JPS647375Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、空気調和機等を快適度に応じて自動
制御するのに用いられる快適センサに関するもの
である。

（従来の技術） 従来より、このような快適センサとして、第１
図に示すように、並列抵抗r₁を備え温度に対して
抵抗値が指数関数で変化する温度センサａと、並
列抵抗r₂を備え相対湿度に対して抵抗値が指数関
数で変化する湿度センサｂとを直列に接続してな
り、温度と相対湿度との関数である快適度を抵抗
値変化により検出する検出回路ｃを有するものは
知られている。

（考案が解決しようとする課題） ところが、前記従来の快適センサでは、湿度セ
ンサｂの抵抗値特性が、第６図に示す如く相対湿
度に対して大きく（10³〜10⁷Ω）変化するため、
例えば第２図に示すように不快指数のような特性
の広い相対湿度範囲にわたつて実現することが困
難であるという問題があつた。

本考案はかかる点に鑑みてなされたものであ
り、快適度の検出範囲を広範囲に拡張し得るよう
にした快適センサを提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本考案では、検出
回路の合成抵抗が相対湿度および温度に対してほ
ぼ一定の変化率となるようにすることにある。

具体的に、本考案の講じた解決手段は、第３図
に示すように、温度ｔと相対湿度ｈとの関数であ
る快適度を抵抗値変化により検出する検出回路４
を有する快適センサであつて、上記検出回路４
は、並列抵抗R₁を備え温度ｔに対して抵抗値が
指数関数で変化する温度センサ１と、並列抵抗
R₂で備え相対湿度ｈに対して抵抗値が指数関数
で変化する主湿度センサ２と、並列抵抗R₃を備
え相対湿度ｈに対して抵抗値が指数関数で変化す
る補償用湿度センサ３とを直列に接続し、かつ上
記温度センサ１と主湿度センサ２との直列回路に
並列に、検出回路４の合成抵抗Ｚが相対湿度ｈお
よび温度ｔに対してほぼ一定の変化率（αZ／αh，
αZ／αt）になるように整合用並列抵抗R₄を接続
して構成されたものである。

（作用） これにより、本考案では、検出回路４の合成抵
抗Ｚが相対湿度ｈおよび温度ｔに対してほぼ一定
の変化率（αZ／αh，αZ／αt）となるので、相対
湿度ｈ及び温度ｔの広い範囲に亘つて、とりわけ
高湿度域において等抵抗値線が飽和することがな
く、快適度の検出範囲を大幅に拡張することがで
きる。

しかも、前記検出回路４は、構成上、主湿度セ
ンサ２および補償用センサ３の抵抗値特性につい
ての制約を緩和することができるため、規定の湿
度センサの使用を可能にして、コストダウン化を
図ることができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第３図は本考案に係る快適センサの回路図を示
し、１は並列抵抗R₁を備え温度ｔに対して抵抗
値が指数関数で変化する温度センサ、２は並列抵
抗R₂を備え相対湿度ｈに対して抵抗値が指数関
数で変化する主湿度センサ、３は並列抵抗R₃を
備え相対湿度ｈに対して抵抗値が指数関数で変化
する補償用湿度センサであつて、前記各センサ１
〜３は互いに直列に接続されているとともに、前
記温度センサ１と主湿度センサ２との直列回路に
並列に整合用並列抵抗R₄が接続されてなり、温
度ｔと相対湿度ｈとの関数である快適度を抵抗値
変化により検出する検出回路４が形成されてい
る。該検出回路４の合成抵抗Ｚは、相対湿度ｈお
よび温度ｔに対してその変化率（αZ／αh）およ
び（αZ／αt）が各々ほぼ一定になるように設定
されている。次に、前記各並列抵抗R₁〜R₄の値
を決定する方法について説明するに、主湿度セン
サ２と補償用湿度センサ３の抵抗値R_Hは下記の
如く表わせる。また、温度センサ１の抵抗値R_T
は下記の如く表わせる。

