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JPH0776762B2 - Electronic hygrometer - Google Patents
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JPH0776762B2 - Electronic hygrometer - Google Patents

Electronic hygrometer

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JPH0776762B2
JPH0776762B2 JP61218240A JP21824086A JPH0776762B2 JP H0776762 B2 JPH0776762 B2 JP H0776762B2 JP 61218240 A JP61218240 A JP 61218240A JP 21824086 A JP21824086 A JP 21824086A JP H0776762 B2 JPH0776762 B2 JP H0776762B2
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capacitance
humidity
square wave
value
pulse signal
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勇夫 田澤
規博 木内
秀夫 瀬川
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般に電子湿度計に関し、特に例えば、大気中
の湿度変化に応じて静電容量の値が可変する湿度検知素
子を備えたデイジタル電子湿度計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to an electronic hygrometer, and in particular, for example, a digital electronic hygrometer equipped with a humidity detecting element whose capacitance value varies according to a change in humidity in the atmosphere. Regarding

発明の技術的背景とその問題点 周知のように、この種のデイジタル電子湿度計は、感湿
素子に大気中の湿度変化に応じて該素子の静電容量の値
が可変し電気的出力が得られるものを使用し、該感湿素
子の静電容量値可変に応じて該素子から出力されるアナ
ログ電圧信号を増幅器により増幅した後、アナログ/デ
イジタル変換器(以下「A/D変換器」という)にてデイ
ジタル信号に変換し、マイロコンピユータ、マイクロプ
ロセツサ等のデイジタル電子回路制御機器(以下単に
「マイクロコンピユータ」という)が、前記デイジタル
信号に基づいて前記感湿素子によつて検知された大気中
の湿度値を算出するようになつている。
TECHNICAL BACKGROUND OF THE INVENTION AND ITS PROBLEMS As is well known, in this type of digital electronic hygrometer, the capacitance value of the humidity sensitive element is changed according to the humidity change in the atmosphere, and the electric output is changed. The obtained product is used, and the analog voltage signal output from the humidity-sensitive element is amplified by an amplifier according to the change in the capacitance value of the element, and then the analog / digital converter (hereinafter referred to as "A / D converter"). The digital electronic circuit control device (hereinafter simply referred to as "microcomputer") such as a mylocomputer, a microprocessor, etc. is detected by the humidity sensitive element based on the digital signal. It is designed to calculate the humidity value in the atmosphere.

ところで上述した内容から明らかなように、従来のデイ
ジタル電子湿度計には、前述した大気中の湿度変化に応
じて静電容量の値が可変する感湿素子から出力されたア
ナログ電圧信号に基づいてマイクロコンピユータが大気
中の湿度値を算出するのに、前記感湿素子とマイクロコ
ンピユータとの間に前記感湿素子から出力されたアナロ
グ信号を増幅する増幅器と、該増幅器から出力されたア
ナログ信号をデイジタル信号に変換するA/D変換器とを
接続する必要があつたので、マイクロコンピユータを始
めとする増幅器、A/D変換器等をも含めた回路全体を1
チツプLSI化することができず、従つて小型化、低消費
電力化を図るには自ずから限界があり、又、低コスト化
を図ることも困難であつた。
By the way, as is apparent from the above description, the conventional digital electronic hygrometer is based on the analog voltage signal output from the humidity sensitive element whose capacitance value is variable according to the humidity change in the atmosphere described above. In order for the microcomputer to calculate the humidity value in the atmosphere, an amplifier for amplifying an analog signal output from the humidity sensitive element between the humidity sensitive element and the microcomputer and an analog signal output from the amplifier are used. Since it was necessary to connect an A / D converter that converts to a digital signal, the entire circuit including the amplifier such as a microcomputer, A / D converter, etc.
Since it could not be made into a chip LSI, there was a limit to achieving miniaturization and low power consumption, and it was difficult to reduce the cost.

そこで上述した事実に鑑みて、本発明者等が研究を重ね
た結果、上記のごときデイジタル電子湿度計において比
較的高価なA/D変換器を使用せず、A/D変換器の機能を他
の技術的手段に補完させることにより回路の部品点数を
低減せしめ、もつて回路全体を1チツプLSI化し得るこ
とを見出した。
Therefore, in view of the above-mentioned fact, as a result of the present inventors' repeated research, the digital electronic hygrometer as described above does not use a relatively expensive A / D converter, but the function of the A / D converter is different. It has been found that the number of components of the circuit can be reduced by complementing the technical means of (1) and the entire circuit can be integrated into one chip LSI.

本発明は、斯る新規な知見に基づくものである。The present invention is based on such a new finding.

目 的 従つて本発明は、上述したごとき経緯によつて創案され
たものであつて、その目的は、比較的高価なA/D変換器
を除去して回路の部品点数を減少することによつて回路
全体の1チツプLSI化を図り、もつて小型化、低消費電
力化、低コスト化を図ることが可能で、しかも回路内の
部品定数のばらつき、温度特性などによる影響を排除し
て高精度の電子湿度計を提供することである。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned background, and its purpose is to eliminate a relatively expensive A / D converter and reduce the number of circuit components. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire circuit to a single chip LSI, reduce power consumption, and reduce costs, and eliminate the effects of variations in component constants in the circuit and temperature characteristics. It is to provide an electronic hygrometer with accuracy.

