JPH06109678A

JPH06109678A - 湿度検出回路

Info

Publication number: JPH06109678A
Application number: JP28071692A
Authority: JP
Inventors: Toyoaki Ueki; 豊昭植木; Yoshihiko Sasaki; 嘉彦佐々木
Original assignee: Marcon Electronics Co Ltd
Current assignee: Marcon Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-09-26
Filing date: 1992-09-26
Publication date: 1994-04-22

Abstract

(57)【要約】【目的】相対湿度／出力電圧特性の直線性に優れ、且
つ、十分な温度補償機能を有する高精度の湿度検出回路
を提供する。【構成】湿度変化に応じてインピーダンスが変化する
湿度センサ１と、湿度センサの出力を対数変換するため
の対数変換手段２と、演算増幅回路３とを備える。対数
変換手段２と直列または並列に電流調整手段４を接続し
て変換回路５を形成する。湿度センサ１の出力を演算増
幅回路３の反転入力端子に接続すると共に、変換回路５
を演算増幅回路３の反転入力端子と出力端子の間に接続
する。または、湿度センサ１の出力を演算増幅回路３の
非反転入力端子に接続すると共に、変換回路５を演算増
幅回路３の非反転入力端子に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湿度変化に対してほぼ
直線的に変化する出力電圧が得られるような湿度検出回
路に係り、特に、その温度補償機能を向上するための技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような湿度検出回路として
は、例えば、特公昭６１−６１６２８号公報に記載の技
術が存在している。この湿度検出回路は、湿度変化に応
じてインピーダンスが変化する湿度センサと、湿度セン
サの出力を対数変換するダイオードとを有し、ダイオー
ドの順方向電流と電圧の関係及びその温度依存性を利用
して、湿度センサの出力を対数変換し、同時に、温度補
償を行うように構成したものである。このような湿度検
出回路は、例えば、図９に示すように構成される。

【０００３】すなわち、図９に示す湿度検出回路は、湿
度センサ１と、ダイオード２、及び演算増幅回路３を備
えている。そして、湿度センサ１は、信号入力端子１１
と演算増幅回路３の反転入力端子との間に接続され、ダ
イオード２は、演算増幅回路３の反転入力端子と出力端
子の間に接続されている。また、演算増幅回路３の非反
転入力端子は接地されている。なお、図中１２は湿度検
出回路の出力を示している。

【０００４】次に、このような構成を有する図９の湿度
検出回路の作用を、特に、温度補償の観点から説明す
る。図９に示すように、信号入力端子１１の入力電圧値
をｅ_i＝１０Ｖ、湿度センサ１の抵抗値をＲ_H、ダイオ
ード２の順方向電圧値をｖ_f、出力電圧値をｅ_oとすれ
ば、ダイオード２が導通している時の出力電圧値ｅ
_oは、演算増幅回路３の反転入力端子の電圧が０Ｖにな
るため、次の式（１）のように表される。

【０００５】

【数１】ｅ_o＝−ｖ_f … 式（１）さらに、ダイオード２の順方向電流値をｉ_f、逆方向飽
和電流値をｉ_s、絶対温度をＴ、ボルツマン定数をｋ、
電子の電荷をｑとした場合には、前記の式（１）は次の
式（２）のように表される。

【０００６】

【数２】ここで、ダイオード２の順方向電流値ｉ_fと湿度センサ
１を流れる電流値は等しいので、次の式（３）が得られ
る。

【０００７】

【数３】ｉ_f＝ｅ_i／Ｒ_H … 式（３）また、図２は、５℃、２５℃、４５℃の各温度における
湿度センサ１の相対湿度特性の一例を示す特性図であ
る。ここで、図９の湿度センサ１が図２の特性を有する
ものとすれば、図２から、各温度における一定の湿度に
対する湿度センサ１の抵抗値Ｒ_Hが得られる。例えば、
２５℃における湿度センサ１の抵抗値Ｒ_H及びダイオー
ド２の順方向電流値ｉ_fを、湿度３０％ＲＨ、５０％Ｒ
Ｈ、７０％ＲＨ、９０％ＲＨについて具体的に求める
と、図２及び式（２）から、次の表１の値が得られる。

