JPS59204742A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、雰囲気中の水蒸気量ずなわぢ湿度を電気的に
検出する湿度検出装置に係るもので、特に直線性の良好
な出力信号を得ることができる湿度検出装置に関する。

吸着水のイオン伝導度を測定するようにした湿度検出装
置は一般的に知られている。公知の湿度検出装置におい
ては、その測定上の原理故に、出力特性は相対湿度に対
し、対数的に直線（ないしは略直線〉となるため、一般
的な使用のためには直線出力に変換するための別の増幅
回路を設ける必要があった。

上記の点に鑑みて本発明は、直線出力特性を有する簡便
な構成の湿度検出装置を提供することを目的とする。

さらに本発明は、特別な交流電源を必要とせず直流電源
で駆動することが可能なタイプの湿度検出装置を提供す
ることも目的とする。

以下本発明を実施例に従って説明する。第１図は第１実
施例の断面構造図で、符号１は樹脂製キャップを表わす
。このキャンプ１は複数の通気孔１ａを有し、感湿部８
に雰囲気が出入りできる通気室ＩＡをなしている。この
通気室ＩＡは外光は極力はいりこまない様にしである。

キャンプ１は中間ホルダ２に対して螺着もしくは圧入に
て固定され、感湿部８が移動しない様に保持する保持体
をなしている。

５は光検知部であって、中間ホルダ２に形成された遮光
室ＩＢにおさえリング４によりホルダ２の内空部に固定
される。また光検知部５は光電測定手段をなすものであ
って、発光素子５ａ（本実施例では発光ダイオードを用
いた）と受光素子５ｂ　（フォトトランジスタを用いた
）を一体化したものであって、リード端子５Ｃを有する
。６はリードワイヤであって、一端６ａは端子５Ｃに接
続され、他端は表示部７に接続される。中間ホルダ２は
下部ホルダ３゛と螺着等によって固定されている。

第２図は本実施例に用いられる回路図の例で、点Ａは電
源入力端子（たとえば＋５Ｖ）、Ｂは出力端子、Ｃは基
準電圧端子、Ｅは接地端子、Ｒ１は発光ダイオード５ａ
の電流を規定する抵抗、Ｒ２は出力光電流を電圧に変換
する抵抗、Ｒ３、Ｒ４は基準電圧を作る抵抗、７Ａは、
端子Ｂ、！：Ｃの間の電圧を測定する電圧針である。

第３図は感湿体８の構成例を示す。ここで感湿体８は活
性炭素繊維紙からなり、この拡大模式断面図において、
８ａは基体をなすセルロース繊維、８ｂは調色体をなす
活性炭素繊維を示す。なお、図中破線は感湿部８の表面
を示す。図示しないが、この感湿体８には吸湿剤として
塩化リチウム（ＬｉＣβ）を適量含浸処理しである。

感湿体８はシール状物であって、セルロース繊維８ａは
通常紙の原料として使われるものと同等である。また、
活性炭素繊維８ｂは線径３〜２０μｍ、、繊維長２〜８
ｆｉ程度のものを用いた。感湿体８の厚さく１）は、０
．０５鶴〜０．２ｍ程度とした。大きさく広さ）は丸３
顛から丸１００ｍ＋ｘ（角Ｌｏｏｍｍ）程度まで任意に
作ることが可能であるが、本実施例では６龍〜１０１Ｉ
Ｉ１１の円形とした。

この感湿体８の製造方法は、セルロース繊維を抄いて和
紙を作る（抄紙）工程とまったく同様である。つまり、
本発明に於ては、セルロース繊維８ａと活性炭素繊維８
ｂとをｆｉ量混合し、それを抄紙することによって非常
に容易に製作できる。

この場合、大型紙（例えば１ｍ角）を抄紙し、それを裁
断して所定の寸法の感湿体８を作ってもよい。なお大型
紙の状態で、塩化リチウムを含浸した後、裁断するのが
工程上好ましい。塩化リチウムの含浸は２．５重量％水
溶液によって含浸したが、同濃度アルコール溶液を用い
てもよい。なお、必要によりこのアルコール溶液にＰＶ
Ｂ等の接着剤含ませることにより、塩化リチウムの保持
を強くすることができる。

