JPS63134944A - 湿度検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は湿度検出装置に係り、特に高精度の湿度管理が
要求される装置に用いて好適なものである。

〔発明の概要〕

空気中の湿度変化をコンデンサの容置変化として検出す
る感湿部を２個のコンデンサで構成し、これら２個のコ
ンデンサを各々の容量の差に対応した出力が得られるよ
うに交流ブリ・７ジ回路に接続することによって、外来
ノイズの影響や、異種金属の接続箇所に生ずる種々の現
象′を相殺して高い精度の湿度測定を可能にした湿度検
出装置である。

〔従来の技術〕

精密工業や製紙工業、あるいは繊維工業や化学工業など
ほとんどの工業分野において湿度の管理は重要な管理項
目となっており、湿度を測定するための装置として種々
の湿度センサが用いられている。従来湿度センサとして
は乾湿球式湿度計や毛髪式湿度計がよく知られているが
、これらのセンサは応答速度が遅くまた精度が２〜３％
程度であるので、高速応答性及び高い精度が要求される
場合には使用することができない。

そこで」二記のような要求に応えることができるような
湿度センサとして電気抵抗式湿度計が用いられている。

この電気抵抗式湿度計は電気絶縁物中に吸湿性物質を含
浸させたり、あるいは表面に金属や半導体、高分子の薄
膜や微粉末等を蒸着や塗布、焼結などによって破着して
！−！！、湿部を形成し、この感湿部の電気抵抗が湿気
の吸脱着によって変化するのを利用したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記電気抵抗式湿度計の場合は湿度変化を直くに電気抵
抗の変化として検出することができて高速応答性と高い
精度を得ることができる。しかし長時間の使用に対して
信頼性の点で問題が多い。

これは水の分子が感湿部に吸着したり脱湿したりする時
に、感湿部の表面が変化してしまうためである。また多
孔質部分に塵埃が付着すると誤差が生じてしまうことが
あるので、従来は感湿部にヒータを配設し、このヒータ
に通電して感湿部の表面に付着した塵埃を焼却していた
。そのため感湿部の構成が？ｊｌｔ雑となり、またヒー
タ供給用電源を確保しておく必要があった。更に水分の
吸脱着による電気抵抗の変化を検出しているので、吸脱
着の変化が顕著に現われない湿度４０％以下と８０％以
上の湿度を正確に測定することができなかった。

本発明は上述にかんがみ、高い精度と高速応答性を有し
、また構成が簡単で安価に製造することができ、更に長
時間使用に対する信頼性が高いと共に、測定可能範囲が
広い湿度検出装置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〕

第１図に示すように空気中の湿度が変化した時にその少
なくとも一方の容量が変化する二個のコンデンサＣ，、
Ｃ，を感湿部１が備えている。

感湿部ｌの２個のコンデンサの容量の差に比例するエラ
ー電圧を発生させる交流ブリッジ回路４を設けると共に
、交流ブリッジ回路４のエラー電圧を同期検波して湿度
の変化に対応する直流信号電圧を出力する同期検波回路
８を設ける。

〔作用〕

感湿部１に２個のコンデンサＣ４、Ｃ２を用いて構成し
、夫々のコンデンサＣＩ、Ｃ２の出力が互いに打ち消し
合うように感湿部ｌを交流ブリッジ回路４に接続して、
外部雑音や、コンデンサの電極における異種金属の接続
箇所に生ずる種々の現象等による測定誤差要因を相殺さ
せて取除いている。

空気中の湿度が変化してコンデンサＣ＋、Ｃｚの容量が
変化すると、交流ブリッジ回路４のバランスが崩れて容
量差に対応したエラー電圧が発生する。このエラー電圧
を同期検波回路８で同期検波して直流信号電圧を得てい
る。この直流信号電圧は上記エラー電圧に比例する。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す湿度検出装置のブロッ
ク図で、感湿部１と計測部２より成り、感湿部１と計測
部２は別体に形成されていてその間を信号伝送″ｆＩＩ
Ａ３が接続している。

上記感湿部１は三枚の電極板１１１２．１６を対向させ
て構成し、各電極板間に形成される空気（平板）コンデ
ンサの容量が湿度の変化によって変化することを利用し
て検出する。

上記計測部２には抵抗値が全て同じである抵抗Ｒ，−Ｒ
４より成る交流ブリッジ回路４が設けてあり、抵抗Ｒ，
とＲ４との接続点Ａに周波数３０ｋＨｚの正弦波Ｓが供
給されていると共に、抵抗Ｒ２とＲ３との接続点Ｃが接
地されている。この交流ブリッジ回路４は上記感湿部ｌ
の容量変化を検出するためのものであり、予め成る湿度
の時にバランスされていて、湿度の変化に比例して感湿
部ｌの容量が変化した時に抵抗Ｒ１とＲ２の接続点Ｂと
、抵抗Ｒ１とＲ４の接続点りとの間にエラ一電圧が発生
ずるようになっている。

