JPS631538B2 - - Google Patents

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JPS631538B2
JPS631538B2 JP54142644A JP14264479A JPS631538B2 JP S631538 B2 JPS631538 B2 JP S631538B2 JP 54142644 A JP54142644 A JP 54142644A JP 14264479 A JP14264479 A JP 14264479A JP S631538 B2 JPS631538 B2 JP S631538B2
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JP
Japan
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humidity
sno
tio
sensitive resistor
resistance
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JP54142644A
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Jiro Terada
Koji Nitsuta
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空調機,乾燥機あるいは、食品調理器
などの湿度検知及び感湿素子のクリーニングに関
した湿度検知装置に関するものである。
一般に感湿抵抗体は、湿度に敏感に感応してそ
の抵抗値が変化する抵抗体であり湿度測定用の素
子や湿度調節用のセンサーとして使用されてい
る。従来の感湿抵抗体素子は、空気中から汚染あ
るいは、油成分などの付着により感湿特性が悪く
なり、これを用いた湿度検知装置は、使用不能と
なる問題が生じていた。しかしこれらの問題は、
感湿抵抗体素子を加熱して油成分などを燃焼させ
ると元の感湿抵抗体の湿度特性に戻るものであ
る。したがつて、これらの感湿抵抗体の感湿特性
が出なくなつた時点で加熱してやれば、半永久的
に使用することができる。ところが、この加熱ク
リーニングの温度を制御するには、外部より熱電
対あるいは、サーミスタなどによつて温度を検出
しなければならず、しかも、熱電対等を感湿抵抗
体に密着させなければならない。そのために正確
な加熱クリーニング温度を検出することは従来に
おいて困難とされていた。以上の様に、従来の湿
度検知装置は、正確な加熱クリーニングが出来な
いために油成分などの付着による特性劣化から正
確な湿度検知ができなかつた。本発明は、上記の
欠点を解消した湿度検知装置を提供するものであ
る。
すなわち、本発明は温度上昇と共に電気抵抗が
減少する金属酸化物系感湿抵抗体磁器に一対の対
向する電極を設け、前記に設けた電極のすくなく
とも一方は抵抗発熱体を兼ねて構成し、この構成
した部分に1対の電極端子を設け、前記抵抗発熱
体の部分に電力を供給して発熱せしめる電源とを
設け、そして前記1対の電極端子間に直列接続し
た2つの抵抗器を挿入し、この2つの抵抗器の接
続点から分流して前記両抵抗器を通り、前記抵抗
発熱体とを兼ねた電極そして、前記磁器及び他の
もう一つの電極との間で、前記感湿抵抗体磁器の
抵抗値を検出する検出手段とを備えたことによつ
て得られたものである。
以下、詳細に本発明を説明する。
まず本発明の湿度検出装置の温度湿度制御磁器
は、温度あるいは、湿度上昇とともに電気抵抗が
減少する温度および湿度対抵抗特性を示す感湿抵
抗体磁器で、その材料は、MgCr2O4,FeCr2O4
NiCr2O4,CoCr2O4,MnCr2O4,CuCr2O4
Mg2SnO4,Mg2TiO4,Zn2SnO4,Zn2CrO4を1
種以上の含む磁器が良い。この理由としてこの成
分がスピネル形結晶構造の化合物であり、温度と
湿度に応じて抵抗が決まるからである。特にこれ
らのスピネル形結晶とたとえばTiO2成分(TiO2
成分以外に、ZrO2,HfO2,SnO2も同等の効果が
得られる)との二相形結晶構造のものは、二相形
磁器であることも原因して、湿度検出が可能とな
る雰囲気温度領域では、その抵抗温度係数が小さ
く、その雰囲気温度領域以上の温度で、サーミス
タ特性を示す。
本発明の磁器組成物の具体例について、代表し
て説明する。MgO,Cr2O3,およびTiO2を準備
し80モル%のMgCr2O4と20モル%のTiO2の組成
比になるように配合してメノウボール入りポツト
ミルで湿式混合した。混合物を乾燥させてから、
3重量%ポリビニルアルコール水溶液を、混合粉
末100gに対して6c.c.の割合で加え、乳鉢で混合
して造粒した。
そして750Kg/cm2の圧力で4×4×0.25tの角枝
