(57)【要約】【課題】多湿環境であっても結露による感湿素子の損傷を回避しつつ加熱クリーニング可能とする。【解決手段】加熱クリーニング部１７Ｃが、感湿素子１４を加熱クリーニングする際、感湿素子１４により計測した湿度ＲＨを予め設定される基準判定値ＲＨｓと比較することにより感湿膜１４Ｆにおける結露の有無を判定し、この判定結果に応じて予め設定されている通常加熱特性Ａ、または通常加熱特性Ａに比較して温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性Ｂを選択し、選択した加熱特性に基づきヒータによる感湿素子の加熱を開始する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度に応じて素子計測値が変化する感湿素子を有し、当該感湿素子から検出した素子計測値に基づいて測定環境雰囲気中の湿度を計測する湿度センサであって、
前記感湿素子を加熱することにより当該感湿素子に収着している収着物を脱離させるヒータと、
前記感湿素子を加熱クリーニングする際、当該感湿素子により計測した湿度を予め設定される基準判定値と比較することにより感湿膜における結露の有無を判定し、この判定結果に応じて通常加熱特性、または前記通常加熱特性に比較して温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性を選択し、選択した加熱特性に基づき前記ヒータによる前記感湿素子の加熱を開始する加熱クリーニング部と
を備えることを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の湿度センサにおいて、
前記加熱クリーニング部は、前記ヒータによる前記感湿素子の加熱を開始した後、前記素子計測値が感湿性能の回復を示す所定の許容範囲内に到達したことが確認された到達確認時点で、前記ヒータによる加熱を停止することを特徴とする湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度計測技術に関し、特に感湿膜を持つ感湿素子を加熱によりクリーニングするための加熱クリーニング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な湿度センサとして、感湿膜に含まれる水分により素子計測値が変化する感湿素子を有し、当該感湿素子から検出した素子計測値に基づいて周囲の湿度を計測するものがある。このような湿度センサは、計測環境の雰囲気中に直接曝されて湿度を計測するため、感湿素子に対して雰囲気中の水分や薬品・溶液などのガスが収着していく。このため、感湿素子の素子計測値と初期の素子計測値との誤差が大きくなり、結果として、感湿素子の計測精度の低下、さらには感湿素子の劣化を招く原因となる。
【０００３】
従来、このような感湿素子の劣化を回復する方法として、感湿素子にヒータを設け、湿度計測以外の期間に定期的にヒータを駆動して感湿素子を加熱することにより、感湿素子に含まれている収着物を除去する加熱クリーニングを実施し、実施後に計測した感湿素子の素子計測値と初期値との差に基づいて、感湿素子の劣化を判定する技術が提案されている（特許文献１など参照）。これにより、感湿素子の劣化進行を抑制できるとともに、劣化進行による感湿素子の交換要否を的確に判定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２１６４４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような湿度センサの感湿素子は、感湿膜に含まれる水分により変化する素子計測値に基づき周囲の湿度を計測しているため、計測環境の雰囲気によっては感湿膜の収着可能量を上回る量の水が収着して結露する場合がある。特に、工場・研究所等の薬品雰囲気下や外気取入口など、多湿環境で湿度センサが使用される場合には、感湿膜表面で結露が発生し易い。
【０００６】