混抄割合〔活性炭素繊維の重量／（セルロース＋活性炭
素繊維）〕は２．５％〜４０％程度まで用いることが可
能であったが、出力特性や感湿部の強度の点から、５％
〜２５％程度とした。

こうして作られた感湿体８と光検知部５との距離は０．
５顛〜１０＋ｕの任意の位置が可能であったが、出力特
性の点から１１〜２龍程度とした。

次に上記構成なる第１実施例の作動を説明する。

第４図は第１図に示した実施例につき、湿度−出力特性
を示すものである。ここで出力とはフォトトランジスタ
５ｂの出力であって、第２図に示す端子Ｂと接地との電
位差である。第４図に示す如く、本発明の湿度センサの
出力は従来になく直接性を有し、また精度的にも±２％
と良好である。

また、第２図に示した如く、抵抗Ｒ３とＲ４を調整して
、端子Ｃの電位を例えば１．２５Ｖにして、端子Ｂ、Ｃ
間の電位差を計測すると、相対湿度１％ＲＨ当り０．Ｏ
ＩＶの出力が表示部７に入力するので、通常の電圧針で
容易に相対湿度を直読できることが理解される。

第５図は検出原理を示す模式図であって、第５図（Ａ）
に示す低湿度（相対湿度３０％ＲＨ）の時、含浸されて
いる塩化リチウムは自重の２倍程度の湿分を吸湿してい
る。この程度の湿分では、わずかにセルロース繊維８ａ
をしめらず程度である。この時、発光素子５ａより光を
あてると、活性炭素繊維８ｂは黒色であるから光をほと
んど散乱させないが、セルロース繊維８ａは表面の凹凸
がはげしいので光は乱反射（散乱）されて白く見える。

その結果、全体としては、灰色に見える。

一方、第５図ＣＢ）に示す高湿度（９０％ＲＨ）になる
と、塩化リチウムは自重の１０倍もの湿分を吸湿するの
で、その湿分はセルロース繊維８ａの表面に付着し、水
膜Ｗを形成する。するとセルロース繊維の表面は見掛は
上なめらかとなって光を乱反射することはなくなり、光
を透過させるセルロース繊維本来の色（無色透明）とな
る。その結果全体としては、活性炭素繊維の黒色となる
。

以上の様に、吸湿剤としての塩化リチウム、湿気の付着
により見掛は上の表面粗さの度合が変化し白色−透明と
変化するように表面に凹凸をもったセルロース繊維、お
よび安定に黒色な活性炭素繊維の作用によって、湿度に
応じて感湿体８の色変化が行なわれる。この場合におい
て、受光素子５ｂの出力が直線的である理由、すなゎぢ
、湿度と色変化（散乱率の変化）が直線的である理由は
、湿度と塩化リチウムの吸湿特性、および、感湿部８に
用いた、活性炭素繊維紙の吸湿と散乱の特性によって決
定される。本実施例において、前述の如く、混抄割合を
５％〜２５％とすることにより容易に直線性が得られた
。

感湿体の厚さく１）は、応答性を迅速にする為には、よ
り薄い方が望ましく、前述の様に０．０５１１ＩＩ１１
〜０．２鮪が好ましいが、とりわけ０．１８前後である
のが、強度上とも、がん案すればより好ましい。

吸湿剤としては、塩化リチウム以外の無機塩類（塩化カ
ムシウム等）や吸湿性高分子等なんでも良い。塩化リチ
ウムを用いる場合は、含浸量は感温部全重量の３％〜１
８％程度か好ましい。ちなみに、実施例の２．５％水溶
液で含浸した場合には重量割合で６％〜９％程度であっ
た。重量割合３％以下では、感度が不十分であり、１８
％以上では、高湿（相対湿度９８％ＲＨ）には、吸５量
が非常に大きくなって、感湿部８に保持じきれなくなり
、滴下して、出力特性が変化してしまった。

