JPS61134653A - デジタル湿度計 - Google Patents
デジタル湿度計Info
- Publication number
- JPS61134653A JPS61134653A JP25690084A JP25690084A JPS61134653A JP S61134653 A JPS61134653 A JP S61134653A JP 25690084 A JP25690084 A JP 25690084A JP 25690084 A JP25690084 A JP 25690084A JP S61134653 A JPS61134653 A JP S61134653A
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- JP
- Japan
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- humidity
- logarithmic
- converter
- value
- capacitor
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- Pending
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-
- 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
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
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）
この発明はセラミック湿度センサあるいはこれと同等の
特性を有する湿度センサを用いたデジタル湿度計に関す
る。
特性を有する湿度センサを用いたデジタル湿度計に関す
る。
（従来の技術）
最近、新素材としてファインセラミックスによる湿度計
センサが市販され、この湿度センサを用いた湿度計が種
々提供されている。そして、これらの湿度計にありては
基本的には湿度センサの湿度に応じて変化するインピー
ダンス測定を行い、そのインピーダンスを電圧に変換し
てメータやデジタルデスプレイ上に表示するようになっ
ている。
センサが市販され、この湿度センサを用いた湿度計が種
々提供されている。そして、これらの湿度計にありては
基本的には湿度センサの湿度に応じて変化するインピー
ダンス測定を行い、そのインピーダンスを電圧に変換し
てメータやデジタルデスプレイ上に表示するようになっ
ている。
＃５４図はかかる従来のセラミック湿度センサの測定原
理を示す概略的回路図である。同図において、１は周波
数が略安定な発振器、２はインピーダンスがＺｏのセラ
ミック湿度センサ、３は演算アンプからなる増幅器、４
は増幅器３の増幅率を決定する抵抗値ＲＦの帰還抵抗で
ある。
理を示す概略的回路図である。同図において、１は周波
数が略安定な発振器、２はインピーダンスがＺｏのセラ
ミック湿度センサ、３は演算アンプからなる増幅器、４
は増幅器３の増幅率を決定する抵抗値ＲＦの帰還抵抗で
ある。
かかる湿度計では発振器１からの発振電圧をＥｉとし、
増幅器３の出力電圧をＶｏとすると、となる。尚、増幅
器３の増幅率は非常に大きく設定しである。ここで上記
セラミック湿度センサ２は第５図に示すような湿度対イ
ンピーダンス特性を有し、（１）式において、ＲＦ、
Ｅｉ を一定とすれば出力電圧ＶｏはインピーダンスＺ
に反比例するが、第５図より湿度の変化に比例すること
になる。つまり、この出力電圧Ｖｏは湿度の変化に対応
した値として測定できる。
増幅器３の出力電圧をＶｏとすると、となる。尚、増幅
器３の増幅率は非常に大きく設定しである。ここで上記
セラミック湿度センサ２は第５図に示すような湿度対イ
ンピーダンス特性を有し、（１）式において、ＲＦ、
Ｅｉ を一定とすれば出力電圧ＶｏはインピーダンスＺ
に反比例するが、第５図より湿度の変化に比例すること
になる。つまり、この出力電圧Ｖｏは湿度の変化に対応
した値として測定できる。
第６図はこうして電圧値Ｖｏ″Ｃｈ求めた湿度信号を処
理して表示するまでの回路を含むデジタル湿度計のブロ
ック接続図である。同図において、５はＡＣ−ＤＣ，６
は対数変換器、７はＡ／Ｄ変換器（アナログ−デジタル
変換器）、８は表示器である。
理して表示するまでの回路を含むデジタル湿度計のブロ
ック接続図である。同図において、５はＡＣ−ＤＣ，６
は対数変換器、７はＡ／Ｄ変換器（アナログ−デジタル
変換器）、８は表示器である。
