(57)【要約】【課題】  湿度センサの特性やセンサ回路の初期ばらつきによるセンサ回路からの出力が過大になっている場合には、センサ回路の出力を自動的に調整させることができる湿度検出装置を提供する。【解決手段】  湿度検出装置１１は、湿度センサ１２、センサ回路１３、増幅回路１４、マイコン１５および調整回路１６からなる。雰囲気の湿度が変化するとそれに伴って湿度センサ１２の抵抗値Ｒ１が変化し、センサ回路１３の出力電圧が変化する。センサ回路１３の出力電圧は、増幅回路１４で増幅されてマイコン１５のＡ／Ｄ入力ポートへ入力される。マイコン１５は、増幅回路１４からの入力電圧Ｖinがマイコン１５で読み取ることのできる電圧レベルを超えている場合には、調整回路１６を介してセンサ回路１３に印加している電圧Ｖoutを調整し、マイコン１５への入力電圧Ｖinがマイコン１５で読み取れる電圧となるように自動的に調整する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の湿度を検知して検知信号を出力する湿度検知部と、前記湿度検知部の検知信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から出力された検知信号に基づいて湿度を演算する湿度演算手段とを備えた湿度検出装置において、
前記湿度演算手段に入力される検知信号のレベルを検知し、湿度演算手段に入力される信号レベルが所定範囲内となるように前記湿度検知部に補正電圧を印加する調整手段を備えていることを特徴とする湿度検出装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記湿度検知部に補正電圧を印加することにより、湿度検知部から出力される信号のうち、湿度検知部で検知されている湿度の変化に依存しない信号成分の大きさを調整することを特徴とする、請求項１に記載の湿度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造時における初期特性のばらつきを容易に調整することができる湿度検出装置に関する。特に、浴室やサウナ室などにおいて用いられる湿度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浴室内の暖房を行ったり、浴室に吊した衣類を乾燥させるための浴室暖房乾燥機においては、室内の（絶対）湿度を検出するための湿度検出装置が用いられている。
【０００３】
図１は従来の湿度検出装置を示す回路図である。この湿度検出装置にあっては、湿度センサ１（サーミスタ）と補償素子２（サーミスタ）が直列に接続され、分圧用の抵抗３と抵抗４が直列に接続され、湿度センサ１及び補償素子２の直列に接続された枝と抵抗３、４の直列に接続された枝とが並列に接続されてブリッジ回路５が構成されている。このブリッジ回路５の一端に抵抗６を介して駆動電圧Ｖddが印加され、ブリッジ回路５の他端がグランドＧＮＤに接続されている。また、湿度センサ１と補償素子２の中点から出力端子（＋）７が取り出され、抵抗３、４の中点から出力端子（−）８が取り出されている。湿度センサ１と補償素子２とはほぼ同様な特性のサーミスタが用いられており、湿度センサ１は検知しようとする湿気に触れるように設けられており、補償素子２は湿気（外気）から遮断されている。また、抵抗３の抵抗値Ｒ３、抵抗４の抵抗値Ｒ４は例えば、Ｒ３＝Ｒ４＝１０ｋΩであり、抵抗６の抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝２４０Ωである。また、ブリッジ回路５からの出力電圧Ｖ（＋）、Ｖ（−）は、増幅回路９によって増幅された後、マイコン（マイクロコンピュータ）１０のＡ／Ｄ入力ポートに入力される。
【０００４】
この湿度検出装置において、湿度センサ１の抵抗値をＲ１、補償素子２の抵抗値をＲ２、抵抗３、４の抵抗値をＲ３、Ｒ４、抵抗６の抵抗値をＲｓとし、駆動電圧をＶddと表わせば、出力端子（＋）７と出力端子（−）８との間の電圧差Ｖ（＋）−Ｖ（−）は、次の数式（１）で表わされる。
