JPS649580B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS649580B2 JPS649580B2 JP6939280A JP6939280A JPS649580B2 JP S649580 B2 JPS649580 B2 JP S649580B2 JP 6939280 A JP6939280 A JP 6939280A JP 6939280 A JP6939280 A JP 6939280A JP S649580 B2 JPS649580 B2 JP S649580B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- voltage
- humidity
- dependent dielectric
- dielectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 45
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 32
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 12
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910002976 CaZrO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 MgZrO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020698 PbZrO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021523 barium zirconate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 3
- 229910014031 strontium zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002971 CaTiO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017676 MgTiO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N CuO Inorganic materials [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003334 KNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003378 NaNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) oxide Inorganic materials [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N lead(II) oxide Inorganic materials [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- MUPJWXCPTRQOKY-UHFFFAOYSA-N sodium;niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Na+].[Nb+5] MUPJWXCPTRQOKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多機能検知装置に関するものである。
多機能検知装置は温度、湿度、ガス濃度に敏感
に作用し、温度、湿度、ガス濃度の変化によつて
検知するものである。
に作用し、温度、湿度、ガス濃度の変化によつて
検知するものである。
周知のように、最近、産業界全般にシステム化
が進み、そのため各種のセンサと、その検知装置
の開発が要望されている。それだけでなく、家庭
電化製品でも冷暖房器具の温度・湿度制御、乾燥
機の温度検知や水分検知、電子レンジなどの食品
調理器から出るガスや温度、湿度の検知など、多
機能検知装置としての応用分野は多くある。
が進み、そのため各種のセンサと、その検知装置
の開発が要望されている。それだけでなく、家庭
電化製品でも冷暖房器具の温度・湿度制御、乾燥
機の温度検知や水分検知、電子レンジなどの食品
調理器から出るガスや温度、湿度の検知など、多
機能検知装置としての応用分野は多くある。
一方、ガスはガス漏れ検知としてガス検知器な
どの応用分野も多くある。
どの応用分野も多くある。
しかし、これらの用途においては広い範囲の温
度、湿度、ガス濃度を精度よく安定に計測するこ
