JP7661029B2

JP7661029B2 - Humidity Sensors

Info

Publication number: JP7661029B2
Application number: JP2020188789A
Authority: JP
Inventors: 鮎美津嶋; 義之石倉
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2025-04-14
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: JP2022077789A

Description

この発明は、湿度センサ素子がセンサ室に格納された湿度センサに関する。 This invention relates to a humidity sensor in which a humidity sensor element is housed in a sensor chamber.

従来、湿度センサとして、塵又は埃等の物理的な飛来物の湿度センサ素子への付着を防ぐため、湿度センサ素子が設けられたセンサ室の開口部にフィルタが設けられたものが知られている（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, humidity sensors have been known that have a filter installed at the opening of the sensor chamber in which the humidity sensor element is installed to prevent physical particles such as dust or dirt from adhering to the humidity sensor element (see, for example, Patent Document 1).

特開昭６３－１３２１５２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-132152

しかしながら、特許文献１に開示されたような従来の湿度センサでは、センサ計測に有害となるガスの飛来の防止はできず、改善が求められている。 However, conventional humidity sensors such as the one disclosed in Patent Document 1 are unable to prevent the intrusion of gases that are harmful to the sensor measurement, and improvements are needed.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、センサ計測に有害となるガスの湿度センサ素子への吸着を軽減可能な湿度センサを提供することを目的としている。 This invention was made to solve the above problems, and aims to provide a humidity sensor that can reduce the adsorption of gases that are harmful to sensor measurement onto the humidity sensor element.

この発明に係る湿度センサは、湿度センサ素子と、開口部を有し、湿度センサ素子が格納されたセンサ室と、開口部を有し、センサ室に通じた体積調整室と、水分子より大きいガスの透過を軽減可能であり、センサ室が有する開口部を覆うフィルタと、ガスを遮蔽可能であり、体積調整室が有する開口部を覆い、当該体積調整室を介してセンサ室の内圧を外圧と一致させる体積調整部とを備えたことを特徴とする。 The humidity sensor of the present invention is characterized by comprising a humidity sensor element, a sensor chamber having an opening and in which the humidity sensor element is stored, a volume adjustment chamber having an opening and connected to the sensor chamber, a filter capable of reducing the permeation of gases larger than water molecules and covering the opening of the sensor chamber , and a volume adjustment section capable of blocking gases and covering the opening of the volume adjustment chamber, and adjusting the internal pressure of the sensor chamber to match the external pressure via the volume adjustment chamber.

この発明によれば、上記のように構成したので、センサ計測に有害となるガスの湿度センサ素子への吸着を軽減可能となる。 According to this invention, as configured as above, it is possible to reduce the adsorption of gases that are harmful to the sensor measurement onto the humidity sensor element.

実施の形態１に係る湿度センサの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a humidity sensor according to a first embodiment; 実施の形態１に係る湿度センサの動作例を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating an example of the operation of the humidity sensor according to the first embodiment.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る湿度センサの構成例を示す図である。
湿度センサは、図１に示すように、筐体１内に、センサ室１１及び体積調整室１２が設けられている。センサ室１１及び体積調整室１２は、通路１３により通じている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a humidity sensor according to a first embodiment.
1, the humidity sensor has a sensor chamber 11 and a volume adjustment chamber 12 provided in a housing 1. The sensor chamber 11 and the volume adjustment chamber 12 communicate with each other via a passage 13.

センサ室１１は、内部に湿度センサ素子１１１を格納した空間である。湿度センサ素子１１１は、センサ室１１内の湿度を計測可能である。また、センサ室１１には、一面（図１では上面）に、開口部１１２が設けられている。 The sensor chamber 11 is a space that houses a humidity sensor element 111 inside. The humidity sensor element 111 is capable of measuring the humidity inside the sensor chamber 11. The sensor chamber 11 also has an opening 112 on one side (the top side in FIG. 1).

センサ室１１が有する開口部１１２は、積層フィルタ１１３により覆われている。図１に示す積層フィルタ１１３は、外周側が、センサ室１１の上面に貼付けられている。図１に示す積層フィルタ１１３は、フィルタ１１３１及びフィルタ（第２のフィルタ）１１３２から構成されている。 The opening 112 of the sensor chamber 11 is covered by a laminated filter 113. The outer periphery of the laminated filter 113 shown in FIG. 1 is attached to the upper surface of the sensor chamber 11. The laminated filter 113 shown in FIG. 1 is composed of a filter 1131 and a filter (second filter) 1132.