【数１】
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【０００５】
いま、湿度の変化を検知して湿度センサ１の抵抗値がＲ１からＲ１＋ΔＲ１に変化したとし、そのとき出力端子（＋）７と出力端子（−）８との電圧差がＶ(＋)−Ｖ(−)からＶ(＋)−Ｖ(−)＋Δ（Ｖ（＋）−Ｖ（−））に変化したとすると、Δ（Ｖ（＋）−Ｖ（−））は、次の数式（２）で表わされる。
【数２】
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【０００６】
説明を簡単にするため、ΔＲ１は基準湿度からの変化を表し、また、基準湿度のときにＶ（＋）−Ｖ（−）＝０となるように調整されているとすると、上記数式（２）は、次の数式（４）と書くことができる。
Ｖ（＋）−Ｖ（−）＝−Ａ×ΔＲ１      …数式（４）
よって、このブリッジ回路５から出力される電圧差Ｖ（＋）−Ｖ（−）を測定すれば、湿度センサ１の抵抗値の変化ΔＲ１を知ることができ、抵抗値の変化ΔＲ１から湿度を知ることができる。しかし、実際には、この電圧差は、１ｍＶ以下の微弱な信号であるので、増幅回路９によって増幅してマイコン１０に入力している。
【０００７】
増幅回路９では、ブリッジ回路５から出力された電圧Ｖ（＋）とＶ（−）の差分電圧を増幅してマイコン１０のＡ／Ｄ入力ポートへ入力している。増幅回路９における増幅率をＢ、Ｃとすると、増幅回路９からの出力Ｖinは、
Ｖin＝Ｂ×Ｖ（＋）＋Ｃ×Ｖ（−）      …数式（５）
で表される。数式（４）を数式（５）に代入すると、次の数式（６）が得られる。
Ｖin＝−Ｂ×（Ａ×ΔＲ１）＋（Ｂ＋Ｃ）Ｖ（−）      …数式（６）
【０００８】
よって、製造工程において、湿気検出装置を既知の湿度において入力電圧Ｖinを計測し、その初期特性から数式（６）で表される直線の傾き−（Ａ×Ｂ）と基準湿度での入力電圧Ｖin＝（Ｂ＋Ｃ）Ｖ（−）とを演算してメモリに記憶させておけば、マイコン１０への入力電圧Ｖinから湿度センサ１の抵抗値の変化ΔＲ１、ひいては湿度を求めることができる。
【０００９】
しかしながら、湿度検出装置における要求性能は、ブリッジ回路５からの出力電圧｜Ａ×ΔＲ１｜の最大値が１ｍＶ、分解能の最小値が０.０３ｍＶというものである。一方、マイコン１０が検出できる電圧は最大で４６５ｍＶ、分解能が約１４ｍＶである。よって、増幅回路９の増幅率Ｂ、Ｃの倍率は絶対値で通常１００以上に設定されており、特に４６５くらいが望ましい。
【００１０】
ところが、ブリッジ回路５の出力端子（−）８の電圧Ｖ（−）は、出力端子（＋）７と出力端子（−）８の間の電圧差−Ａ×ΔＲ１に比べて大きいため、湿度センサ１の特性やブリッジ回路５の回路定数等の初期ばらつきによって、電圧Ｖ（−）は−６５ｍＶ〜＋６５ｍＶの範囲でばらつくことが多い。よって、増幅回路９の増幅率Ｂ、Ｃの倍率（絶対値）が１００〜４６５くらいあると、増幅回路９の出力は６.５〜６０Ｖ程度になる。よって、湿度センサ１やブリッジ回路５の初期ばらつきによって増幅回路９の出力が過大となり過飽和する恐れがある。
【００１１】
また、一般に用いられているマイコン１０では、約５Ｖ以上の信号は読み取ることができないので、湿度センサ１の特性やブリッジ回路５の定数のばらつきによってマイコン１０への入力電圧が５Ｖを超えると、マイコン１０で入力電圧Ｖinを計測することができない。
【００１２】
