WO1996021146A1

WO1996021146A1 - Detecteur d'humidite

Info

Publication number: WO1996021146A1
Application number: PCT/JP1995/002727
Authority: WO
Inventors: Mitsuteru Kimura; Mituyuki Takeda; Hiroyuki Sato
Original assignee: Tokin Corporation
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1996-07-11
Also published as: CA2184055A1; CA2184055C; EP0749013A1; DE69516274T2; KR100230079B1; EP0749013A4; US5837884A; CN1099590C; CN1142263A; EP0749013B1; KR970701347A; DE69516274D1

Description

明細害湿度センサ技術分野

本発明は，空調器，除湿器，調理器および栽培ハウス等の雰囲気の水蒸気量を検出する湿度センサに関するものである。背景技術

近年，空調器，除湿器，加湿器，調理器，栽培ハウス等での相対湿度，絶対湿度等の^の検出制御の要求が高まつている。この要求に応えるため種々の方式の湿度センサ力、'提案されている。

従来の湿度センサは感湿材の水分吸収による電気特性の変ィ匕を応用した電気抵抗式または静電容量式や，空気中の水蒸気の有無による空気の熱伝導変化を検出する熱伝導式等があるが，熱伝導式は水分の吸収が無、ため長期安定性に優れている。

従来の湿度センサは，第 1図に示すように，抵抗値 R₄，，を有する感温抵抗体 3 1と抵抗値 R_4Tを有する感温抵抗体 3 2 , 固定抵抗体 R₄₁， R₄。， R₄₃, R ,_sによりホイートストンブリッジ回路を構成して，感温抵抗体 3 1， 3 2の熱放散が湿度により変化することを利用して湿度を測定する。ここで，固定抵抗体として白金抵抗のように正 ttの温度特性を持つ感温抵抗体を用いる場合には， R_4Sは '必要は無い。また， R_4Tと R i_Hの —抵抗 ttは等しく， R₄₁と R₄。の抵抗値も等しくなければならない。

上述の湿度センサにおいて，感温抵抗体 3 1は外気中にさらされており，感温抵抗体 3 2は乾燥棼囲気中に封入されている。この時，感温抵抗体 3 1 , 3 2に印加されている電圧 V_4IN により，感温抵抗体 3 1， 3 2に電流力《流れてジユール熱が発生し，周囲温度よりも高くなる。感温抵抗体 3 1， 3 2の温度は，感温抵抗体 3 1 , 3 2に加わる電力と感温抵抗体 3 1 , 3 2の散により決定する。

しかし，外気中に水蒸気が含まれていると水蒸気が含まれていな t、場合に対して水蒸気の熱伝導が作用して熱放散が大きくなる。そのため，感温抵抗体 3 1の温度が感温抵抗体 3 2よりも低くなる。このため固定抵抗 R₄₃の両端に電位差 V _4m]Tが生じる。この現象を利用し大気中の絶対湿度を検出することができる。従来の熱伝導式の湿度センサは，第 2図の組立分解斜視図および図 3の斜視図に示すような構成である。第 2図及び 3を参照して，感温抵抗体 3 1 , 3 2は，アルミナ基板に形成された白金薄膜からなる。感温抵抗体 3 1 , 3 2は，白金薄膜以外でも温度変化により抵抗値が変化する材料で形成しても良い。

従来の熱伝導式の湿度センサを作成する場合には，第 2図および第 3図に示すように，まず感温抵抗体 3 1 , 3 2をそれぞれ異なるステム 3 4に保持台 3 1 4 を介して接着剤による接着か，または溶接等によって固定し，その後ワイヤボンディングにより端子接続をする。感温抵抗体 3 1を固定したステム 3 4に通気孔 3 5を設けたキャップ 3 3 aを溶接でかぶせる。なお，接着剤は，使用温度により無機，有機接着剤を使い分けている。

—方，感温抵抗体 3 2は，一 4 0ての低温にてステム 3 4にキャップ 3 3 bを溶接でかぶせることにより乾燥空気中に封入する。その後，キャップ 3 3 a, 3 3 bをキャップ固定板 3 6に圧入する。続いて，キャップ固定板 3 6の外側に金属ケース 3 1 1をかぶせて，金属カバー 3 1 0を取り付けることにより '湿度センザが完成する。