したがって、感湿膜表面で結露が発生している場合、加熱クリーニング時においてヒータから発生させた熱量が、感湿膜に収着している多量の水に奪われるため、結露していない状態に比べて、ヒータ近傍と感湿膜との間の温度差が大きくなる。このため、それぞれの熱膨張率の差に起因して、湿度センサを構成する構成部材が膨張する量に差が発生し、構成部材の破損や部材間の剥離などの損傷が生じる恐れがあるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、多湿環境であっても結露による感湿素子の損傷を回避しつつ加熱クリーニング可能な湿度計測技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかる湿度センサは、湿度に応じて素子計測値が変化する感湿素子を有し、当該感湿素子から検出した素子計測値に基づいて測定環境雰囲気中の湿度を計測する湿度センサであって、前記感湿素子を加熱することにより当該感湿素子に収着している収着物を脱離させるヒータと、前記感湿素子を加熱クリーニングする際、当該感湿素子により計測した湿度を予め設定される基準判定値と比較することにより感湿膜における結露の有無を判定し、この判定結果に応じて通常加熱特性、または前記通常加熱特性に比較して温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性を選択し、選択した加熱特性に基づき前記ヒータによる前記感湿素子の加熱を開始する加熱クリーニング部とを備えている。
【０００９】
また、本発明にかかる上記湿度センサの一構成例は、前記加熱クリーニング部が、前記ヒータによる前記感湿素子の加熱を開始した後、前記素子計測値が感湿性能の回復を示す所定の許容範囲内に到達したことが確認された到達確認時点で、前記ヒータによる加熱を停止するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、感湿膜における結露がある場合には、温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性Ｂに基づいて感湿素子が加熱される。このため、ヒータ近傍温度の上昇に対して感湿膜表面温度が余り遅れることなく上昇させることができ、両者の温度差を小さく維持することができる。したがって、多湿環境であっても結露による感湿素子の損傷を回避しつつ加熱クリーニングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】湿度センサの構成を示すブロック図である。
【図２】感湿素子の構成例である。
【図３】感湿素子に対する加熱クリーニング処理を示すフローチャートである。
【図４】ヒータ加熱による感湿素子での温度変化を示す説明図である。
【図５】印加電圧制御を示す説明図である。
【図６】デューティー比制御を示す説明図である。
【図７】印加電圧・デューティー比制御を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態にかかる湿度センサ１０について説明する。図１は、湿度センサの構成を示すブロック図である。
【００１３】
この湿度センサ１０は、感湿膜に含まれる水分により素子計測値が変化する感湿素子を有し、感湿素子から検出した素子計測値に基づいて周囲の湿度を計測する機能を有している。例えば、この湿度センサ１０は、各種物品の製造工程において、計測環境の雰囲気中に直接曝されて湿度を計測する際に用いられる。この際、感湿素子に対して雰囲気中の水分や薬品・溶液などからなるガス、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、アセトンなどの有機溶媒のガスが収着していく。このため、感湿素子を加熱クリーニングすることにより、感湿素子に収着した収着物を脱離させる機能を有している。
【００１４】
湿度センサ１０には、主な機能部として、通信Ｉ／Ｆ部１１、操作入力部１２、表示部１３、感湿素子１４、感温素子１５、ヒータ１６、および制御部１７が設けられている。  通信Ｉ／Ｆ部１１は、通信回線を介して接続された産業用コントローラなどの外部装置との間でデータ通信を行うことにより、湿度計測に関する設定指示、計測指示、加熱クリーニング指示、湿度計測結果、劣化診断結果などの各種データをやり取りする機能を有している。