状に成形した。この成形体を空気中において1300
℃の温度で2時間保持して焼成した。この様にし
て得られた磁器にRuO2を含むペーストをスクリ
ーンメツシユ法で印刷して、さらに800℃の温度
で焼付けて1対の電極を形成した。第1図にその
構成を示す。上記RuO2電極の一方を抵抗発熱体
として用いる。第1図において1はMgCr2O4
TiO2系磁器板でその両面に対向する電極2,3
がそれぞれ形成されており、電極3は抵抗発熱体
とする。電極はRuO2系電極2,3である。3′は
抵抗発熱体の電極端子である。4はリード線であ
り電極2及び抵抗発熱体3の端子3′を外部へ電
気的に引出すためのものである。次に上述の様に
して得た試料の、相対湿度−抵抗特性と、温度−
抵抗特性を調べた。すなわち、相対湿度−抵抗特
性は雰囲気温度を20℃一定とし、湿度を変化させ
て試料の電極間の抵抗を測定した。
温度−抵抗特性については、雰囲気の相対湿度
をほぼ0%として、その温度を変化させて電極間
の抵抗を測定した。その結果をそれぞれ第2図及
び第3図に示す。
次にこの素子を第4図に示すように構成した。
第4図によると、絶縁支持体(たとえば、アルミ
ナ磁器など)5にリード端子6,7,8をそれぞ
れ取付けて、感湿体(MgCr2O4−TiO2系磁器板)
を保持する。抵抗発熱体3は、上記ルテニウムを
主成分とした金属酸化物以外に銀,ニツケル,亜
鉛,クロム,パラジウム,金,白金,錫,銅,ア
ルミニウム,又はインジウム,を主成分とした金
属酸化物および半導体のうち1種以上を含むもの
及びSiC系,LaCrO3系がよい。その理由は、加
熱クリーニングのサイクルテストにおいて、上記
本発明に用いる感湿抵抗体磁器と上記抵抗発熱体
材料において非常に安定した接合が得られるもの
である。たとえば、第4図に構成された素子aを
温度20℃、相対湿度54%からクリーニング温度
(たとえば450℃)まで加熱した。この加熱冷却の
サイクルを105回加えたところ湿度−抵抗特性お
よび温度−抵抗特性についてもまた抵抗発熱体の
抵抗値の変化量についてもいずれもその変化率は
数%以内にとどまりきわめてわずかであることが
確認された。以上MgCr2O4−TiO2系について説
明したが他の組成についても同等の相対湿度−抵
抗特性と温度−抵抗特性が認められた。本発明の
湿度検出装置にかかる感湿抵抗体磁器はCr2O3
Fe2O3,NiO,ZnO,SnO2,TiO2,Al2O3
MgO,In2O3,MnO2,CuO,CoO,MgCr2O4
FeCr2O4,NiCr2O4,MnCr2O4,CuCr2O4
CoCr2O4,Zn2TiO4,ZnCr2O4,Zn2SnO4
Mg2TiO4,Mg2SnO4,Ba1-xSrxTiO3(x=0〜
1),PbZrO3,CaTiO3,KNbO3,KTaO3
PbTa2O6,NaNbO3,LiNbO3,LiTaO3
PbHfO3,又はABO3で示される成分{ただしA
はPbである。Bは(Mg1/2 W1/2),(Cd1/2
W1/2),(Co1/2 W1/2),(Sc1/2 Nb1/2),
(Fe1/2 Nb1/2),(In1/2 Nb1/2),(Yb1/2
Nb1/2),(Ho1/2 Nb1/2),(Fe1/2 Ta1/2),
(Sc1/2 Ta1/2),(Lu1/2 Nb1/2),(Lu1/2
Ta1/2),(Mg1/3 Nb2/3),(Zn1/3 Nb2/3),
(Co1/3 Nb2/3),(Ni1/3 Nb2/3),(Mg1/3
Ta2/3),(Co1/3 Ta2/3),(Ni1/3 Ta2/3),
(Fe2/3 W1/3),(Mn2/3 W1/3),から選ばれ
たすくなくとも1つを含む}を主成分としたこと
を特徴とするもの、あるいは、80〜99.99モル%
のCr2O3と0.01〜20モル%のTiO2,ZvO2,HfO2
SnO2,Nb2O5,Ta2O5,CeO2,WO3,MnO2
MoO2,DyO2,V2O5,SiO2,およびGeO2の群か
ら選ばれた少なくとも1種とよりなる成分98〜
9.95重量%と、BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,
FeO,NiO,CuO,ZnO,CdO,およびPbOの群
から選ばれた少なくとも1種の成分0.05〜2重量
%から成ることを特徴とする感湿抵抗体磁器ある
いは0.1〜99.9モル%のMgCr2O4,FeCr2O4
NiCr2O4,CoCr2O4,MnCr2O4,CuCr2O4
Ng2TiO4,Mg2SnO4,Zn2SnO4,および
ZnCr2O4の群から選ばれた少くとも1種と、99.9
〜0.1モル%のTiO2,ZrO2,HfO2,およびSnO2
の群ら選ばれた少なくとも1種とから成るものな
どが用いられる。
以上このような組成及び組成範囲の磁器を感湿
体とした理由は0〜100%の相対湿度領域におい