しかしながら，従来の' Sセンサにおいては， 2個の感温抵抗体を用いており， 2個の感温抵抗体の特性を揃えることが困難なため温度変化による特性変化を小さくすることが難しく，かつ，感温抵抗体の棼囲気の温度分布を一定にするための構成も複雑で低コスト化も困難であるという問題がある。

そこで，本発明の目的は， 1個の感温抵抗体で湿度測定を可能としたものであり，測定雰囲気の温度変化による特性変化が小さく低コスト化できる熱伝導式の湿度センサを提供することにある。発明の開示

本発明によれば，感温抵抗体の熱放散が湿度により変化することを利用して湿度を測定する湿度センサにおいて，前記感温抵抗体を加熱するために設けられたジュール熱により自己発熱する発を有し，前記感温抵抗体を加熱して当該感温抵抗体の温度を一定温度である第 1の温度に制御する加熱制御手段と，前記第 1の温度における前記感温抵抗体の電圧降下に関する出力電圧を出力する電子回路と，前記電子回路の出力電圧値を前記感温抵抗体の雰囲気温度による前記電子回路の出力 ¾E値の変化分に基いて捕正する補正手段とを備えていることを特徴とするセンサ力、'得られる。

ここで，本発明のセンサにおいて，前記加熱制御手段は，前記発熱体に一定時間内に 2種のパルス ¾Εを印加することにより前記感温抵抗体の温度を前記第 1の温度と，前記第 1の温度よりも低い第 2の温度とに切り替える切り替え手段を備え，前記電子回路は，前記感温抵抗体の温度を前記第 2の温度にした時における前記感温抵抗体の電圧降下に関連する出力電圧を出力し，前記補正手段は，前記電子回路の出力特性に基いて，前記感温抵抗体のを前記第 1の温度とした時の前記電子回路の出力電圧値を測定雰囲気の温度の影響を除くように補正することが好ましい。図面の簡単な説明

第 1図は従来の湿度センサの一例を示す回路図である。

第 2図は従来の湿度センサを示す分解斜視図である。

第 3図は従来の湿度センサの要部を示す斜視図である。

第 4図は本発明に係わる湿度センサの一例を示す回路図である。

第 5図は第 4図の湿度センサチップの第 1の例を示す斜視図である。

第 6図は第 4図の湿度センサチップおよびケースを示す斜視図である。

第 7図乃至第 1 2図は第 4図の湿度センサの動作の説明に供せられる図である。第 1 3図は，本発明の湿度センサチップの第 2の例を示す斜視図である。

第 1 4図は第 1 3図の湿度センサチップを示す断面図である。

第 1 5図は，本発明の湿度センサチップの第 3の例を示す斜視図である。

第 1 6図は第 1 5図の湿度センサチップを示す断面図である。

第 1 7図は本発明の実施例における湿度センサチップの第 4の例を示す斜視図である。第 1 8図は第 1 '7図の湿度センサチップを示す断面図である。

第 1 9図は本発明に係わる湿度センサの他の一例を示す回路図である。発明を実施するための最良の形態

次に，本発明を詳細に^するため，添付の図面に従ってこれを説明する。第 1図を参照して，本発明の一例による湿度センサは，発熱体 2も兼ねている抵抗値 Rを備えた感温抵抗体 1を備えている。また， 3つの固定抵抗体 1^， R ₂ , Rg を備えている。但し，固定抵抗体 R₂ = R₃ である。感温抵抗体 1と 3 つの固定抵抗体 , R₂ , R₃ とによって，電子回路であるホイートストンブリッジ回路が構成されている。この湿度センサは，感温抵抗体 1の熱放散が湿度により変ィ匕することを利用して湿度を測定するものである。ホイートストンプリッジ回路の入力端子には，電源装置 3が接続されている。また，ホイートストンブリッジ回路の出力端子には，補正装匿 4が接続されている。この補正装匿 4には，測定棼囲気の温度を検出する温度検出器 5力 <接続されている。この温度検出器 5は，測定雰囲気の温度の情報を補正装置 4に与えるものである。また，電源装置 3は，ジュール熱により自己発熱する発熱体 2を兼ねて L、る感温抵抗体 1に直流電圧を印加して電流と流して感温抵抗体 1を加熱してこの感温抵抗体 1の温度を 3 0 0 以上の一定温度に制御する加熱制御部を構成している。補正装置 4 は，ホイートストンブリツジ回路の出力電圧値を感温抵抗体 1の周囲雰囲気 ¾による出力電圧値 V_Q の変化分に基いて補正して出力 mnifiVi を出力する。まず，本発明の一例による湿度センサの測定原理について詳細に説明する。前記感温抵抗素子 1と感応部の温度は近似的に同じ温度として感温抵抗素子 1の上昇温度 Δ Tは定常状態において，次の数 1式で表される。 a S · Δ Τ = ν_η " /R ( 1 ) ここで，は熱伝達係数であり， Sは湿度感応部の面積や形状による定数であり，は出力電圧であり， Rは感温度抵抗値の抵抗値である。