また上記の如（、高湿時の保水量の大きさの点からも、
紙状物（不織布）が好ましいことゐ（理解される。

＄６図は本発明の第２実施例を示し、第１実施例との相
違は、感湿部を保持するために、−筒型の保持器９を設
けたこ・とである。感湿体８は保持器９の第１部分９Ａ
の凹部に載置され、凹部９Ａの開孔部分を介して、光検
出部５に面する。保持器９の第２部分９Ｂは第１部分９
Ａと共に感湿部８を固定すると同一にその筒状の構造に
よって通気孔１ａより侵入する外乱光をさえぎり、湿度
測定の精度を向上させる。また、外乱光の影響をさらに
少なくする為に、キャップ１の内面１ｂを黒色塗装する
とさらに好ましい。さらに、受光素子５ｂには発光素子
５ａの発光特性に対応する光フィルタを用いてもよい。

保持器９　（９Ａ、９Ｂ）は樹脂を用いて構成される。

感湿体８に含浸した吸湿剤（塩化リチウム等）は一般に
活性が高く、金属類を腐食させ、その結果、センサの耐
久性が著しく劣化する。そこで、感湿体８を金属類と接
触させない様に、樹脂製の保持器９で保持した。さらに
、腐食を防止する為に、キャップ１のばかホルダ２．３
等も樹脂製とすることが好ましい。

第７図は本発明の第３実施例を示す。感湿部１０は、セ
ルロース繊維のみからなる通常紙に適量の塩化リチウム
を含浸した紙状物である。キャンプ１の内面は、光を吸
収しやすい様に、吸光部ＩＣを有し、黒色塗装をほどこ
す。湿度測定の原理はおおむね第１実施例と同様である
が、感湿部１０が通常紙である為に、湿度による自身の
色変化はあまりない。ところが、第５図にて説明した如
く、セルロース繊維は、低湿−高湿の変化によって、白
色→透明と変化する。

しかして、感湿部１０が透明であると、光検知部は、そ
の遠方つまり、キャンプ１の吸光部ＩＣの色を検知する
こととなり、結果的には、低湿時は感湿体８の白色を、
高湿時は吸光部１ｃの黒色を検知し、第１実施例と同様
の出力を得ることが出来る。なお、第３実施例ではセル
ロース繊維を用いたが、これに換えてナイロン繊維、ポ
リビニルアルコール繊維あるいはこれらの混合物等を用
いた不織布でも同様の結果を得た。これらはセルロース
繊維と同様に、本来は透明であるが、表面の凹凸の為に
光の散乱により白色に見える繊維だからであり、他の繊
維でも、同様なものるま通用できる。

第８図は第４実施例であり、第３実施例（第７図）との
相違は、感湿体１１が多孔質セラミ・ツク（本実施例で
はコージェライトを用いた）番こ塩化リチウムを含浸し
たことである。動作原理ｉよ第３実施例と同様であって
、本実施例では、低湿特番こ多孔質セラミックが白色で
あるのに対し、高湿時に塩化リチウムが吸湿すると、多
孔質セラミこ水ＩＮが生成され透明には、後方の吸光部
ＩＣを検知する。その他の動作は第３実施例と同様であ
る。なお、感湿部１１の厚さは、感度および応答性の点
から、Ｑ−、ｌ　ｍないしはそれ以下が好ましムへ〇ま
た、多孔質セラミックに吸湿剤（塩化リチウム）を含浸
すること、および高湿時（９８％Ｒ−Ｈ以上）の耐久性
の向上の点から多孔質セラミ・ツクの吸水率（吸水重量
／セラミ・ツク自重）は極力、大きし）ことが好ましい
。ところが、強度的には吸水率（すなわち気孔率とも言
える）は小さい方が良し１ことから、これら両面から吸
水率としては２０％〜６０重量％程度が好ましい。

第９図は第５実施例を示し、第４実施例とのヰ目違は、
感湿体１２として、片面に凸凹を有した板ガラス（スリ
ガラス）に吸湿剤として塩化１）チウムを塗布したこと
である。また、光検知部を発光素子５ａと受光素子５ｂ
とに分離し適度な角度をもって傾斜させたこと、および
湿度設定器１３と利用装置として加湿器１４を設けたこ
ともヰ目違する。