問題点を解決するための手段 上記目的は本発明に係る電子湿度計によつて達成され
る。要約すれば本発明は、方形波パルス信号発生器と該
方形波パルス信号発生器に接続された大気中の湿度変化
に応じて静電容量の値が可変する湿度検知素子と前記方
形波パルス信号発生器に接続され前記湿度検知素子の静
電容量の値との間でCR時定数回路を形成する抵抗素子と
を備え、前記湿度検知素子の静電容量の値の可変に応じ
た方形波パルス信号を出力する発振手段と、前記発振手
段から出力された方形波パルス信号の周波数を計数し、
該計数結果に基づいて大気中の湿度値を求めるデイジタ
ル演算処理手段とを有する電子湿度計であって、 前記湿度検知素子に対して基準容量素子を並列接続し、
前記湿度検知素子側を開/閉する第1のスイツチング手
段と前記基準容量素子側を開/閉する第2のスイツチン
グ手段とを設け、前記デイジタル演算処理手段により、
前記湿度検知素子の静電容量の値と前記基準容量素子の
静電容量の値との比に対応する前記第1のスイツチング
手段のみが閉成されたときの前記発振手段から出力され
る方形波パルス信号の発振周波数と前記第2のスイツチ
ング手段のみが閉成されたときの前記発振手段から出力
される方形波パルス信号の発振周波数との比を演算し、
該演算結果に基づいて大気中の湿度値を求めるようにし
たことを特徴とする電子湿度計である。
Means for Solving the Problems The above object is achieved by the electronic hygrometer according to the present invention. In summary, the present invention relates to a square-wave pulse signal generator, a humidity-sensing element connected to the square-wave pulse signal generator and having a capacitance value that varies according to a change in humidity in the atmosphere, and the square-wave pulse signal. A square wave pulse according to the variable capacitance value of the humidity sensing element, the resistance sensing element being connected to a generator and forming a CR time constant circuit with the capacitance value of the humidity sensing element. Oscillating means for outputting a signal, counting the frequency of the square wave pulse signal output from the oscillating means,
An electronic hygrometer having a digital arithmetic processing means for obtaining a humidity value in the atmosphere based on the counting result, wherein a reference capacitance element is connected in parallel to the humidity detection element,
First switching means for opening / closing the humidity detecting element side and second switching means for opening / closing the reference capacitance element side are provided, and by the digital arithmetic processing means,
A square wave output from the oscillating means when only the first switching means is closed, which corresponds to the ratio of the capacitance value of the humidity sensing element to the capacitance value of the reference capacitance element. A ratio between the oscillation frequency of the pulse signal and the oscillation frequency of the square wave pulse signal output from the oscillation means when only the second switching means is closed is calculated,
The electronic hygrometer is characterized in that a humidity value in the atmosphere is obtained based on the calculation result.