また，厶 Tは感温抵抗体 1の温度を Tとし，雰囲気温度を T_Q とすると，次の数 2式で表わされる《厶 T = T一 T, ( 2 ) 上記数 1式および数 2式から次の数 3式が成り立つ _c

V₀ = la S (τ-τ₀ ) 1/2

R] ( 3 )

ころで， α · Sは次の数 4式で表わされる _t a - S = 0 - λ … (4 ) ここで， ^は定数であり，スは感温度抵抗体 1の周囲雰囲気の熱伝導率である _c

1 0 0て〜 1 5 0でにおいては熱伝導率; Iは 0〜3 0 0 の湿度範囲では水蒸気の量にほとんど依存しないことが, 純粋空気に水蒸気が混在した系の熱伝導率 Iのこの湿度範囲における水蒸気濃度依存性の理論式からも明らかにされている。つまり，温度 1 0 0 〜 1 5 0でにおける V_Q の値は SJ度によらない。このため，感温抵抗体 1の温度 Tは 1 5 0 以上が必要である。

次に， v₀ をに補正する第 1の補正方法を述べる。

Sの値はサンプルによってバラツキがあるため，例えば，湿度感応部の面積や形による定数が S ' であるサンプルの場合，前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧値を VJJ 'として，次の数 5式の aの値を予め測定する。 = ( S / S ' ) ^U = V0 ZVO ' … （5 ) 次に，この aに VJJ 'を乗ずればサンプル間のバラツキはなくなる。具体的には，基準温度，基準湿度にて基準電圧 V_Q を定めておけば，サンプル毎に基準温度，基準湿度にて ' を測定することで aの値は求められる。

一方， S , T, Rは定数であるので，数 3式および数 5式より，次の数 6式が成り立つ。一厶 = { CR (T-T₀ ) / (a - S) ] ^1/2 · Aa

- [R ·な · SZ (T-T_Q ) ^1/2 · ΔΤ₀ ] } /2 (6) いま， V₀ との関数 f i を次の数 7式のように表わす。

(7) i ^=v"^ki · ^τ( のは，次の数 8式のように表わすことができる <

1/2

Δ f _χ = { [R (T-T₀ ) / (a · S) ] 厶 a

1/2

一 [R a · S/ (T-T_Q ) 厶 ] } /2

ΔΤ (8) "^kl 数 8式において AT_Q の変動によらず△ f ₁ を一定とするためには次の数 9式のように k₁ の値を設定すれば良い。

1/2

k_x =一 [R · SZ (T-T_Q ) ΔΤ₀ ] /2 (9) この場合に， ΙΒΔ f ₁ は次の数 10式で表わされる <

1/2

厶 f = [R (T— Τ_Λ ) / (a · S) ] 厶 a] /2 … (10)

0

T_Q , aの変化が小さいとき Δ は Δ （湿度の関数）のみによる値となる _t 次に第 2の補正方法を述べる。

第 1の補正方法と同様にして，今 f ₉ を次の数 1 1式のように定義する。 f = V — k · T (11)

¹2 ^{v Λ}2 0 k₂ =R · a · Sである場合には， Δ f。は次の数 12式で表わされる c Δ f _Λ = R · S (τ-τ₀ ) ] 1/2 Δ a ( 1 2 )