とが必要である。また、特に、食品調理器などに
おいては、食品を調理しているときに、温度・水
分（湿度）とガス濃度を検知できる高信頼性の多
機能検知装置が非常に得られにくく、このような
システムは実現していないのが現実である。
度、湿度、ガス濃度を精度よく安定に計測するこ
とが必要である。また、特に、食品調理器などに
おいては、食品を調理しているときに、温度・水
分（湿度）とガス濃度を検知できる高信頼性の多
機能検知装置が非常に得られにくく、このような
システムは実現していないのが現実である。
このようにシステム化に必要な多機能検知装置
の開発がむずかしいのは、検知素子を水蒸気だけ
でなく、さまざまな成分を含んだ空気中に露出し
て使用しなければならず、ガスその他の成分によ
つては検知素子の材質と化学変化を起こすからで
ある。また検知方法によつては直流分極などによ
つて温度、湿度、ガス濃度などの検出機能を劣化
させる。
の開発がむずかしいのは、検知素子を水蒸気だけ
でなく、さまざまな成分を含んだ空気中に露出し
て使用しなければならず、ガスその他の成分によ
つては検知素子の材質と化学変化を起こすからで
ある。また検知方法によつては直流分極などによ
つて温度、湿度、ガス濃度などの検出機能を劣化
させる。
ガス検知素子として、プロパンガス、メタンガ
スなどのガス検知用にSnO2を主成分とするＮ型
の素子があるが、単一素子で温度、湿度、ガスの
全領域をカバーすることは困難なものである。
スなどのガス検知用にSnO2を主成分とするＮ型
の素子があるが、単一素子で温度、湿度、ガスの
全領域をカバーすることは困難なものである。
すでに明らかなように、一般に金属酸化物系の
素子は、水分分子に対する吸着エネルギーが非常
に小さいため、湿度検知の場合、水分吸脱着現象
によつて大きな抵抗値変化を示し、電気抵抗とし
て検出することができるものである。ガスに対し
ては従来SnO2などを用いたＮ型の金属酸化物半
導体があり、これはたとえばプロパンガスと接触
すると抵抗が下がるものであつた。これらについ
ては、表面の汚染による劣化が解決されていな
い。そして、温度、湿度、ガス濃度を区分して検
知できるような多機能検知装置は、これまで全然
提案されていないものである。
素子は、水分分子に対する吸着エネルギーが非常
に小さいため、湿度検知の場合、水分吸脱着現象
によつて大きな抵抗値変化を示し、電気抵抗とし
て検出することができるものである。ガスに対し
ては従来SnO2などを用いたＮ型の金属酸化物半
導体があり、これはたとえばプロパンガスと接触
すると抵抗が下がるものであつた。これらについ
ては、表面の汚染による劣化が解決されていな
い。そして、温度、湿度、ガス濃度を区分して検
知できるような多機能検知装置は、これまで全然
提案されていないものである。
以上の背景から、本発明の第一の目的は温度、
湿度、ガス濃度を単一検知素子で検知することが
できる高信頼性の新しい多機能検知装置を提供す
ることである。第二の目的は、単一検知素子で、
温度と湿度を同時に検知することにある。第三の
目的は単一検知素子を加熱（250〜1000℃）する
ことによつて、温度、湿度とガス濃度を別々に検
知できる装置を提供することにある。
湿度、ガス濃度を単一検知素子で検知することが
できる高信頼性の新しい多機能検知装置を提供す
ることである。第二の目的は、単一検知素子で、
温度と湿度を同時に検知することにある。第三の
目的は単一検知素子を加熱（250〜1000℃）する
ことによつて、温度、湿度とガス濃度を別々に検
知できる装置を提供することにある。
すなわち、本発明は温度依存性誘電体素子と、
前記素子に直列に抵抗器を挿入し、前記素子の他
端子と前記抵抗器の他端子間に方形波パルスを印
加し、前記抵抗器の分圧電圧と過渡時定数で温
度、湿度およびガス濃度を検知する新しい多機能
検知装置を実現したものである。
前記素子に直列に抵抗器を挿入し、前記素子の他
端子と前記抵抗器の他端子間に方形波パルスを印
加し、前記抵抗器の分圧電圧と過渡時定数で温
度、湿度およびガス濃度を検知する新しい多機能
検知装置を実現したものである。
温度と湿度の変化を、それぞれ誘電率の大きな
温度依存性と、水蒸気吸着あるいはガス吸着によ
る電気伝導変化により、検知するものである。
温度依存性と、水蒸気吸着あるいはガス吸着によ
る電気伝導変化により、検知するものである。
したがつて、誘電率の変化を静電容量変化の形
で検知して温度を計測し、電気伝導変化を電気抵
抗の形で検知して、湿度あるいはガス濃度を検出
するものである。
で検知して温度を計測し、電気伝導変化を電気抵
抗の形で検知して、湿度あるいはガス濃度を検出
するものである。
具体的に述べると、温度、湿度の検知の場合、
本発明における温度依存性誘電体素子に加える印
加電圧が高周波（1kHz以上）になると、水の大