フィルタ１１３１は、水分子より大きいガスの透過を軽減可能とするフィルタである。フィルタ１１３１としては、例えば酸化グラフェン膜が挙げられる。このフィルタ１１３１により、水分子はセンサ室１１内に透過可能とされ、水分子より大きいガスはセンサ室１１内への透過が制限される。 The filter 1131 is a filter capable of reducing the permeation of gases larger than water molecules . An example of the filter 1131 is a graphene oxide film. The filter 1131 allows water molecules to permeate into the sensor chamber 11, but restricts the permeation of gases larger than water molecules into the sensor chamber 11.

フィルタ１１３２は、塵又は埃等の物理的な飛来物を遮蔽可能とするフィルタである。フィルタ１１３２は、フィルタ１１３１を覆い、大気側に晒されている。フィルタ１１３２は、塵又は埃等の物理的な飛来物を遮蔽可能なフィルタであればよい。フィルタ１１３２としては、例えば、焼結金属又は多孔質セラミックスから成るフィルタが挙げられる。 Filter 1132 is a filter capable of blocking physical incoming objects such as dust or dirt. Filter 1132 covers filter 1131 and is exposed to the atmosphere. Filter 1132 may be any filter capable of blocking physical incoming objects such as dust or dirt. Examples of filter 1132 include a filter made of sintered metal or porous ceramics.

なお、センサ室１１が有する開口部１１２は、網の目状に構成されていてもよい。これにより、例えば、フィルタ１１３１及びフィルタ１１３２が薄い場合（自立不可である場合）でも、開口部１１２においてフィルタ１１３１及びフィルタ１１３２を支持可能となり、強度の向上が見込める。 The opening 112 of the sensor chamber 11 may be configured in a mesh-like shape. This allows the opening 112 to support the filters 1131 and 1132, even if the filters 1131 and 1132 are thin (and cannot stand on their own), and this is expected to improve their strength.

なお図１に示す湿度センサでは、フィルタ１１３１にフィルタ１１３２が積層された場合を示した。しかしながら、フィルタ１１３２は湿度センサに必須の構成ではなく、フィルタ１１３２が湿度センサに設けられていなくてもよい。 In the humidity sensor shown in FIG. 1, filter 1132 is stacked on filter 1131. However, filter 1132 is not an essential component of the humidity sensor, and filter 1132 does not necessarily have to be provided in the humidity sensor.

体積調整室１２は、通路１３を介して、センサ室１１に通じた空間である。また、体積調整室１２には、一面（図１では上面）に、開口部１２１が設けられている。 The volume adjustment chamber 12 is a space that is connected to the sensor chamber 11 via a passage 13. The volume adjustment chamber 12 also has an opening 121 on one side (the top side in FIG. 1).

体積調整室１２が有する開口部１２１は、体積調整部１２２により覆われている。図１に示す体積調整部１２２は、外周側が、体積調整室１２の上面に貼付けられている。体積調整部１２２は、ガスを遮蔽可能であり、また、体積調整室１２を介してセンサ室１１の内圧を外圧と一致（略一致の意味を含む）させるように調整する機能を有する。なお、例えば、センサ室１１内の温度変化が０～８０度程度であると想定した場合、センサ室１１の内圧変動は９０ｋＰａ～１２０ｋＰａ程度であり、体積調整部１２２は、この内圧変動を吸収可能とするように構成されている。 The opening 121 of the volume adjustment chamber 12 is covered by a volume adjustment part 122. The outer periphery of the volume adjustment part 122 shown in FIG. 1 is attached to the upper surface of the volume adjustment chamber 12. The volume adjustment part 122 can block gas, and also has the function of adjusting the internal pressure of the sensor chamber 11 to match (including the meaning of approximately matching) the external pressure via the volume adjustment chamber 12. For example, if the temperature change in the sensor chamber 11 is assumed to be approximately 0 to 80 degrees, the internal pressure fluctuation of the sensor chamber 11 is approximately 90 kPa to 120 kPa, and the volume adjustment part 122 is configured to be able to absorb this internal pressure fluctuation.