T_Q , αの変化が小さいとき Δ f ₂ は Δ （湿度の関数）のみによる値となる _{ 補正装置 4は，前述した第 1の補正方法または前述した第 2の補正方法により v₀ をに補正する。

次に，本発明の一例による温度センサについて更に詳細に説明する。

感温抵抗体 1等は，次のように i¾gされている。但し，本発明の一例は，感温抵抗体 1と発熱体 2を同一の素子とした場合について述べる。第 5図を参照して，シリコン基板 6に，例えばスパッタ法で S i 0₂膜 7を 3 m厚に形成する。次に， S i 0₂膜 7の上に薄膜状の白金パターンをスパッタ法で形成した後に，フォトリソグラフィー技術を用いて感温抵抗体 1と温度検出用抵抗体 8とを形成する。この温度検出用抵抗体 8は， SJ¾検出器 5を構成している。更に，感温抵抗体 1の周辺の S i 0₂膜 7をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチング除去し，感温抵抗体 1が S i 0。膜 7の橋架構造体上に位置するように形成する。この感温抵抗体 1とこれを支持している部材は，湿度感応部 9を構成している。さらに，ダイシングソ一等によりカツティングして湿度センサチップ 1 0とする。得られた湿度センサチップ 1 0を第 6図に示すように，ケース 1 1に組み込む。その後に，接続端子をワイヤボンディング等により接続して完成する。感温抵抗体 1は，非常に小型に構成でき時定数を数 m sにできる。感温抵抗体 1の ί¾Κは, 図 4に示す前記電源装置 3により所定の直流電圧をホィートストンブリツジ回路の与えて感温抵抗体 1に所定の電流を流してジユール熱を発生することにより一定値にすることができる。第 7図を参照して，感温抵抗体 1の抵抗一温度特性は， 1対 1に対応する。従って，抵抗値を一定に保つことは， Sを一定に保つことになる。

感温抵抗体 1の温度 Tを一定に保つた時のホイ一トストンブリツジ回路端の出力電圧 V_Q の湿度特性を第 8図および第 9図に示す。第 8図は，感温抵抗体 1の ^¾を4 5 0でとし，棼囲気の温度を 2 0 ， 3 0 V, 4 0で， 5 0てとした場合の出力電圧 —湿度特性を示す。第 9図は，前記感温抵抗体 1の温度を 1 1 0 とし，雰囲気の Sを 2 0 ， 3 0 ， 4 0 V, 5 0 とした場合の出力電圧 —湿度特性を示す。

感度ー感温抵抗体の温度特性の実験結果を第 1図 0に示す。但し，感度 = (出力電圧の変化） / (MSO とした。このため，感温抵抗体 1のは 1 5 0でが必要である。前記出力 ¾EV₀の ¾特性は感温抵抗体 1の温度に依存し，感温抵抗体 1の温度が高いほど感度が大きくなる。

また，感温抵抗体 1の温度が 1 0 0 〜 1 5 0 の時湿度変化に伴う出力電圧の変化はほぼ 0となる。つまり，感温抵抗体 1の温度が 1 0 0 〜 1 5 0 のときの出力電圧は温度によらず, 棼囲気の温度ゃセンサの湿度感応部 9に依存する。このことは，純粋空気に水蒸気が混在した系の熱伝導率のこの湿度範囲における水蒸気濃度依存性の理論式からも明らかにされている。

湿度力一定である時の棼囲気の温度 T_Q による出力電圧 V_Q は棼囲気の温度 T ₀ に対してほぼリニア一に変化し，出力電圧変化率は感温抵抗体 1の温度 Tに依存する。出力電圧変化率（Δ ν/Δ Τ) は，次の数 1 3式で表わされる。

Δ ΥΖΔ Τ = [R · yS · ス (T - T_Q ) ] に … （1 3 ) 但し， βの値が不明なため感温抵抗体 1温度 1 0 0でのときの変化率を 1とする。このとき測定値と計算値を第 1図 1に示す。第 1図 1において，感温抵抗体 1の温度を一定とした測定値（定温駆動測定値）は曲線 Αで表される。また，感温抵抗体 1の温度を一定とした計算値（定温 ,計算値）は曲線 Bで表される。第 1 1図より定温駆動測定値と定温駆動計算値の傾向が略一致することが分かる。出力電圧変化率は感温抵抗体 1の温度が 3 0 0 以上である場合にほぼ一定になるので，感温抵抗体 1の温度を 3 0 0 以上に保持すること力、'望ましい。また, 有機物等のバーユングの面からも，感温抵抗体 1の温度を 3 0 0 にすること力、'望ましい。