このデジタル湿度計ではセラミック湿度センサ２が第５
図に示すように湿度の変化に対して直線的に変化せず対
数的な変化となるため、出力電圧Ｖｏを直接Ａ／Ｄ変換
器７にてデジタル化できず、出力電圧ＶｏをＡＣ−ＤＣ
変換器５により直流電圧に変換した後、アナログ対数変
換器゛６にて通常の数値に変換し、この数値信号をＡ／
Ｄ変換器７にてデジタル信号化し、表示器８１：ライ□
よう、ユ、ア５、え、 Ｉ（発明が解
決しようとする問題、ｇ） しかしながら、上記のような対数変換器６はダイオード
やトランツスタを用いた半導体回路が使用されており、
かかる半導体回路にあっては対数演算を行うためのダイ
ナミックレンジがせいぜい４０ｄＢ程度であるほか、湿
度による上記各半導体の特性変化により湿度検出結果の
精度劣化を免れ得ない。つまり、この対数変換器６の上
記特性が測定領域の設定および測定精度の限界を招いて
いた。従って、高精度で広い湿度頭載の湿度測定を可能
とするためには、対数変換器を高級化しなければならず
、非常に高価な湿度計となってしまうという問題があっ
た。
図に示すように湿度の変化に対して直線的に変化せず対
数的な変化となるため、出力電圧Ｖｏを直接Ａ／Ｄ変換
器７にてデジタル化できず、出力電圧ＶｏをＡＣ−ＤＣ
変換器５により直流電圧に変換した後、アナログ対数変
換器゛６にて通常の数値に変換し、この数値信号をＡ／
Ｄ変換器７にてデジタル信号化し、表示器８１：ライ□
よう、ユ、ア５、え、 Ｉ（発明が解
決しようとする問題、ｇ） しかしながら、上記のような対数変換器６はダイオード
やトランツスタを用いた半導体回路が使用されており、
かかる半導体回路にあっては対数演算を行うためのダイ
ナミックレンジがせいぜい４０ｄＢ程度であるほか、湿
度による上記各半導体の特性変化により湿度検出結果の
精度劣化を免れ得ない。つまり、この対数変換器６の上
記特性が測定領域の設定および測定精度の限界を招いて
いた。従って、高精度で広い湿度頭載の湿度測定を可能
とするためには、対数変換器を高級化しなければならず
、非常に高価な湿度計となってしまうという問題があっ
た。
この発明はかかる従来の問題点に着目してなされたもの
であり、対数型Ａ／Ｄ変換器を用いることによって温度
の影響を受けずに、しかも十分広いダイナミックレンジ
に亘つて湿度の演算および表示が可能なデジタル湿度計
を提供することを目的とする。
であり、対数型Ａ／Ｄ変換器を用いることによって温度
の影響を受けずに、しかも十分広いダイナミックレンジ
に亘つて湿度の演算および表示が可能なデジタル湿度計
を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
この発明にかかるデジタル湿度計は、湿度センサと、こ
の湿度センサによる湿度検出信号を増幅する増幅器と、
増幅した湿度検出信号をデジタル信号に対数直線変換す
る対数型Ａ／Ｄ変換器と、この対数直線変換した湿度デ
ータを表示する表示器とを備えて構成したものである。
の湿度センサによる湿度検出信号を増幅する増幅器と、
増幅した湿度検出信号をデジタル信号に対数直線変換す
る対数型Ａ／Ｄ変換器と、この対数直線変換した湿度デ
ータを表示する表示器とを備えて構成したものである。
（作用）
この発明においては、対数型Ａ／Ｄ変換器において、カ
ウンタにより予め定めた数Ｎのクロツバ゛ルスが得られ
る期間コンデンサを充電し、パルス数をカウントしたと
き上記コンデンサを抵抗を通じて放電し、指数関数的に
変化する電圧を設定基準値と比較する。そして、上記充
電開始、αから放電開始１代までの時間（基準時間）と
、この放電開始息から上記比較した値が一致するまでの
時間との比を演算して表示器の湿度表示を行うようにし
でいる。
ウンタにより予め定めた数Ｎのクロツバ゛ルスが得られ
る期間コンデンサを充電し、パルス数をカウントしたと
き上記コンデンサを抵抗を通じて放電し、指数関数的に
変化する電圧を設定基準値と比較する。そして、上記充
電開始、αから放電開始１代までの時間（基準時間）と
、この放電開始息から上記比較した値が一致するまでの
時間との比を演算して表示器の湿度表示を行うようにし
でいる。
（実施例）
第１図はこの発明のデジタル湿度計を示すブロック接続
図であり、１は発振器、２はセラミック湿度センサ（ま
たはこれと同等の性質を有する湿度センサ）、３は増幅
器、４は増幅率決定用の帰還抵抗、５は交流電圧信号を
直流に変換するＡＣ−ＤＣ変換器、６は湿度信号をデジ
タル的に対数直線変換する対数型Ａ／Ｄ変換器、７は表
示器である。
図であり、１は発振器、２はセラミック湿度センサ（ま