体積調整部１２２としては、金属製のダイアフラム又は金属製のベローズが挙げられる。なお、体積調整部１２２として金属製のベローズを用いる場合、体積調整部１２２の稼働範囲が大きくなる（内容積の設計自由度が上がる）という利点がある。また、体積調整部１２２として金属製のダイアフラムを用いる場合、体積調整部１２２の製作が容易となるという利点がある。一方、体積調整部１２２として金属製のダイアフラムを用いる場合、体積調整部１２２の稼働範囲が金属製のベローズに比べて小さくなる（ダイアフラムの稼働範囲内に内部ガスの変動量を抑える必要がある）。図１では、体積調整部１２２が金属製のダイアフラムから成る場合を示している。 Examples of the volume adjustment unit 122 include a metal diaphragm or a metal bellows. When a metal bellows is used as the volume adjustment unit 122, there is an advantage that the operating range of the volume adjustment unit 122 is larger (the degree of freedom in designing the internal volume is increased). When a metal diaphragm is used as the volume adjustment unit 122, there is an advantage that the volume adjustment unit 122 is easier to manufacture. On the other hand, when a metal diaphragm is used as the volume adjustment unit 122, the operating range of the volume adjustment unit 122 is smaller than that of a metal bellows (the amount of fluctuation in the internal gas needs to be suppressed within the operating range of the diaphragm). Figure 1 shows a case where the volume adjustment unit 122 is made of a metal diaphragm.

次に、図１に示す実施の形態１に係る湿度センサによる効果について説明する。
ここで、センサ計測に有害となるガスの湿度センサ素子１１１への吸着を軽減するために、水分子より大きいガスをセンサ室１１内に通さないフィルタを設置することが考えられる。しかしながら、水分子より大きいガスをセンサ室１１内に通さないように構成した場合、センサ室１１の内圧が温度変化等により変動することになり、その内圧変動がセンサ計測誤差を生じさせる要因になり得る。 Next, the effects of the humidity sensor according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.
Here, in order to reduce the adsorption of gases that are harmful to sensor measurement onto humidity sensor element 111, it is conceivable to install a filter that does not allow gases larger than water molecules to pass into sensor chamber 11. However, if a configuration is made such that gases larger than water molecules do not pass into sensor chamber 11, the internal pressure of sensor chamber 11 will fluctuate due to temperature changes, etc., and this internal pressure fluctuation can be a factor in causing sensor measurement errors.

そこで、実施の形態１に係る湿度センサでは、センサ室１１の内圧と外圧を均一にするため、ガスの透過を生じない体積調整部１２２が体積調整室１２に設けられている。これにより、実施の形態１に係る湿度センサでは、センサ室１１の内圧が温度変化等により変動しても、体積調整部１２２によりセンサ室１１の内圧が外圧と一致するように調整される。例えば図２に示すように、センサ室１１の内圧が基準値より上がった場合には体積調整部１２２（金属製のダイアフラム）が膨らむ方向に変形し（図２に示す符号２０１参照）、センサ室１１の内圧が基準値より下がった場合には体積調整部１２２（金属製のダイアフラム）がしぼむ方向に変形する（図２に示す符号２０２参照）。その結果、実施の形態１に係る湿度センサでは、温度変化等によるセンサ計測誤差を抑制可能となる。 Therefore, in the humidity sensor according to the first embodiment, in order to equalize the internal pressure and the external pressure of the sensor chamber 11, a volume adjustment section 122 that does not allow gas to pass through is provided in the volume adjustment chamber 12. As a result, in the humidity sensor according to the first embodiment, even if the internal pressure of the sensor chamber 11 fluctuates due to temperature changes or the like, the volume adjustment section 122 adjusts the internal pressure of the sensor chamber 11 to match the external pressure. For example, as shown in FIG. 2, when the internal pressure of the sensor chamber 11 rises above the reference value, the volume adjustment section 122 (metal diaphragm) deforms in the expanding direction (see reference numeral 201 shown in FIG. 2), and when the internal pressure of the sensor chamber 11 falls below the reference value, the volume adjustment section 122 (metal diaphragm) deforms in the contracting direction (see reference numeral 202 shown in FIG. 2). As a result, in the humidity sensor according to the first embodiment, it is possible to suppress sensor measurement errors due to temperature changes or the like.

