Gegenstand der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Feuchtigkeitsmesser, der als
feuchtigkeitsempfindliches Material ein organisches Polymeres verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
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Ein bekannter kapazitiver Feuchtigkeitssensor der vorstehend erwähnten Art verwendet
ein organisches Polymeres, beispielsweise Celluloseacetatbutyrat (nachfolgend kurz als
"CAB" bezeichnet) als feuchtigkeitsempfindliches Material und benutzt eine elektrische
Kapazitätsveränderung in aus solchem feuchtigkeitsempfindlichem Material gebildeten
feuchtigkeitsempfindlichen Film, um Feuchtigkeit festzustellen, wie in der
bekanntgemachten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-88951 offenbart.
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CAB mit 17% Butyrylbasis, das typischerweise als feuchtigkeitsempfindliches Material
in der obengenannten Art bekannter feuchtigkeitsempfindlicher Elemente verwendet wird,
hat eine Wasseraufnahmemenge von ungefähr 70-90 mg/g in einer Gleichgewichtsbedingung
bei einer Temperatur von 30ºC und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90% RH. Das
Verhältnis zwischen der Wasseraufnahmemenge und der relativen Feuchtigkeit wird später
näher erörtert.
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Ein solches feuchtigkeitsempfindliches Element mit einem feuchtigkeitsempfindlichen
Film aus CAB zeigt 2 bis 4% RH Hysterese (Unterschied in den Charakteristika der
Feuchtigkeitsempfindlichkeit zwischen den Vorgängen der Feuchtigkeitsaufnahme und
Feuchtigkeitsabgabe) bei ungefähr 25ºC und Meßintervallen von 5 Minuten. Deshalb ist es
nicht möglich, die Hysterese auf weniger als 1% RH, was als ideal angesehen wird,
herabzusetzen. Die Hysterese ist auch temperaturabhängig und um 2 bis 3% RH bei ungefähr
40ºC höher als bei dem Wert bei 25ºC, wenn die anderen Bedingungen gleichbleiben.
Außerdem bedingt, wenn die vorgenannte Art eines feuchtigkeitsempfindlichen Elements
in der gleichen Atmosphäre für längere Zeit belassen wird, die Einwirkung der
Feuchtigkeit, der das Element vorher ausgesetzt war, eine Veränderung in der Hysterese und
den Charakteristika der Feuchtigkeitsempfindlichkeit. Wenn das Element beispielsweise
bei einer relativen Feuchtigkeit von 11% RH und Zimmertemperatur für lange Zeit
belassen wird, steigt die Hysterese von einem ursprünglichen Wert von 2% RH auf 4-6% RH an.
Wenn das gleiche Element für lange Zeit einer relativen Feuchtigkeit von ungefähr 84% RH
und Zimmertemperatur ausgesetzt wird, sinkt die Hysterese von dem ursprünglichen Wert,
nämlich 2% RH, auf ungefähr 1% RH. Das Ausgangssignal im Hinblick auf die
Charakteristika der Feuchtigkeitsempfindlichkeit steigt um 5-7% RH bei relativen Feuchtigkeiten
zwischen 10 und 90% RH, was bedeutet, daß eine Verschiebung des Ausgangssignals
eintritt. Außerdem verändert sich ein Verhältnis eines elektrischen Kapazitätswerts bei
einer relativen Feuchtigkeit von 90% RH im Vergleich zu einer relativen Feuchtigkeit
von 10% RH (C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0;), wenn das Element lange Zeit benutzt wird.
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Außerdem bewirken eine hohe Temperatur und hohe Feuchtigkeitsumgebung,
Feuchtigkeitskondensation, Wassereintauchen, ein Temperatur- und Feuchtigkeitszyklus usw., daß die
Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika des Elements weit in die positive Richtung
verschoben werden.
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Diese Probleme werden durch die Tatsache verursacht, daß eine Wasseraufnahmemenge
(Wasserabsorptionsverhältnis) des in dem obengenannten konventionellen
feuchtigkeitsempfindlichen Element verwendeten feuchtigkeitsempfindlichen Materials zu groß ist, um
ein feuchtigkeitsempfindliches Element der idealen Kapazitanz- oder Impedanz-Art zu
sein. Die Einwirkung von in dem feuchtigkeitsempfindlichen Material absorbierten
Wassermolekülen bewirkt so eine Veränderung im Verhalten des Elements und eine
äquilibrierte Wasseraufnahmemenge in einer gemessenen Feuchtigkeitsatmosphäre und führt
zu einer Verschiebung des Ausgangssignals des Elements.