たはこれと同等の性質を有する湿度センサ）、３は増幅
器、４は増幅率決定用の帰還抵抗、５は交流電圧信号を
直流に変換するＡＣ−ＤＣ変換器、６は湿度信号をデジ
タル的に対数直線変換する対数型Ａ／Ｄ変換器、７は表
示器である。
一方、上記対数型Ａ／Ｄ変換器６は、第２図に示すよう
な構成となっている。同図において１１は抵抗値Ｒ１の
抵抗、１２はコントローラ出力によりＨＨされる＃１の
スイッチ、１３は演算増幅器からなる増幅器、１４は同
じく演算増幅器からなる比較器、１５は抵抗１６に直列
接続されて上記増幅器１３に並列に入れた＄２のスイッ
チ、１７は増幅器１３の入出力端子を短絡するための第
３のスイッチ、１８は増幅器１３に並列に接続されたコ
ンデンサで、抵抗１１とともに充電回路を構成し、抵抗
値Ｒ２の抵抗１６とともに放電回路を構成している。
な構成となっている。同図において１１は抵抗値Ｒ１の
抵抗、１２はコントローラ出力によりＨＨされる＃１の
スイッチ、１３は演算増幅器からなる増幅器、１４は同
じく演算増幅器からなる比較器、１５は抵抗１６に直列
接続されて上記増幅器１３に並列に入れた＄２のスイッ
チ、１７は増幅器１３の入出力端子を短絡するための第
３のスイッチ、１８は増幅器１３に並列に接続されたコ
ンデンサで、抵抗１１とともに充電回路を構成し、抵抗
値Ｒ２の抵抗１６とともに放電回路を構成している。
尚、比較器１４の一方の入力端子には予め設定した基準
電圧ＥＲが入力されている。１８は上記スイッチ１２．
１５．１７を開閉制御するコントローラ、１９はクロッ
ク発生器２０からのクロックパルスを計数するカウンタ
、２１は表示器である。
電圧ＥＲが入力されている。１８は上記スイッチ１２．
１５．１７を開閉制御するコントローラ、１９はクロッ
ク発生器２０からのクロックパルスを計数するカウンタ
、２１は表示器である。
次に、作用について述べる。
上記増幅器３の交流電圧信号はＡＣ−ＤＣ変換器５によ
り湿度に対応（比例）した直流電圧信号に変換され、こ
の直流電圧信号は対数型Ａ／Ｄ変換器５に入力され、対
数直線変換をデジタル的に行う。
り湿度に対応（比例）した直流電圧信号に変換され、こ
の直流電圧信号は対数型Ａ／Ｄ変換器５に入力され、対
数直線変換をデジタル的に行う。
第２図において、ＡＣ−ＤＣ変換器５から直流電圧−Ｅ
ｉがこの対数型Ａ／Ｄ変換器５に入力されると、カウン
タ１９がクロック発生器２０がらのりａツクパルスを計
数し始め、設定カウンタ値でコントローラ１８が第１の
スイッチ１２を閉じる。
ｉがこの対数型Ａ／Ｄ変換器５に入力されると、カウン
タ１９がクロック発生器２０がらのりａツクパルスを計
数し始め、設定カウンタ値でコントローラ１８が第１の
スイッチ１２を閉じる。
尚、これに先立ってコントローラ１８は第３のスイッチ
１７を閉じてコンデンサ１８の電荷を完全に放電し、こ
の放電後この第３のスイッチ１７を開いておく。上記第
１のスイッチ１２の閉成によっで、コンデンサ１８は抵
抗１１を介して直流電圧Ｅｉ １が第３図
のタイムチャートに示すように充電さの形で上昇してい
く。ここで、恥は抵抗１１の抵抗値、Ｃはコンデンサ１
８の容量値、Ｅｏは増幅器１３の出力電圧である。
１７を閉じてコンデンサ１８の電荷を完全に放電し、こ
の放電後この第３のスイッチ１７を開いておく。上記第
１のスイッチ１２の閉成によっで、コンデンサ１８は抵
抗１１を介して直流電圧Ｅｉ １が第３図
のタイムチャートに示すように充電さの形で上昇してい
く。ここで、恥は抵抗１１の抵抗値、Ｃはコンデンサ１
８の容量値、Ｅｏは増幅器１３の出力電圧である。
こうして充電している間にカウンタ１９によるクロック
パルスのカウント数が予め設定した例えば２０００パル
スとなると、カウンタ１９からの出力信号に基づきコン
トローラ１８が第１のスイッチ１２を闇き、第２のスイ
ッチ１５を閉じる。つまり、コンデンサ１８の充電が終
了するとともに、このコンデンサ１８の充電電荷が抵抗
値Ｒ２の抵抗１６を通じて放電される。この放電電圧は
比較器１４に入力され、予め設定した基準電圧ＥＲと比
較される。ＥｏがＥＲに達するまでの放電暗闇Ｌｘは となり、Ｎを計数したりａツクパルス数、Ｆｏをクロッ
ク周波数とすると であるから、（３）式を（２）式に代入するととなる。
パルスのカウント数が予め設定した例えば２０００パル
スとなると、カウンタ１９からの出力信号に基づきコン
トローラ１８が第１のスイッチ１２を闇き、第２のスイ
ッチ１５を閉じる。つまり、コンデンサ１８の充電が終
了するとともに、このコンデンサ１８の充電電荷が抵抗
値Ｒ２の抵抗１６を通じて放電される。この放電電圧は