よって、湿度センサ１やブリッジ回路５のばらつきが大きくて増幅回路９の出力が過大となり過飽和する場合や、Ａ／Ｄ入力ポートへの入力電圧Ｖinが５Ｖを超える場合には、入力電圧Ｖinを計測することができず、その湿度検出装置の湿度検出値を較正することができなかった。従って、このような場合には、ブリッジ回路５の各抵抗を試行錯誤的に取り換えて入力電圧Ｖinが５Ｖ以内に納まるように調整するしかなく、調整作業に時間と手間が掛かっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、湿度センサの特性やセンサ回路の初期ばらつきにより湿度演算手段への入力電圧が過大になっている場合には、センサ回路の出力を自己調整することができる湿度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の湿度検出装置は、周囲の湿度を検知して検知信号を出力する湿度検知部と、前記湿度検知部の検知信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から出力された検知信号に基づいて湿度を演算する湿度演算手段とを備えた湿度検出装置において、前記湿度演算手段に入力される検知信号のレベルを検知し、湿度演算手段に入力される信号レベルが所定範囲内となるように前記湿度検知部に補正電圧を印加する調整手段を備えていることを特徴としている。
【００１５】
本発明の湿度検出装置にあっては、湿度検知部の初期ばらつきによって湿度演算手段に入力される検知信号が湿度演算手段で読み取ることができるレベルを超えてしまった場合には、湿度検知手段に補正電圧を印加して湿度演算手段に入力される検知信号のレベルが湿度検知手段で読み取り可能なレベルとなるように自動的に調整することができる。よって、湿度検出装置の製造工程における初期調整作業などを容易にすることができる。
【００１６】
また、本発明の実施態様における前記調整手段は、前記湿度検知部に補正電圧を印加することにより、湿度検知部から出力される信号のうち、湿度検知部で検知されている湿度の変化に依存しない信号成分の大きさを調整するので、湿度検知部に補正電圧を印加しても湿度の検出精度に影響を及ぼしにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２は本発明に係る湿度検出装置の構成を示すブロック図である。この湿度検出装置１１は、湿度センサ１２、センサ回路１３、増幅回路１４、マイコン１５および調整回路１６からなり、湿度センサ１２及びセンサ回路１３によって湿度検知部が構成されている。湿度センサ１２はサーミスタからなり、湿度を検出しようとする雰囲気中に位置しており、雰囲気の湿度が変化するとそれに伴って抵抗値Ｒ１が変化する。センサ回路１３、増幅回路１４、マイコン１５及び調整回路１６は、浴室暖房乾燥機等のコントローラ上に搭載されている。センサ回路１３は、湿度センサ１２における抵抗値変化を電圧の変化に変換して出力する。増幅回路１４は、センサ回路１３から出力された電圧信号を増幅してマイコン１５のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）入力ポートへ出力する。マイコン１５は、増幅回路１４からＡ／Ｄ入力ポートへ入力された電圧に基づいて湿度を演算する。調整回路１６は、湿度検出装置１１の初期ばらつき調整時に、マイコン１５への入力電圧がマイコン１５で読み取ることのできる電圧レベルとなるようにセンサ回路１３の出力を調整する。
【００１８】
従って、湿度検出装置１１の湿度検出値の較正を行う場合には、センサ回路１２等の初期ばらつきによってマイコン１５のＡ／Ｄ入力ポートへの入力電圧がマイコン１５で読み取れる電圧、例えば５Ｖを超えているような場合には、調整回路１６によってマイコン１５のＡ／Ｄ入力ポートへの入力電圧がマイコン１５で読み取れる電圧となるように自動的に調整される。
【００１９】