上記接続点Ｂ及びＣは差動アンプ５の入力端子６．７に
それぞれ接続されていて、交流ブリッジ回路４のエラー
電圧はこの差動アンプ５でもって例えば１，０００倍に
増幅されるようになっている。

なおブリッジ回路４がバランスしているとき差動アンプ
５の出力は零である。

差動アンプ５で増幅されたエラー電圧は同期検波回路８
に与えられ、ここで接続点Ａに与えられているのと同じ
３０　ｋ　Ｈｚの正弦波Ｓでもって同期検波されて、感
湿部１の容量変化に対応する大きさの直流電圧が形成さ
れる。上記直流電圧は表示回路９に供給されて感湿部１
が検出した湿度変化を測定雰囲気中の湿度として表示す
る。

上記感湿部ｌは湿度を計測する雰囲気中に配設しなけれ
ばならず、−力計測部２は湿度変化の影害を受けない場
所に設置するのが望ましい。そのために感湿部１を計測
部２とは別体に構成し、これらの間を上記したように信
号伝送線３で接続して感湿部１の容量変化を交流ブリッ
ジ回路４に伝送する。従って湿度を高い精度で測定する
ためには感湿部１の僅かな容量変化を交流ブリッジ回路
４に伝送しなければならない。

通常は微小信号の伝送線としては外部雑音の影響を受け
にくいシールド線が用いられる。しかしシールド線には
大きな浮遊静電容量があるので、小さな容量変化分を伝
送するための信号伝送線として使用できない。そのため
上記信号伝送線３として絶縁被覆導線１３．１・１．１
５を用いて感湿部１の微小な容量変化を交流ブリッジ回
路４に伝送するようにしである。これらの導線は三つ編
ツイスト線とするのがよい。

即ち、絶８！被覆導線１３でもって電極板１１と交流ブ
リッジ回路４の接地点Ｃを接続すると共に、絶縁被覆導
線１４でもって電極板１２と交流ブリッジ回路４の接続
点Ｂとを接続する。これによって電極板１１と１２によ
って構成された空気コンデンサＣ１の容量が湿度の変動
によって変化した場合には上記接続点Ｂと０間のインピ
ーダンスが変化するので、交流ブリッジ回路４を予め成
る容量に合わせてバランスさせておけば、容量変化分に
比例したエラー電圧を接続点Ｂ−Ｄ間に発生させること
ができる。

従って例えば湿度が０％の時に上記交流ブリッジ回路４
をバランスさせておけば、湿度が０％の時には接続点Ｂ
とＤ間にエラー電圧が発生しないので湿度Ｏ％を検出す
ることができる。上記空気コンデンサＣＩの容量は湿度
が上昇するに連れて大きくなっていくので、接続点Ｂと
０間のインピーダンスもそれに連れて小さくなって行く
。そのために接続点ＢとＤ間には湿度変化に比例する大
きさのエラー電圧が発生するので、それを検出すること
によって湿度測定が可能となる。

上記のようにして１個のコンデンサＣ１でもって湿度測
定を行うことができるのであるが、上記絶縁被覆導線１
３．１４は外部雑音の影響を受けやすいので外部雑音に
よって接続点Ｂと０間の電位が変動してしまい測定誤差
を生じることがある。

このような外部雑音による測定誤差を無くすために、絶
縁被覆導線１３と１４の他に絶縁被覆導線１５を１本追
加して配線し、その一端を上記接続点Ｄｃ３接続しであ
る。絶縁被覆溝、ｖ１１５の他端は更に接地電極板１１
に対向した第３の電極板１６に接続しである。これによ
り信号伝送線３が拾う外部雑音は接続点Ｂ−Ｃ間と接続
点Ｃ−Ｄ間に同相に加わり、外部雑音によるエラー電圧
は接続点Ｂ−Ｄ間の電位差とならずに差動アンプ５の入
力から見て相殺される。

絶縁被覆導線１３．１４はそれぞれ一端を交流ブリッジ
回路４に接続しであると共に他端を電極板１１．１２に
ハンダ付けで接続しである。この場合、異種の金属を接
合した時に生ずる現象、即ちペルチェ効果やゼーベック
効果等の温度係数を持つ熱起電力が発生して湿度測定誤
差が発生することがある。一方、上記接地電極板１１に
対向配置したバランス電極板１６に上記絶縁被覆導線１
５の他端をハンダ付けで接続して、絶縁被覆導線１５の
配線条件を他の２本の絶縁膜被覆導線１３．１４と同じ
にしである。従ってブリッジ回路４の点Ｂ及びＤに関し
ては、各配線と各電極板との結合に伴う熱起電力等が均
等に現われ、ブリッジのバランスを崩す要因とならない
。

