(57)【要約】【課題】熱伝導式の湿度センサでは、絶対湿度とセンサの出力の関係が、二次関数的であるため、ピークを境界に、絶対湿度とセンサの出力の傾きが変化してしまう。【解決手段】本件発明では、湿度を任意に加湿および除湿可能な管理領域と、前記管理領域内の湿度を加湿および除湿する湿度制御部と、前記管理領域内の湿度に関連する電圧値を測定する熱伝導式のセンサ部と、前記センサ部が測定した電圧値から絶対湿度を算出する湿度演算部と、前記湿度演算部に備えられ、絶対湿度を算出する際に用いられ、高湿度領域用と低湿度領域用の2つの検量線を保持する検量線保持手段と、前記センサ部が、前記検量線保持部に保持された２つの検量線の高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断するセンサ診断部とを有する熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度を任意に加湿および除湿可能な管理領域と、
前記管理領域内の湿度を加湿および除湿する湿度制御部と、
前記管理領域内の湿度に関連する電圧値を測定する熱伝導式のセンサ部と、
前記センサ部が測定した電圧値から絶対湿度を算出する湿度演算部と、
前記湿度演算部に備えられ、絶対湿度を算出する際に用いられ、高湿度領域用と低湿度領域用の2つの検量線を保持する検量線保持手段と、
前記センサ部が、前記検量線保持部に保持された２つの検量線の高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断するセンサ診断部と、
を有する熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システム。
【請求項２】
前記センサ診断部は、湿度制御部に対し、管理領域内の湿度を上昇または下降させる制御を指示し、管理領域内の湿度変化に伴う前記センサ部の電圧出力変化に応じて、高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断する請求項１に記載の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システム。
【請求項３】
前記管理領域内の温度を測定する温度測定部と、
前記湿度演算部は、温度測定部が測定した温度情報に基づき相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、
を有する請求項１または２に記載の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に湿度を測定する方法としては、静電容量式の湿度センサや抵抗変化型の湿度センサが用いられている。これらの湿度センサは、水分を吸湿、脱湿する感湿材料を用いており、電極間を架橋した構造となっている。この感湿材料に吸湿または脱湿することで、電極間の静電容量や抵抗値が変化し、この変化した値を湿度として測定する。
【０００３】
一方、特許文献１に示した熱伝導式の湿度センサは、湿気（水分）を含んだ空気の熱伝導率が湿度に応じて変化する性質を利用し、発熱素子の温度変化で湿度を検出する。つまり、ある湿度下で熱平衡に達した発熱素子の周囲水蒸気量が変化すると、発熱素子から奪われる熱量が変化し熱平衡が崩れるため発熱素子の温度が湿度に応じて変化する。この温度変化を発熱素子の抵抗値の変化として電気的に検出する。この原理により、熱伝導式の湿度センサは、先に述べた静電容量式や抵抗変化型の湿度センサと異なり、センサから得られる出力が相対湿度であるのに対し、絶対湿度で得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１１−０４７８６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、熱伝導式の湿度センサでは、絶対湿度とセンサの出力の関係が、二次関数的にピークを持つことが知られている。このため、絶対湿度約130g/m3のピークを境界に、絶対湿度とセンサの出力の傾きが変化してしまう。このため、熱伝導式の湿度センサを用いて湿度を測定する場合には、測定環境の湿度が、ピークの右か左かを判断して測定する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本件発明では、上記問題を鑑み、以下の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを提供する。すなわち第一の発明としては、湿度を任意に加湿および除湿可能な管理領域と、前記管理領域内の湿度を加湿および除湿する湿度制御部と、前記管理領域内の湿度に関連する電圧値を測定する熱伝導式のセンサ部と、前記センサ部が測定した電圧値から絶対湿度を算出する湿度演算部と、前記湿度演算部に備えられ、絶対湿度を算出する際に用いられ、高湿度領域用と低湿度領域用の2つの検量線を保持する検量線保持手段と、前記センサ部が、前記検量線保持部に保持された２つの検量線の高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断するセンサ診断部と、を有する熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを提供する。