比較器１４に入力され、予め設定した基準電圧ＥＲと比
較される。ＥｏがＥＲに達するまでの放電暗闇Ｌｘは となり、Ｎを計数したりａツクパルス数、Ｆｏをクロッ
ク周波数とすると であるから、（３）式を（２）式に代入するととなる。
また、このｔｘ中のクロックパルス数Ｎｘは、ＮＸ＝ｆ
ｏ”ｔｘであるから、この式に（４）式を代入すると となり、 α＝に６１ｏｇＫ１とすると この（６）式上りカウンタで計数されるパルス敗Ｎｘは
入力電圧Ｅｉの対数に比例することになるから、完全に
デジタルに対数変換されぬことになる。ここで、ＥＲ，
ｆ、は安定な値とし、特殊な温度補償回路を用いずに、
Ｒ１、Ｒ２、Ｃはそれぞれ温度係数の小さいものを選ぶ
ことによって、温度による湿度の検出または演算精度の
劣化を防止でき、しがも広いダイナミックレンツで高安
定、高精度の湿度演算が可能となるものである。
ｏ”ｔｘであるから、この式に（４）式を代入すると となり、 α＝に６１ｏｇＫ１とすると この（６）式上りカウンタで計数されるパルス敗Ｎｘは
入力電圧Ｅｉの対数に比例することになるから、完全に
デジタルに対数変換されぬことになる。ここで、ＥＲ，
ｆ、は安定な値とし、特殊な温度補償回路を用いずに、
Ｒ１、Ｒ２、Ｃはそれぞれ温度係数の小さいものを選ぶ
ことによって、温度による湿度の検出または演算精度の
劣化を防止でき、しがも広いダイナミックレンツで高安
定、高精度の湿度演算が可能となるものである。
このようにして、上記Ｅ０がＥＲに一致すると、図示し
ないラッチ回路により、カウンタ１９のクロックパルス
の計数値をラッチさせる。この計数値は表示器２１に入
力され、湿度の値に信号処理してデジタル表示されるこ
とになる。
ないラッチ回路により、カウンタ１９のクロックパルス
の計数値をラッチさせる。この計数値は表示器２１に入
力され、湿度の値に信号処理してデジタル表示されるこ
とになる。
（発明の効果）
以上説明したように、この発明によれば湿度センサ出力
を対数型Ａ−Ｄ変換器を用いて十分に大きなダイナミッ
クレンジ内でデジタル変換し、このデジタル変換したパ
ルス数の計数値が入力電圧つまり湿度に対応するものと
して、その温度値に変換して表示器に表示することがで
きる。
を対数型Ａ−Ｄ変換器を用いて十分に大きなダイナミッ
クレンジ内でデジタル変換し、このデジタル変換したパ
ルス数の計数値が入力電圧つまり湿度に対応するものと
して、その温度値に変換して表示器に表示することがで
きる。
また、このだ対数型Ａ−Ｄ変換器には温度による特性変
化を生じやすい半導体素子を用いず、温度係数の小さい
抵抗やコンデンサを用いるのみであるから、温度による
湿度測定結果のばらつきを防止できる。
化を生じやすい半導体素子を用いず、温度係数の小さい
抵抗やコンデンサを用いるのみであるから、温度による
湿度測定結果のばらつきを防止できる。
さらに、従来のアナログ式の対数変換回路やＡ／Ｄ変換
を省いて回路構成の簡素化、ローコスト化が図れる等の
効果が得られる。
を省いて回路構成の簡素化、ローコスト化が図れる等の
効果が得られる。
第１図はこの発明のデジタル湿度計のブロック接続図、
第２図は対数型Ａ／Ｄ変換器の回路図、第３図はコンデ
ンサの充放電電圧波形のタイムチャート、第４図は湿度
測定原理を示すブロック接続図、第５図はセラミック湿
度センサの湿度対インピーダンス特性図、第６図は従来
のデジタル湿度計のブロック接続図である。 ３は増幅器、 ５はＡＣ−ＤＣ変換器、 ６は対数型Ａ
／Ｄ変換器、 ７は表示器、 １１は抵抗、 １２は第
１のスイッチ、１３は増幅器、１４は比較器、 １５は
＃１２のスイッチ、 １６は抵抗、 １１フは
第３のスイッチ、 １８はコントローラ、１９はカウン
タ、−２０はクロック発生器、２１は表示器
第２図は対数型Ａ／Ｄ変換器の回路図、第３図はコンデ
ンサの充放電電圧波形のタイムチャート、第４図は湿度
測定原理を示すブロック接続図、第５図はセラミック湿
度センサの湿度対インピーダンス特性図、第６図は従来
のデジタル湿度計のブロック接続図である。 ３は増幅器、 ５はＡＣ−ＤＣ変換器、 ６は対数型Ａ
／Ｄ変換器、 ７は表示器、 １１は抵抗、 １２は第
１のスイッチ、１３は増幅器、１４は比較器、 １５は
＃１２のスイッチ、 １６は抵抗、 １１フは
第３のスイッチ、 １８はコントローラ、１９はカウン
タ、−２０はクロック発生器、２１は表示器
Claims (2)
- （１）湿度を検出して電気信号に変換する湿度センサと
、この湿度センサの電気信号出力を増幅する増幅器と、
この増幅器にて増幅した湿度検出信号電圧をデジタル目