まず、作動の原理については、はぼ第４実施仔１１と同
様であるが、本実施例では、片面スフツガラスの表面部
分の凹凸を利用するものであって、（低湿時には、凹凸
部の散乱による白色を検知し、高湿時には、吸湿した塩
化リチウムが、凹凸部Ｇこ水ＩＩＩを形成し、感湿体１
２は透明となるので、背着麦の吸光部ＩＣの黒色を検知
する。また、これらの検知の精度を向上させる為に、発
光部５ａと受光音ト５ｂを分離し、適度の傾斜を設けた
。

本実施例の場合、感湿体１２は第１＝第４実施例と異な
り、透気性がないので、凹凸面を通気孔ｌａ側に臨ませ
る必要がある。また、スリガラスの最大保水量は比較的
小さいので、高湿（９８％ＲＨ等）にさらすのは極力さ
けねばならない。

湿度設定器１３は第２図に示した回路と同等の構成によ
って、湿度を検知し、この出力があらかじめ設定された
湿度よりも、低ければ、加湿器１４を作動させ、高けれ
ば、加湿器１４を停止させるものである。こうした空気
湿度の制御は従来周知の方法と同等であり、加湿器１４
に換えて、除湿器を用いた湿度制御にも利用できるのは
、もち論である。

以上の実施例に述べた様に、本発明の湿度センサは、湿
度表示や湿度制御に用いて便な湿度センサであるが、本
発明の基本概念は実施例のみにとどまるものではないの
は、もち論である。

たとえば、第１、第２実施例では、感湿部８として、セ
ルロース繊維８ａと活性炭素繊維８ｂとを混抄して得ら
れる活性炭素繊維紙を用いたが、セルロース繊維８ａに
換えて、ナイロン繊維やポリビニルアルコール繊維等を
用いても良い。すなわち、本来は透明であるが、表面の
凹凸による光の散乱によって白色に見える繊維であれば
良い。

また、活性炭素繊維８ｂに換えて、炭素繊維や金属繊維
等、本来有色や繊維であれば良い。ただ実験によれば、
白色とのコントラスト比、及び抄紙の容易さからは、活
性炭素繊維を用いるのが最も簡便でよい。

さらには、第３実施例に於ては、吸湿剤を含浸した通常
紙の感湿部１０と、背後の吸光部１ｃとのコントラスト
を用いたが、第１０図に示す様に白色紙１５ａと黒色紙
１５ｂとを、はり合せ、これに吸湿剤を含浸した感湿体
１５を用いてもよい。

同様に第４実施例でも、白色セラミックと有色セラミッ
クをはり合せて用いてもよい。

また、第５実施例では、スリガラスを用いたがこれに換
えて、透明樹脂（たとえば透明アクリル）の片面に凹凸
処理（シコソト加工）をほどこし、これに吸湿剤を塗布
してもよい。

すなわち、本来透明である物質が表面凹凸によって光の
乱反射を行うものならなんでも良く、必要により吸湿剤
を含浸または、塗布し、これが、低高湿の変化に対し、
透明度の変化をするものならなんでも良い。ここで凹凸
の大きさは１１〜０゜５鶴の任意とすることができるが
、最小値を光の波長（約１μｍ）とし、最大値は吸湿剤
である塩化リチウム水溶液を含浸できる程度（約２００
μｍ）とするのが好ましい。前記の実施例では、製作上
の都合を考慮し、それぞれの凹凸の大きさはセルロース
繊維が１μｍ〜２０μｍ１その他の繊維が１μｍ〜４０
μｍ１コージエライト（セラミック）が２μｍ〜５０μ
ｍ、板ガラスが２０μｍ〜２００μｍとして実験した結
果好結果を得ている。

また、各実施例では発光手段としては、発光ダイオード
を用いたが、これに換えて、白色ランプ、等いかなる光
源を用いても良いが、発熱の有無・小型・寿命の点から
は、発光ダイオードが最も好ましい。必要に応じ光ファ
イバと組合せて使用可能である。発光ダイオードの光の
波長は、可視域０．４μｍ〜μｍ外域１．２μｍまで、
いずれの波長を用いても良い。