【０００８】

【表１】

【０００９】さらに、図３は、５℃、２５℃、４５℃の
各温度におけるダイオード２の順方向の電流／電圧特性
の一例を示す特性図である。ここで、図９のダイオード
２が図３の特性を有するものとすれば、前記の表１のダ
イオード２の順方向電流値ｉ_fに対応するダイオード２
の順方向電圧値ｖ_fは、図３から次の表２のように決定
される。

【００１０】

【表２】

【００１１】なお、前記の表１のダイオード２の順方向
電流値ｉ_fに対応するダイオード２の順方向電圧値ｖ_f
は、前記の式（２）及び式（１）から求めることもでき
る。例えば、温度２５℃で湿度３０％ＲＨにおけるダイ
オード２の順方向電圧値ｖ_fを求める場合には、前記の
式（２）から、次の式（４）が得られる。

【００１２】

【数４】ここで、ｉ_s＝１ｍＡ、ｉ_f＝０．０４６ｍＡとする
と、前記の式（２）から、［ｅ_o＝−４５５．６（ｍ
Ｖ）］となる。従って、前記の式（１）から、［ｖ_f＝
−ｅ_o＝４５５．６（ｍＶ）］が得られる。この値４５
５．６（ｍＶ）は、前記の表２の対応する値０．４５５
（Ｖ）とほぼ一致する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の式
（１）から、湿度検出回路の出力電圧値ｅ_oは、表２に
示すダイオード順方向電圧値ｖ_fの符号を反転させた値
となる。図９に示すような従来の湿度検出回路における
ダイオードの相対湿度／出力電圧特性を、例えば、温度
２５℃の場合についてグラフ化すれば、図４の（ａ）に
破線で示す特性曲線になる。本来、湿度検出回路の出力
電圧は、湿度変化に対して直線的に変化する直線性を有
することが必要であるが、図４の（ａ）に示す従来の湿
度検出回路の特性曲線は、湿度が高くなるほど傾きが緩
くなる形で、下に凸となっており、直線性が低いという
欠点がある。

【００１４】また、図９に示すような従来の湿度検出回
路の温度特性を、例えば、湿度７０％ＲＨの場合につい
てグラフ化すれば、図４の（ｂ）に破線で示す特性曲線
になる。本来、湿度が一定の時は、その出力電圧は、温
度に関わらず、一定でフラットな特性曲線とならなけれ
ば、精度の高い湿度検出を行うことはできないが、図４
の（ｂ）に示す従来の湿度検出回路の特性曲線は、右上
がりになっている。これは、回路の温度補償が不完全な
ためであり、これも従来回路の欠点である。

【００１５】以上のように、従来の湿度検出回路におい
ては、湿度センサの特性をダイオードによって直接対数
変換しているため、相対湿度／出力電圧特性の直線性が
悪くまた、湿度センサの温度特性とダイオードの温度特
性とが完全に相殺されないので、温度補償が不完全であ
るという欠点がある。

【００１６】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解消するために提案されたものであり、その目的は、
相対湿度／出力電圧特性の直線性に優れ、且つ、十分な
温度補償機能を有する高精度の湿度検出回路を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による湿度検出回
路は、湿度変化に応じてインピーダンスが変化する湿度
センサと、この湿度センサの出力を対数変換するための
対数変換手段と、演算増幅回路とを備えた湿度検出回路
において、対数変換手段と直列または並列に電流調整手
段を接続して変換回路を形成し、この変換回路を前記演
算増幅回路の反転入力端子と出力端子の間、または非反
転入力端子に接続したものである。すなわち、請求項１
の発明は、湿度センサの出力を演算増幅回路の反転入力
端子に接続すると共に、対数変換手段と直列または並列
に電流調整手段を接続して変換回路を形成し、この変換
回路を演算増幅回路の反転入力端子と出力端子の間に接
続したことを特徴としている。また、請求項２の発明
は、湿度センサの出力を演算増幅回路の非反転入力端子
に接続すると共に、対数変換手段と直列または並列に電
流調整手段を接続して変換回路を形成し、この変換回路
を演算増幅回路の非反転入力端子に接続したことを特徴
としている。