【００１５】
操作入力部１２は、ボタンやスイッチなどの操作入力装置からなり、作業者の操作を検出して制御部１７へ出力する機能を有している。
表示部１３は、ＬＣＤやＬＥＤなどの表示装置からなり、湿度計測に関する設定内容、湿度計測結果、劣化診断結果などの各種データを表示する機能を有している。
【００１６】
感湿素子１４は、感湿膜に含まれる水分により素子計測値（素子容量値）Ｃが変化する素子である。図２は、感湿素子の構成例であり、図２（ａ）は感湿素子の上面図、図２（ｂ）は感湿素子の正面図である。なお、図２は、感湿素子の一構成例であり、この構成例に限定されるものではない。
【００１７】
この感湿素子１４は、基板１４Ｂの表面上に形成された１つ目の検出電極１４Ｅと、こ検出電極１４Ｅの上面に形成された、特定の架橋構造を有する高分子材料からなる感湿膜１４Ｆと、この感湿膜１４Ｆの上面に形成された２つ目の検出電極１４Ｅとから構成されている。すなわち、感湿膜１４Ｆを挟んで２つの検出電極１４Ｅが対抗配置されている。これら検出電極１４Ｅは、それぞれの端点に形成されたパッド１４Ｐに接続されたリード線Ｌ１を介して制御部１７と接続されており、感湿膜１４Ｆに含まれる水分に応じて変化する検出電極１４Ｅ間の素子計測値Ｃが湿度計測部１７Ａにより検出されて湿度に換算される。
【００１８】
基板１４Ｂの検出電極１４Ｅとは反対側の裏面に、測温抵抗体からなる感温素子１５が配置されており、パッド１４Ｐに接続されたリード線Ｌ２を介して制御部１７と接続され、温度に応じて変化する測温抵抗体の抵抗値が制御部１７により検出されて、感湿素子１４の素子温度Ｔに換算される。この感温素子１５は、リード線Ｌ２を介して制御部１７から供給された駆動電流により発熱するヒータ１６として動作し、発熱により感湿素子１４の感湿膜１４Ｆを加熱クリーニングする。
【００１９】
制御部１７は、ＣＰＵとその周辺回路とを有する制御回路からなり、湿度センサ１０での湿度計測動作および加熱クリーニング動作を制御する機能を有している。この制御部１７には、主な処理部として、湿度計測部１７Ａ、温度計測部１７Ｂ、および加熱クリーニング部１７Ｃが設けられている。
【００２０】
湿度計測部１７Ａは、リード線Ｌ１を介して検出した感湿素子１４の素子計測値Ｃを、予め設定されている関数式に基づき湿度に換算することにより、感湿素子１４を含む周囲の湿度（相対湿度）ＲＨを計測する機能と、計測結果を表示部１３で表示出力し、あるいは通信Ｉ／Ｆ部１１を介して外部装置へ出力する機能を有している。
【００２１】
温度計測部１７Ｂは、リード線Ｌ２を介して検出した感温素子１５の抵抗値を、予め設定されている関数式に基づき温度に換算することにより、感湿素子１４の素子温度Ｔを計測する機能を有している。
【００２２】
加熱クリーニング部１７Ｃは、感湿素子１４の加熱クリーニングを開始する際、湿度計測部１７Ａが感湿素子１４により計測した湿度（相対湿度）ＲＨを予め設定される基準判定値ＲＨｓと比較することにより、感湿膜における結露の有無を判定する機能と、ＲＨ＜ＲＨｓであり結露なしと判定された場合には通常加熱特性Ａを選択し、ＲＨ≧ＲＨｓであり結露ありと判定された場合には通常加熱特性Ａに比較して温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性Ｂを選択する機能とを有している。
【００２３】
また、加熱クリーニング部１７Ｃは、選択した加熱特性に基づきヒータ１６を駆動して感湿素子１４の加熱を開始する機能と、加熱を開始した後、素子計測値Ｃが感湿性能の回復を示す所定の許容範囲Ｃａ内に到達したことが確認された到達確認時点で、ヒータ１６による加熱を停止する機能とを有している。
【００２４】
［本実施の形態の動作］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる湿度センサ１０の動作について説明する。図３は、感湿素子に対する加熱クリーニング処理を示すフローチャートである。
制御部１７の加熱クリーニング部１７Ｃは、定期的あるいは通信Ｉ／Ｆ部１１や操作入力部１２からの指示に応じて、図３の加熱クリーニング処理を実行する。