きな双極子能率により、水分吸着による誘電率の
影響がほとんどなくなる。すなわち、温度検知の
場合、多孔に吸着した水分によつて生じる静電容
量の影響がなくなる。したがつて、パルス印加に
より、抵抗器によつて分圧された分圧電圧と印加
周波数成分の高い過渡時定数により、温度と湿度
を検知することができるのである。
本発明における温度依存性誘電体素子に加える印
加電圧が高周波（1kHz以上）になると、水の大
きな双極子能率により、水分吸着による誘電率の
影響がほとんどなくなる。すなわち、温度検知の
場合、多孔に吸着した水分によつて生じる静電容
量の影響がなくなる。したがつて、パルス印加に
より、抵抗器によつて分圧された分圧電圧と印加
周波数成分の高い過渡時定数により、温度と湿度
を検知することができるのである。
温度は過渡時定数に対応する。湿度は分圧電圧
に対応する。
に対応する。
又、ガス検知時は、外部より素体を加熱し、前
記、素子にパルス印加した時の分圧電圧の定常値
とガス濃度に対応する。すなわち、ガス検知は素
子を加熱しながら、湿度検知と同様の方法にてガ
ス濃度検知ができる。
記、素子にパルス印加した時の分圧電圧の定常値
とガス濃度に対応する。すなわち、ガス検知は素
子を加熱しながら、湿度検知と同様の方法にてガ
ス濃度検知ができる。
以下、本発明の実施例について、図面を用いて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図に本発明にかかる温度依存性誘電体素子
の構造の一例を示す。同図Ａは電極がバルク形の
ものであり、同図Ｂは電極がくし型電極の場合で
ある。これら図Ａ，Ｂの素子は、磁器であつても
あるいは膜であつても、本質的な機能が同じもの
である。図において、１０１は温度依存性誘電体
素子（磁器または膜）である。１０２，１０３は
電極である。
の構造の一例を示す。同図Ａは電極がバルク形の
ものであり、同図Ｂは電極がくし型電極の場合で
ある。これら図Ａ，Ｂの素子は、磁器であつても
あるいは膜であつても、本質的な機能が同じもの
である。図において、１０１は温度依存性誘電体
素子（磁器または膜）である。１０２，１０３は
電極である。
次に、温度依存性誘電体素子について述べる。
磁器の出発原料としてTiO2、BaCO3、SrCO3、
Cr2O3、PbO、ZrO2、CaO、MgO、MnO2、
SiO2、Al2O3、NiO、ZnO、SnO2、CuO、CoO、
Fe2O3、Nb2O5、Na2CO3、Li2CO3、HfO2のうち
一つまたは二つ以上を用い、これらを所定の割合
に配合し、メノウボール入りポツトミルで湿式混
合した。得られた混合物を乾燥させてから40×40
×10mm3の寸法に形成し、900〜1800℃の範囲内の
温度で焼成して磁器化させた。
Cr2O3、PbO、ZrO2、CaO、MgO、MnO2、
SiO2、Al2O3、NiO、ZnO、SnO2、CuO、CoO、
Fe2O3、Nb2O5、Na2CO3、Li2CO3、HfO2のうち
一つまたは二つ以上を用い、これらを所定の割合
に配合し、メノウボール入りポツトミルで湿式混
合した。得られた混合物を乾燥させてから40×40
×10mm3の寸法に形成し、900〜1800℃の範囲内の
温度で焼成して磁器化させた。
同様な方法でBa1-xSrxTiO3（ｘ＝０〜１）、
MgTiO3、CaTiO3、KTaO3、PbHfO3、
LiTaO3、LiNbO3、BaZrO3、CaZrO3、SrZrO3、
MgZrO3、PbZrO3、NaNbO3、KNbO3、
PbTiO3などのペロブスカイト形構造系、スピネ
ル形構造系、パイロクロア形構造系、ホルステラ
イト系、ステアタイト系、金属単体酸化物系磁器
などを得ることができる。
MgTiO3、CaTiO3、KTaO3、PbHfO3、
LiTaO3、LiNbO3、BaZrO3、CaZrO3、SrZrO3、
MgZrO3、PbZrO3、NaNbO3、KNbO3、
PbTiO3などのペロブスカイト形構造系、スピネ
ル形構造系、パイロクロア形構造系、ホルステラ
イト系、ステアタイト系、金属単体酸化物系磁器
などを得ることができる。
また、膜の場合、スパツタリング法、蒸着法、
スクリーン印刷法などにより膜を形成して同様に
各種組成の素子を得る。
スクリーン印刷法などにより膜を形成して同様に
各種組成の素子を得る。
たとえばBa0.5Sr0.5TiO3系ペロブスカイト形構
造の磁器素子を以下実施例として述べる。
造の磁器素子を以下実施例として述べる。
第２図は、温度依存性誘電体素子を温度250〜
1000℃に加熱できるように、抵抗発熱体を具備し
た検知素子の一例を示す。図において、１０４は
抵抗発熱体、１０５は保持ベース、１０６はリー
ド端子である。この構造以外に直熱型として、温
度依存性誘電体素子の電極に電流を流し、発熱さ