実施例 以下、図面により本発明に従う実施例について説明す
る。
Examples Hereinafter, examples according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の電子湿度計の原理を説明する図であ
る。本発明の電子湿度計の概要は、第1図を参照して明
らかなように、発振手段即ち方形波パルス発振器1と、
前記方形波パルス発振器1の出力信号を受けるデイジタ
ル演算処理手段即ちマイクロコンピユータ9とから成つ
ている。前述した方形波パルス発振器1は、方形波パル
ス信号発生器即ち論理レベル信号たる方形波パルス信号
を出力するインバータ素子7と、前記インバータ素子7
の帰還回路に接続されている抵抗素子3と、前記抵抗素
子3の電気抵抗値との間でCR時定数回路即ちCR発振回路
を形成する湿度検知素子5とで構成されている。前記湿
度検知素子5には、大気中の湿度変化に応じて静電容量
の値が可変するもの、所謂静電容量可変型と称される感
湿素子が用いられている。前述した静電容量可変型の感
湿素子としては、例えば、タンタル、チタン、ニオブ、
アルミニウム、ハフニウムのような弁作用金属から成る
陽極基体の上に陽極酸化により誘電体性陽極酸化皮膜を
形成し、さらにこの誘電体性陽極酸化皮膜の上の全面又
は一部に、例えば硝酸マンガンのような熱分解性金属塩
の熱分解によつて二酸化マンガンのような半導体性金属
酸化物層を形成し、そしてその上にカーボン、銀ペイン
トを用いて水蒸気透渦性の導電性電極を形成したごとき
構造のものがある。上述した構造の静電容量可変型の感
湿素子による湿度検知のプロセスは、以下のようであ
る。即ち、前記湿度検知素子5が相対湿度に応じた空気
中の水分を吸着すると、この水分が誘電体性陽極酸化皮
膜の対向電極として作用し、高湿の場合には、この電極
面積が増加するので、高静電容量が得られ、低湿の場合
には逆に低静電容量が信号として検出され、最終的に空
気中の相対湿度変化を静電容量変化として検知する。前
述したごとき静電容量可変型の湿度検知素子は、第2図
にて図示するように、0〜100%RHにわたつて測定精
度、感度ともに高く、又、第3図にて図示するように、
吸脱湿の応答性も非常に優れている。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the electronic hygrometer of the present invention. An outline of the electronic hygrometer of the present invention is, as is apparent with reference to FIG. 1, an oscillating means, that is, a square wave pulse oscillator 1,
It comprises a digital arithmetic processing means or a microcomputer 9 for receiving the output signal of the square wave pulse oscillator 1. The square wave pulse oscillator 1 described above includes a square wave pulse signal generator, that is, an inverter element 7 that outputs a square wave pulse signal that is a logic level signal, and the inverter element 7
The resistance element 3 connected to the feedback circuit and the humidity detecting element 5 forming a CR time constant circuit, that is, a CR oscillation circuit, between the resistance element 3 and the electric resistance value of the resistance element 3. As the humidity detecting element 5, a humidity sensitive element of which the electrostatic capacitance value is variable according to a change in humidity in the atmosphere, that is, a so-called electrostatic capacitance variable type is used. Examples of the variable capacitance type humidity sensitive element described above include tantalum, titanium, niobium,
A dielectric anodic oxide film is formed by anodic oxidation on an anodic substrate made of a valve metal such as aluminum or hafnium, and the whole or a part of the dielectric anodic oxide film is coated with, for example, manganese nitrate. A semiconducting metal oxide layer such as manganese dioxide was formed by the thermal decomposition of such a pyrolytic metal salt, and a water vapor vortex conductive electrode was formed on it by using carbon and silver paint. There is a structure like this. The process of humidity detection by the variable capacitance type humidity sensitive element having the above-described structure is as follows. That is, when the humidity detecting element 5 adsorbs moisture in the air according to the relative humidity, this moisture acts as a counter electrode of the dielectric anodized film, and in the case of high humidity, this electrode area increases. Therefore, a high capacitance is obtained, and when the humidity is low, the low capacitance is detected as a signal, and finally the change in relative humidity in the air is detected as a change in capacitance. As described above, the variable capacitance type humidity detecting element has high measurement accuracy and sensitivity over 0 to 100% RH as shown in FIG. 2, and as shown in FIG. ,
The response of adsorption and dehumidification is also very excellent.

前記インバータ素子7は、前記湿度検知素子5の静電容
量値が大気中の湿度変化に応じて可変しそれによつて該
湿度検知素子5の静電容量値と前記抵抗素子3との間で
形成されているCR発振回路における発振周波数が可変す
ると、該発振周波数に応じた周波数の方形波パルス信号
を出力するようになつている。例えば、前記インバータ
素子7にC−MOSシユミツトインバータが用いられてお
り、このようにインバータ素子7にC−MOSシユミツト
インバータを用いることによつて、低コスト化、低消費
電力化を図るとともに、例えば100KHz程度のオーダの周
波数に対しても安定した方形波パルス信号が得られるよ
うにしている。
The inverter element 7 is formed between the capacitance value of the humidity detecting element 5 and the resistance element 3 by changing the capacitance value of the humidity detecting element 5 according to a change in humidity in the atmosphere. When the oscillation frequency of the CR oscillation circuit is changed, a square wave pulse signal having a frequency corresponding to the oscillation frequency is output. For example, a C-MOS short inverter is used for the inverter element 7, and by using the C-MOS short inverter for the inverter element 7 in this way, cost reduction and power consumption reduction are achieved. For example, a stable square wave pulse signal can be obtained even at a frequency on the order of 100 KHz.