【００１８】この場合、対数変換手段としては、一般的
にダイオードを使用することが可能であるが、ダイオー
ドの代わりに、ＰＮ接合部を有する半導体素子を使用す
ることも可能である。また、電流調整手段としては、抵
抗単体、サーミスタ単体を使用することが可能である
が、さらに、抵抗及びサーミスタを含む抵抗網を使用す
ることが可能である。

【００１９】

【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は次の
通りである。すなわち、まず、対数変換手段に接続され
た電流調整手段を流れる電流によって、対数変換手段の
順方向電圧に電流調整手段両端の電圧を加算（電流調整
手段を直列に接続した場合）したり、あるいは、対数変
換手段の順方向電流を減少させて順方向電圧を低下（抵
抗を並列に接続した場合）させたりできるため、単に対
数変換手段のみを使用した場合に比べて、より優れた直
線性を有する出力が得られる。

【００２０】また、前記のように、対数変換手段に接続
された電流調整手段を流れる電流によって、対数変換手
段の順方向電圧に電流調整手段両端の電圧を加算した
り、順方向電圧を低下させたりできるため、単に対数変
換手段のみを使用した場合に比べて、より良好な温度特
性を有する出力が得られる。

【００２１】

【実施例】以下には、本発明による湿度検出回路の複数
の実施例に関して、図面を参照して具体的に説明する。

【００２２】（１）第１実施例…図１図１は、本発明による湿度検出回路の代表的な一実施例
（第１実施例）を示す回路図であり、特に、請求項１の
発明の代表的な一実施例を示している。この第１実施例
の湿度検出回路は、湿度変化に応じて抵抗値Ｒ_Hが変化
する湿度センサ１と、この湿度センサ１の特性を対数変
換するためのダイオード（対数変換手段）２と、演算増
幅回路３、及び、抵抗（電流調整手段）４を備えてい
る。この場合、湿度センサ１は、信号入力端子１１と演
算増幅回路３の反転入力端子との間に接続されている。
また、ダイオード２と抵抗４とは直列に接続されて、図
中一点鎖線で示すような変換回路５を形成しており、演
算増幅回路３の反転入力端子と出力端子の間に接続され
ている。さらに、演算増幅回路３の非反転入力端子は接
地されている。なお、図中１２は湿度検出回路の出力を
示している。

【００２３】ここで、湿度センサ１及びダイオード２と
しては、それぞれ図２及び図３に示すような特性を有す
る湿度センサ及びダイオードを使用している。そして、
湿度センサ１の抵抗値をＲ_H、抵抗４の抵抗値をＲ＝１
５Ωとし、また、信号入力端子１１による入力電圧値を
ｅ_i＝１０Ｖ、出力電圧値をｅ_oとし、さらに、ダイオ
ード２の順方向電圧値をｖ_f、順方向電流値をｉ_fとす
る。

【００２４】このような構成を有する本実施例において
は、前述の従来例と同様に、ダイオード２の順方向電流
値ｉ_fと湿度センサ１を流れる電流値は等しいので、前
述の式（３）から、出力電圧値ｅ_oは、次の式（５）に
よって表される。

【００２５】

【数５】ｅ_o＝−（ｖ_f＋Ｒｉ_f） … 式（５）次に、以上のような本実施例の回路の相対湿度／出力電
圧特性に関する作用効果について説明する。すなわち、
まず、前記の式（５）において、例えば、５０％ＲＨ以
下などの湿度の低い領域では、湿度センサ１の抵抗Ｒ_H
が大きい。すなわち、前記の表１に示すように、湿度５
０％ＲＨで抵抗値Ｒ_H＝９０ｋΩ、湿度３０％ＲＨで抵
抗値Ｒ_H＝１５００ｋΩである。そして、このように湿
度センサ１の抵抗値Ｒ_Hの大きい低湿領域においては、
前記の式（３）から、ダイオード２の順方向電流値ｉ_f
が小さくなり、前記の式（５）における右辺のＲｉ_f項
の値が無視可能な程度に小さくなる。従って、このよう
な低湿領域において、回路の出力電圧値ｅ_oは、ほぼダ
イオード２の順方向電圧値ｖ_fの符号を反転させた値
（−ｖ_f）に等しくなる。言い換えれば、本実施例の湿
度検出回路の出力電圧値ｅ_oは、低湿領域においては、
前記の式（１）から得られる。