せることも可能である。
1000℃に加熱できるように、抵抗発熱体を具備し
た検知素子の一例を示す。図において、１０４は
抵抗発熱体、１０５は保持ベース、１０６はリー
ド端子である。この構造以外に直熱型として、温
度依存性誘電体素子の電極に電流を流し、発熱さ
せることも可能である。
第３図はBa0.5Sr0.5TiO3系素子の温度−静電容
量特性を示す。第４図は前記素子の湿度−抵抗特
性を示す。第５図は前記素子のガス濃度−抵抗変
化率特性を示す。これらから、前記素子はいろい
ろな対象に感応するものであることがわかる。
量特性を示す。第４図は前記素子の湿度−抵抗特
性を示す。第５図は前記素子のガス濃度−抵抗変
化率特性を示す。これらから、前記素子はいろい
ろな対象に感応するものであることがわかる。
第６図は本発明の多機能検知装置の一実施例の
構成を示す。
構成を示す。
図において、１は加熱電源で、ガス検知を行な
うときに温度依存性誘電体素子２を250〜1000℃
に加熱するためのものである。なお、３は素子２
に付与されているヒータ、４はヒータ電流をオ
ン、オフするためのスイツチである。５はクロツ
ク源発振部で、温度依存性誘電体素子２にパルス
電圧を供給するためのものである。６はパルス制
御部で、クロツク源発振部５によつて得られた信
号を所定のパルス巾とデユーテイーに制御して抵
抗器７を通して温度依存性誘電体素子２にパルス
電圧を印加するためのものである。ここで、抵抗
器７は温度依存性誘電体素子２に流れる電流を検
出するためのものである。８は電圧検出部で、温
度依存性誘電体素子２と抵抗器７とによつて得ら
れた分圧電圧を検出するためのものである。９は
電圧比較器で、温度依存性誘電体素子２と抵抗器
７とによつて得られた分圧電圧と基準電圧とを比
較し、その大小に応じた出力を発生するものであ
る。１０は時間計測部で、電圧比較器９の出力の
持続時間すなわち分圧電圧の過渡時定数時間を計
測するためのものである。１１は演算部で、時間
計測部１０によつて得られた信号（温度に対応し
た信号）と電圧検出部８とによつて得られた信号
（湿度に対応した信号）を温度、湿度、ガス濃度
をアナログ信号やデイジタル信号に変換し、表示
するためのものである。また、この演算部１１は
それぞれ検知した信号で、温度、湿度、ガス濃度
の信号を、自己補償（温度補償、湿度補償、ガス
濃度補償）とすることができるものである。
うときに温度依存性誘電体素子２を250〜1000℃
に加熱するためのものである。なお、３は素子２
に付与されているヒータ、４はヒータ電流をオ
ン、オフするためのスイツチである。５はクロツ
ク源発振部で、温度依存性誘電体素子２にパルス
電圧を供給するためのものである。６はパルス制
御部で、クロツク源発振部５によつて得られた信
号を所定のパルス巾とデユーテイーに制御して抵
抗器７を通して温度依存性誘電体素子２にパルス
電圧を印加するためのものである。ここで、抵抗
器７は温度依存性誘電体素子２に流れる電流を検
出するためのものである。８は電圧検出部で、温
度依存性誘電体素子２と抵抗器７とによつて得ら
れた分圧電圧を検出するためのものである。９は
電圧比較器で、温度依存性誘電体素子２と抵抗器
７とによつて得られた分圧電圧と基準電圧とを比
較し、その大小に応じた出力を発生するものであ
る。１０は時間計測部で、電圧比較器９の出力の
持続時間すなわち分圧電圧の過渡時定数時間を計
測するためのものである。１１は演算部で、時間
計測部１０によつて得られた信号（温度に対応し
た信号）と電圧検出部８とによつて得られた信号
（湿度に対応した信号）を温度、湿度、ガス濃度
をアナログ信号やデイジタル信号に変換し、表示
するためのものである。また、この演算部１１は
それぞれ検知した信号で、温度、湿度、ガス濃度
の信号を、自己補償（温度補償、湿度補償、ガス
濃度補償）とすることができるものである。
以上、各ブロツクの機能について説明したが、
次にその動作について説明する。
次にその動作について説明する。
この多機能検知装置は、温度依存性誘電体素子
２と抵抗器７の直列回路にパルス電圧を印加し、
そのときの分圧電圧と時定数を計測するものであ
る。そのパルス電圧Ａは第７図Ａで示す。
２と抵抗器７の直列回路にパルス電圧を印加し、
そのときの分圧電圧と時定数を計測するものであ
る。そのパルス電圧Ａは第７図Ａで示す。
第７図においてＸ軸が時間軸、Ｙ軸が電圧レベ
ル軸である。Ｈは高レベル、Ｌは低レベルであ
る。
ル軸である。Ｈは高レベル、Ｌは低レベルであ
る。
素子２（抵抗値Ｒ）と抵抗器７（同Rs）との
分圧電圧Ｂは Ｂ＝Rs／Ｒ＋Rs・Vcc ……(1) となる。この分圧電圧Ｂは第７図Ｂに示すように
パルス電圧印加後の定常状態となつたときの分圧
電圧である。湿度を最大感度で計測するには、そ
のときの湿度で温度依存性誘電体の抵抗値に等し
