(57)【要約】      （修正有）【課題】参照用サーミスタを用いずに高速で連続した絶対湿度の測定を可能とした熱伝導型水分計を提供する。【解決手段】Ｔａ−Ａｌ複合窒化物などの抵抗温度係数が（−）１００００〜（−）３００００ｐｐｍ／℃の範囲の複合窒化膜材料を薄膜化して５００℃までの耐熱性を有する１〜１０μｍの厚みのポリイミドフィル基板上１１に形成して熱容量を微小化させたセンサ素子を用い、気体中に含まれる水分によるセンサ感応部の熱伝導率変化とセンサ近傍の周囲温度計測を別々に行い、両者のデータをソフトウェア上で処理する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗温度係数が大きな複合窒化物材料を反応性スパッタ法により複合ターゲットを出発原料として薄膜化してポリイミドフィルム上に形成し、ＮｉもしくはＮｉとＣｕなどを用いた薄膜電極により通電可能としたセンサにおいて、気体中に含まれる水分によるセンサ感応部の熱伝導率変化とセンサ近傍の周囲温度計測を別々に行い、両者のデータをソフトウェア上で処理することにより参照用サーミスタを用いずに高速で連続した絶対湿度の測定を可能とした熱伝導型水分計。
【請求項２】
上記の構成において、センサ材料の抵抗温度係数が（−）１００００〜（−）３００００ｐｐｍ／℃の範囲のＴａとＡｌの複合窒化物材料であることを特徴とする熱伝導型水分計。
【請求項３】
上記の構成において、センサ基板材料として厚み１μｍ以上１０μｍ以下の５００℃までの耐熱性を有するポリイミドフィルム材料を用いることを特徴とする熱伝導型水分計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】      本発明は熱伝導式水分計に関する。
【背景技術】
【０００２】      気体に含まれる水分量を計測するセンサとして例えば特許文献１には、静電容量式の湿度センサが示されている。特許文献２には抵抗変化を検出する一対の電極と、前記一対の電極上に設けられる感湿膜とを備えた抵抗変化式の湿度センサが示されている。特許文献３には測定用および比較用感熱抵抗素子１，２を固定したシステムを用いた熱伝導式絶対湿度センサが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】      特開２００９−１６８５７５  公報
【特許文献２】      特開２００５−２９１８８０  公報
【特許文献３】      特開平０７−２３９３１５号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】      従来の方法の中で気体中に含まれる水分量（絶対湿度）を直接計測できる方法は、熱伝導式であった。熱伝導式は水分の吸収が無いため長期安定性に優れている。前述の熱伝導式絶対湿度センサにおいては、アルミナ基板に白金薄膜を形成しているためセンサの熱容量が大きく、またセンサ抵抗値の変化が微小である状況においてはセンサ感度が十分ではなかった。【０００５】      一般的に、熱伝導式においては、水分測定用および水分に影響を受けない参照用サーミスタの２つを用いたホイーストンブリッジ回路を用いて水分の影響による両者の抵抗値の差異により絶対湿度を検出する方法であるが、測定気体の水分量や周囲温度の変化が高速な場合など水分の影響以外の要因で両者の抵抗値に差が生じる場合との区別がつけにくい、ホイーストンブリッジ回路を用いることによる応答性の低下等の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】      上記の課題を達成するため、請求項１において抵抗温度係数が大きな複合窒化物材料を反応性スパッタ法により複合ターゲットを出発原料として薄膜化してポリイミドフィルム上に形成し、ＮｉもしくはＮｉとＣｕなどの薄膜電極により通電可能としたセンサにおいて、気体中に含まれる水分によるセンサ感応部の熱伝導率変化とセンサ近傍の周囲温度計測を別々に行い、両者のデータをソフトウェア上で処理することにより参照用サーミスタを用いずに高速で連続した絶対湿度の測定が可能であることを特徴とする。【０００７】      請求項２記載の熱伝導型水分計においては、請求項１記載の熱伝導型水分計においてセンサ材料の抵抗温度係数が（−）１００００〜（−）２００００ｐｐｍ／℃の範囲のＴａとＡｌの複合窒化物材料であることを特徴とする。【０００８】      請求項３記載の熱伝導型水分計においては、請求項１記載の熱伝導型水分計においてセンサ基板材料として厚み１μｍ以上１０μｍ以下の５００℃までの耐熱性を有するポリイミドフィルム材料を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】      従来の湿度測定方法の中で、絶対湿度を直接測定できる方法は熱伝導式のみであった。熱伝導式は水分の吸収が無いため長期安定性に優れている一方でセンサの熱容量が大きく、またセンサ抵抗値の変化が微小である状況においてはセンサ感度が十分ではなかった。