図３は上記湿度検出装置１１の詳細回路図である。この湿度検出装置１１にあっては、湿度センサ１２と補償素子１７が直列に接続され、抵抗１８と抵抗１９が直列に接続され、湿度センサ１２及び補償素子１７の直列接続された枝と抵抗１８及び抵抗１９の直列接続された枝とが並列に接続され、ブリッジ回路２０が構成されている。このブリッジ回路２０の一端には、抵抗２１を解して電源電圧Ｖddが印加され、他端はグランドＧＮＤに接続されている。また、湿度センサ１２と補償素子１７との中点から出力電圧Ｖ（＋）が取り出され、抵抗１８と抵抗１９の中点から出力電圧Ｖ（−）が取り出されている。そして、補償素子１７、抵抗１８、１９及び抵抗２１によってセンサ回路１３が構成されている。湿度センサ１２と補償素子１７はほぼ同等な特性のサーミスタによって構成されており、湿度センサ１２は湿度を検出しようとする雰囲気に接するように配置され、補償素子１７は湿気から遮断するように配置されている。
【００２０】
いま、湿度センサ１２の抵抗値をＲ１、補償素子１７の抵抗値をＲ２とし、抵抗１８、１９、２１の抵抗値をそれぞれＲ３、Ｒ４、Ｒｓとすると、出力電圧Ｖ（＋）、Ｖ（−）は次の数式（７）、（８）で表わされる。
【数３】
2005315727.tif 000005
【００２１】
湿度の変化に伴って湿度センサ１２の抵抗値がΔＲ１だけ変化し、それによって出力電圧Ｖ（＋）、Ｖ（−）がそれぞれΔＶ（＋）、ΔＶ（−）だけ変化したとする。この出力電圧の変化ΔＶ（＋）、ΔＶ（−）は、次の数式（９）、（１１）のように表される。ここで用いられている定数Ａ１、Ａ２は、数式（１０）、（１２）で定義されるものであり、数式（３）のＡとは、Ａ＝Ａ１−Ａ２の関係がある。
【数４】
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【００２２】
抵抗値ΔＲ１は、基準湿度のときの抵抗値からの変化を表すものとし、基準湿度のときの出力電圧Ｖ（＋）、Ｖ（−）の値を、説明を簡単にするため、いずれもＶoとすると、
Ｖ（＋）＝  −Ａ１×ΔＲ１＋Ｖo      …数式（１３）
Ｖ（−）＝  −Ａ２×ΔＲ１＋Ｖo      …数式（１４）
と表される。あるいは、
Ｖ（＋）＝  −Ａ×ΔＲ１＋Ｖ（−）    …数式（１５）
と表される。
【００２３】
増幅回路１４はオペアンプ２４、２５、３１を用いた３つの負帰還増幅回路と抵抗によって構成されている。オペアンプ２４は、その出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗２６によって負帰還が掛けられており、非反転入力端子には出力電圧Ｖ（＋）が印加されている。オペアンプ２５は、その出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗２８によって負帰還が掛けられており、非反転入力端子には出力電圧Ｖ（−）が印加されている。また、オペアンプ２４の反転入力端子とオペアンプ２５の反転入力端子とは、抵抗２７によって結ばれている。オペアンプ３１は、その出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗３３によって負帰還が掛けられており、その反転入力端子にはオペアンプ２４の出力が抵抗２９を介して接続され、非反転入力端子にはオペアンプ２５の出力が抵抗３０を介して接続されると共に抵抗３２を介してグランドＧＮＤに接続されている。そして、オペアンプ３１の出力電圧Ｖinが増幅回路１４の出力電圧としてマイコン１５のＡ／Ｄ入力ポートに入力されている。
【００２４】
この増幅回路１４においては、オペアンプ２４の出力電圧をＶ１、オペアンプ２５の出力電圧をＶ２とすれば、Ｖ１、Ｖ２は計算により次の数式（１６）、数式（１７）となる。
【数５】
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ただし、Ｒ５は負帰還抵抗２６の抵抗値、Ｒ７は抵抗２７の抵抗値、Ｒ８は負帰還抵抗２８の抵抗値である。
【００２５】
さらに、オペアンプ３１の出力電圧、すなわち増幅回路１４の出力電圧Ｖinを計算により求めると、次の数式（１８）となる。
【数６】
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【００２６】
上記数式（１８）に数式（１５）を代入すると、
