WO1982002598A1 - Circuit de commande pour un detecteur d'humidite - Google Patents

Description

明 細 誊

発明の名称

湿度センサーの制御回路

技術分野

この発明は湿度検知素子 （ センサー ） の自己ク リ 一二ング制 御回路に関するものであ ]?、 自己浄化機能を有するセラ ミ ッ ク 湿度センサーの制御回路の特性を、 自己浄化時と湿度検出時と で抵抗値を変えて切換えることによって、 自己浄化時の感湿部 の温度の制御を正確に、 かつ湿度検知性能の改善をはかろう と するものである。

背景技術

各種センサー技術とマイク口 コ ン ビュ ータ技術の進歩につれ て、 調理器の分野にお ては、 食品から出る蒸気による加熱室 内の相対湿度の変化を検知して、 食品の出来具合を知 ]? 、 自動 的に調理を終了した i?、 出力を切換えた する湿度センサーを 備えたいわゆる自動調理器が出現してきている。

ところが湿度センサーは、.湿度を検知するというその性質上 感湿部 常に' ¾品から出る、 煙 ，蒸気 ， 油 ¾ どに直接さ らされ て るために、 センサーの感湿部は長時間使用していると汚染 され、 正確な湿度検知が出来 く る。 そこで感湿部がセラ ミ ックで構成された、 わゆるセラ ミ ック湿度センサーでは、 感 湿部の外側に自己加熱用のヒータを傭えつけて、 定期的に感湿 部を加熱し、 汚れ等を焼き切って g度検出特性を回復させる、 いわゆるセンサーのリ フ レ ッ シュ動作を行るつている。 そして その加熱湿度の制^は、 湿度セ ンサーのサ—ミ スタ特性を利用 して ¾つていた ο

発明の開示

そこでこの発明は湿度センサーの制御回路を湿度検出動作時 と リ フレ ツ シュ動作時とで切換えて、 正確 湿度検知およびリ

5 フ レ ッ シュ温度検知を行る う とするものである ο - 以下この発明の実旌例につ て添付図面とともに Κ明する。 図面の簡単 説明

第 1 図はセラ ミ ック湿度センサ一を具備した電子レンジの部 分切欠正面図 ， 第 2.図は同要部のセラ ミ ック湿度センサ の外 t o 観図、，第 3図は第 1 図に示すセラ ミ ック湿度センサーの感湿部 の拡大断面図、 第 4図は湿度センサーの制御回路図、 第 5図は 湿度^:ンサ一のサー ミ -スタ特性図、 第 6図 ( は第 4図に示す回 路のセンサ ^抵抗-出力電圧特性図、 第 6図 (S)は^度センサー の抵抗 -相対湿度特性図、 第 7図は第 4図におけるヒータ JD電

15 源回路図、 第 8図は第 4図における比較器の入力の時間的変化 を示す図、 第 9図は加熱用ヒ ―タを感湿部上に有するセラミ ッ ク湿度センサーの外観図、 第 1 Ο図は湿度センサーの制御回路 図である。 '一

発明を実施するための最良の形態

0 第 1 図から第 5図においてマグネ ト ロ ン 1 で発生したマイク 口波は導波管 2によってォ一ブン 3内に導かれ、 食品に吸収さ れる。 またマグネ ト ロ ン 1 の冷却用フ ァ ン 4で癸生させられた 風はマグネ ト ロ ン 1 を冷却した後、 オーブン 3 の壁面に開けら れたパンチング部分 5 よ j? オーブン 3内に入 3、 お面に開けら 5 れたパンチング部分 6 よ エ ア ーガイ ドアを通って、 外かく 8 の外へと排気される。 エア ーガイ ドア内に設置さ.れた湿度セン サ一 9が排気口内の相対湿度、 即ちオーブン 3内の相対湿度を 検知する。

湿度セ ンサー 9は第 2図に示すよ うにその感湿 Oを第 3 図に示すよ うに細孔分布を持った金属酸化物セ ラ ミ ック

( MgCr ₂0₄ と T i〇₂ とから る多孔質烧結体 ) で構成してお j？、 金属酸化物セ ラ ミ ックの導電性が細孔に付着した湿分によ つて変化することを利用して、 オー ブン ³内の相対湿度 （加熱 された食品から出る水蒸気によって変化する ） を検出するもの である。