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US 3 582 728 offenbart ein kapazitives feuchtigkeitsempfindliches Element, das einen
feuchtigkeitsempfindlichen dielektrischen Kern und mit den gegenüberliegenden
Oberflächen des Kerns fest verbundene Elektrodenschichten verwendet. Der Kern und eine
Matrix der Elektrodenschichten sollten in der Lage sein, wenigstens 1% ihres eigenen
Trockengewichts an Feuchtigkeit aufzunehmen, wenn sie einer 95%igen Feuchtigkeit bei
21ºC (70ºF) ausgesetzt sind.
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EP-A1-0010771 offenbart ein feuchtigkeitsempfindliches Element mit den Merkmalen
der Preambel des Anspruchs 1. Dieses Element umfaßt einen feuchtigkeitsempfindlichen
Kunststoffmaterialfilm zwischen einer Goldelektrode und einem anderen Metallfilm. Dieser
Kunststoffmaterialfilm kann Polysulfon sein. Die Eigenschaften und Synthese von
Polysulfon und Polyethersulfon werden in H. G. Elias et al "Neue Polymere Werkstoffe für die
industrielle Anwendung", 2. Auflage, S. 212-219 (Carl Hanser Verlag, München, 1983)
erörtert.
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Moisture and Humidity, Proceedings of the 1985 International Symposium on Moisture and
Humidity, Washington D. C., 15. - 18. April 1985 offenbart die Merkmale der Präambel des
Anspruchs 1.
Ziele und Zusammenfassung der Erfindung
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Im Hinblick auf die vorgenannten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein feuchtigkeitsempfindliches Element bereitzustellen, das eine kleine Hysterese
in einer Vielzahl von Einsatzbedingungen von einer hohen bis zu einer tiefen
Temperatur hat.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
feuchtigkeitsempfindlichen Elements, das in der Lage ist, ein stabiles Ausgangssignal unter
einer Vielzahl von Benutzungsbedingungen, wie beispielsweise hoher Feuchtigkeit, hoher
Temperatur, cyclisch sich verändernde Feuchtigkeit, niedrige Feuchtigkeit,
Feuchtigkeitskondensation, Wassereintauchen usw., zu erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen kapazitiven Feuchtigkeitssensor zur Verfügung,
der umfaßt:
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einen feuchtigkeitsempfindlichen Film aus einem Polymermaterial, dessen Dicke im
Bereich von 0,5 um bis 10 um liegt,
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zwei Elektroden, zwischen denen der feuchtigkeitsempfindliche Film eingebettet ist,
wobei der feuchtigkeitsempfindliche Film eine Wasseraufnahme im Bereich zwischen 10 und
40 mg/g im Gleichgewicht bei einer Temperatur von 30ºC und einer relativen Feuchtigkeit
von 90% hat, und der kapazitive Feuchtigkeitssensor weiter ein Substrat umfaßt, auf dem
die zwei Elektroden und der feuchtigkeitsempfindliche Film angeordnet sind, und dadurch
gekennzeichnet, daß der feuchtigkeitsempfindliche Film aus einem Polymeren besteht, das
Polyethersulfon oder Polysulfon als eine Hauptkomponente einschließt.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
feuchtigkeitsempfindlichen Elements, das eine geringe Temperaturabhängigkeit hat und demgemäß
in einem weiten Temperaturbereich von einer hohen bis zu einer niedrigen Temperatur
verwendet werden kann.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
feuchtigkeitsempfindlichen Elements, das eine kleine Hysterese und eine schnelle Antwort in
einem verwendbaren Bereich von einer hohen Temperatur bis zu einer niederen Temperatur
und von einer hohen bis zu einer niederen Feuchtigkeit hat.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
feuchtigkeitsempfindlichen Elements, das in der Lage ist, ein stabiles Ausgangssignal unter
irgendeiner der schweren Bedingungen, wie hohe Feuchtigkeit, hohe Temperatur, cyclisch
sich verändernde Feuchtigkeit, geringe Feuchtigkeit, Feuchtigkeitskondensation,
Wassereintauchen usw., zu liefern.