【０００７】
第二の発明としては、センサ診断部は、湿度制御部に対し、管理領域内の湿度を上昇または下降させる制御を指示し、管理領域内の湿度変化に伴う前記センサ部の電圧出力変化に応じて、高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断する第一の発明に記載の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを提供する。
【０００８】
第三の発明としては、管理領域内の温度を測定する温度測定部と、湿度演算部は、温度測定部が測定した温度情報に基づき相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、を有する第一の発明又は第二の発明に記載の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本件発明の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムのように、熱伝導式のセンサを設けることで、絶対湿度を測定することが可能となる。さらに、センサ診断部を設けることで、湿度制御部に対し、管理領域内の湿度を上昇または下降させる制御を指示し、管理領域内の湿度変化に伴う前記センサ部の電圧出力変化に応じて、高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断し、絶対湿度を算出することが可能となる。
【００１０】
また、本件発明の熱伝導式湿度センサを用いた温度監視システムによって、熱伝導式湿度センサからの絶対湿度に関する情報から、温度センサが測定した管理領域内の温度情報に基づき、相対湿度を算出することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを説明するための機能ブロック図
【図２】実施形態１の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムのセンサ部を説明するための概念図
【図３】実施形態１の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムの電圧値と絶対湿度の関係を説明するための概念図
【図４】実施形態１の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムの処理の流れを説明するフローチャート
【図５】実施形態２の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムを説明するための機能ブロック図
【図６】実施形態２の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムの相対湿度を算出するための計算式
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本件発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本件発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。
【００１３】
実施形態１は主に請求項１などに関する。実施形態２は主に請求項２などに関する。
【００１４】
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１  概要＞
本実施形態は、熱伝導式湿度センサにおいて、高湿度領域用と低湿度領域用の2つの検量線を保持し、湿度を測定している管理領域内の湿度が高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断するセンサ診断部を有することを特徴とする熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムである。
【００１５】
＜実施形態１  構成＞
図１に本実施形態の湿度監視システムの機能ブロック図を示した。本実施形態の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムは、湿度を任意に加湿および除湿可能な管理領域（０１０１）と、前記管理領域内の湿度を加湿および除湿する湿度制御部（０１０２）と、前記管理領域内の湿度に関連する電圧値を測定する熱伝導式のセンサ部（０１０３）と、前記センサ部が測定した電圧値から絶対湿度を算出する湿度演算部（０１０４）と、前記湿度演算部に備えられ、絶対湿度を算出する際に用いられ、高湿度領域用と低湿度領域用の2つの検量線を保持する検量線保持手段（０１０５）と、前記センサ部が、前記検量線保持部に保持された２つの検量線の高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断するセンサ診断部（０１０６）と、を有する。