しかし、 セ ンサーの感湿部分¹ Oが空気中のゴ ミ ゃ油煙 ¾ど で汚染された場合にはその感湿特性が劣化する。 そのよ うるこ とを防ぐために、 感湿面に対向してヒータ ^{1 1} を取付け、 ヒ ^ タ 1 1 に通電して感湿面に付着した汚染物を烧き切ってその感 湿特性を回復する手段が考えられている。 （ いわゆるセ ンサ— のリ フ レ ッ シュ動作と う ） そしてそのリ フ レッ シュ温度の制 御を、 セ サーのサ一ミ スタ特性 （ 第 5図に示すよ うに温度が 上昇すると 抗値が小さ くなる ） を利用して行るつて た。 し かし がら、 セラ ミ ック湿度センサ ーはその素材 ら決まって しま う特性上、 相対湿度が 0 %から 1 0 0 %変化すると、 第 6 図 2で示したよ うにその担抗値は 1 0⁸Ωから 1 0⁴£2と大きい抵 抗値変化を示す。 このよ うる大きる抵抗值変化を示すセンサー を使 こな し、 ある定められた大きさの電圧値に ¾換するため に必要る増幅器の特性は、 小さ 入力信号は大き く増 ίΐし、 大 き 信号は小さ く増幅するよ うな特性と して、 センサーの 1 0⁴ 倍の抵抗変化に対して出力電圧は ¾めらかに変化するよう ¾も のとする必要があった O ところがこのようにすると、 第⁶図 "》 に実線で示すよ うに リ フレ ツ シュ検知抵抗⁵ κ n付近では抵抗 -出力電圧特性のカーブは非常に緩やかる傾き と ?、 出力電 圧から湿度セ ンサ 一 ⁹の感湿部 1 oがリ フ レ ッ シ ュ温度に達し たかどうかを判定しょ う とすると回路定数や、 電圧のパラツキ によって リ フ レ ツ シュ温度が大き く パラックことに ])、 リ フ レ ツ シ ュ しすぎて、 即ち温度を上げすぎてセ ンサ ーを破壊した 、 あるいはリ フ レ ツ シ ュ不足で （温度が十分上がらずに ）十 分にク リ一- ングできずにセ ンサーの湿度検出特性を劣化させ た ]?する懸念があった。

そこでこの発明は、 リ フ レ ツ シ ュ時と湿度検出時の抵抗一出 力電圧特性を第 6図 1 に示すよ うに増巾回路入力段の分割抵抗 値を リ フ レ ッ シ ュ時（ 一点鎖線） と湿度検知時（破籙 ) とで変 えることによ 、 よ ]3正確 センサ一の リ フ レッ シュを行るう ことを目的とするものである。 以下その構成について第 4図〜 第 S図に華いて説明する。 ， - 第 4囪に てマイク口コ ン ピュータ 1 2の 1 端子の出力 電圧は抵抗 1 2 a とチェナーダイ オー ド ¹ 2 bによつて定電圧 化された後湿度センサー 9の感湿部 1 Oと分割抵抗 1 3 で分割 され、 オペ了ンフ ' 1 4の入力と る。 入力電圧は二つの縦続接 続された反転増幅器 1 5および 1 6で増幅されて比較器 1 7の +入力と ]?、 比較電圧癸生回路 1 Sからの-入力電圧と比較 され、 比較器 1 ァの出力はマイ クロ コ ン ピュ ータ ¹ 2の^ 3端 子の入力と ]? 、 セ ンサー回路の出力電圧をディ ジタ ル値で判 定する。 初段の反転増幅器 ^{1 5}の増幅度は抵抗¹ 9 と抵抗 2 O の比で決ま 、 次段の反転増幅器 ^{1 6}の増幅度は抵抗^{2 1} と抵 抗群 22の合成抵抗の比で決まる。 ダイ オー ド^{2 3}および ^{2 4} はオペアンプ 2 5の出力電圧の大きさに応じてオン ， オフ し、 二段目のオペアンプ 2 5の帰還抵抗群の抵抗の大きさを切換え、 センサーの 1 O⁴倍の抵抗変化に対して出力電圧がなめらかに変 化するために入れられたものである。 この回路の湿度検知特性 は第 6図 の破線で表わされている。 また比較電圧発生器は C 一： MOS I C26 と、 はしご型回路 27 ょ 、 マイ ク ロ コ ン ビュ ータ 1 2の^ 2端子 （ 5本線よ ¾る ） からの ⁵ ビッ ト出 力を、 それに対応した 3 2 ( 2⁵)通 のアナ口グ電圧に変換す る ものである o '

一方リ フ レ ツ シュ完了検知時には リ レ，接点 ² S ¹ が高電圧 回路 2 9側に入 、 自己加熱用ヒ タ ¹ 1 が加熱される。 また も う一つのリ レ 接点 2S-2が入！)、 リ フ レ ッ シ ュ周の分割抵 抗 3 Oが分割抵抗 1 3と並列接続される。 その時の回路の特性 は第 6図 1 の一点鎖線で表わされる。

す わち上記実施例では湿度検知動作時の回路特性の担抗対 出力電庄の傾き と、 ヒータによる感湿部分の加熱温度検知動作 時の回路特性の抵抗対出力電圧の傾きをほぼ同一と して性能を 確保しているが、 これに限定されるものではる く回路特性を変 えることによ 正確な検知性能と リ フレ ツ シ ュ特性が得られれ ばよ 。

またリ レー接点 28— 1 , 28-2の動作はマイク ロ コ ン ビ タ 1 2 の 4端子の出力によ って ト ラ ン ジスタ 3 ¹ を O N し ¹ 個のリ レーコ イ ル 3 1 — 1を励磁することによ 接点を同時に 制御している o