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Um diese Ziele zu erreichen, schlägt ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein
feuchtigkeitsempfindliches Element vor, das einen feuchtigkeitsempfindlichen Film
umfaßt, der aus einem Polymer, einschließlich Polyethersulfon, als einer Hauptkomponente
besteht.
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Diese und andere Ziel, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der
folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf
die begefügten Zeichnungen zu entnehmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform des
feuchtigkeitsempfindlichen Elements gemäß der Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine Draufsicht des feuchtigkeitsempfindlichen Elements der
Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Graphik, die das Verhältnis zwischen der Wasseraufnahmemenge und der
Hysterese von feuchtigkeitsempfindlichen Elementen zeigt;
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Fig. 4 ist eine Graphik, die das Verhältnis zwischen der Wasseraufnahmemenge und
dem Kapazitanz-Verhältnis feuchtigkeitsempfindlicher Elemente zeigt;
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Fig. 5 ist eine Graphik, die das Verhältnis zwischen der Wasseraufnahmemenge und
der relativen Feuchtigkeit von feuchtigkeitsempfindlichen Elementen zeigt;
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Fig. 6 ist eine Graphik, die die Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika eines
bekannten feuchtigkeitsempfindlichen Elements (CAB mit 17% Butyrylbasis) zeigt;
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Fig. 7a und 7b sind Graphiken, die die Temperaturabhängigkeit eines
feuchtigkeitsempfindlichen Elements, das Polyethersulfon und Polysulfon benutzt, zeigen;
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Fig. 8 ist eine Graphik, die die Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika des
feuchtigkeitsempfindlichen Elements gemäß der Erfindung zeigt; und
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Fig. 9 ist eine Graphik, die die Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charateristika eines
feuchtigkeitsempfindlichen Elements des Standes der Technik zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Ausführungsform eines feuchtigkeitsempfindlichen Elements gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.
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In diesen Zeichnungen wird ein isolierendes Substrat, beispielsweise aus Tonerde,
Glas, thermisch oxidiertem Silikon oder dergleichen bereitgestellt, und auf dessen
oberer Oberfläche wird eine untere Elektrode 2, beispielsweise aus Platin, gebildet. Ein
feuchtigkeitsempfindlicher Film 3 wird auf und quer über die untere Elektrode 2
aufgeschichtet. Dieser Film 3 besteht aus einem polymeren feuchtigkeitsempfindlichen
Material, dessen Hauptkomponente Polyethersulfon (nachfolgend kurz als "PES" bezeichnet)
oder Polysulfon ist. Eine obere Elektrode 4, beispielsweise aus Gold, wird auf dem
feuchtigkeitsempfindlichen Film 3 gebildet. Mit anderen Worten ist der
feuchtigkeitsempfindliche Film 3 zwischen der unteren und der oberen Elektrode 2, 4 eingebettet.
Leitungen 2a, 4a werden mit der unteren und der oberen Elektrode 2, 4 verbunden, um die
Änderung in einer elektrischen Kapazitanz entsprechend der relativen Feuchtigkeit des
feuchtkeitsempfindlichen Films 3 zu messen.
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Der feuchtigkeitsempfindliche Film 3 kann aus einem polymeren
feuchtigkeitsempfindlichen Material bestehen, das Polysulfon, Polyethersulfon, Poletherimid,
Polybenzimidazol, Polyether, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenilenoxid, Polycarbonat,
Polyallylat, Polymethacrylsäuremethyl, Polyacrylonitril, Polybutylenterephthalet,
Polyethylenterephthalet, Polyetheretherketon, Polyetherketon, Polyacetal oder
dergleichen umfaßt.
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Solche Polymermaterialien werden auf einen Quartzvibrator in einer Dicke von ungefähr
10 um oder weniger aufgetragen, um feuchtigkeitsempfindliche Filme zu bilden. Die
feuchtigkeitsempfindlichen Filme werden dann in eine konstante Feuchtigkeitsatmosphäre
gebracht, um die jeweilige Wasseraufnahmemenge bei ungefähr 30ºC auf der Basis eines
Wechsels in der Oszillierfrequenz des Quartzvibrators zu messen.