【００１６】
「管理領域」は、後述する湿度制御部によって、領域内の加湿および除湿が可能な領域である。管理領域は、領域内が加湿および除湿が可能な領域であれば、大きさや形状、構成材料などの制限はない。
【００１７】
「湿度制御部」は、前述の管理領域内の湿度を加湿および除湿し、管理領域内の湿度を変化させることが可能である。具体的には、湿度制御部は加湿器および除湿器から構成されている。湿度制御部は、本実施形態の温度監視システムの使用者の制御により領域内の加湿および除湿を行い、領域内の湿度を任意の湿度に変化させる。通常の使用状態においては、湿度制御部は後述する熱伝導式のセンサ部から得られた湿度情報を元に、領域内の湿度を制御する。
【００１８】
「センサ部」は、管理領域内の湿度に関連する電圧値を測定する。具体的には、センサ部は、熱伝導式の湿度センサである。図２に示すように、本実施形態のセンサ部は、検知極（０２０１）と参照極（０２０２）、その他に２つの固定抵抗（０２０３、０２０４）でブリッジ回路を構成している。回路には所定の電圧が印加され、各素子は発熱した状態となっている。乾燥状態の空気から、水蒸気を含んだ加湿された空気が導入されると、検知極の素子は、熱伝導率の異なる加湿された空気に触れるため、温度が変わり、抵抗値が変化する。一方、参照極の素子は、管理領域内の空気に触れないように構成されているため、抵抗値は変化しない。このように湿度に応じた検知極の参照極に対する抵抗値の変化を出力電圧として測定する。
【００１９】
「湿度演算部」は、後述する検量線保持手段を有し、前記センサ部が測定した電圧値から絶対湿度を算出する。電圧値から絶対湿度を算出するには、後述する検量線保持手段に保持された図３に例示したような、検量線を用いて算出する。本実施形態の熱伝導式湿度センサは、センサ部が測定した電圧値と絶対湿度には図３の検量線に示した関係があることから、検量線保持手段に保持された検量線に基づき、電圧値から絶対湿度を算出する。
【００２０】
「検量線保持手段」は、前記湿度演算部に備えられ、絶対湿度を算出する際に用いられる、高湿度領域用と低湿度領域用の２つの検量線を保持している。図３に示したように、本実施形態のセンサ部の検量線は、電圧に対してある特定の絶対湿度において極大を有する形状となっている。したがって、前述の湿度演算部が絶対湿度を算出する際には、管理領域内の湿度が、低湿度領域にあるか高湿度領域にあるかによって、使用する検量線を選択する必要がある。このため、検量線保持手段には、低湿度領域用と高湿度領域用の２つの検量線を有している。
【００２１】
「センサ診断部」は、前記検量線保持部に保持された２つの検量線の高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断する。前述のように、本実施形態のセンサ部の検量線は、電圧に対してある特定の絶対湿度において極大を有する形状となっているため、検量線保持手段に保持された検量線の低湿度領域用と高湿度領域用のどちらを使用するか選択する必要がある。どちらの検量線を使用するか、すなわち管領域が低湿度領域にあるか高湿度領域にあるかを診断するのがセンサ診断部である。
【００２２】
さらに、センサ診断部は、湿度制御部に対し、管理領域内の湿度を上昇または下降させる制御を指示し、管理領域内の湿度変化に伴う前記センサ部の電圧出力変化に応じて、高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断する。センサ診断部が温度制御部に対して、管理領域内の湿度を変化させ、任意の湿度変化によって生じた電圧の変化によって、管理領域内が高湿度領域内にあるのか、低湿度領域内にあるのかを診断する。センサ診断部の診断結果は、湿度演算部において検量線の選択に用いられ、絶対湿度が算出される。
【００２３】
尚、本実施形態の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムは、各種演算処理を行うＣＰＵや主メモリ、また各種処理や判断、演算を行うプログラムや、検量線などを記憶保持するハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶装置や、ユーザーに対して様々な情報を報知するためのディスプレイやモニタ用ＬＥＤやスピーカ、湿度を計測するセンサ部と接続し通信を行うための通信インターフェイスや、ユーザーからの操作を受け付ける操作キーなどを備えている。そしてそれらがシステムバスやデータ通信経路によって相互に接続され、情報の送受信や処理を行う。また、主メモリは、各種処理を行うプログラムをＣＰＵに実行させるために読み込ますと同時にそのプログラムの作業領域でもあるワーク領域を提供する。また、この主メモリや記憶装置にはそれぞれ複数のメモリアドレスが割り当てられており、ＣＰＵで実行されるプログラムは、そのメモリアドレスを特定しアクセスすることで相互にデータのやりとり行い、処理を行うことが可能となっている。