て高い感度を示し、かつ湿度検出が不可能となる
温度領域(150℃以上)において指数関数上直線
的かつ変化率の大きいサーミスター特性を示し、
熱的に安定しているためである。次に第5図に示
した素子を用いた湿度検知装置の一例を示しその
動作上の特徴について説明する。第5図における
温度湿度制御素子aは、第4図で示した素子と同
様な素子を示したものである。
第5図のような構成では、結露防止,基準湿度
レベルの可変(測定湿度雰囲気の相対湿度をシフ
トさせる)を行なつても、ヒーター電源からの電
気信号が湿度検知信号に混在しないことも特徴の
一つである。
上記の様に感湿抵抗体磁器を予備加熱すること
を本発明において以下傍熱と呼ぶことにする。第
5図における感湿抵抗体磁器素子aを等価的に表
わすと第6図の様に表わすことができる。
RS1,RS2はそれぞれ接点9と11および10と
11の間での感湿抵抗体磁器の抵抗値を表わして
いる。又、γは抵抗発熱体13の抵抗値を表わし
てる。第5図のUSは、湿度検出用の印加電源で
ある。UHは加熱クリーニング用及び、傍熱用の
電源である。R0は湿度検出用の抵抗器である。
RWは傍熱を行なうため、抵抗発熱体に流れる電
流を制御している。今、仮に傍熱時とした場合、
傍熱用の電源UHが、ノイズとして湿度検出回路
(US,R1・R2,感湿抵抗体磁器,R0からなるル
ープ)に表われる電圧UNとなる。上記式に、R1=R2,RS1=RS2の条件を
入れると、UN1=0となり、湿度検出回路ループ
には傍熱時の電源が混入しない。又、感湿抵抗体
磁器を加熱クリーニングした時は、第3図に示す
抵抗−温度特性により、第6図に示す。RS1,RS2
の抵抗値が下り、上記傍熱時と同様にR1=R2
RS1=RS2の条件を入れるとUN1=0となり湿度検
出回路系に、傍熱及び加熱クリーニング用電源が
混入しない。加熱クリーニング時(SWが入つた
状態)はRS1,RS2の抵抗が下る(第3図)と湿度
検知回路ループのR0に信号が生じる。たとえば
感湿抵抗体磁器のクリーニング温度450℃で制御
したい場合、たとえば、第3図のX軸450℃の時
のY軸の抵抗値15KΩになつた時R0の両端の信号
を検知して第5図SWを切る様にすれば、加熱ク
リーニングが出来る。上記SWを切るには、たと
えば加熱クリーニング時、R0の両端の信号を電
圧比較器等を設け、感湿抵抗体磁器が450℃とな
つた時、電圧比較器が働くように電圧比較器の基
準値を設定すれば良い。上記構成された電圧比較
器の出力信号を検知してSWを切る様にすればよ
い。
すなわち、上記第5図は、傍熱及び加熱クリー
ニング時の電源が湿度検知回路に混入しないこと
を示すものである。又湿度検知信号はR0の両端
の出力信号が湿度に対応している。又湿度検知及
び加熱クリーニング時のサーミスタ抵抗(第3
図)値の検知の例としてパルス方式及び、周波数
方式などの本発明の実施例を第7図,第8図に示
す。第7図は、第5図で示したUSが、R11,R12
D1,D2,C1から構成した、パルス回路からなる。
入力信号にパルス電圧を入れ、出力端子(R0
両端子)に、加熱クリーニング時のクリーニング
温度の検知信号及び湿度と対応した湿度検知信号
が、それぞれ検出できる。第8図は感湿抵抗体磁
器の抵抗変化を、R21,R22,C2,オペレーシヨ
ナルアンプから構成した発振器を用いて周波数変
換している。上記第8図の周波数方式は、加熱ク
リーニング時のクリーニング温度の検知信号及び
湿度と対応した湿度検知信号がそれぞれ検出でき
る。たとえば第5図において、R1=1KΩ,R2
1KΩ,抵抗体発熱体抵抗3=25Ω,RW=1KΩ,
R0=100KΩ,UH=6.5v,US=1vの場合,湿度検
知精度0〜100%±1%以内寿命(加熱クリーニ
ングサイクルテスト回数,10万回以上連続テスト
中)テストにおいても良好の結果を得ている。
以上のように本発明の湿度検出装置によれば、
感湿抵抗体磁器そのものを温度センサとして働か
すため、確実な加熱クリーニングができる。又、
外部より熱電対、あるいは、サーミスターなどを
用いた温度検出器を備えたものより回路構成が非
常に簡単である。また感湿素子の表面に油等が付
着して汚れても加熱してクリーニングできるとと
もに自動的に加熱温度を制御するので、クリーニ
ングの加熱によつて素子を損傷することがない。
すなわち、本発明の装置において、加熱クリーニ
ングと湿度検出ができる湿度検出装置を提供する
ことができるものである。本発明の装置において
UHはAC,DC,パルス,いずれの電源でも可能
である。又、感湿抵抗体磁器の形状,寸法,回路
の抵抗値、などの定数は限定されないものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は湿度検出素子である感湿抵抗体磁器素
子の斜視図、第2図は感湿抵抗体磁器の湿度−抵