前述したマイクロコンピユータ9は、算術演算、論理演
算を行なうCPU、前記方形波パルス発振器1から出力さ
れた方形波パルス信号を計数するカウンタ、制御プログ
ラム等を内蔵し又必要データを記憶するメモリ、入出力
ポート等を備えている。前記マイクロコンピユータ9の
メモリに記憶されているデータとしては、例えば前記第
2図にて図示したごとき湿度検知素子5の湿度−静電容
量値特性データを始め、前記湿度検知素子5の温度補償
値データ、第1図にて図示した方形波パルス発振器1か
ら出力される方形波パルス信号の発振周波数fと前記湿
度検知素子5の静電容量値Cとの関係を表わす式 但し、VO:前記方形波パルス発振器1の出力電圧 VTH:前記インバータ素子7(即ちC−MOSシユミツトイ
ンバータ)のHiレベルスレツシヨルド電圧 VTL:前記インバータ素子7(即ちC−MOSシユミツトイ
ンバータ)のLOレベルスレツシヨルド電圧 k:定数 がある。前記マイクロコンピユータ9のCPUは、前述し
た方形波パルス発振器1から出力される方形波パルス信
号の周波数fをカウントし、該カウントした方形波パル
ス信号の発振周波数fと前記メモリに記憶されている
式とから前記湿度検知素子5の静電容量値Cを演算し、
該演算した前記湿度検知素子5の静電容量値Cと前記メ
モリに記憶されている第2図にて示した前記湿度検知素
子5の湿度−静電容量値特性データとから大気中の湿度
値を求めることとなる。
The above-mentioned micro computer 9 has a CPU for performing arithmetic and logical operations, a counter for counting the square wave pulse signal output from the square wave pulse oscillator 1, a memory for storing necessary data, an input memory, and the like. Equipped with output ports and so on. Examples of the data stored in the memory of the microcomputer 9 include humidity-capacitance value characteristic data of the humidity detecting element 5 as shown in FIG. 2 and temperature compensation value of the humidity detecting element 5. Data, an expression representing the relationship between the oscillation frequency f of the square wave pulse signal output from the square wave pulse oscillator 1 shown in FIG. 1 and the capacitance value C of the humidity detecting element 5. However, VO: output voltage of the square wave pulse oscillator 1 VTH: Hi level threshold voltage of the inverter element 7 (that is, C-MOS shift inverter) VTL: the inverter element 7 (that is, C-MOS shift inverter) LO level threshold voltage of k: There is a constant. The CPU of the microcomputer 9 counts the frequency f of the square wave pulse signal output from the square wave pulse oscillator 1 described above, and the oscillation frequency f of the counted square wave pulse signal and the expression stored in the memory. And the capacitance value C of the humidity detecting element 5 is calculated from
From the calculated electrostatic capacitance value C of the humidity detecting element 5 and the humidity-electrostatic capacitance value characteristic data of the humidity detecting element 5 shown in FIG. Will be asked.

以上説明したように、本発明によれば、インバータ素子
7に、C−MOSシユミツトインバータを用いることによ
り、低コスト化、低消費電力化を図ることができ、これ
とともに例えば100KHz程度のオーダの周波数に対しても
安定した方形波パルス信号を得ることができる。又、湿
度検知素子5をインバータ素子7の入力側に接続し、該
湿度検知素子5の湿度変化に応じて該湿度検知素子5の
静電容量値と前記インバータ素子7の帰還回路に接続さ
れている抵抗素子3との間で形成されているCR発振回路
における発振周波数の可変に応じた周波数の方形波パル
ス信号が前記インバータ素子7から出力され該方形波パ
ルス信号をマイクロコンピユータ9によつて計数するこ
とで大気中の湿度値を求めることとしたので、回路全体
の1チツプLSI化が可能となつた。
As described above, according to the present invention, the cost and the power consumption can be reduced by using the C-MOS synchronous inverter as the inverter element 7, and at the same time, for example, on the order of 100 KHz. A square wave pulse signal that is stable with respect to frequency can be obtained. Further, the humidity detecting element 5 is connected to the input side of the inverter element 7, and is connected to the capacitance value of the humidity detecting element 5 and the feedback circuit of the inverter element 7 according to the humidity change of the humidity detecting element 5. The square wave pulse signal having a frequency corresponding to the variable oscillation frequency in the CR oscillation circuit formed between the resistance element 3 and the resistor element 3 is output from the inverter element 7 and the square wave pulse signal is counted by the microcomputer 9. By doing so, it was possible to obtain the humidity value in the atmosphere, which made it possible to form a single chip LSI for the entire circuit.