また、センサ室１１が有する開口部１１２には、水分子より大きいガスの透過を軽減可能なフィルタ１１３１が設けられている。これにより、水分子のセンサ室１１への出入口を確保しつつ、水分子より大きいガスのセンサ室１１への流入を抑制可能となる。このフィルタ１１３１としては、特に酸化グラフェン膜を利用することが有効である。
また、フィルタ１１３１上に、塵又は埃等の物理的な飛来物を遮蔽可能なフィルタ１１３２が積層されることで、当該物理的な飛来物のセンサ室１１への流入を回避可能となる。 Furthermore, a filter 1131 capable of reducing the transmission of gas larger than water molecules is provided at the opening 112 of the sensor chamber 11. This makes it possible to prevent gas larger than water molecules from flowing into the sensor chamber 11 while securing an entrance and exit for water molecules to and from the sensor chamber 11. It is particularly effective to use a graphene oxide film as this filter 1131.
Furthermore, by stacking filter 1132 capable of blocking physical flying objects such as dust or dirt on filter 1131 , it is possible to prevent the physical flying objects from entering sensor chamber 11 .

以上のように、この実施の形態１によれば、湿度センサは、湿度センサ素子１１１と、開口部１１２を有し、湿度センサ素子１１１が格納されたセンサ室１１と、開口部１１２を有し、センサ室１１に通じた体積調整室１２と、水分子より大きいガスの透過を軽減可能であり、センサ室１１が有する開口部１１２を覆うフィルタ１１３１と、体積調整室１２が有する開口部１１２を覆い、当該体積調整室１２を介してセンサ室１１の内圧を外圧と一致させる体積調整部１２２とを備えた。これにより、実施の形態１に係る湿度センサは、センサ計測に有害となるガスの湿度センサ素子１１１への吸着を軽減可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the humidity sensor includes a humidity sensor element 111, a sensor chamber 11 having an opening 112 and housing the humidity sensor element 111, a volume adjustment chamber 12 having an opening 112 and communicating with the sensor chamber 11, a filter 1131 that is capable of reducing the permeation of gases larger than water molecules and that covers the opening 112 of the sensor chamber 11, and a volume adjustment part 122 that covers the opening 112 of the volume adjustment chamber 12 and makes the internal pressure of the sensor chamber 11 equal to the external pressure via the volume adjustment chamber 12. This makes it possible for the humidity sensor according to the first embodiment to reduce adsorption of gases that are harmful to sensor measurement to the humidity sensor element 111.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In addition, any of the components of the embodiments of the present invention may be modified or omitted within the scope of the invention.

１筐体
１１センサ室
１２体積調整室
１３通路
１１１湿度センサ素子
１１２開口部
１１３積層フィルタ
１２１開口部
１２２体積調整部
１１３１フィルタ
１１３２フィルタ（第２のフィルタ） 1 Housing 11 Sensor chamber 12 Volume adjustment chamber 13 Passage 111 Humidity sensor element 112 Opening 113 Laminated filter 121 Opening 122 Volume adjustment portion 1131 Filter 1132 Filter (second filter)

Claims

A humidity sensor element;
a sensor chamber having an opening and housing the humidity sensor element;
a volume adjustment chamber having an opening and communicating with the sensor chamber;
a filter that can reduce the permeation of gases larger than water molecules and that covers an opening of the sensor chamber;
a volume adjustment section capable of blocking gas, covering an opening of the volume adjustment chamber, and adjusting the internal pressure of the sensor chamber to be equal to the external pressure via the volume adjustment chamber.

2. The humidity sensor according to claim 1, further comprising a second filter capable of blocking physical flying objects and laminated on the filter.

The humidity sensor according to claim 1 or 2, wherein the filter is made of a graphene oxide film.

4. The humidity sensor according to claim 1, wherein the volume adjustment portion is made of a metal diaphragm.

4. The humidity sensor according to claim 1, wherein the volume adjustment portion is made of a metal bellows.