R_H＝R_hp・exp（−Ａ・ｈ） R_T＝R_t∞・exp（Ｂ／ｔ） ＝R_t25・exp［Ｂ・｛（１／ｔ） −（１／298）｝］ 但し、ｈ：相対湿度、ｔ：絶対温度、R_hp：ｈ
＝０での抵抗値、R_t∞：ｔ＝∞での抵抗値、
R_t25：ｔ＝25℃での抵抗値、Ａ，Ｂ：定数であ
る。

また、検出回路４の合成抵抗Ｚは Ｚ＝｛R₄（Z₁＋Z₂） ／（R₄＋Z₁＋Z₂）｝＋Z₃ である。但し、 Z₁＝R₁・R_T／（R₁＋R_T） Z₂＝R₂・R_H／（R₂＋R_H） Z₃＝R₃・R_H／（R₃＋R_H） したがつて、αZ／αhを求めると、下記の如く
なる。

αZ／αh＝｛R₄／（R₄＋Z₁＋Z₂）｝² ・（αZ₂／αh）＋（αZ₃／αh） また、αZ／αtを求めると、下記の如くなる。

αZ／αt＝｛R₄／（R₄＋Z₁＋Z₂）｝² ・（αZ₁／αt） ここで、｛R₄／（R₄＋Z₁＋Z₂）｝²＝Ｃとおく。
このＣの湿度及び温度に対する変化は（αZ₂／
αh），（αZ₃／αh），（αZ₁／αt）の変化に較べて
小
さいので、湿度特性及び温度特性に関してはこれ
を便宜的に定数と見做してもさしつかえがない。
したがつて、 αZ／αh ＝Ｃ・（αZ₂／αh）＋（αZ₃／αh） αZ／αt＝Ｃ・（αZ₁／αt） となる。

前記の式でＣ・（αZ₂／αh），（αZ₃／αh）は、
第４図ａに示すように、各湿度センサ２，３の抵
抗値R_Hが並列抵抗R₂，R₃の値に等しくなる相対
湿度ｈにおいて極大をもつ山形の形状の相似形の
曲線特性をもつとともに、並列抵抗R₂，R₃の値
に拘らず、常に互いに相似形の曲線形状を有する
ものである。すなわち、（αZ₂／αh），（αZ₃／αh）
は （αZ_i／αh）_i=2,3 ＝｛（R_i）²／（R_i＋R_H）²｝ ・（αR_H／αh） ＝−Ａ・（R_i）²・R_H ／（R_i＋R_H）² である。各湿度センサ２，３の抵抗値R_Hと並列
抵抗R_i（ｉ＝２，３）の抵抗値とが等しくなる相
対湿度（h_i）でR_iを表現すれば、 R_i＝R_hp・exp（−Ａ・h_i） となる。これにより、αZ_i／αhは次のように表わ
せる。

αZ_i／αh ＝−Ａ・R_hp・exp（−2A・h_i） ・exp（−Ａ・ｈ） ／｛exp（−Ａ・h_i） ＋exp（−Ａ・ｈ）｝² ＝−Ａ・R_hp・exp（−Ａ・h_i） ・exp｛−Ａ（ｈ−h_i）｝ ／［１＋exp｛−Ａ（ｈ−h_i）｝］² ＝−Ａ・R_i・ｆ（ｈ−h_i） 但し、ｆ（ｘ）＝exp（−Ａ・ｘ） ／｛１＋exp（−Ａ・ｘ）｝² それ故、αZ_i／αhの形状は、絶対値は異なる
が、並列抵抗R_i（ｉ＝２，３）の値により第４図
ａで相対湿度軸方向に平行移動するのみであり、
Ｃがほぼ定数と見做せるならば、Ｃ・（αZ₂／αh）
とαZ₃／αhとの相対湿度ｈに対する形状は相似形
と言える。したがつて、αZ／αhをほぼ一定の値
にするには、並列抵抗R₂，R₃の値を、Ｃ・
（αZ₂／αh）と（αZ₃／αh）との極大値が等しく
なるように設定すればよい。すなわち、 ｛Ｃ・（αZ₂／αh）｝_peak ＝｛αZ₃／αh｝_peak よつて、Ｃ＝R₃／R₂となる。