い抵抗を直列抵抗として選ぶ。たとえば、相対湿
度50％では800KΩを選ぶとよい。また、過渡時
定数は温度依存性誘電体素子２の静電容量値と抵
抗値、直列抵抗Rsによつて得られる。とりわけ、
温度変化によつて、前記素子２の静電容量が変化
（第３図参照）し、過渡時定数も温度変化に対応
する。
分圧電圧Ｂは Ｂ＝Rs／Ｒ＋Rs・Vcc ……(1) となる。この分圧電圧Ｂは第７図Ｂに示すように
パルス電圧印加後の定常状態となつたときの分圧
電圧である。湿度を最大感度で計測するには、そ
のときの湿度で温度依存性誘電体の抵抗値に等し
い抵抗を直列抵抗として選ぶ。たとえば、相対湿
度50％では800KΩを選ぶとよい。また、過渡時
定数は温度依存性誘電体素子２の静電容量値と抵
抗値、直列抵抗Rsによつて得られる。とりわけ、
温度変化によつて、前記素子２の静電容量が変化
（第３図参照）し、過渡時定数も温度変化に対応
する。
第６図の電圧比較器９で、Ｂ点の電圧をＣ（基
準電圧によつて電圧比較をすると、Ｄ点では第７
図Ｄに示された過渡時定数に対応する巾のパルス
が得られる。このパルスＤの巾を時間計測部でパ
ルス巾を計測する。Ｄ信号の取りこみはクロツク
源発振部５より送られて来た信号（第７図Ｇ参
照）の時間内に行う。この計測された時間が温度
に対応する。一方、湿度は、前記(1)式で表わされ
る分圧電圧Ｂを電圧検出部８で検知し、その出力
電圧Ｆで対応させることができる。したがつて、
分圧電圧と過渡時定数から温度依存性誘電体素子
２の静電容量値と抵抗値が求まり、温度と湿度を
求めることができる。
準電圧によつて電圧比較をすると、Ｄ点では第７
図Ｄに示された過渡時定数に対応する巾のパルス
が得られる。このパルスＤの巾を時間計測部でパ
ルス巾を計測する。Ｄ信号の取りこみはクロツク
源発振部５より送られて来た信号（第７図Ｇ参
照）の時間内に行う。この計測された時間が温度
に対応する。一方、湿度は、前記(1)式で表わされ
る分圧電圧Ｂを電圧検出部８で検知し、その出力
電圧Ｆで対応させることができる。したがつて、
分圧電圧と過渡時定数から温度依存性誘電体素子
２の静電容量値と抵抗値が求まり、温度と湿度を
求めることができる。
以上に説明した過渡時定数は、温度依存性誘電
体素子の湿度−抵抗特性（第４図参照）で示され
る抵抗値が一定で、不変のときである。しかし、
現実はその抵抗値も湿度によつて変化するのであ
る。したがつて、温度依存性誘電体素子の抵抗値
が変化すると前記過渡時定数も変化する。これ
は、ある分圧電圧Ｂのときの過渡時定数と温度を
対応させておけば、温度と湿度を独立して計測す
ることができる。
体素子の湿度−抵抗特性（第４図参照）で示され
る抵抗値が一定で、不変のときである。しかし、
現実はその抵抗値も湿度によつて変化するのであ
る。したがつて、温度依存性誘電体素子の抵抗値
が変化すると前記過渡時定数も変化する。これ
は、ある分圧電圧Ｂのときの過渡時定数と温度を
対応させておけば、温度と湿度を独立して計測す
ることができる。
上述のようにして得られた電圧検出部８の出力
信号Ｅ、時間計測部１０の出力信号Ｇは指示計器
あるいは制御機器に供給して温度・湿度制御を行
わせることができる。また、温度補償型精密湿度
検知は、上述のようにして得られた温度および湿
度の信号を演算回路に通し、自己温度補償してや
ればより精密に行なえる。同様にして湿度補償型
精密温度検知も行なうことができる。
信号Ｅ、時間計測部１０の出力信号Ｇは指示計器
あるいは制御機器に供給して温度・湿度制御を行
わせることができる。また、温度補償型精密湿度
検知は、上述のようにして得られた温度および湿
度の信号を演算回路に通し、自己温度補償してや
ればより精密に行なえる。同様にして湿度補償型
精密温度検知も行なうことができる。
次にガス検知について説明する。
まずスイツチ４を閉じて、加熱電源１からヒー
タ３に給電し、温度依存性誘電体素子２を250゜〜
1000℃に加熱する。加熱された素子２は素子の構
成粒子間あるいは気孔または表面を通してガスを
吸着し、半導体としての特性を示すようになる。
半導体としての特性は素子材料の半導体のタイプ
によつて、ガス濃度が上昇すると、その抵抗が上
昇または下降する。したがつて、湿度検知のとき
と同様に分圧電圧Ｂの定常値のみを電圧検出部８
により検出し、その抵抗値を求める。そして、第
５図のガス濃度特性からそのときのガス濃度を知
ることができる。
タ３に給電し、温度依存性誘電体素子２を250゜〜
1000℃に加熱する。加熱された素子２は素子の構
成粒子間あるいは気孔または表面を通してガスを
吸着し、半導体としての特性を示すようになる。
半導体としての特性は素子材料の半導体のタイプ
によつて、ガス濃度が上昇すると、その抵抗が上
昇または下降する。したがつて、湿度検知のとき
と同様に分圧電圧Ｂの定常値のみを電圧検出部８