Ｖin＝−（Ｂ×Ａ）×ΔＲ１＋（Ｂ＋Ｃ）Ｖ（−）      …数式（２０）
となる。ここで、Ｒ６は出力抵抗２９の抵抗値、Ｒ９は出力抵抗３０の抵抗値、Ｒ１０は負帰還抵抗３３の抵抗値、Ｒ１１は抵抗３２の抵抗値である。なお、抵抗２９の抵抗値Ｒ６と抵抗３０の抵抗値Ｒ９が等しく（Ｒ６＝Ｒ９）、かつ、抵抗３２の抵抗値Ｒ１１と抵抗３３の抵抗値Ｒ１０が等しい（Ｒ１０＝Ｒ１１）場合には、上記数式（１８）の出力電圧Ｖinは、Ｖ（＋）−Ｖ（−）の関数として表される。
【００２７】
ここまでの説明では、調整回路１６を考慮していないので、従来例において説明したように、センサ回路１３の特性の初期ばらつきやセンサ回路１３の定数の初期ばらつきにより、数式（２０）の右辺第２項のばらつきが大きくなり、増幅回路１４の出力が振り切ったり、マイコン１５で読み取ることができる電圧のレベルを超えてしまったりして湿度検出装置の湿度検出値の較正が行えなくなり、湿度検出装置として使用できなくなることがある。
【００２８】
そのため、本発明の湿度検出装置１１では、マイコン１５のＤ／Ａ出力ポートから制御電圧Ｖoutを出力し、調整回路１６を介してブリッジ回路２０の抵抗１８、１９の中点に電圧を印加している。調整回路１６は、図３に示すようにバッファ回路３５と抵抗３６によって構成されており、抵抗３６はオペアンプ３５の出力端子と抵抗１８、１９の中点との間に接続されている。従って、マイコン１５のＤ／Ａ出力ポートから電圧Ｖoutが出力されると、抵抗１８、１９の中点の電圧Ｖ（−）は、次の数式（２１）のようになる。
【数７】
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なお、Ｒ１２は抵抗３６の抵抗値である。数式（２１）の右辺第１項は、数式（８）の右辺と同じものである。
【００２９】
よって、この調整回路１６により印加される電圧を考慮すると、入力電圧Ｖinは、次の数式（２２）のように修正される。
【数８】
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【００３０】
マイコン１５は、入力電圧Ｖinが所定の範囲を超えている場合には、出力電圧Ｖoutを出力することにより、入力電圧Ｖinを読取り可能なレベルとなるように自己調整する。すなわち、数式（２１）から分かるように、出力電圧Ｖoutを調整することにより電圧Ｖ（−）を小さくすることができるので、数式（２２）で表される入力電圧Ｖinが大きすぎる場合には、出力電圧Ｖoutを調整することによって電圧Ｖ（−）を小さくし、入力電圧Ｖinをマイコン１５で読み取り可能なレベルに調整することができる。
【００３１】
なお、マイコン１５のＡ／Ｄ入力ポートと電圧Ｖccの電源ラインとは、ダイオード３４によって接続されている。これは、Ａ／Ｄ入力ポートに過大な電圧が加わったり、サージ電流が流れたりしたときにマイコン１５を保護するためである。例えば、電源ラインの電圧Ｖccが５Ｖであるとすれば、Ａ／Ｄ入力ポートに５.３Ｖよりも大きな電圧が加わったときにダイオード３４が導通してＡ／Ｄ入力ポートの電圧が５.３Ｖ以上にならないように保護する。
【００３２】
図４はマイコン１５内の、入力電圧Ｖinを自己調整する機能を説明する機能ブロック図である。湿度演算部３７は、Ａ／Ｄ入力ポートに入力された入力電圧Ｖinに基づいて湿度を算出し、それを外部へ出力する機能を有する。入力レベル判定部３８は、Ａ／Ｄ入力ポートに入力された入力電圧Ｖinが適当な範囲内にあるか否かを判定する機能を有する。出力電圧調整部３９は、入力レベル判定部３８による判定結果に基づいてＤ／Ａ出力ポートからの出力電圧Ｖoutの大きさを調整する。
【００３３】
図５は上記マイコン１５の働きを説明するフローチャートである。湿度検出装置１１の製造工程においては、製造された湿度検出装置１１を既知の湿度雰囲気中に置き、湿度検出装置１１の湿度検出値がその雰囲気中の湿度と等しくなるように湿度検出値を較正（初期調整）する必要がある。この較正プロセスは、図５のように行われる。