【００２５】
まず、加熱クリーニング部１７Ｃは、感湿素子１４の加熱クリーニングを開始する際、感湿素子１４により計測した湿度（相対湿度）ＲＨを湿度計測部１７Ａから取得し（ステップ１００）、湿度ＲＨを予め設定される基準判定値ＲＨｓと比較することにより、感湿膜における結露の有無を判定する（ステップ１０１）。
【００２６】
ここで、ＲＨ＜ＲＨｓであり結露なしと判定された場合には（ステップ１０１：ＹＥＳ）、予め設定されている通常加熱特性Ａを選択し（ステップ１０２）、ＲＨ≧ＲＨｓであり結露ありと判定された場合には（ステップ１０１：ＮＯ）、予め設定されている結露時用加熱特性Ｂを選択する（ステップ１０３）。
この後、加熱クリーニング部１７Ｃは、選択した加熱特性に基づきヒータ１６を駆動して感湿素子１４の加熱を開始する（ステップ１０４）。
【００２７】
図４は、ヒータ加熱による感湿素子での温度変化を示す説明図である。図４（ａ）において、加熱特性Ａは通常の加熱特性であり、時間ｔ１を要してヒータ１６近傍のヒータ近傍温度Ｔｈを温度Ｔｃ１から温度Ｔｃ２まで上昇させる加熱プロファイルである。また、温度特性４１は結露がない場合における感湿膜１４Ｆの表面の感湿膜表面温度Ｔｆの温度変化を示し、温度特性４２は結露がある場合におけるＴｆの温度変化を示している。なお、Ｔｃ１は常温であり、Ｔｃ２は感湿素子１４に収着している収着物を脱離させるのに必要となる温度である。
【００２８】
結露がない場合、感湿膜１４Ｆ側での放熱効果が小さい。このため、ヒータ１６により通常加熱特性Ａのような急な温度上昇勾配で加熱しても、温度特性４１のように、Ｔｈの上昇に対してＴｆが余り遅れることなく上昇できる。したがって、ＴｈとＴｆとの温度差ΔＴａは比較的小さい。
【００２９】
これに対して、感湿膜１４Ｆの表面に水滴Ｗが付着して結露している場合、水滴Ｗの気化熱により感湿膜１４Ｆ側での放熱効果が大きい。このため、ヒータ１６により通常加熱特性Ａのような急な温度上昇勾配で加熱した場合、温度特性４２のように、Ｔｈの上昇に対してＴｆが大きく遅れて上昇することになる。したがって、ＴｈとＴｆとの温度差ΔＴｂが大きくなるため、それぞれの熱膨張率の差に起因して、感湿素子１４の構成部材が膨張する量に差が発生し、構成部材の破損や部材間の剥離などの損傷が生じる恐れがある。
【００３０】
一方、図４（ｂ）において、加熱特性Ｂは通常の加熱特性であり、Ｔ１より長い時間ｔ２を要してヒータ近傍温度Ｔｈを温度Ｔｃ１から温度Ｔｃ２まで上昇させる加熱プロファイルである。また、温度特性４３は結露がない場合における感湿膜表面温度Ｔｆの温度変化を示し、温度特性４４は結露がある場合におけるＴｆの温度変化を示している。
【００３１】
結露がない場合、感湿膜１４Ｆ側での放熱効果が小さい。このため、ヒータ１６により結露時用加熱特性Ｂのような緩やかな温度上昇勾配で加熱した場合、温度特性４３のように、Ｔｈの上昇に対してＴｆが余り遅れることなく上昇できる。したがって、温度特性４１と同様、ＴｈとＴｆとの温度差ΔＴａは比較的小さい。
【００３２】
これに対して、感湿膜１４Ｆの表面に水滴Ｗが付着して結露している場合、水滴Ｗの気化熱により感湿膜１４Ｆ側での放熱効果が大きい。この際、ヒータ１６により結露時用加熱特性Ｂのような緩やかな温度上昇勾配で加熱した場合、温度特性４４のように、Ｔｈの上昇に対してＴｆが余り遅れることなく上昇できる。したがって、ＴｈとＴｆとの温度差ΔＴｂが比較的小さいままとなるため、熱膨張率の差に起因する損傷を回避することができる。
【００３３】
このようにして加熱を開始した後、加熱クリーニング部１７Ｃは、湿度計測部１７Ａで逐次計測された素子計測値Ｃの推移を監視する（ステップ１０５）。
ここで、素子計測値Ｃが感湿性能の回復を示す所定の許容範囲Ｃａ内に到達するまで（ステップ１０５：ＮＯ）、感湿素子１４の加熱を継続し、ＣがＣａ内に到達した時点で（ステップ１０５：ＹＥＳ）、ヒータ１６による加熱を停止し（ステップ１０６）、一連の加熱クリーニング処理を終了する。
【００３４】
