JPS649581B2 - - Google Patents

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JPS649581B2
JPS649581B2 JP6189580A JP6189580A JPS649581B2 JP S649581 B2 JPS649581 B2 JP S649581B2 JP 6189580 A JP6189580 A JP 6189580A JP 6189580 A JP6189580 A JP 6189580A JP S649581 B2 JPS649581 B2 JP S649581B2
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JP
Japan
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humidity
signal
pulse
sensing element
circuit
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JP6189580A
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Japanese (ja)
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JPS56157844A (en
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Shigeki Tsucha
Nobuaki Myagawa
Tooru Sugawara
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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
    • G01N27/121Investigating 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 for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は湿度検出回路に係り、特に湿度により
抵抗値が指数関数的に変化する感湿素子を用いて
湿度検出を行う湿度検出回路に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a humidity detection circuit, and more particularly to a humidity detection circuit that detects humidity using a humidity sensing element whose resistance value changes exponentially depending on humidity.

一般に湿度によつて抵抗値が変化する抵抗式感
湿素子は、抵抗値が湿度に対して指数関数的に変
化するので、このような感湿素子を用いて湿度検
出する場合、温度補償および経時変化補償を行つ
た後の出力として湿度に対して直線的に変化する
出力が得られる湿度検出回路であることが望まし
い。また、従来からブリツジを用いた高抵抗測定
装置があるが、これは出力としてアナログ信号が
得られるものであり、マイクロコンピユータを使
用した制御回路に直結される湿度検出回路として
は、出力がデイジタル信号であることが好まし
い。
In general, resistance-type humidity-sensing elements whose resistance value changes depending on humidity change exponentially with humidity, so when detecting humidity using such a humidity-sensing element, temperature compensation and aging are required. It is desirable that the humidity detection circuit is capable of obtaining an output that changes linearly with respect to humidity as an output after performing change compensation. Additionally, there is a high resistance measuring device that uses a bridge, but this outputs an analog signal, whereas a humidity detection circuit that is directly connected to a control circuit using a microcomputer outputs a digital signal. It is preferable that

なお、温度により容量が変化する温度検出素子
を用いて温度をデジタル信号で出力するようにし
たものに特開昭54−21789号公報で提案されたも
のがある。
Note that there is a device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 54-21789 that outputs temperature as a digital signal using a temperature detection element whose capacitance changes depending on temperature.

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、相対湿度によつて抵抗値が指
数関数的に変化する感湿素子を用いても出力が相
対湿度に対して直線的に変化し、かつ、デイジタ
ル信号とすることができる湿度検出回路を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to provide an output linearly with respect to relative humidity even if a humidity sensing element whose resistance value changes exponentially depending on relative humidity is used. An object of the present invention is to provide a humidity detection circuit that can change and generate a digital signal.

本発明の特徴は、パルス発生器からのパルス信
号を微分する微分回路と、この微分回路で得られ
た微分波の信号と相対湿度により抵抗値が指数関
数的に変化する感湿素子とコンパレータと、この
コンパレータに入力する上記微分波の振幅と直流
信号の比が上記感湿素子の抵抗値に比例または反
比例するようにし、上記微分波のレベルと上記直
流信号のレベルの比較から相対湿度の変化に対し
時間幅が直線的に変化するパルスが得られる対数
変換回路と、上記パルスの時間幅を計測する時間
幅計測回路とで湿度検出回路を構成した点にあ
る。
The present invention is characterized by a differentiation circuit that differentiates a pulse signal from a pulse generator, a humidity sensing element whose resistance value changes exponentially depending on the differential wave signal obtained by this differentiation circuit, and relative humidity, and a comparator. , the ratio of the amplitude of the differential wave input to this comparator and the DC signal is made to be proportional or inversely proportional to the resistance value of the humidity sensing element, and the change in relative humidity is determined from the comparison of the level of the differential wave and the level of the DC signal. The humidity detection circuit is comprised of a logarithmic conversion circuit that can obtain a pulse whose time width changes linearly, and a time width measurement circuit that measures the time width of the pulse.

以下本発明を第1図、第3図、第4図に示した
実施例および第2図を用いて詳細に説明する。
The present invention will be explained in detail below with reference to the embodiments shown in FIGS. 1, 3, and 4, and FIG.