以上の理由により，定温度駆動により，あらかじめ測定棼囲気の温度変化による出力電圧 V_Q の変化が予測できるため，棼囲気の温度の情報により出力電圧の補正が可能となる。前述した補正装置 4による補正は，回路でアナログ的に実施してもよく，マイクロコンピュー夕で数値計算して ¾ϋしてもよい。前記補 1∑¾蠹4による補正後の出力電圧一湿度特性を第 1 2図に示す。第 1 2図から，前記補正装置 4による補正後の出力電圧は，湿度を比例していることが分かる。

次に，湿度センサチップ 1 0の他の例を第 1 3図乃至第 1 8図に基いて説明する。

第 1 3図および第 1図 4に示す湿度センサチップ 1 0は， S i 0₂膜 7の上に薄膜の発熱体 2を形成し，この S i 0₂膜 7および発熱体 2の上に薄膜の感温抵抗体 1を形成してなるものであり，その他の構成は，第 2図の例と同じである。すなわち，第 1 3図および第 1 4図に示す湿度センサチップ 1 0は，別々の薄膜の発熱体 2と薄膜の感温抵抗体 1とが一体的に形成されている。

第 1 5図および第 1 6図に示す湿度センサチップ 1 0は，湿度感応部 9がカンチレバー状に形成されている。第 1 7図および第 1 8図に示す湿度センサチップ 1 0は，湿度感応部 9がダイアフラム状に形成されている。

本発明の一例による湿度センサの湿度センサチップ 1 0は，非常に熱容量が小さくでき時定数を数 m s程度にできるため， 1秒間に 5 0 m s程度のパルス駆動にすることにより，低電力化できる。

また，本発明の一例では，感温抵抗体 1と温度検出用抵抗体 8を，前述のように，同一のシリコン基板上に形成することにより，小型化，低コスト化を実現した。

なお，本発明は，ホイートストンブリッジ回路に限定されるものでなく，前記感温抵抗体 1の電圧降下に関する出力電圧を出力する電子回路に適用することができる。

本発明の Uによれば， 1個の感温抵抗体で湿度測定を可能としたものであり，測定雰囲気雖の変化による特性変化が小さく低コスト化できる。

次に，本発明の他の一例による SJSセンサを図面に基いて詳細に説明する。第 1 9図は，本発明の他の一例による湿度センサを示す回路図である。第 1 9 図に示すように，本発明の他の一例による湿度センサは，発熱体 2も兼ねている抵抗値 Rを有する感温抵抗体 1を備えている。また， 3つの固定抵抗体又は

一 R_1H, R₂，及び R₃ を備えている。但し， R₂ = R₃ である。抵抗値 Rを有する感温抵抗体 1と 3つの固定抵抗体 R または R_1H, R₉ , R₃ とでホイートストンプリッジ回路を構成している。感温抵抗体 1の熱放散が湿度により変化することを利用して湿度を測定するものである。ホイートストンブリツジ回路の入力端子には，電源装置 3力接続されている。一方，ホイートストンブリッジ回路の出力端子には，補正装置 4が接続されている。この補正装置 4には，測定雰囲気の温度を検出する温度検出器 5が接続されている。この温度検出器 5は，測定棼囲気の温度の情報を補正装置 4に与えるものである。

電源装置 3と固定抵抗体 R₂， R₃が直列に接続されている。電源装置 3と感温抵抗体 1との間には，固定抵抗体 R , R_1Hが並列にスィツチ Sを介して接続されている。このスィッチ Sは，切替制御装置 S Cにより動作が制御される。切替制御装置 S Cは，前記固定抵抗体 R または R_1Hを所定時間ごと電源装置 3に接続するようにスィツチ Sの動作を制御する。