【００２６】これに対し、例えば、７０％ＲＨ以上など
の高湿領域では、湿度センサ１の抵抗値Ｒ_Hが小さくな
る。すなわち、前記の表１に示すように、湿度７０％Ｒ
Ｈで抵抗値Ｒ_H＝１１ｋΩ、湿度９０％ＲＨで抵抗値Ｒ
_H＝２．０ｋΩである。そして、このように湿度センサ
１の抵抗値Ｒ_Hの小さい高湿領域においては、前記の式
（３）から、ダイオード２の順方向電流値ｉ_fが大きく
なり、前記の式（５）における右辺のＲｉ_f項の値が無
視できない程度に大きくなる。従って、このような高湿
領域において、回路の出力電圧値ｅ_oは、前記の式
（５）で表されるため、前記の式（１）で表される値よ
りも低くなる。

【００２７】以上のように、従来の回路において、出力
電圧値ｅ_oが全湿度範囲にわたって前記の式（１）で表
されたのに比べて、本実施例の回路においては、高湿領
域における出力電圧値ｅ_oは、前記の式（５）で表され
る高湿領域で表され、従来回路よりも低くなる。そし
て、例えば、本実施例の湿度検出回路の具体的な相対湿
度／出力電圧特性を、温度２５℃の場合についてグラフ
化すれば、図４の（ａ）に実線で示す特性曲線になる。
この図４の（ａ）から明らかなように、本実施例の湿度
検出回路の特性曲線は、従来の湿度検出回路の特性曲線
に比べて、高湿領域においても低湿領域とほぼ等しい傾
きを示しており、直線性が高くなっている。

【００２８】続いて、本実施例の回路の温度特性に関す
る作用効果について説明する。すなわち、図２に示すよ
うに、温度が高いほど湿度センサ１の抵抗値Ｒ_Hは低く
なり、温度が低いほど湿度センサ１の抵抗値Ｒ_Hは高く
なる。従って、前記の式（５）のダイオード２の順方向
電流値ｉ_fは、温度が低いほど小さくなり、温度が高い
ほど大きくなる。このため、高温における本実施例の湿
度検出回路の出力電圧値は、従来の湿度検出回路の出力
電圧値よりも低くなる。そして、例えば、本実施例の湿
度検出回路の具体的な温度特性を、湿度７０％ＲＨの場
合についてグラフ化すれば、図４の（ｂ）に実線で示す
特性曲線になる。この図４の（ｂ）から明らかなよう
に、本実施例の湿度検出回路の特性曲線は、従来の湿度
検出回路の特性曲線に比べて、高温領域においても、右
上がりになることなく、ほぼ一定でフラットな特性曲線
になっている。従って、本実施例においては、回路の温
度補償が良好に行われていることがわかる。

【００２９】（２）他の実施例…図５〜図８図５乃至図８は、本発明による他の実施例を示す回路図
である。これらの各実施例において、基本的構成は、前
記第１実施例と同様の部分が多いため、以下には、説明
の簡略化の観点から、各実施例の特徴的な構成について
のみ説明する。

【００３０】まず、図５は、対数変換手段として２個の
ダイオード２ａ，２ｂを使用し、互いに逆向きとなるよ
うに並列に接続した実施例（第２実施例）を示してお
り、他の構成については、前記第１実施例と同様に構成
されている。

【００３１】次に、図６は、本発明による湿度検出回路
の別の代表的な一実施例（第３実施例）を示す回路図で
あり、特に、請求項２の発明の代表的な一実施例を示し
ている。すなわち、図６の湿度検出回路において、湿度
センサ１は、信号入力端子１１と演算増幅回路３の非反
転入力端子との間に接続されている。そして、対数変換
手段としては２個のダイオード２ａ，２ｂが使用され、
互いに逆向きとなるように並列に接続され、抵抗４と直
列に接続されて変換回路５を形成している。この変換回
路５は、そのダイオード２ａ，２ｂ側の端部で演算増幅
回路３の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗４側
の端部で接地されている。他の構成については、前記第
１実施例と同様に構成されている。