により検出し、その抵抗値を求める。そして、第
５図のガス濃度特性からそのときのガス濃度を知
ることができる。
すなわち、温度依存性誘電体素子を加熱しなが
ら検知する以外は湿度検知のときと全く同様の方
法にて分圧電圧Ｂの定常値に対応したガス濃度を
検出することができるのである。
ら検知する以外は湿度検知のときと全く同様の方
法にて分圧電圧Ｂの定常値に対応したガス濃度を
検出することができるのである。
温度依存性誘電体素子を構成する磁器の加熱温
度は250゜〜1000℃のとき、そのガス検知感度がよ
い。
度は250゜〜1000℃のとき、そのガス検知感度がよ
い。
以上のようにして得られた温度、湿度、ガス濃
度の検出信号は演算部を通してアナログやデジタ
ルの信号に変換して出力情報とする。
度の検出信号は演算部を通してアナログやデジタ
ルの信号に変換して出力情報とする。
温度依存性誘電体素子としてはBa1-xSrxTiO3
（ｘ＝０〜１）だけでなく、MgTiO3、CaTiO3、
KTaO3、PbHfO3、LiTaO3、LiNbO3、
BaZrO3、CaZrO3、SrZrO3、MgZrO3、PbZrO3、
NaNbO3、KNbO3、PbTiO3などのペロブスカイ
ト形構造系、スピネル形構造系、パイロクロア形
構造系、ホルステライト系、ステアタイト系、金
属単体酸化物系の群から選ばれた少なくとも一種
の金属酸化物系の磁器または膜でも同様な果が得
られた。また、多機能検知装置は、デイジタル制
御方法およびアナログ制御方法でも同様に検知す
ることができる。
（ｘ＝０〜１）だけでなく、MgTiO3、CaTiO3、
KTaO3、PbHfO3、LiTaO3、LiNbO3、
BaZrO3、CaZrO3、SrZrO3、MgZrO3、PbZrO3、
NaNbO3、KNbO3、PbTiO3などのペロブスカイ
ト形構造系、スピネル形構造系、パイロクロア形
構造系、ホルステライト系、ステアタイト系、金
属単体酸化物系の群から選ばれた少なくとも一種
の金属酸化物系の磁器または膜でも同様な果が得
られた。また、多機能検知装置は、デイジタル制
御方法およびアナログ制御方法でも同様に検知す
ることができる。
ところで、以上説明したように、本発明にかか
る多機能検知装置は、１％RH付近から100％RH
付近の湿度のほど全領域にわたつて湿度±１〜３
％RH程度の精度で検出することができるもので
ある。また、温度範囲は−50〜200℃である。又
精度は±１〜３℃程度であつた。さらには、温度
依存性誘電体素子を250〜1000℃に加熱すること
によつて、各種成分ガス（エチルアルコールな
ど）の濃度を±１〜10％の精度で検知することが
できたものである。この多機能検知装置は実用的
には十分の検出精度であり、油などの汚染に対し
て、素子をヒータにより加熱クリーニングして特
性を再生させることができる。
る多機能検知装置は、１％RH付近から100％RH
付近の湿度のほど全領域にわたつて湿度±１〜３
％RH程度の精度で検出することができるもので
ある。また、温度範囲は−50〜200℃である。又
精度は±１〜３℃程度であつた。さらには、温度
依存性誘電体素子を250〜1000℃に加熱すること
によつて、各種成分ガス（エチルアルコールな
ど）の濃度を±１〜10％の精度で検知することが
できたものである。この多機能検知装置は実用的
には十分の検出精度であり、油などの汚染に対し
て、素子をヒータにより加熱クリーニングして特
性を再生させることができる。
以上のように本発明は構造簡単で多機能検知す
ることができ、産業界にとつて価値大なるもので
ある。
ることができ、産業界にとつて価値大なるもので
ある。
第１図Ａ，Ｂはそれぞれ本発明において使用さ
れる温度依存性誘電体素子の構造の例を示す斜視
図、第２図は同じく温度依存性誘電体素子を加熱
できるように構成した例を示す斜視図である。第
３図は温度依存性誘電体素子の温度−静電容量特
性の一例を示す図、第４図はその相対湿度−抵抗
特性を示す図、第５図はそのガス濃度−抵抗変化
率特性を示す図である。第６図は本発明にかかる
多機能検知装置の一実施例のブロツク図、第７図
はその各部の信号波形図である。 ２……温度依存性誘電体素子、３……ヒータ、
５……クロツク源発振源、６……パルス制御部、
７……抵抗器、８……電圧検出部、９……電圧比
較器。
れる温度依存性誘電体素子の構造の例を示す斜視
図、第２図は同じく温度依存性誘電体素子を加熱
できるように構成した例を示す斜視図である。第
３図は温度依存性誘電体素子の温度−静電容量特
性の一例を示す図、第４図はその相対湿度−抵抗
特性を示す図、第５図はそのガス濃度−抵抗変化
率特性を示す図である。第６図は本発明にかかる
多機能検知装置の一実施例のブロツク図、第７図
はその各部の信号波形図である。 ２……温度依存性誘電体素子、３……ヒータ、