第1図は本発明の湿度検出回路の一実施例を示
す回路図で、第2図は第1図の各部信号のタイム
チヤートである。第1図において、1はパルス発
生器で、パルス発生器1によつて発生されたパル
ス信号A〔第2図のa〕は、コンデンサ2と抵抗
器3とによつて構成される微分回路によつて微分
され、第2図bに示す微分波の信号Bとなる。こ
の微分波の信号Bは、抵抗器4を通して増幅器6
の反転入力端子に入力される。5は湿度によつて
抵抗値が指数関数的に変化する抵抗式感湿素子
で、感湿素子5は、増幅器6の出力側から反転入
力端子への帰還回路の中に接続してある。したが
つて、感湿素子5には時間軸に対して対称な波形
を持つ微分波の信号が加わることになり、感湿素
子5に起りがちな直流電圧印加による分極の結果
生ずる劣化をなくすことができる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the humidity detection circuit of the present invention, and FIG. 2 is a time chart of signals of various parts in FIG. In FIG. 1, 1 is a pulse generator, and a pulse signal A [a in FIG. 2] generated by the pulse generator 1 is sent to a differentiating circuit constituted by a capacitor 2 and a resistor 3. Therefore, it is differentiated, resulting in a differential wave signal B shown in FIG. 2b. This differential wave signal B is passed through a resistor 4 to an amplifier 6.
is input to the inverting input terminal of Reference numeral 5 denotes a resistance type humidity sensing element whose resistance value changes exponentially depending on humidity, and the humidity sensing element 5 is connected in a feedback circuit from the output side of the amplifier 6 to the inverting input terminal. Therefore, a differential wave signal having a waveform symmetrical with respect to the time axis is applied to the humidity sensing element 5, thereby eliminating deterioration that occurs as a result of polarization due to DC voltage application, which tends to occur in the humidity sensing element 5. I can do it.

いま、パルス発生器1から発生されたパルス信
号の電圧振幅をV0とすると、第2図bに示す微
分波の信号Aの正の電圧部分VBは、 VB=V0exp(−t/RC) …(1) ここに、C;コンデンサ2の静電容量 R;抵抗器3の抵抗値 で表わされる。抵抗器4の抵抗値をR0、感湿素
子5の抵抗値をRXとすると、増幅器6によつて
(1)式で表わされる微分波の信号は、次のように増
幅される。
Now, assuming that the voltage amplitude of the pulse signal generated from the pulse generator 1 is V 0 , the positive voltage portion V B of the differential wave signal A shown in FIG. /RC) ...(1) Here, C: the capacitance of the capacitor 2, and R: the resistance value of the resistor 3. If the resistance value of resistor 4 is R 0 and the resistance value of moisture sensing element 5 is R
The differential wave signal expressed by equation (1) is amplified as follows.

VC=(RX/R0)V0exp(−t/RC) …(2) この第2図cに示す出力VCは、定電圧入力端
子7に定電圧VTが入力させてあるコンパレータ
8によつて、定電圧VTと比較される。(2)式で表
わされる出力VCが立ち上つてVTまで減衰するま
での時間をTとすると、 VT=(RX/R0)V0exp(−T/RC) …(3) となる。したがつて、 T=RCln(RX)+A …(4) ここに、 A=RCln(V0/R0VT …(5) 一般に抵抗式感湿素子5では、相対湿度Hと抵抗
値RXとの関係は、 RX=Bexp(−αH) …(6) ここに、B、α;感湿素子5によつて決まる常
数 となつている。(6)式を(4)式に代入すると、 T=−αRCH+D …(7) ここに、 D=RClnB+A …(8) (7)式において、αRCおよびDは定数であるから、
相対湿度Hの変化に対してTは直線的に変化する
ことがわかる。
V C = ( R _ A comparator 8 compares it with a constant voltage V T . Letting T be the time from when the output V C rises to attenuates to V T expressed by equation (2), V T = (R becomes. Therefore, T = RCln ( R The relationship with X is R Then, T=-αRCH+D...(7) Here, D=RClnB+A...(8) In equation (7), αRC and D are constants, so
It can be seen that T changes linearly with respect to changes in relative humidity H.

コンパレータ8からは、第2図dに示す時間幅
Tのパルスが発生され、この信号に応じて時間T
の間だけゲート9が開き、その間ゲート9を第2
図eに示す水晶発振器10からの一定周期のパル
ス信号Eが通過し、通過した第2図fに示すパル
ス信号Eのパルス数が計数回路11で計数され
る。12は計数回路11を時間幅Tに含まれるパ
ルス数を計数するように制御する制御回路であ
る。
The comparator 8 generates a pulse with a time width T shown in FIG.
Gate 9 is opened only during
A pulse signal E of a constant period from the crystal oscillator 10 shown in FIG. Reference numeral 12 denotes a control circuit that controls the counting circuit 11 to count the number of pulses included in the time width T.