電源装置 3は，スィッチ Sを介して前言温抵抗体 1に電圧を印加して電流を流してジュ一ル熱を発生して前記感温抵抗体 1を次のように，所定の温度にするものである。スィッチ Sが固定抵抗体 R_1Hを電源装置 3に接続している時に，たとえば数十 m sの短い所定時間だけ感温抵抗体 1の温度を 3 0 0て以上の第 1の mとし，かつ，前記スィッチ Sカ涸定抵抗 ftR^を電源装置 3に接続している時に，たとえば数十 m sの短い所定時間だけ 1 0 0て〜 1 5 0の第 2の温度とするように設定されている。補正装置 4は，感温抵抗体 1の figを第 2の温度にした時の前記ホイ一トストンブリツジ回路の出力特性に基いて感温抵抗体 1の温度を第 1の温度とした時の前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧値 v_H を補正して出力電圧値エを出力する。

感温抵抗体 1に数十 m sだけ電流を流すことにより，感温抵抗体 1の温度を 3 0 0 °CJ U:の第 1の^とし，かつ， 1 0 0 〜 1 5 0の第 2の温度とすることができることは，実験により確認されている。

まず，本発明の他の一例による涵度センサの測定原理を説明する。

感温抵抗体 1と湿度感応部の温度は近似的に同じ温度として感温抵抗体 1の上昇温度 Δ Τは定常状態において，前述した数 1式で表される。また， Δ Τは感温

0 一抵抗体 1のを Tとし，雰囲気を TJJ とすると，前述した数 2式で表わされる。前述した数 1式および数 2式から，数 3式が成り立つ。ここで，な * Sは数 4式で表わされる。までは，前述した ¾センサの"^と同じである。ここで， 100で〜 150でにおいては熱伝導率; Iは 0〜300 g/m° の湿度範囲では水蒸気の量にほとんど依存しないことが，純粋^に水蒸気が混在した系の熱伝導率 λのこの S範囲における水蒸気濃度依存性の理論式からも明らかにされている。つまり，温度 100て〜 150でにおける V_Q の値は湿度によらない。

このため，温度 150で以上での出力電圧を V_H とし温度を T„ とし，かつ，温度 100て〜 150てでの出力電圧を V_L とし温度をとすると，によ

り湿度 Hを除く雰囲気温度 Τ₀ や '®¾感応部の形状効果 S等の情報が得られこの時の状態を基準にして更に高温 Τ„ (例えば 450 ）における J¾Hの測定カ^!能となる。

次に， v_H をエに補正する第 1の補正方法を述べる。

出力電圧 V_H , V, は次の数 14式および数 15式で表わされる。

V_H = [ H . S . (T_H -T₀ ) - R_H ] ^1/2 〜（14) ここで， α„ は温度 Τ_Η における αであり， Τ_Η は一定に保たれてので， α„ は湿度 Ηのみの関数， R_fl は温度 T_H における Rである。

^VL = [ · ^δ · (^T _L -T() ) - ^RL ^] … ⁵) ここで，は温度 7^における aであり，は温度 1^ における Rである ₍

Sの値はサンプルによってバラツキがあるため，例えば，湿度感応部のや形状による定数が S' であるサンプルの場合，前記ホイートストンブリッジ回路の出力を V_L 'として，次の数 16式の aの値を予め測定する。 a= (SZS ') ^1/2 =V_L /V_L … （16) この aの値にを乗ずればサンプル間のバラツキはなくなる。具体的には, v_L ' の値は湿度によらないので基準温度にて基準電圧 v_Lを定めておけば，サンプル毎に基準 fiJ¾にて V_L ' を測定することで aの値は求められる。

数 5および数 6において， S, T_H , R_H , a_L , Ύ_λ , R_L は定数であるから， AV_H およは次の数 17式および数 18式で表わされる。

S · R

^VH = ^al (τ_Η -τ₀ ) ] 1/2

= [a_u · S · R τ_Η (ΐ-τ₀) κτ_Η] 1/2 (17)

V_L = [a 1/2

L ^S ' (^TL - ^TG ) - ^RL ^]

= La S · R T_L (1

し L τ₀ ZT_{L )} ] 1/2 (18) 数 17式および数 18式において， T_Q ΖΤ_Η および Τ₀ Ζΐ 力く 1より非常に小さい場合には，次の数 19式および数 20式のように表される。

V_u = [α, S · R, 1/2 [1— T_n / (2T_n ) ] … (19)