上記バランス電極１６と電極板１１との間には空気コン
デ刈すＣ２が形成される。この空気コンデンサＣ２は接
続点Ｃ−Ｄ間に接続されるものであるから、その容量が
接続点Ｂ−Ｃ間に接続されている上記空気コンデンサＣ
１と同じであると、測定場所の湿度変化によって生しる
容量変化も同じであると考えられるから、それらの容量
変化分は交流ブリッジ回路４で相殺されてしまう。従っ
て湿度変化に対応するエラー電圧を発生させることがで
きず、湿度測定ができなくなってしまう。

このような不都合を無くすために上記空気コンデンサＣ
２の容量を空気コンデンサＣ１の容量と異ならせている
。図の例では電極板１１と１２の対向距離と、電極板１
１とバランス電極板１６の対向距離を同じにし、バラン
ス電極板１６の面積を電極板１１．１２よりも小さく形
成して、空気コンデンサＣ２の容量を空気コンデンサＣ
１の容量よりも例えば２／３程に小さくしである。この
ように２つの空気コンデンサＣ，，Ｃ２の容量に差を持
たせておけば、湿度変化によって生じる容量変化にも差
が生じる。従って容量変化分の差に応じたエラー電圧を
ブリッジで発生させることができて湿度測定が可能とな
る。

なおこのように空気コンデンサを２個設けた場合も前記
したのと同様に湿度が０％の時に交流ブリ・７ジ回路４
をバランスさせておく。上記交流ブリッジ回路４のバラ
ンス調整は、各々の接続点Ａ〜Ｄ間に補正用抵抗やコン
デンサを接続して行うことができる。

空気コンデンサｃ、　、Ｃ２の容量は空気中の湿度変化
に比例して敏恣に変化するので、例えば０．５ＰＰＭ程
度の湿度変化も良好に検出することができる。

感湿部ｌは上記に示した例の池に第２図に示すようにし
て構成することができる。即ちこの例では、バランス電
極板１６の大きさを他の電極板１１．１２と同じにし、
接地電極板１１とバランス電極板１６との対向間隔ｄ２
を、電極板１１と１２との間隔ｄ１と異ならせることに
よって、２つのコンデンサの容量に差を持たせである。

また２つのコンデンサＣｒ　、Ｃｚを形成するに際し、
上記の例はいずれも接地電極板１１を共有して形成した
例を示したが、第３図に示すように別々に４枚の電極板
（二対）で構成するようにしてもよい。

更に、第４図に示すように一方のコンデンサＣ２の極間
スペースを外部からシールドするか又は絶縁物を充填し
て、他方のコンデンサＣ６だけ外部の空気が流通するよ
うに形成してもよい。この場合は湿度が変化゛しても他
方のコンデンサＣ２の容量は変化しないので、交流ブリ
ッジ回路４をバランスさせる時点における容量は双方同
じでもよい。

なお上述の各実施例において、電極板１１．１２、Ｉ６
に多数の細孔を形成するか又はメソシュ状にして空気の
流通を確保してもよい。また平板電極の代りに同心円筒
極板を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の湿度検出装置は上述の如く、湿度の変化を空気
コンデンサの容量変化として検出したので、湿度変化に
対する早い応答性が得られると共に、感湿部の構成を簡
素化することができる。また空気中の湿度変化を直接検
出するようにしたので、感湿部の表面状態の変化や塵埃
の付着等による測定誤差が発生しに＜＜、安定した状態
で長期間使用することができると共に、測定可能範囲を
広くすることができる。

また、感湿部に２個のコンデンサを設け、夫々のコンデ
ンサの容量差を出力として得るように交流ブリッジ回路
に接続したので、外部雑音の影響やコンデンサ電極板と
配線との接続箇所に生ずる温度係数を持つ熱起電力の発
生等の影響をキャンセルすることができ、高感度である
と共に高精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す湿度検出装置のブロッ
ク図、第２図〜第４図は感湿部の変形例を示す図であり
、第２図は電極板間の距離を異ならせた例を示す図、第
３図は独立した２個のコンデンサを設けた例を示す図、
第４図は一方のコンデンサには外部の空気が流通しない
ようにした例を示す図である。 なお図面に用いた符号において、 ■−・・−・・−−一−−−感湿部 ２−−−・−一一一・−計測部 ３−・−・−・−−−−−・−−−−−信号伝送線４−
・−・・−−−一・−−−一交流プリッジ回路８・−−
−一−−−・・−・−・同期検波回路Ｃ＋、Ｃｚ−空気
コンデンサ である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２個のコンデンサより成り、少なくとも１個は空気の湿
   度が変化した時に容量が変化する空気コンデンサで構成
   した感湿部と、 上記感湿部の２個のコンデンサがブリッジの隣接二辺に
   接続されていて、上記２個のコンデンサの容量の差に比
   例したエラー電圧を発生させる交流ブリッジ回路と、 上記交流ブリッジ回路のエラー電圧を同期検波し、この
   エラー電圧に比例した大きさの直流電圧を発生させる同
   期検波回路とを具備する湿度検出装置。