ここで、並列抵抗R₂，R₃の値をそれぞれ、そ
の値と各湿度センサ２，３の抵抗値とが等しくな
る相対湿度で表わすと、 R₂＝R_hp・exp（−Ａ・h_c＋δ） R₃＝R_hp・exp（−Ａ・h_c−δ） (a) となる。つまり、それぞれ、｛h_c−（δ／Ａ）｝，
｛h_c＋（δ／Ａ）｝の相対湿度での各湿度センサ２，
３の抵抗値に等しいことを示している。このよう
に表わすと、第４図ｂに示すように、相対湿度特
性の形状はδによつてのみ定まることになる。そ
して、δは ｛Ｃ・（α³Z₂／αh³） ＋（α³Z₃／αh³）｝_h=hc＝０ を満足するように、すなわちｈ＝h_cでαZ／αhの
曲率が０になるように定める。したがつて、 δ＝ln（２＋√３）1.32 となる。

さらに、第５図に示す如き快適センサの温度ｔ
と相対湿度ｈとに対する等抵抗値線の勾配の満足
すべき値をαとすると、 （dh／dt）_z;_cpostaot＝α よつて、αZ／αt＝α（αZ／αh） となる。実際のセンサでは（αh／αt）ｚは定数
とはなり得ないが、使用する温湿度範囲の中心で
（αh／αt）ｚ＝αとなるように設定すれば、広い
範囲で（αh／αt）ｚαとすることができる。
ここで、αZ／αt，αZ／αhとして、例えばｔ＝25
℃，ｈ＝h_cでの値をとると、 （αZ／αt）_t=25℃＝−Ｃ・Ｂ・（R₁）² ・R_t25／｛（298）²・（R₁＋R_t25）²｝ （αZ／αh）_h=hc＝−Ｃ・［Ａ・（R₂）² ・R_hp・exp（−Ａ・h_c）／｛R₂＋R_hp ・exp（−Ａ・h_c）｝²］−Ａ・（R₃）² ・R_hp・exp（−Ａ・h_c）／｛（R₃＋R_hp ・exp（−Ａ・h_c）｝² ＝−［2exp（δ）／｛１＋exp（δ）｝²］ ・Ａ・R₃ よつて、R₁＝｛ξ／（１−ξ）｝・R_t25 (b) 但し、ξ²＝（298）²・α・Ａ・R₂・２ exp（δ）／［Ｂ・R_t25 ・｛１＋exp（δ）｝²］ ここで、ξ＝１のときは、R₁は無限大となる。
このことは、R₁が無限大となるときは、温度セ
ンサに並列抵抗がない場合もあることを意味す
る。

また、ξ≦１でなければならないから、 Ｂ・R_t25≧（298）²・α・Ａ・R₂ ・2exp（δ）／｛１＋exp（δ）｝² (c) となる。

さらに、｛R₄／（R₄＋Z₁＋Z₂）｝² ＝Ｃ＝R₃／R₂より R₄＝｛√₃／√₂−√₃）｝ ・（Z₁＋Z₂） (d) となる。ここで、Z₁，Z₂の値は、それぞれ、ｔ＝
25℃、ｈ＝h_cでの値を用いればよい。

以上のようにして求められた関係式(a)〜(d)よ
り、各並列抵抗R₁〜R₄の値を決定することがで
きる。尚、h_cとしては快適センサの使用相対湿度
範囲の中心相対湿度値を用いるのが好ましく、ま
た、δについては、使用する湿度センサの抵抗値
特性が十分に指数関数的であるならば、前述のδ
1.32よりも若干大きい値（例えば1.5〜1.7程度）
を採用する方が有利である。