上記した本発明の実施例によれば、微分波の信
号Aが感湿素子5の抵抗値に比例して増幅され、
この増幅された信号Cが所定のレベル以上にある
時間幅Tのパルスを得て、この時間幅Tを時間T
内にゲート9を通過する一定周期のパルス信号E
のパルス数から計測するようにしているから、感
湿素子5の抵抗値が相対湿度Hに対して指数関数
的に変化しても、相対湿度Hに比例した信号を得
ることができ、しかも、デイジタル信号として得
ることができる。したがつて、マイクロコンピユ
ータを使用した制御回路に直結する場合に好適で
ある。しかも、回路構成は簡単である。また、感
湿素子5に直流電圧が印加されないから、分極に
よる劣化の問題を生じることがない。
According to the embodiment of the present invention described above, the differential wave signal A is amplified in proportion to the resistance value of the humidity sensing element 5,
Obtain a pulse with a time width T in which this amplified signal C is at a predetermined level or higher, and convert this time width T into a time T
A pulse signal E with a constant period passes through the gate 9 within
Since the measurement is made from the number of pulses of It can be obtained as a digital signal. Therefore, it is suitable for direct connection to a control circuit using a microcomputer. Moreover, the circuit configuration is simple. Further, since no DC voltage is applied to the humidity sensing element 5, there is no problem of deterioration due to polarization.

第3図、第4図は本発明の他の実施例を示す回
路であり、第1図と同一部分は同じ符号で示し、
ここでは説明を省略する。第3図、第4図におい
ては、微分波の信号のレベルは固定しておき、こ
れと比較すべきパルス状の電圧のレベルを抵抗式
感湿素子5の抵抗値に応じて変化させるようにし
てある。
3 and 4 are circuits showing other embodiments of the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The explanation will be omitted here. In FIGS. 3 and 4, the level of the differential wave signal is fixed, and the level of the pulsed voltage to be compared with this is changed according to the resistance value of the resistive moisture sensing element 5. There is.

第3図において、13は定電流源、14はパル
ス発生器1からの信号に応じて同じ波形のパルス
信号を抵抗式感湿素子5に供給するゲートであ
る。感湿素子5にパルス信号を印加するのは、感
湿素子5の分極による劣化をできるだけ少なくす
るためである。いま、定電流の大きさをiとする
と、感湿素子5の定電流源13側の電位、すなわ
ち、比較電圧V′Tは、 V′T=iRX …(9) となる。一方、微分波の信号の波形は(1)式で表わ
される。V′Tと微分波の信号が交わる時間幅を
T′とすると、 iRX=V0exp(−T′/RC) …(10) となる。これより、 T′=RCln(V0/RC) …(11) 感湿素子5の抵抗値RXが(6)式で表わされるとす
ると、(11)式からわかるように、この場合も相対湿
度Hに対してT′が直線的に変化する。以下の動
作は第1図と同じである。このようにしても効果
は同一である。
In FIG. 3, reference numeral 13 indicates a constant current source, and reference numeral 14 indicates a gate that supplies a pulse signal having the same waveform to the resistive moisture sensing element 5 in accordance with the signal from the pulse generator 1. The reason why a pulse signal is applied to the humidity sensing element 5 is to minimize deterioration of the humidity sensing element 5 due to polarization. Now, assuming that the magnitude of the constant current is i, the potential of the humidity sensing element 5 on the constant current source 13 side, that is, the comparison voltage V' T is V' T = iR X (9). On the other hand, the waveform of the differential wave signal is expressed by equation (1). The time width when V′ T and the differential wave signal intersect is
When T′, iR X =V 0 exp(−T′/RC)…(10). From this, T'=RCln( V 0 /RC)...(11) If the resistance value R T' changes linearly with humidity H. The following operations are the same as in FIG. Even if this is done, the effect is the same.

第4図においては、比較電圧VTを抵抗式感湿
素子5と定抵抗器15との分圧によつて与えるよ
うにしてある。感湿素子5の抵抗値をRX、抵抗
器15の抵抗値をR0、パルス発生器1から発生
されるパルス信号の電圧振幅をV0、増幅器16
の増幅率をβとすると、RX≫R0のときの比較電
圧V″Tは、 V″T=βV0R0/(RX+R0) βV0R0/RX …(12) となる。この比較電圧V″Tと(1)式で表わされる微
分波の信号とが交わる時間をT″とすると、 βV0R0=V0exp(−T″/RC) …(13) となる。これより、 T″=RCln(V0RX/βV0R0) =RClnRX+E …(14) ここに、E;常数 となる。感湿素子5の抵抗値RXが(6)式で表わさ
れるとすると、(14)式よりT″は相対湿度Hに対
して直線的に変化することがわかる。以下の動作
は第1図と同じである。このようにしても効果は
同一である。
In FIG. 4, the comparison voltage V T is provided by dividing the voltage between the resistance type moisture sensing element 5 and the constant resistor 15. In FIG. The resistance value of the humidity sensing element 5 is R x , the resistance value of the resistor 15 is R 0 , the voltage amplitude of the pulse signal generated from the pulse generator 1 is V 0 , and the amplifier 16
When the amplification factor of is β , the comparison voltage V T when R Become. If the time at which this comparison voltage V″ T intersects with the differential wave signal expressed by equation (1) is T″, then βV 0 R 0 =V 0 exp(−T″/RC) (13). From this, T''=RCln(V 0 R X /βV 0 R 0 ) = RClnR If the resistance R is the same as .The effect is the same even if it is done this way.