H

V_L = ["_L . S . R 1/2

L ^TL ] [1 -T_Q / (2T_L ) ] … （20) いま， V_H との関数 fェを次の数 21式のように表わす c

fl =^VH -^kl *^VL (21) この場合に， f j 力次の数 22式の条件を満たすと， 1^ の変化による ^ の変化が最小になる ₍

δ f

丄= 0 (22)

6T

0 数 19式と数 20式および数 22式から次の数 23式が導き出される < δ f

( _α · S · R_n · Τ_π ) 1/2

2 T 'Η

L

k. 1/2

2 Τ L S · R L ^TL ) (23)

Η この数 22式力、'成り立つようにを設定すると，は次の数 24式のように表される。

kl = [ (^an · ^Rl T_L ) Z _L . R L τ_{Η )} ] 1/2

(24) の場合に， f₁ は次の数 25式のように表される。

= [ (a_u .R_D ·Τ,し ) ΖΤ_Π〕

Η ^1/2 (T Η_D -T1_? ) (25) この数 2 5式から， f ₂ は TJJ によらないことが分かる。

次に，第 2の補正方法を述べる。

第 1の補正方法と同様にして， V_H と ² の関数 f ₂ を次の数 26式のように表わす。

f2 ^=V —^k2 ·^Τ( (26) この場合に， f ₂ が次の数 27式の条件を満たすと，の変化による f_n の変化が最小になる。 δ

=0 (27)

6T_t 数 2 6式および数 2 7式から次の数 28式が導き出される <

一 δ

1=— a

δΎ ^αΗ · S .^RH ^+k2 L S . R_L =0 (28) この数 28式が成り立つように k₂ を設定すると， k₂ は次の数 29式のように表される。 k₀ = (α„ Η · R Η_n ) χ (α L ^RL ) (29) の場合に， foは次の数 30式のように表される <

= a

H S · R, (^TH -^TL ) (30) この数 30式から， f ₀ はによらないこと力《分かる。

補正装置 4は，前記感温抵抗体 1の温度を 100°C〜150 の第 2の温度にした時の前記ホイートストンブリッジ回路の出力特性に基いて，前記第 1の補正方法または第 2の補正方法により，前記感温抵抗体 1の温度を 300で以上の第 1の温度とした時の前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧値 v_H を補正する 0

次に，本発明の他の一例に係わる湿度センサについて，更に，具体的に説明する。感温抵抗体 1等は，先の本発明の一例と同様なので，その製造方法等については，説明を省略する。感温抵抗体 1も，第 1の例によるものと同様に，非常に小型に構成でき時定数を数 msにできる。このため，前記感温抵抗体 1は， 1秒 '間に 2つの異なる温度に発熱させ，かつ，冷却することが可能である。

感温抵抗体 1の温度は，第 19図に示す前記電源装置 3により所定の直流電圧を前記ホイ一トストンブリツジ回路の与えて感温抵抗体 1に所定の電流を流してジュ一ル熱を発生することにより所定値にすることができる。前言己感温抵抗体 1 の抵抗一温度特性は，第 4図に示すように 1対 1に対応するので，抵抗値を一定に保つことは，温度を一定に保つことになる。

また，第 2の例において，感温抵抗体の温度特性は，第 7図と同様な結果が得られている。出力電圧 v_Hの湿度特性は感温抵抗体 1の温度に依存し，感温抵抗体 1の温度力高いほど感度が大きくなる。

湿度が一定である時の雰囲気の温度 τ₀ による出力電圧 ν_Η は雰囲気の M¾T

₀ に対してほぼリニア一に変化し，出力電圧変化率は感温抵抗体 1の温度 τ„に依存する。出力電圧変化率（ΔνΖΔ Τ) は，次の数 3 1式で表わされる。

△ V 厶 T = [R · yS · (T_H - T_Q ) ] ^1/2 …（3 1 ) 但し， S力《不明なため感温抵抗体 1温度 1 0 0でのときの変化率を 1とする。この時の測定値と計算値は，図 1 1と同様な結果力得られている。