的に対数直線変換する対数型Ａ／Ｄ変換器と、この対数
型Ａ／Ｄ変換器の出力値にもとづいて検出湿度を表示す
る表示器とを備えたことを特徴とするデジタル湿度計。 - （２）対数型Ａ／Ｄ変換器はクロックパルスを計数する
カウンタと、このクロックパルスの設定カウント値でオ
ンとなってコンデンサに湿度対応電流を充電しうるよう
にする第１のスイッチと、上記クロックパルスを計数し
続けてクロックパルスが他の設定カウント値になったと
き上記第１のスイッチをオフとなし、上記コンデンサの
電荷を放電抵抗に継ぐ第２のスイッチと、このコンデン
サの端子電圧を設定基準電圧と比較する比較器と、上記
放電開始時点から上記端子電圧が設定基準電圧に一致し
たときまでのクロックパルス数を計数して、これを湿度
値にして表示する表示回路とから構成されたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載のデジタル湿度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25690084A JPS61134653A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | デジタル湿度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25690084A JPS61134653A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | デジタル湿度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61134653A true JPS61134653A (ja) | 1986-06-21 |
Family
ID=17298950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25690084A Pending JPS61134653A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | デジタル湿度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61134653A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4816748A (en) * | 1986-08-28 | 1989-03-28 | Nippon Mining Co., Ltd. | Electronic thermohygrometer with square-wave pulse signal generator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57118148A (en) * | 1981-01-13 | 1982-07-22 | Hitachi Ltd | Measuring apparatus for relative humidity |
| JPS59183357A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-18 | オンダイン・インコ−ポレイテツド | 湿度測定プロ−ブ |
-
1984
- 1984-12-05 JP JP25690084A patent/JPS61134653A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57118148A (en) * | 1981-01-13 | 1982-07-22 | Hitachi Ltd | Measuring apparatus for relative humidity |
| JPS59183357A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-18 | オンダイン・インコ−ポレイテツド | 湿度測定プロ−ブ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4816748A (en) * | 1986-08-28 | 1989-03-28 | Nippon Mining Co., Ltd. | Electronic thermohygrometer with square-wave pulse signal generator |
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