第4図は、本発明の第1の実施例に従う電子湿度計を示
す。本発明の第1の実施例に従う電子湿度計の概要は、
第4図を参照して明らかなように、前記第1図にて図示
した方形波発振器1のインバータ素子7の入力側に接続
されている湿度検知素子5に対して基準容量素子CO11を
並列接続し、前記湿度検知素子5が接続されている側を
開/閉する第1のスイツチング手段即ちSW1と前記基準
容量素子CO11が接続されている側を開/閉する第2のス
イツチング手段即ちSW2とを設け、前記マイクロコンピ
ユータにより、前記湿度検知素子5の静電容量の値Cと
前記基準容量素子CO11の静電容量の値COとの比:CO/Cに
対応する前記SW1のみが閉成されたときの前記方形波パ
ルス発振器1から出力される方形波パルス信号の発振周
波数fHと前記SW2のみが閉成したときの前記方形波パル
ス発振器1からの出力される方形波パルス信号の発振周
波数fOとの比rf≡fH/fOを演算し、rf≡fH/fO=CO/Cの関
係式からC=CO/rfにてCの値を求めることによつて、
該Cの値と前記第2図にて示したデータとから大気中の
湿度値を求めることとしたものである。方形波パルス発
振器1を、前述したような構成としたのは、以下に記載
するごとき理由による。即ち、本発明者等が前述した第
1図にて示す方形波パルス発振器1を用いて実験を行な
つた結果、該発振器1の発振周波数fは抵抗素子3の抵
抗値R、インバータ素子7のHiレベルスレツシヨルド電
圧VTH、同素子7のLOレベルスレツシヨルド電圧VTL、該
発振器1の出力電圧VO及び定数kの値のバラツキや温度
特性等によつて多少の影響を受けることが判明した。そ
こで、上述したように本発明者等は湿度検知素子5に対
して基準容量素子CO11を並列接続し、前記SW1、SW2を夫
々設けて一方を閉成させたときには他方を開成させるこ
とによつてSW1のみを閉成せしめたときの発振周波数fH によつて求まる。)、SW2のみを閉成せしめたときの発
振周波数fO によつて求まる。)をマイクロコンピユータ9によつて
カウントンさせ然る後にfHとfOとの比をとつて前記VT
H、VTL、VO、k、Rを消去させ、CO/Cの値のみで前記発
振周波数fの値を決定することによつて、より高精度な
湿度測定値データを得ることができた。前述した基準容
量素子CO11は、その温度変化等の影響による静電容量値
の変動が、前記VTH、VTL、VO、R、k等の特性値変動に
比較して殆んど無視できるほど小さいので、前記rfの値
即ちfh/foの値を求めることによつて前記VTH、VTL、V
O、R、k等の値をキヤンセルせしめて前記rfの値が湿
度検知素子5の静電容量の値Cの可変のみによつて決ま
るようにすることで、より高精度な湿度測定が行なえる
ようにしたものである。なお、前述したSW1、SW2には、
通常のアナログスイツチ又は3ステートバツフア等が使
用されている。
FIG. 4 shows an electronic hygrometer according to the first embodiment of the present invention. The outline of the electronic hygrometer according to the first embodiment of the present invention is as follows.
As is apparent from FIG. 4, the reference capacitance element CO11 is connected in parallel to the humidity detecting element 5 connected to the input side of the inverter element 7 of the square wave oscillator 1 shown in FIG. The first switching means or SW1 for opening / closing the side connected to the humidity detecting element 5 and the second switching means or SW2 for opening / closing the side connected to the reference capacitance element CO11. Is provided, and only the SW1 corresponding to the ratio CO / C of the capacitance value C of the humidity detecting element 5 and the capacitance value CO of the reference capacitance element CO11 is closed by the microcomputer. The oscillation frequency fH of the square-wave pulse signal output from the square-wave pulse oscillator 1 and the oscillation frequency fO of the square-wave pulse signal output from the square-wave pulse oscillator 1 when only the SW2 is closed. And the ratio rf≡fH / fO is calculated and rf≡fH By calculating the value of C at C = CO / rf from the relational expression of / fO = CO / C,
The humidity value in the atmosphere is determined from the value of C and the data shown in FIG. The reason why the square wave pulse oscillator 1 is configured as described above is as follows. That is, as a result of the experiments performed by the inventors of the present invention using the square wave pulse oscillator 1 shown in FIG. 1, the oscillation frequency f of the oscillator 1 is determined by the resistance value R of the resistance element 3 and the inverter element 7. It was found that it is somewhat affected by the Hi level threshold voltage VTH, the LO level threshold voltage VTL of the same element 7, the output voltage VO of the oscillator 1 and the variation of the value of the constant k and the temperature characteristics. . Therefore, as described above, the present inventors connect the reference capacitance element CO11 to the humidity detection element 5 in parallel, and when the SW1 and SW2 are provided and one of them is closed, the other is opened. Oscillation frequency fH when only SW1 is closed Can be obtained by ), Oscillation frequency fO when only SW2 is closed Can be obtained by ) Is counted by the microcomputer 9 and then the ratio of fH to fO is taken to obtain the above VT.
By deleting H, VTL, VO, k, and R and determining the value of the oscillation frequency f only by the value of CO / C, more accurate humidity measurement value data could be obtained. In the reference capacitance element CO11 described above, the variation of the electrostatic capacitance value due to the influence of the temperature variation or the like is almost negligible as compared with the variation of the characteristic values of VTH, VTL, VO, R, k and the like. , VTH, VTL, V by determining the value of rf
By making the values of O, R, k, etc. to be canceled so that the value of rf is determined only by changing the capacitance value C of the humidity detecting element 5, more accurate humidity measurement can be performed. It was done like this. In addition, the above SW1, SW2,
A normal analog switch or a 3-state buffer is used.