５……クロツク源発振源、６……パルス制御部、
７……抵抗器、８……電圧検出部、９……電圧比
較器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 温度依存性誘電体素子と抵抗器との直列接続
体と、この直列接続体に方形波パルスを印加する
パルス制御部と、ガス検知時に通電され、前記温
度依存性誘電体を加熱するヒータと、前記温度依
存性誘電体素子と抵抗器との分圧電圧と基準電圧
とを比較する電圧比較器と、この電圧比較器の出
力にもとづき過渡時定数を得る時間計測部と、前
記分圧電圧の定常値を検出する電圧検出部と、前
記時間計測部の出力信号によつて温度を求め、前
記電圧検出部の出力信号によつて湿度ならびにガ
ス濃度を求める演算部とを備えたことを特徴とす
る多機能検知装置。 ２ 温度依存性誘電体素子がBa1-xSrxTiO3（ｘ＝
０〜１）、MgTiO3、CaTiO3、KTaO3、
PbHfO3、LiTaO3、LiNbO3、BaZrO3、
CaZrO3、SrZrO3、MgZrO3、PbZrO3、
NaNbO3、KNbO3、ならびにPbTiO3のペロブス
カイト形構造系、スピネル形構造系、パイロクロ
ア形構造系、ホルステライト系、ステアタイト
系、金属単体酸化物系の群から選ばれた少なくと
も一種の金属酸化物系の磁器または膜であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多機能
検知装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6939280A JPS56164949A (en) | 1980-05-23 | 1980-05-23 | Multifunction detector |
| US06/229,185 US4419021A (en) | 1980-02-04 | 1981-01-28 | Multi-functional sensing or measuring system |
| EP81100654A EP0033520B1 (en) | 1980-02-04 | 1981-01-29 | Multi-functional sensing or measuring system |
| DE8181100654T DE3173165D1 (en) | 1980-02-04 | 1981-01-29 | Multi-functional sensing or measuring system |
| CA000369951A CA1158062A (en) | 1980-02-04 | 1981-02-03 | Multi-functional sensing or measuring system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6939280A JPS56164949A (en) | 1980-05-23 | 1980-05-23 | Multifunction detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56164949A JPS56164949A (en) | 1981-12-18 |
| JPS649580B2 true JPS649580B2 (ja) | 1989-02-17 |
Family
ID=13401275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6939280A Granted JPS56164949A (en) | 1980-02-04 | 1980-05-23 | Multifunction detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56164949A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000321229A (ja) * | 1999-05-14 | 2000-11-24 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関用のコーキングセンサ |
| JP2008151617A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | キャパシタンス温度計 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58158550A (ja) * | 1982-03-16 | 1983-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ガス検出装置 |
| JPH048355Y2 (ja) * | 1984-09-12 | 1992-03-03 | ||
