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電気式湿度センサー
前章までは、湿度の基本的な内容についてご説明しました。湿度を計測する機器として、現在では多くの電気式湿度計が市場に出回っています。この電気式湿度計、つまり一般的によくいわれる湿度センサーは、電気的に湿度を測定する事により、手軽に、だれが測定しても同じ値を示すことができ、また、用途に応じ様々な製品があります。 この章ではその湿度センサーについてご説明します。
電気式湿度センサーには、湿度の感知方式の違いにより以下のように大きく分けて2種類のものがあります。
電気式湿度センサーの種類
- 抵抗変化型湿度センサー
- 静電容量変化型湿度センサー
共に湿分を吸湿、脱湿する感湿材を使用し、電極間を橋渡ししている構造になっています。但し、この吸湿材の材質や細かい部分でのセンサーの構造は企業秘密です。これら湿度センサーは、その方式、構造により特長があります。
抵抗式
- 構造が簡単で、大量生産ができ、また、比較的安価である。
- センサー部分とアンプ部(変換器)をリード線でつなぐ構造(セパレート)ができるため、センサー部を小型化する事ができる。
- 比較的高湿度に強く、結露が生じても復帰する。
- 長期に亘る使用に耐えることができる。(耐久性に優れる)
静電容量式
- 応答速度が早い。
- 比較的高温度での使用が可能。
- 低湿度測定に優れる。
- 蒸留水で表面を洗う事ができる。(メーカーによる)
以上のようにそれぞれに特長がありますが、各メーカー共自社のセンサーの短所を補うべく、また、長所をのばすべく開発を進めています。簡単にそれぞれの構造をご説明します。
櫛形(くしがた)の電極が接触しない状態で向かい合っています。その電極の橋渡しに感湿膜があり、感湿膜の吸脱湿により抵抗が変化します。湿度が低くなると抵抗値が大きくなり、湿度が高くなると抵抗値が小さくなります。つまり、湿度が高い(水分が多い)と電気が良く流れるという現象です。逆に湿度が低い、極端に表現すれば湿度が無い、水分が無い場合、電気を橋渡しすることができませんので抵抗値は無限大となる訳です。抵抗式の中には感湿膜にセラミック素材を使用することにより耐熱性に優れるサンサーがあります。まだまだこれからの素材ですので精度面や耐久性に問題は残りますが、強制的に加熱することで初期精度を維持する機能(クリーニング機能)を持たせることができるセンサーもあり、ホコリや塵の多い場所では頼もしいセンサーでもあります。
上部電極と下部電極の間に感湿膜(高分子感湿材)がサンドイッチされています。この感湿膜が空気中の水分を吸脱湿します。抵抗式と異なり、水分を吸脱湿することにより、上下電極間の静電容量が変化、つまり電子(電荷)をどれだけためる(集める)事ができるか、この電子の集まった量を湿度として表します。この方式の場合、湿度が0の時の静電容量があらかじめ解っている為、低湿度での変化を電気的に処理することができます。要するに抵抗式の場合、低湿度は無限大の抵抗値になりますが、静電容量式の場合は、湿度0の時の静電容量値が解っているということです。また、電子の動きを捕らえますので、応答速度をかなり早くすることができるという特長も備えています。