第5図は、本発明の第2の実施例に従う電子湿度計を示
す。本発明の第2の実施例に従う電子湿度計の概要は、
第5図を参照して明らかなように、前記第4図にて図示
した回路構成の方形波パルス発振器1において、前記イ
ンバータ素子7の入力側に接続されている湿度検知素子
5に対して該湿度検知素子5の静電容量の値Cとの間で
合成容量C′を形成する前記湿度検知素子5の定常状態
における静電容量の値Cよりも大きな静電容量の値C1を
持つた第1の保護容量素子即ちコンデンサC1を直列接続
するとともに、前記湿度検知素子5と前記コンデンサC1
とが直列接続されて形成される前記合成容量C′ に対して該合成容量C′との間で更に合成容量C″
(C″=C′+C2)を形成する前記湿度検知素子5の定
常状態における静電容量の値Cよりも小さな静電容量の
値C2を持つた第2の保護容量素子即ちコンデンサC2を並
列接続し、前記湿度検知素子5、コンデンサC1、コンデ
ンサC2の合成容量C″の上限値については前記コンデン
サC1の静電容量値C1と前記コンデンサC2の静電容量値C2
との和分値C1+C2未満になるように規制し、前記湿度検
知素子5、コンデンサC1、コンデンサC2の合成容量C″
の下限値については前記コンデンサC2の静電容量値C2以
下にならないように規制したものである。方形波パルス
発振器1を、前述したような構成とした理由は、大気中
の湿度変化に応じて可変する前記湿度検知素子5の静電
容量値Cの可変範囲が予め設定されている一定値以上或
いは一定値以下にならないように規制することによつ
て、方形波パルス発振器1からマイクロコンピユータ9
に対して該マイクロコンピユータ9のメモリに記憶され
ている一定の範囲を持つた発振周波数データよりも高い
周波数の方形波パルス信号が出力されたりするようなこ
とのないようにするためである。なお、仮りに上記発振
周波数の設定範囲外の周波数の方形波パルス信号が前記
方形波パルス発振器1から出力されたような場合には、
CPUは表示部(図示しない)に対してオーバーフロー或
いはアンダーフローの表示をするよう指令出力するよう
になつている。本実施例においては、前記湿度検知素子
5の静電容量の値Cの可変範囲を一定範囲内に規制する
ために、前述したごとく湿度検知素子5の定常状態にお
ける静電容量の値Cよりも大きな静電容量C1を持つたコ
ンデンサC1を該湿度検知素子5と直列接続し、前記湿度
検知素子5の静電容量値Cよりも小さな静電容量値C2を
持つたコンデンサC2を前記湿度検知素子5とコンデンサ
C1との直列体に対して並列接続することによつて、前記
湿度検知素子5とコンデンサC1との直列体の合成容量
C′がコンデンサC1の静電容量C1よりも大きくならない
ことを利用して前記湿度検知素子5、コンデンサC1、コ
ンデンサC2によつて形成される合成容量C″の値を、前
記湿度検知素子5の静電容量の値Cが増大した際には
C″<C′+C2に規制せしめ、又、一方前記湿度検知素
子5の静電容量値Cが減少して前記C′が非常に小さく
なつた際には、前記C″をC″>C2に規制せしめること
としたものである。
FIG. 5 shows an electronic hygrometer according to a second embodiment of the invention. The outline of the electronic hygrometer according to the second embodiment of the present invention is as follows.
As is apparent from FIG. 5, in the square wave pulse oscillator 1 having the circuit configuration shown in FIG. 4, the humidity detecting element 5 connected to the input side of the inverter element 7 is connected to the humidity detecting element 5. A capacitance value C1 which is larger than the capacitance value C in the steady state of the humidity detection element 5 which forms a combined capacitance C'with the capacitance value C of the humidity detection element 5 is used. 1 protective capacitance element, that is, the capacitor C1 is connected in series, and the humidity detecting element 5 and the capacitor C1
And the combined capacitance C'formed by connecting in series. With respect to the combined capacity C ′, further combined capacity C ″
A second protective capacitance element, that is, a capacitor C2 having a capacitance value C2 smaller than the capacitance value C in the steady state of the humidity detecting element 5 forming (C ″ = C ′ + C2) is connected in parallel. However, regarding the upper limit value of the combined capacitance C ″ of the humidity detecting element 5, the capacitor C1 and the capacitor C2, the capacitance value C1 of the capacitor C1 and the capacitance value C2 of the capacitor C2.
It is regulated so that it is less than the sum value C1 + C2, and the combined capacitance C ″ of the humidity detecting element 5, the capacitor C1 and the capacitor C2.
The lower limit value of is regulated so as not to be less than the capacitance value C2 of the capacitor C2. The reason why the square wave pulse oscillator 1 is configured as described above is that the variable range of the electrostatic capacitance value C of the humidity detecting element 5 that varies according to the humidity change in the atmosphere is equal to or more than a predetermined value. Alternatively, the square wave pulse oscillator 1 to the micro computer 9 is controlled so that it does not fall below a certain value.
On the other hand, this is to prevent a square wave pulse signal having a frequency higher than the oscillation frequency data having a fixed range stored in the memory of the microcomputer 9 from being output. If a square wave pulse signal having a frequency outside the set range of the oscillation frequency is output from the square wave pulse oscillator 1,
The CPU outputs a command to display an overflow or underflow to a display unit (not shown). In the present embodiment, in order to regulate the variable range of the capacitance value C of the humidity detecting element 5 within a certain range, as described above, the capacitance value C of the humidity detecting element 5 in the steady state is lower than that in the steady state. A capacitor C1 having a large capacitance C1 is connected in series with the humidity detecting element 5, and a capacitor C2 having a capacitance value C2 smaller than the capacitance value C of the humidity detecting element 5 is connected to the humidity detecting element. 5 and capacitor
By utilizing the parallel connection with the series body with C1 to make the combined capacitance C'of the series body of the humidity detecting element 5 and the capacitor C1 not larger than the electrostatic capacitance C1 of the capacitor C1. The value of the combined capacitance C ″ formed by the humidity detecting element 5, the capacitor C1 and the capacitor C2 becomes C ″ <C ′ + C2 when the capacitance value C of the humidity detecting element 5 increases. On the other hand, when the electrostatic capacitance value C of the humidity detecting element 5 decreases and the C ′ becomes very small, the C ″ is restricted to C ″> C2. is there.

