JPS60222761A (ja) | 1985-11-07 |
Family
ID=13682941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59079186A Pending JPS60222761A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | 固体電解質酸素センサを用いた湿度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60222761A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62231149A (ja) * | 1986-04-01 | 1987-10-09 | Ebara Res Co Ltd | 排ガス中の水分濃度測定方法及びその装置 |
| EP0472001A2 (de) * | 1990-08-23 | 1992-02-26 | Pleva Gmbh | Verfahren zur Bestimmung der Beladung von Luft mit Dämpfen, insbesondere Wasserdampf |
| DE102008007318A1 (de) * | 2008-02-02 | 2009-08-20 | Enotec Gmbh, Prozess- Und Umweltmesstechnik | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases |
| WO2014043026A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Stewart Nicholson | Humidity sensing system |
-
1984
- 1984-04-19 JP JP59079186A patent/JPS60222761A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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