抗特性図、第3図は感湿抵抗体磁器の温度−抵抗
特性図、第4図は感湿抵抗体磁器素子を治具に取
り付けた構成の斜視図、第5図は本発明の一実施
例における湿度検知装置の回路図、第6図は感湿
抵抗体磁器の等価回路図、第7図は本発明の他の
実施例における湿度検知装置の回路図、第8図は
本発明のさらに他の実施例における湿度検知装置
の回路図である。 1……MgCr2O4−TiO2系磁器板、2,3……
電極、9,10,11……接点。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 温度上昇と共に電気抵抗が減少する金属酸化
    物系感湿抵抗体磁器に一対の対向せる電極を設
    け、前記に設けた電極のすくなくとも一方は抵抗
    発熱体を兼ねて構成し、この構成した部分に1対
    の電極端子を設け、前記抵抗発熱体の部分に電力
    を供給して発熱せしめる電源とを設け、そして前
    記1対の電極端子間に直列接続した2つの抵抗器
    を挿入し、この2つの抵抗器の接続点から分流し
    て、前記両抵抗器を通り、前記抵抗発熱体とを兼
    ねた電極、そして、前記磁器及び他のもう一つの
    電極との間で、前記感湿抵抗体磁器の抵抗値を検
    出する検出手段とを備えたことを特徴とする湿度
    検知装置。 2 上記感湿抵抗体磁器は、CrO3,Fe2O3
    NiO,ZnO,SnO2,TiO2,Al2O3,MgO,
    In2O3,MnO2,CuO,CoO,MgCr2O4
    FeCr2O4,NiCr2O4,MnCr2O4,CuCr2O4
    CoCr2O4,Zn2TiO4,ZnCr2O4,Zn2SnO4
    Mg2TiO4,Mg2SnO4,Ba1-xSrxTiO3(x=0〜
    1),PbZrO3,CaTiO3,KNbO3,KTaO3
    PbTa2O6,NaNbO3,LiNbO3,LiTaO3
    PbHfO3又はABO3で示される成分{ただしAは
    Pb、Bは(Mg1/2 W1/2),(Cd1/2 W1/2),
    (Co1/2 W1/2),(Se1/2 Nb1/2),(Fe1/2
    Nb1/2),(In1/2 Nb1/2),(Yb1/2 Nb1/2),
    (Ho1/2 Nb1/2),(Fe1/2 Ta1/2),(Sc1/2
    Ta1/2),(Lu1/2 Nb1/2),(Lu1/2 Ta1/2),
    (Mg1/3 Nb2/3),(Zn1/3 Nb2/3),(Co1/3
    Nb2/3),(Ni1/3 Nb2/3),(Mg1/3 Ta2/3),
    (Co1/3 Ta2/3),(Ni1/3 Ta2/3),(Fe2/3
    W1/3),(Mn2/3 W1/3),(Mn2/3 W1/3)か
    ら選ばれたすくなくとも1つを含む}を主成分と
    したことを特徴とする特許請求の範囲第1項起載
    の湿度検知装置。 3 上記感湿抵抗体磁器は、80〜99.99モル%の
    Cr2O3と0.01〜20モル%のTiO0,ZrO2,HfO2
    SnO2,Nb2O5,Ta2O5,CeO2,WO3,MnO2
    MoO2,DyO2,V2O5,SiO2およびGeO2の群から
    選ばれた少なくとも1種とよりなる成分98〜99.5
    重量%と、BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,
    FeO,NiO,CuO,ZnO,CdO,およびPbOの群
    から選ばれた少なくとも1種の成分0.05〜2重量
    %から成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。 4 上記感湿抵抗体磁器は、0.1〜99.9モル%の
    MgCr2O4,FeCr2O4,NiCr2O4,CoCr2O4
    MnCr2O4,CuCr2O4,Mg2TiO4,Mg2SnO4
    Zn2SnO4およびZnCr2O4の群から選ばれた少くと
    も1種と、99.9〜0.1モル%のTiO2,ZrO2,HfO2
    およびSnO2の群から選ばれた少なくとも1種と
    から成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。 5 上記抵抗発熱体は、銀,ニツケル,亜鉛,ク
    ロム,パラジウム,金,白金,錫,銅,アルミニ
    ウム,インジウムおよびルテニウムを主成分とし
    た金属酸化物および半導体の群から選ばれた少な
    くとも1種を含む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。
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