結露時用加熱特性Ｂについては、試験を繰り返すことにより、損傷が発生しない特性曲線を経験的に特定すればよい。なお、感湿素子１４を構成する各部材の熱膨張率、部材の大きさや曲げ強度、部材間の固着強度などに基づいて、ＴｈとＴｆとの温度差として損傷が発生しない安全温度差を特定し、この安全温度差以下にＴｈとＴｆとの温度差が保たれるような結露時用加熱特性Ｂを特定してもよい。
【００３５】
また、通常加熱特性Ａや結露時用加熱特性Ｂの実現方法としては、ヒータ１６の駆動に用いる印加電圧、デューティー比、またはこれら組み合わせを調整すればよい。
図５は、印加電圧制御を示す説明図である。ここでは、通常加熱特性Ａの場合には印加電圧Ｖａでヒータ１６を駆動し、結露時用加熱特性Ｂの場合には印加電圧Ｖａより電圧が低い印加電圧Ｖｂでヒータ１６を駆動する方法が示されている。
【００３６】
図６は、デューティー比制御を示す説明図である。ここでは、通常加熱特性Ａの場合には駆動パルスの周期ｔｓに対するパルス幅をｔｐａとし、結露時用加熱特性Ｂの場合にはｔｐａより短いパルス幅ｔｐｂとする方法が示されている。
図７は、印加電圧・デューティー比制御を示す説明図である。ここでは、通常加熱特性Ａの場合には印加電圧Ｖａでパルス幅ｔｐａの駆動パルスで駆動し、結露時用加熱特性Ｂの場合にはＶａより低い印加電圧Ｖｂでｔｐａより短いパルス幅ｔｐｂの駆動パルスで駆動ｔｐａより短いパルス幅ｔｐｂとする方法が示されている。
【００３７】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、加熱クリーニング部１７Ｃが、感湿素子１４を加熱クリーニングする際、感湿素子１４により計測した湿度ＲＨを予め設定される基準判定値ＲＨｓと比較することにより感湿膜１４Ｆにおける結露の有無を判定し、この判定結果に応じて予め設定されている通常加熱特性Ａ、または通常加熱特性Ａに比較して温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性Ｂを選択し、選択した加熱特性に基づきヒータ１６による感湿素子１４の加熱を開始するようにしたものである。
【００３８】
これにより、感湿膜１４Ｆにおける結露がある場合には、温度上昇勾配が緩やかな結露時用加熱特性Ｂに基づいて感湿素子１４が加熱される。このため、ヒータ近傍温度Ｔｈの上昇に対して感湿膜表面温度Ｔｆが余り遅れることなく上昇させることができ、両者の温度差を小さく維持することができる。したがって、多湿環境であっても結露による感湿素子１４の損傷を回避しつつ加熱クリーニングが可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態において、加熱クリーニング部１７Ｃが、ヒータ１６による感湿素子１４の加熱を開始した後、素子計測値Ｃが感湿性能の回復を示す所定の許容範囲Ｃａ内に到達したことが確認された到達確認時点で、ヒータ１６による加熱を停止するようにしてもよい。
これにより、湿度計測以外の期間に定期的にヒータを駆動して感湿素子１４を加熱クリーニングする場合と比較して、感湿素子１４に含まれている収着物を確実に除去することができる。
【００４０】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…湿度センサ、１１…通信Ｉ／Ｆ部、１２…操作入力部、１３…表示部、１４…感湿素子、１４Ｂ…基板、１４Ｅ…検出電極、１４Ｆ…感湿膜、１４Ｐ…パッド、１５…感温素子、１６…ヒータ、１７…制御部、１７Ａ…湿度計測部、１７Ｂ…温度計測部、１７Ｃ…加熱クリーニング部、Ｌ１，Ｌ２…リード線、Ｃ…素子計測値、Ｃａ…許容範囲、ＲＨ…湿度、ＲＨｓ…基準判定値、Ｔ…素子温度、Ｔｈ…ヒータ近傍温度、Ｔｆ…感湿膜表面温度、Ａ…通常加熱特性、Ｂ…結露時用加熱特性。
【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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【図７】
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