また，第 1の例と同様な理由により，定温度 ΙΚ»により，あらかじめ測定棼囲気の温度変化による出力 MffVjjの変化が予測できるため，棼囲気の温度のおよび前記感温抵抗体 1の温度を 1 0 0で〜 1 5 0での第 2の JKにした時の前記ホイ一トストンブリッジ回路の出力特性に基いて，補正装置 4は第 1の補法または第 2の補正方法により出力 V„の補正が可能となる。

以上，説明したように，本発明の第 2の例においても， 1個の感温抵抗体で湿度測定を可能としたものであり，測定棼囲気 S¾の変化による特性変化が小さく低コスト化できる。産業上の利用の可能性

以上の説明のように，本発明の湿度センサは， 1個の感温抵抗体で湿度測定を可能としたものであり，測定雰囲気温度の変化による変化が小さく低コスト化でき，空調器、除湿器、調理器や栽培ハウス等の雰囲気の水蒸気量の測定に用いることができる。

Claims

請求の範囲

1. 感温抵抗体の熱放散が湿度により変化することを利用して' J¾を測定する湿度センサにおいて，

前記感温抵抗体を加熱するために設けられたジュール熱により自己発熱する発熱体を有し，前記感温抵抗体を加熱して当該感温抵抗体の温度を一定温度である第 1の温度に制御する加熱制御手段と，

前記第 1の温度における前記感温抵抗体の電圧降下に関する出力電圧を出力する電子回路と，

前記電子回路の出力電圧値を前記感温抵抗体の雰囲気温度による前記電子回路の出力電圧値の変化分に基いて補正する補正手段と

を備えていることを特徴とする湿度センサ。

2. 請求項 1記載の J¾センサにおいて，前記電子回路は，前記感温抵抗体を含むホイートストーンブリッジ回路を備えていることを特徴とする湿度センサ。

3. 請求項 1記載の Sセンサにおいて，前記感温抵抗体と前記発熱体とは, 薄膜からなり，かつ，一体的に形成されていることを特徴とする祖度センサ。

4. 請求項 1記載のセンサにおいて，前記感温抵抗体と前記発熱体とは, 薄膜からなる同一の素子で形成されていることを特徴とする湿度センサ。

5. 請求項 1記載の湿度センサにおいて，前記第 1の^は 3 0 0 以上であることを特徴とする湿度センサ。

6. 請求項 1記載の S¾センサにおいて，前記加熱制御手段は，前記発熱体に一定時間内に 2種のパルス電圧を印加することにより前記感温抵抗体の SJ¾を前記第 1の温度と，前記第 1の温度よりも低い第 2の S¾とに切り替える切り替え手段を備え，前記電子回路は，前記感温抵抗体の温度を前記第 2の温度にした時における前記感温抵抗体の電圧降下に関連する出力電圧を出力し，前記補正手段は，前記電子回路の出力特性に基いて，前記感温抵抗体の温度を前記第 1の温度とした時の前記電子回路の出力電圧値を測定棼囲気の温度の影響を除くように補正することを特徴とする湿度センサ。

7. 請求項 6記載の' ¾センサにおいて，前記感温抵抗体と前記発熱体とは，

6 一薄膜からなり，か，一体的に形成されていることを特徴とする湿度センサ。

8. 請求項 6記載の S¾センサにおいて，前記感温抵抗体と前記発熱体とは, 薄膜からなる同一の素子で形成されていることを特徴とする湿度センサ。

9. 請求項 6記載のセンサにおいて，前記電子回路は，前記切り替え手段によって，前記感温抵抗体への前記 2種のパルス電圧による印加電圧を変化させる 2種の抵抗部を備えていることを特徴とする湿度センサ。

1 0. 請求項 6記載の湿度センサにおいて，前記補正手段は，測定棼囲気の ί¾¾情報を与える温度検出器と，前記測定雰囲気の温度情報に基づいて前記出力電圧値の補正を行う補正装置とを備えていることを特徴とする湿度センサ。

1 1. 請求項 6記載の SJSセンサにおいて，前記加熱制御手段は，前言 a¾温抵抗体を加熱して前記第 1の温度と前記第 2の温度とにするための前記 2種のパルス電圧を出力する電源装置を備えていることを特徴とする度センサ。

1 2. 請求項 6記載の湿度センサにおいて，前記第 2の温度は， 1 0 0〜1 5 0ての範囲内の一定¾¾であることを特徴とする湿度センサ。