【００２４】
＜実施形態１  処理の流れ＞
図４に本実施形態の処理の流れを説明するためのフローチャートを示した。本実施形態の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムでは、まず湿度制御部により湿度が制御された管理領域内の湿度に関連する電圧値をセンサ部が測定する（Ｓ０４０１）。測定された電圧値は、湿度演算部へ送られる。湿度演算部では、検量線保持手段に保持されている高湿度領域用または低湿度領域用のどちらかの検量線を参照し、絶対湿度が算出される（Ｓ０４０３）。この際、高湿度領域用または低湿度領域用のどちらの検量線を用いるべきか不明であった場合には（Ｓ０４０２）、センサ診断部において、どちらの検量線を用いるべきかを診断する（Ｓ０４０４）。具体的には、センサ診断部は、管理領域内の湿度を上昇または下降させ、その際の湿度値に関連する電圧値の変化を測定し、管理領域の湿度が高湿度領域または低湿度領域のどちらかであるかを診断し、演算部に診断結果を送信する。
【００２５】
＜実施形態１  効果＞
本実施形態の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムのように、熱伝導式のセンサを設けることで、絶対湿度を測定することが可能となる。さらに、センサ診断部を設けることで、湿度制御部に対し、管理領域内の湿度を上昇または下降させる制御を指示し、管理領域内の湿度変化に伴う前記センサ部の電圧出力変化に応じて、高湿度領域または低湿度領域のどちらに属するかを診断し、絶対湿度を算出することが可能となる。
【００２６】
＜実施形態２＞
＜実施形態２  概要＞
本実施形態は、絶対湿度から相対湿度を算出するために管理領域内の温度を測定する温度測定部と、絶対湿度から相対湿度を算出するための相対湿度算出手段を有することを特徴としている。
【００２７】
＜実施形態２  構成＞
図５に本実施形態を説明するための機能ブロック図を示した。本実施形態の熱伝導式湿度センサを用いた湿度監視システムは、実施形態１に述べた管理領域（０５０１）と、湿度制御部（０５０２）と、熱伝導式のセンサ部（０５０３）と、湿度演算部（０５０４）と、検量線保持手段（０５０５）と、センサ診断部（０５０６）にさらに、管理領域内の温度を測定する温度測定部（０５０７）と、温度測定部が測定した温度情報に基づき相対湿度を算出する相対湿度算出手段（０５０８）と、を有する。
【００２８】
「温度測定部」は、管理領域内の温度を測定し、測定した温度値を後述する相対湿度算出手段に送り、相対湿度算出手段にて温度値に基づき相対湿度が算出される。温度測定部は、温度測定が可能であれば、熱電対、測温抵抗体などの温度センサの種類は問わない。また、管理領域内の温度や雰囲気に応じて適切な温度センサを選択することが可能である。
【００２９】
「相対湿度算出手段」は、前述の湿度演算部に設けられ、温度測定部が測定した温度情報と、実施形態１に述べた熱伝導式のセンサ部から得られた、湿度に関連する電圧値に基づき、相対湿度を算出する。絶対湿度（Ｄ[g/m3]）から相対湿度（Ｈ[%]）の算出は、相対湿度算出手段に予め保持されている飽和水蒸気圧（ｅ[Pa]）のデータと、温度測定部が測定した温度値（t[℃]）を用いて、飽和絶対湿度（Ｄｓ[g/m3]）を算出する。飽和絶対湿度（Ｄｓ[g/m3]）は、図６の（１）の式に基づいて算出される。次に（１）の式で算出された飽和絶対湿度（Ｄｓ[g/m3]）と、実施形態１にて測定された絶対湿度（Ｄ[g/m3]）の値から、相対湿度（Ｈ[%]）が算出される。具体的には、図６の（２）の式に基づいて算出される。
【００３０】
＜実施形態２  効果＞
本実施形態の熱伝導式湿度センサを用いた温度監視システムによって、熱伝導式湿度センサからの絶対湿度に関する情報から、温度センサが測定した管理領域内の温度情報に基づき、相対湿度を算出することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
０１０１  管理領域
０１０２  湿度制御部
０１０３  熱伝導式のセンサ部
０１０４  湿度演算部
０１０５  検量線保持手段
０１０６  センサ診断部
０２０１  検知極
０２０２  参照極
０２０３  固定抵抗
０２０４  固定抵抗
０５０１  管理領域
０５０２  湿度制御部
０５０３  熱伝導式のセンサ部
０５０４  湿度演算部
０５０５  検量線保持手段
０５０６  センサ診断部
０５０７  温度測定部
０５０８  相対湿度算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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