【００３４】
湿度検出装置１１を既知の湿度雰囲気中に置き、湿度検出値の初期調整作業を開始すると（ステップＳ１）、入力レベル判定部３８は入力電圧Ｖinを取得し（ステップＳ２）、入力電圧Ｖinが所定範囲内に納まっているか否か判定する。すなわち、入力電圧Ｖinを所定範囲の上限値及び下限値と比較する（ステップＳ３、Ｓ５）。ここで、上限値とはマイコン１５が読み取ることのできる電圧レベルよりも小さな値に設定されており、例えば２.５Ｖとなっている。また、下限値は、上限値よりも少し小さな電圧に設定されている。
【００３５】
しかして、入力電圧Ｖinが上限値よりも大きいと判断されると、出力電圧調整部３９は、出力電圧Ｖoutをα（＞０）だけ下げる（ステップＳ３、Ｓ４）。出力電圧Ｖoutを小さくすると、数式（２２）から分かるように、入力電圧Ｖinは小さくなる。また、入力電圧Ｖinが下限値よりも小さいと判断されると、出力電圧調整部３９は、出力電圧Ｖoutをβ（＞０）だけ上げる（ステップＳ５、Ｓ６）。出力電圧Ｖoutを大きくすると、入力電圧Ｖinは大きくなる。
【００３６】
こうして入力電圧Ｖinが所定の範囲内（つまり、下限値と上限値の間）に納まってマイコン１５が読み取れる入力電圧レベルとなったら、出力電圧Ｖoutをその値に固定する（ステップＳ７）。
【００３７】
こうして、入力電圧Ｖinがマイコン１５で読み取り可能なレベルに調整されたら、湿度演算部３７によって湿度を演算し、その演算値が雰囲気の所定の湿度と等しくなるように較正し（ステップＳ８）、初期調整を完了する。
【００３８】
なお、本発明においては、入力信号Ｖinが上限値を超えている場合にだけ、Ｖoutを調整して入力信号レベルを下げるようにしてもよい。即ち、上記ステップＳ５、Ｓ６は省略しても差し支えない。
【００３９】
本発明の湿度検出装置１１は、例えば浴室暖房乾燥装置などに組み込んで衣類の乾燥度合いや浴室の乾燥度合いを判断するために使用される。このような用途では、例えばある一定時間（例えば、換気装置の停止中）の初めと終わりでの湿度の変化を求めるのに使用される。従って、数式（２２）で表される入力電圧Ｖinの変化だけが問題となる。よって、湿度の検出精度はΔＲ１の係数の−Ｂ×Ａで決まり、出力電圧Ｖoutによって影響を受けない。従って、湿度検出時にその都度出力電圧Ｖoutを調整することもできる。
【００４０】
また、湿度検出の精度が部品精度などにより予め確保されており、入力電圧のレベルのばらつきだけが問題となるような場合には、器具への組み込み前にセンサ回路等を１品毎に調整する必要が無くなる。さらには、コントローラ出荷段階での細かい調整を行う必要もなく、また、アフターサービス時にも湿度センサ及びセンサ回路と、コントローラとを個別に取り換えることも可能となり、アフターサービスにかかる費用も最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の湿度検出装置を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施例による湿度検出装置を示す回路ブロック図である。
【図３】同上の湿度検出装置の具体回路図である。
【図４】同上の湿度検出装置内のマイコンの機能ブロック図である。
【図５】同上のマイコンにおける処理を表わしたフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１１  湿度検出装置
１２  湿度センサ
１３  センサ回路
１４  増幅回路
１５  マイコン
１６  調整回路
１７  補償素子
２０  ブリッジ回路
【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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