本発明においてはＴａとＡｌ複合窒化物材料の抵抗温度係数が（−）１００００〜（−）２００００ｐｐｍ／℃の範囲の複合窒化膜材料を薄膜化して５００℃までの耐熱性を有する１〜１０μｍの厚みのポリイミドフィル基板上に形成して熱容量を微小化させたセンサ素子を用いてセンサ感度とセンサ応答性を改善し、気体中に含まれる水分によるセンサ感応部の熱伝導率変化とセンサ近傍の周囲温度計測を別々に行い、両者のデータをソフトウェア上で処理することにより参照用サーミスタを用いずに高速で連続した絶対湿度の測定が可能な熱伝導型水分計が提供できる。【００１０】      応答性を低下させる要因でもある参照用サーミスタを廃することにより、センササイズの小型化も可能となり絶対湿度を直接測定できる熱伝導型の特長を生かした上で課題の解決を可能とした。【００１１】      抵抗温度係数の大きなセンサ材料を用いることにより、従来の白金などのセンサ材料では計測が難しい微小な熱伝導率変化を捉えることを可能とした。【００１２】      １〜１０μｍの耐熱性ポリイミドフィルムを用いることにより、熱伝導式センサ全体の熱容量を低減でき、応答性の向上が可能とした。【００１３】      さらに、応答性の改善により単に計測結果を表示するだけではなく、計測結果を湿度制御側へ情報をフィードバックでき、コントロール機能も付加することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】    本発明の実施形態を示す計測・制御回路のブロック図である。
【図２】    本発明の実施形態を示すセンサ素子部の外観図であり。
【図３】    絶対湿度と水分計測センサの出力電圧の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】      以下に本発明の実施の形態を図１〜図２に基づいて説明する。
【００１５】      本発明におけるセンサは、水分を計測する湿度センサと温度センサから構成される。
【００１６】      センサを制御する回路として、湿度センサを定温度で駆動させる回路と、定電流で温度を計測する回路から成る。
【００１７】      それぞれの回路は、あらかじめ校正時に取得した湿度校正データと温度校正データを元に温度補正を行う。
【００１８】      温度補正を行った後、絶対湿度を算出し、その値が表示できる表示器を持つ。
【００１９】      絶対湿度からは温度データを元に相対湿度、露点等を計算し、その値が表示できる。
【００２０】      絶対湿度、相対湿度、露点等の値を元に制御出力へと変換する。
【実施例】
【００２１】      以下に本発明の実施例を示す。【００２２】      抵抗温度係数が（−）１３５００ｐｐｍ／℃のＴａとＡｌ複合窒化膜材料と通電のためのＮｉ材料を薄膜化して５００℃までの耐熱性を有する５μｍの厚みのポリイミドフィル基板上に形成して熱容量を微小化させたセンサ素子を２つ用いて、そのうちの１つを水分計測回路に、他方をセンサ周辺の温度計測回路に接続した。【００２３】      水分計測回路においてはセンサ温度が１５０℃の定温度となるようにブリッジ回路の出力を調整した。【００２４】      また、あらかじめ標準水分計を用いて、絶対湿度とブリッジ回路におけるセンサ出力電圧との関係を把握し、湿度校正データとして保持させた。【００２５】      温度計測回路においては１０μＡの微小電流を印加した定電流回路を形成した。【００２６】      温度計測回路においても、あらかじめ標準温度計を用いて、温度とセンサ電圧との関係を把握し、温度校正データとして保持させた。【００２７】      水分計測センサおよび温度計測センサを、温度および湿度の可変が可能な槽の中に入れ、温度を２３℃から８５℃において変化させ、それぞれの温度で湿度を５０％から１００％Ｒ．Ｈ．まで変化させた。【００２８】      結果を図３に示す。２３℃から８５℃の間で絶対湿度とセンサ出力電圧との相関関係が得られた。得られた相関関係は温度に依存しており、計測気体温度と水分計測センサの出力電圧により、計測気体の絶対湿度が計測できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００２９】      広く環境問題から商品の信頼性試験や加速試験はますます重要なテーマである。本発明は、従来よりも幅広い温度・湿度の範囲を連続して計測可能なことから、幅広い産業分野へ貢献可能である。
【符号の説明】
【００３０】      １    水分計測センサ
２    水分計測センサの定温度制御回路
３    水分計測センサにおける湿度校正データ記録回路
４    計測気体温度計測センサ
５    計測気体温度計測センサの定電流制御回路
６    計測気体温度計測センサ温度校正データ記録回路
７    水分計測センサおよび計測気体温度計測センサの出力電圧とそれぞれの校正データをもとにした温度補正回路
８    絶対湿度、露点等計測・換算回路
９    絶対湿度、計測気体温度、露点などの表示部
１０  絶対湿度、露点等結果をもとに制御への出力回路
１１  耐熱性ポリイミドフィルム
１２  ＴａとＡｌ複合窒化膜材料センサ感応部
１３  Ｎｉ電極部
１４  フィルムセンサ支持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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