なお、本発明の上記各実施例に従う電子湿度計では、湿
度検知素子5はインバータ素子7の入力側に接続し、抵
抗素子3を前記インバータ素子7の帰還回路側に接続す
ることとしたが、湿度検知素子5を前記インバータ素子
7の帰還回路側に接続し、又、抵抗素子3を前記インバ
ータ素子7の入力側に接続することとしても差支えな
い。
In the electronic hygrometer according to each of the embodiments of the present invention, the humidity detecting element 5 is connected to the input side of the inverter element 7, and the resistance element 3 is connected to the feedback circuit side of the inverter element 7. The humidity detecting element 5 may be connected to the feedback circuit side of the inverter element 7, and the resistance element 3 may be connected to the input side of the inverter element 7.

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、湿度検知素子に
対して基準容量素子を並列接続し、前記湿度検知素子側
を開/閉する第1のスイツチング手段と前記基準容量素
子側を開/閉する第2のスイツチング手段とを設け、前
記デイジタル演算処理手段により、前記湿度検知素子の
静電容量の値と前記基準容量素子の静電容量の値との比
に対応する、前記第1のスイツチング手段のみが閉成さ
れたときの発振手段から出力される方形波パルス信号の
発振周波数と前記第2のスイツチング手段のみが閉成さ
れたときの発振手段から出力される方形波パルス信号の
発振周波数との比を演算し、該演算結果に基づいて大気
中の湿度値を求めるようにしたので、比較的高価なA/D
変換器が不要となり回路の部品点数を減少させることが
できるために、回路全体の1チツプLSI化を図ることが
可能となり、もつて小型化、低消費電力化、低コスト化
を図ることが可能で、しかも回路内の部品定数のばらつ
き、温度特性などによる影響を排除して高精度の電子湿
度計を提供することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, the reference capacitance element is connected in parallel to the humidity detection element, and the first switching means for opening / closing the humidity detection element side and the reference capacitance element side. And a second switching means for opening / closing, the digital arithmetic processing means corresponding to the ratio of the capacitance value of the humidity detecting element to the capacitance value of the reference capacitance element. Oscillation frequency of a square wave pulse signal output from the oscillating means when only the first switching means is closed and a square wave pulse output from the oscillating means when only the second switching means is closed. Since the ratio of the signal to the oscillating frequency is calculated and the humidity value in the atmosphere is calculated based on the calculation result, the relatively expensive A / D
Since a converter is not required and the number of circuit components can be reduced, it is possible to realize a single chip LSI for the entire circuit, which in turn makes it possible to achieve miniaturization, low power consumption, and low cost. In addition, it is possible to provide a highly accurate electronic hygrometer by eliminating the influence of variations in component constants in the circuit, temperature characteristics, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の電子湿度計の原理を説明する回路構
成図である。 第2図は、前記第1図にて図示した電子湿度計に使用さ
れている湿度検知素子の湿度−静電容量値特性図であ
る。 第3図は、前記第1図にて図示した電子湿度計に使用さ
れている湿度検知素子の吸脱湿応答特性を示す特性図で
ある。 第4図は、本発明の第1の実施例に従う電子湿度計の回
路構成図である。 第5図は、本発明の第2の実施例に従う電子湿度計の回
路構成図である。 1:方形波パルス信号発振器 3:抵抗素子 5:湿度検知素子 7:インバータ素子 9:マイクロコンピユータ
FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining the principle of the electronic hygrometer of the present invention. FIG. 2 is a humidity-capacitance value characteristic diagram of the humidity detecting element used in the electronic hygrometer shown in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing absorption / dehumidification response characteristics of the humidity detecting element used in the electronic hygrometer shown in FIG. FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the electronic hygrometer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the electronic hygrometer according to the second embodiment of the present invention. 1: Square wave pulse signal oscillator 3: Resistor element 5: Humidity detection element 7: Inverter element 9: Microcomputer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−40553(JP,A) 特開 昭61−28854(JP,A) 特開 昭59−53265(JP,A) 特開 昭60−238715(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A 61-40553 (JP, A) JP-A 61-28854 (JP, A) JP-A 59-53265 (JP, A) JP-A 60- 238715 (JP, A)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】方形波パルス信号発生器と該方形波パルス
信号発生器に接続された大気中の湿度変化に応じて静電
容量の値が可変する湿度検知素子と前記方形波パルス信
号発生器に接続され前記湿度検知素子の静電容量の値と
の間でCR時定数回路を形成する抵抗素子とを備え、前記
湿度検知素子の静電容量の値の可変に応じた方形波パル
ス信号を出力する発振手段と、前記発振手段から出力さ
れた方形波パルス信号の周波数を計数し、該計数結果に
基づいて大気中の湿度値を求めるデイジタル演算処理手
段とを有する電子湿度計であって、 前記湿度検知素子に対して基準容量素子を並列接続し、
前記湿度検知素子側を開/閉する第1のスイツチング手
段と前記基準容量素子側を開/閉する第2のスイツチン
グ手段とを設け、前記デイジタル演算処理手段により、
前記湿度検知素子の静電容量の値と前記基準容量素子の
静電容量の値との比に対応する前記第1のスイツチング
手段のみが閉成されたときの前記発振手段から出力され
る方形波パルス信号の発振周波数と前記第2のスイツチ
ング手段のみが閉成されたときの前記発振手段から出力
される方形波パルス信号の発振周波数との比を演算し、
該演算結果に基づいて大気中の湿度値を求めるようにし
たことを特徴とする電子湿度計。