以上説明したように、本発明によれば、相対湿
度によつて抵抗値が指数関数的に変化する感湿素
子を用いても出力が相対湿度に対して直線的に変
化し、また、デイジタル信号とすることができ、
しかも、感湿素子の経時変化を少なくすることが
できるという効果がある。
As explained above, according to the present invention, even if a humidity sensing element whose resistance value changes exponentially depending on the relative humidity is used, the output changes linearly with the relative humidity, and the digital signal can be,
Moreover, there is an effect that the deterioration of the moisture sensitive element over time can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の湿度検出回路の一実施例を示
すブロツク図、第2図は第1図の各部信号の波形
図、第3図、第4図は本発明の他の実施例を示す
ブロツク図である。 1……パルス発生器、2……コンデンサ、3…
…抵抗器、5……感湿素子、6……増幅器、8…
…コンパレータ、9……ゲート、10……水晶発
振器、11……計数回路、13……定電流源、1
4……ゲート。
Fig. 1 is a block diagram showing one embodiment of the humidity detection circuit of the present invention, Fig. 2 is a waveform diagram of various signals of Fig. 1, and Figs. 3 and 4 show other embodiments of the present invention. It is a block diagram. 1...Pulse generator, 2...Capacitor, 3...
...Resistor, 5...Moisture sensing element, 6...Amplifier, 8...
... Comparator, 9 ... Gate, 10 ... Crystal oscillator, 11 ... Counting circuit, 13 ... Constant current source, 1
4...Gate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 相対湿度により抵抗値が指数関数的に変化す
る感湿素子を用いて湿度検出を行なうものにおい
て、パルス発生器からのパルス信号を微分する微
分回路と、該微分回路で得られた微分波の信号と
前記感湿素子とコンパレータと、該コンパレータ
に入力する前記微分波の振幅と直流信号の比が前
記感湿素子の抵抗値に比例または反比例するよう
にし、前記微分波のレベルと前記直流信号のレベ
ルの比較から相対湿度の変化に対し時間幅が直線
的に変化するパルスが得られる対数変換回路と、
前記パルスの時間幅を計測する時間幅計測回路と
よりなることを特徴とする湿度検出回路。 2 前記対数変換回路が微分波の信号を感湿素子
の抵抗値に比例するように増幅する増幅回路と該
増幅回路の出力信号を入力とする該出力信号が所
定レベル以上となる時間幅のパルスを出力するコ
ンパレータとより構成してある特許請求の範囲第
1項記載の湿度検出回路。 3 前記対数変換回路がパルス発生器からのパル
ス信号を微分した微分波の信号が前記パルス信号
の電圧レベルを感湿素子の抵抗値に応じて変化さ
せた電圧レベル以上となる時間に比例した時間幅
のパルスを出力するコンパレータより構成してあ
る特許請求の範囲第1項記載の湿度検出回路。
[Claims] 1. In a device that detects humidity using a humidity sensing element whose resistance value changes exponentially depending on relative humidity, there is provided a differentiating circuit that differentiates a pulse signal from a pulse generator, and a differentiating circuit that differentiates a pulse signal from a pulse generator. The obtained differential wave signal, the humidity sensing element, a comparator, and the ratio of the amplitude of the differential wave input to the comparator and the DC signal are proportional or inversely proportional to the resistance value of the humidity sensing element, and the differential wave a logarithmic conversion circuit that obtains a pulse whose time width changes linearly with a change in relative humidity by comparing the level of the DC signal with the level of the DC signal;
A humidity detection circuit comprising a time width measurement circuit that measures the time width of the pulse. 2. An amplifier circuit in which the logarithmic conversion circuit amplifies the differential wave signal in proportion to the resistance value of the humidity sensing element, and a pulse having a time width such that the output signal of the amplifier circuit is inputted and the output signal is at a predetermined level or higher. 2. The humidity detection circuit according to claim 1, further comprising a comparator that outputs the humidity. 3. A time proportional to the time during which the differential wave signal obtained by differentiating the pulse signal from the pulse generator by the logarithmic conversion circuit becomes equal to or higher than the voltage level obtained by changing the voltage level of the pulse signal according to the resistance value of the moisture sensing element. 2. The humidity detection circuit according to claim 1, comprising a comparator that outputs a pulse having a certain width.
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