また自己加熱用ヒータ 1 1 の電源は第 7図に示すよ うに、 リ レーの接点² S— ¹が N . C . 側に入って る時には低圧ト ラン スの二次側 3 2 の両端の電圧は抵抗 3 3 と自己加熱ヒ ータ 1 1 とで分圧されて自己加熱ヒータ 1 1 に印加される。 これは感湿 部 1 Oへの結露による感湿特性の劣化を防止するためのもので ある。 一方リ レーの接点 28 - 1が N . O . 側に入った時は、 低 圧ト ラ ンスの二次側 3 2の両端の電圧は直流で定電圧化された 後、 抵抗 3 4 と自己加熱ヒ ータ ¹ 1 とで分圧されて自己加熱ヒ ータ 1 1 に印加され、 感湿部 1 Oを加熱する o その感湿部抵抗 -温度特性は第 5図に示じてある。

第 ¾図は食品の調理時間と比較器 7の +入力端子の電圧の関 係を示した図である。 区間 Aでは回路はリ フ レツ シュ特性 （第 6囪 ¹ の一点鎖籙） を示し、 リ フ レ ッ シュ レベル ， il (V)に達し た時リ レーの接点 2 S - 1は N . C . 側へ、 28 - 2はオーブ^さ れるため Θ路は湿度検知特性 （第 6図 ¹ の铍籙 ) に切換えられ る。 区間 Βで'ほ湿度センサ 9は湿度特性にも ど 、 まだ感湿部 1 Οの温度が高いために、 低湿検知状態に ！？、 比較器入力は 急漦に低下する、 一方区間 Cでは湿度センサ ー 9はしだ に冷 却フ ァ ン- 4からの風で冷却されるために、 雰园気中の稆対湿度 に対応する入力電圧まで上昇する。 この 態で食品の加熱を続 けると、 オーブン 3内の温度が上昇、 かつまだ食品から蒸気が 出てこ いために、 オーブン 3内の相対;：！度が低下してく る。 そのために雰囲気中の相対湿度に対応する比較器入力電圧は低 下する （区間 D ) 、 一方食品から蒸気が出始めると、 入力電圧 は急激に上昇す.る （ 区間 E ) o 最低入力電圧値よ ^ Vだけ上 昇した時 （ F点 ） が蒸気検知点である。

第 9図は自己加熱ヒ ータ ^{1 1} を感湿部 ¹ Oの表面に塗布した構 造を持つ湿度センサー 9の実施例である ₀

第 1 O図は分圧抵抗の切換えを ト ラ ンジスタで行う実施例であ ]？ 、 マイ ク ロ コン ピュ ータ ¹ 2からの出力によ って ト ラ ンジス タ 1 2 - Cがオン し、 抵抗 3 0が抵抗 1 3と並列に接続される。 産業上の利用可能性

以上説明 したよ うに第 4図に示した回路の分割笾抗値を切換 えて、 リ フ レ ツ シュ時と湿度検知時の回路の特性^変えること によって、 両特性を区別して使わない場合に比して回路定数の バ ラ ツキを考えても、 正確 リ フ レ ッ シュ検知が出来、 センサ ^"を熱で破壌した]?、 リ フ レ ッ シュ不足で湿度検知特性の劣化 をまねく ことも 。 また、 リ フ レ ツ シュ特性を別にしたこと によ 、 第 6図 1 , 2に示すよ うに相対湿度の変動幅に対する 出力電圧幅を大き く とることが出来るよ うにるるために、 そう しな 場合に比して高湿側の分解能を上げられる等、 正確 自 動調理制御と う面からでも大き 利点がある o

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 感湿部分を加熱するヒータを有する湿度センサーと、 上記 ヒータへ電力を供耠する電源回路と、 この電源回路からヒータ への通電をオン ， オフする手段と、 上記湿度センサーの感湿部

5 分と直列に接続された抵抗と、 上記感湿部分と抵 έΐの両端に電 圧を供給する手段と、 上記感湿部分と抵抗とで分 Εされた電圧 の増幅部とを設けたものに て、 湿度検知動作時の回路特性 と上記ヒ ータによる感湿部分の加熱温度検知動作時の回路特性 とを所定のシーケンスに応じて上記廷抗値を切換えることによ0 Ϊ)変化させることを特徵とする湿度センサーの制街回路。

2 . 請求の範囲第 1 項にお て、 上記湿度検知動作時の回路特 性の抵抗対出力電圧の傾き と、 ヒータによる感湿^^の加熱温 度検知勳作時の回路特性の抵抗対出力電圧の傾きをほぽ同一と したことを特徵とする湿度センサーの制御回路。

5 3 . 請求の範囲第 1 項にお て、 抵抗値を切換える手段と して リ レ 接点を用 たことを特徵とする湿度センサーの制御回路。

4 . 請求 範囲第 1 項に て、 笾抗値の切換手 として半導 体素子を用 ことを特徵とする湿度センサーの ;!御回路。

5 . 請求の範囲第 1 項にお て、 抵抗値の切換手段と電源回路0 をオン ， オフする手段としてそれぞれリ レー接点を用 、 この

2つのリ レー接点を同一の駆動コ イ ルで動作させることを特徵 とする湿度センサーの制御回路。 ' S

CMPI