また、第２図の回路では、発光ダイオードを直流駆動さ
せたが、従来周知の方法によりパルス駆動させて、外乱
光に対する測定精度をさらに向上させても良いが、この
場合には回路がやや複雑となる。

また、受光手段としてはフォトトランジスタを用いたが
、太陽電池・フォトダイオード・Ｃ，ｄＳ等いかなる受
光素子を用いても良いが、それ自身増幅能力を有し、後
の回路処理が簡単となる。フォトトランジスタが、最も
好ましい。

また、発光部と受光部は一体としてもよいし、分離して
も良い。さらにはシート状の感湿体を中央にして両側面
に分離させて配置しても良い。この場合は、白色（光を
カット）−透明（光を透過）との変化を検知することに
なるが、測定精度直線性及び構造上複雑で大きくなるの
で、この点においては実験例の如く、発光部と受光部と
を感湿部に対し、同一側に設置し、他方側を外気に通じ
させた方が良い。こうすることにより、外気側から侵入
する、ホコリ等が感湿部に付着しても測定上はとんど影
響を受けない、つまりホコリに強くなるという利点をも
持つこととなる。

以上に説明した様に、本発明の湿度センサは本来は透明
であるが、表面凹凸によって光の乱反射を行う物質に吸
湿側を保持させ、これと本来からの有色物質とのコント
ラストを発光・受光素子で検知することにより、従来周
知のイオン電導を利用するセンサと異なって、湿度に対
して直線出力特性を有し、直流電源起動が出来、しかも
簡便、安価で信頼性の高い湿度センサであり２．さらに
は簡単な測定回路を用いることが出来るという優れた効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面構造図、第２図
は電気回路の構成例を示す回路図、第３図は感湿体の構
成例を示す拡大模式断面図、第４図は湿度−出力特性図
、第５図（Ａ）、（Ｂ）は検出原理を低湿時と高湿時と
に分けて説明する拡大模式図、第６図は本発明の第２実
施例を示す断面構造図、第７図は本発明の第３実施例を
示す断面構造図、第８図は本発明の第４実施例を示す断
面構造図、第９図は本発明の第５実施例を示す断面構造
図、第１０図は感湿体の変形を示す断面図である。 １．２・・・保持体をなすキャップと中間ホルダ。 ５・・・光電測定装置をなす光検知部、８・・・感湿体
。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 第　１　図 第２図 第３図 籾ｎ↓度　χＲ１−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）湿気の付着により見掛は上の表面粗さの度合が変
   化する程度に微小な凹凸を有した光学的に透明な材料を
   含んで構成された感湿体と、この感湿体を雰囲気との通
   気性を保って保持する保持体と、 前記感湿体における上記凹凸を有した材料の光学的透明
   度の変化に応答する光−電測定手段と、を備えてなる湿
   度検出装置。 （２）前記感湿体が、前記凹凸を有した光学的に透明な
   基体と適当量の吸湿体とからなっている特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 （３）前記感湿体が、前記凹凸を有した光学的に透明な
   基体と有色材料からなる調色体と適当量の吸湿剤とから
   なる特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （４）前記感湿体における前記調色体が、黒色である特
   許請求の範囲第３項に記載の装置。 記載の装置。 （６）前記感湿体において前記調色体が、繊維（８）前
   記吸湿剤が、塩化リチウムと接着剤と置。 （１０）前記感湿体が、セルロース繊維および／または
   ナイロン繊維および／またはポリビニルアルコール繊維
   と活性炭素繊維および／または炭素繊維からなる黒色の
   調色体とを適当割合で混合、抄紙したものに、吸湿剤と
   して塩化リチウムを保持して構成されている特許請求の
   範囲第１項の装置。 （１１）前記感湿体がシート状に形成されており、前記
   保持体が、このシート状感湿体の一方の面に隣接して雰
   囲気との通気性を保つ通気室と、前記シート状感湿体の
   他方の面に外光を遮断して形成された遮光室とを形成し
   てなり、前記光−電測定装置が、前記遮光室側より前記
   シート状感湿体の他方の面に光をあてる手段と、前記遮
   光室側の装置。 （１２）前記凸凹の大きさが１μｍないし２０