叙上の如く決定された値の並列抵抗R₁〜R₄を
使用した検出回路４は、その合成抵抗ＺのαZ／
αhが相対湿度ｈの変化に対してほぼ一定となる
ので、第５図に示すように、相対湿度ｈの広い範
囲に亘つて、とりわけ高湿度域において等抵抗値
線が飽和することがなく、快適度の検出範囲を大
幅に拡張することができる。

しかも、前記検出回路４は、構成上、主湿度セ
ンサ２および補償用湿度センサ３の抵抗値特性に
ついての制約を緩和することができるため、規定
の湿度センサの使用を可能にして、コストダウン
化を図ることができる。

今、実際に、叙上の関係式(a)〜(d)において、
R_hp＝15061kΩ、R_t25＝800kΩ、h_c70RH％、δ＝
1.4、Ａ＝−0.093、Ｂ＝4500として、並列抵抗R₁
〜R₄の値を算出すると、 R₁＝3755kΩ R₂＝93kΩ R₃＝5.7kΩ R₄＝222kΩ となる。

このような値の並列抵抗R₁〜R₄を用いた本考
案の構成による快適センサの等抵抗値線は第７図
で実線で示すようになる。また、上記並列抵抗
R₁〜R₄の値におけるR₃を短絡とし、またR₄を開
放とした従来の構成による快適センサの等抵抗値
線を求めると、第７図で破線で示すようになる。
第７図より明らかなように、本考案の快適センサ
は、従来の快適センサに比べて高湿度域での抵抗
値特性を大幅に改善できることが判る。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案の快適センサによ
れば、温度ｔと相対湿度ｈとの関数である快適度
を抵抗値変化により検出する検出回路を、各々並
列抵抗を備えた温度センサと主湿度センサと補償
用湿度センサとを直列に接続するとともに該温度
センサおよび主湿度センサに並列に整合用並列抵
抗を接続して、その合成抵抗Ｚが、相対湿度ｈお
よび温度ｔに対してほぼ一定の変化率（αZ／
αh），（αZ／αt）を有するものとしたので、快適
度の検出範囲を大幅に拡張することができ、しか
も、コストダウン化を併せ図ることができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す回路図、第２図は従来の
快適センサの温度と相対湿度とに対する等抵抗値
線を示す図である。第３図は本考案の実施例を示
す回路図、第４図ａおよびｂは相対湿度に対する
αZ／αhの変化を示す図であり、第５図および第
７図は本考案の快適センサの温度と相対湿度とに
対する等抵抗値線を示す図であり、第６図は湿度
センサの抵抗値特性を示す図である。 １……温度センサ、２……主湿度センサ、３…
…補償用湿度センサ、４……検出回路、R₁〜R₃
……並列抵抗、R₄……整合用並列抵抗、Ｚ……
検出回路の合成抵抗、ｔ……温度、ｈ……相対湿
度。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 温度ｔと相対湿度ｈとの関数である快適度を抵
   抗値変化により検出する検出回路４を有する快適
   センサであつて、 上記検出回路４は、温度ｔに対して抵抗値が指
   数関数で変化する特性を有する温度センサ１と、
   相対湿度ｈに対して抵抗値が指数関数で変化する
   特性を有する主湿度センサ２と、相対湿度ｈに対
   して抵抗値が指数関数で変化する特性を有する補
   償用湿度センサ３と、並列抵抗R₁，R₂，R₃と、
   整合用並列抵抗R₄とを備え、上記温度センサ１
   と主湿度センサ２と補償用湿度センサ３とは直列
   に接続され、上記並列抵抗R₁，R₂，R₃は上記各
   センサ１，２，３のそれぞれに並列に接続され、
   上記整合用並列抵抗R₄は上記温度センサ１と主
   湿度センサ２との直列回路に並列に接続されて構
   成されていることを特徴とする快適センサ。