【００３２】続いて、図７は、対数変換手段としてダイ
オード２の代わりにＰＮ接合部を有する半導体素子６を
使用した実施例（第４実施例）を示しており、他の構成
については、前記第１実施例と同様に構成されている。
また、図８は、対数変換手段として２個のダイオード２
ａ，２ｂを使用し、互いに逆向きとなるように並列に接
続すると共に、電流調整手段として、抵抗４及びサーミ
スタ７を並列に接続し、これらの２つの並列接続を直列
に接続して、演算増幅回路３の反転入力端子と出力端子
の間に接続した実施例（第５実施例）を示しており、他
の構成については、前記第１実施例と同様に構成されて
いる。

【００３３】以上のような第２実施例乃至第５実施例に
ついても、前記第１実施例と同様の作用効果が得られ
る。すなわち、従来に比べて、相対湿度／出力電圧特性
の直線性を向上でき、且つ、十分な温度補償機能が得ら
れる。また、前記各実施例において、ダイオードの向き
を逆にしても、同様の作用効果が得られることは明らか
である。なお、本発明においては、前記の各実施例以外
にも、具体的構成の異なる多種多様の実施例を構成可能
であり、同様に優れた作用効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、対数変換手段と電流調整手段を直列または並列に接
続して変換回路を形成し、この変換回路を演算増幅回路
の反転入力端子と出力端子の間または非反転入力端子に
接続することにより、従来に比べて相対湿度／出力電圧
特性の直線性に優れ、且つ、十分な温度補償機能を有す
る高精度の湿度検出回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による湿度検出回路の代表的な一実施例
（第１実施例）を示す回路図。

【図２】図１、図５〜図９の湿度検出回路に使用する湿
度センサの、５℃、２５℃、４５℃の各温度における相
対湿度特性の一例を示す特性図。

【図３】図１、図５〜図７、図９の湿度検出回路に使用
するダイオードの、５℃、２５℃、４５℃の各温度にお
ける順方向の電流／電圧特性の一例を示す特性図。

【図４】従来の湿度検出回路（図９）と本発明の湿度検
出回路（図１）の温度特性及び相対湿度／出力電圧特性
を、湿度４０％ＲＨ、５０％ＲＨ、７０％ＲＨ、９０％
ＲＨの各場合についてグラフ化した温度特性特性曲線を
示す特性図（ａ）及び相対湿度／出力電圧特性を示す特
性図（ｂ）。

【図５】本発明による湿度検出回路の第２実施例を示す
回路図。

【図６】本発明による湿度検出回路の別の代表的な一実
施例（第３実施例）を示す回路図。

【図７】本発明による湿度検出回路の第４実施例を示す
回路図。

【図８】本発明による湿度検出回路の第５実施例を示す
回路図。

【図９】従来の湿度検出回路の一例を示す回路図。

【符号の説明】

１…湿度センサ２，２ａ，２ｂ…ダイオード（対数変換手段）３…演算増幅回路４…抵抗（電流調整手段）５…変換回路６…ＰＮ接合部を有する半導体素子（対数変換手段）７…サーミスタ（電流調整手段）１１…信号入力端子１２…出力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湿度変化に応じてインピーダンスが変化
する湿度センサと、この湿度センサの出力を対数変換す
るための対数変換手段と、演算増幅回路とを備えた湿度
検出回路において、前記湿度センサの出力を前記演算増幅回路の反転入力端
子に接続すると共に、前記対数変換手段と直列または並
列に電流調整手段を接続して変換回路を形成し、この変
換回路を前記演算増幅回路の反転入力端子と出力端子の
間に接続したことを特徴とする湿度検出回路。
【請求項２】湿度変化に応じてインピーダンスが変化
する湿度センサと、この湿度センサの出力を対数変換す
るための対数変換手段と、演算増幅回路とを備えた湿度
検出回路において、前記湿度センサの出力を前記演算増幅回路の非反転入力
端子に接続すると共に、前記対数変換手段と直列または
並列に電流調整手段を接続して変換回路を形成し、この
変換回路を前記演算増幅回路の非反転入力端子に接続し
たことを特徴とする湿度検出回路。
【請求項３】前記対数変換手段として、ダイオードま
たはＰＮ接合部を有する半導体素子を使用したことを特
徴とする請求項１または２に記載の湿度検出回路。
【請求項４】前記電流調整手段として、抵抗、サーミ
スタ、またはサーミスタを含む抵抗網を使用したことを
特徴とする請求項１または２に記載の湿度検出回路。