| JP3529500B2 (ja) * | 1995-05-31 | 2004-05-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 感湿素子及びその製造方法 |
| JP2008057998A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Kri Inc | 容器包装内の細菌汚染の非破壊検知方法 |
| JP6306626B2 (ja) | 2016-03-09 | 2018-04-04 | 本田技研工業株式会社 | オープンエミッション分析の漏れ検出方法及びオープンエミッション分析装置 |
-
1980
- 1980-05-23 JP JP6939280A patent/JPS56164949A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000321229A (ja) * | 1999-05-14 | 2000-11-24 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関用のコーキングセンサ |
| JP2008151617A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | キャパシタンス温度計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56164949A (en) | 1981-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nenov et al. | Ceramic sensors: technology and applications | |
| Traversa | Ceramic sensors for humidity detection: the state-of-the-art and future developments | |
| US4419021A (en) | Multi-functional sensing or measuring system | |
| EP0013022A1 (en) | Humidity detecting apparatus using a humidity detecting resistor ceramic element | |
| EP0013030B1 (en) | Temperature-humidity detecting apparatus | |
| CA1149485A (en) | Humidity detecting apparatus | |
| Nitta et al. | Multifunctional ceramic sensors: Humidity-gas sensor and temperature-humidity sensor | |
| JPS649580B2 (ja) | ||
| JPH0113531B2 (ja) | ||
| Gusmano et al. | Humidity-sensitive electrical properties of MgAl 2O 4thin films | |
| JPS5832154A (ja) | 湿度検知装置 | |
| EP0086415B1 (en) | Humidity sensitive device | |
| JP6775814B2 (ja) | ガス濃度測定装置 | |
| JP2815125B2 (ja) | 接触燃焼式ガス検知素子 | |
| CA1128675A (en) | Humidity detecting resistor porcelain element and humidity detecting apparatus using the element | |
| US20240288393A1 (en) | Method for operating a semiconductor gas sensor, and semiconductor gas sensor | |
| JPS631538B2 (ja) | ||
| JPS589054A (ja) | 湿度検出装置 | |
| JPS5826641B2 (ja) | 温度・湿度検出素子 | |
| JPH06186193A (ja) | 炭酸ガスセンサ素子および炭酸ガス濃度測定方法 | |
| JP2018017539A5 (ja) | ||
| JPS5925361B2 (ja) | センサおよび温度・湿度検出装置 | |
| JPH0228442Y2 (ja) | ||
| JPS6128934B2 (ja) | ||
| JPH0379802B2 (ja) |