1. A square wave pulse signal generator, a humidity detecting element connected to the square wave pulse signal generator, the capacitance value of which changes in accordance with a change in humidity in the atmosphere, and the square wave pulse signal generator. And a resistance element that forms a CR time constant circuit between the capacitance value of the humidity sensing element and a square wave pulse signal according to the variable capacitance value of the humidity sensing element. An electronic hygrometer having an oscillating means for outputting and a frequency of a square wave pulse signal output from the oscillating means, and a digital arithmetic processing means for obtaining a humidity value in the atmosphere based on the counting result, A reference capacitance element is connected in parallel to the humidity detection element,
First switching means for opening / closing the humidity detecting element side and second switching means for opening / closing the reference capacitance element side are provided, and by the digital arithmetic processing means,
A square wave output from the oscillating means when only the first switching means is closed, which corresponds to the ratio of the capacitance value of the humidity sensing element to the capacitance value of the reference capacitance element. A ratio between the oscillation frequency of the pulse signal and the oscillation frequency of the square wave pulse signal output from the oscillation means when only the second switching means is closed is calculated,
An electronic hygrometer characterized in that a humidity value in the atmosphere is obtained based on the calculation result.
【請求項2】前記湿度検知素子は、前記方形波パルス信
号発生器の入力側に接続されているとともに、前記抵抗
素子は、前記方形波パルス信号発生器の帰還回路に接続
されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の電子湿度計。
2. The humidity detecting element is connected to an input side of the square wave pulse signal generator, and the resistance element is connected to a feedback circuit of the square wave pulse signal generator. The electronic hygrometer according to claim 1, which is characterized.
【請求項3】前記方形波パルス信号発生器は、インバー
タ素子であることを特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項に記載の電子湿度計。
3. The electronic hygrometer according to claim 1 or 2, wherein the square wave pulse signal generator is an inverter element.
【請求項4】前記インバータ素子は、C−MOSシユミツ
トインバータであることを特徴とする特許請求の範囲第
3項に記載の電子湿度計
4. The electronic hygrometer according to claim 3, wherein the inverter element is a C-MOS dummy inverter.
【請求項5】前記方形波パルス信号発生器に接続されて
いる湿度検知素子に対して該湿度検知素子の静電容量と
の間で合成容量を形成する前記湿度検知素子の定常状態
における静電容量の値よりも大きな静電容量の値を持つ
た第1の保護容量素子を直列接続するとともに、前記湿
度検知素子と前記第1の保護容量素子とが直列接続され
て形成される合成容量に対して該合成容量との間で更に
合成容量を形成する前記湿度検知素子の定常状態におけ
る静電容量の値よりも小さな静電容量の値を持つた第2
の保護容量素子を並列接続し、前記全ての素子の合成容
量の上限値については前記第1の保護容量素子の静電容
量値と前記第2の保護容量素子の静電容量値との和分値
未満になるように規制し、前記全ての素子の合成容量の
下限値については前記第2の保護容量素子の静電容量値
以下にならないように規制したことを特徴とする特許請
求の範囲第1項〜第4項のいずれかの項に記載の電子湿
度計。
5. An electrostatic capacitance in a steady state of the humidity detecting element, which forms a combined capacitance with the capacitance of the humidity detecting element connected to the square wave pulse signal generator. A first protective capacitance element having a capacitance value larger than the capacitance value is connected in series, and a combined capacitance formed by the humidity detection element and the first protection capacitance element connected in series is formed. On the other hand, a second capacitance having a smaller capacitance value than the capacitance value in the steady state of the humidity detecting element that further forms a capacitance with the capacitance.
Are connected in parallel, and the upper limit value of the combined capacitance of all the elements is the sum of the electrostatic capacitance value of the first protective capacitance element and the electrostatic capacitance value of the second protective capacitance element. It is regulated so as to be less than a value, and the lower limit value of the combined capacitance of all the elements is regulated so as not to be less than or equal to the electrostatic capacitance value of the second protective capacitance element. The electronic hygrometer according to any one of items 1 to 4.
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DE8787306891T DE3782219T2 (en) 1986-08-28 1987-08-04 ELECTRONIC MOISTURE METER AND ELECTRONIC TEMPERATURE AND MOISTURE METER.
EP87306891A EP0259012B1 (en) 1986-08-28 1987-08-04 Electronic hygrometer and electronic thermohygrometer
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