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Jedes der vorgenannten Polymermaterialien wurde auf die untere Elektrode 2, die
auf dem isolierenden Substrat 1 angebracht ist, in einer Dicke von ungefähr 10 um oder
weniger geschichtet, um den feuchtigkeitsempfindlichen Film 3 zu bilden, auf dem die
obere Elektrode 4 gebildet wird, wie vorstehend erwähnt. Mit dieser Struktur wird das
Verhältnis zwischen dem elektrischen Kapazitanz-Verhältnis und der relativen
Feuchtigkeit bei ungefähr 30ºC gemessen. Die gleichen Messungen wurden auch mit dem
feuchtigkeitsempfindlichen Film 3 aus konventionell verwendetem Celluloseacetatbutyrat
durchgeführt. Es sollte bemerkt werden, daß die Wasseraufnahmemenge und die
Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika in Abhängigkeit einer Bildungsmethode des Polymerfilms,
einer Filmstärke, der Verbindungsmethode, der Methode der Bildung der oberen Elektrode 4
usw. schwankt, wie in Fig. 6 gezeigt.
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Aufgrund dieser Messungen wurde gefunden, daß der Celluloseacetatbutyrat-Film (mit
17% Butyrylbasis) eine Wasseraufnahmemenge von 70 bis 90 mg/g, eine Hysterese von 2-4%
RH und ein elektrisches Kapazitanz-Verhältnis (C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0;) von 1,21 bis 1,42 hat, während
der Celluloseacetatbutyrat-Film (mit 50% Butyrylbasis) eine Wasseraufnahmemeng von 40-60
mg/g, eine Hysterese von 1-2% RH und ein elektrisches Kapazitanz-Verhältnis (C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0;)
von 1,10&supmin;¹,20 hat. Bei einem Polymethacrylsäuremethyl-Film wurden befriedigende
Ergebnisse erreicht, wobei die Wasseraufnahmemenge 10-30 mg/g, eine Hysterese 0,5-1,0% RH
und C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0; 1,06-1,15 betragen. Gute Ergebnisse wurden auch mit einem Polyethersulfon-
Film und einem Polysulfon-Film erreicht. Ersterer hatte eine Wasseraufnahmemenge von
10-30 mg/g, eine Hysterese von 0,5-1,5% RH und C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0; von 1,12-1,17, während letzterer
eine Wasseraufnahmemenge von 10&supmin;¹&sup5; mg/g, eine Hysterese von 0,2-1,0% RH und C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0; von
1,05-1,08 hatte.
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Es ist aus diesen Meßergebnissen ersichtlich, daß die in einem Polymermaterial
enthaltene Menge an Wassermolekülen eine große Änderung in den
Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika bedingt.
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Genauer beträgt in einem relativen Feuchtigkeitsbereich unter 60% RH die
Wasseraufnahmemenge 35-50 mg/g und deshalb die Hysterese 0,3-0,4% RH, wo die Linearität der
Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika ganz zufriedenstellend ist. In einem
relativen Feuchtigkeitsbereich über 60% RH übersteigt die Wasseraufnahmemenge jedoch
40 mg/g, wodurch Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen auftreten und deshalb die
Hysterese graduell vergrößert wird. Wenn beispielsweise die Messungen bei einer
relativen Feuchtigkeit von 10% RH, 70% RH und 10% RH durchgeführt wurden, betrug die
größte Wasseraufnahmemenge 40-45 mg/g und die Hysterese 1,2-1,5% RH. Wurden die
Messungen bei einer relativen Feuchtigkeit von 10% RH, 80% RH und 10% RH durchgeführt,
lag die größte Wasseraufnahmemenge bei 50-55 mg/g, und die Hysterese betrug 1,5-
2,1% RH. Aus diesen Ergebnissen kann entnommen werden, daß mit einer Vergrößerung der
Wasseraufnahmemenge die Hysterese größer wird. Eine solche größere Hysterese zerstört
die Linearität des Sensorausgangssignals.
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Es ist aus diesen Ergebnissen ersichtlich, daß eine enge Beziehung zwischen der
Wasseraufnahmemenge eines Polymermaterials und den Feuchtigkeitsempfindlichkeits-
Charakteristika besteht. Wenn die Hysterese unter beispielsweise 1% RH erwartet wird,
sollte die Wasseraufnahmemenge nicht größer als 40 mg/g sein. Es ist darauf hinzuweisen,
daß die hier gezeigten Daten typische sind und die Hysterese sich ändern kann in
Abhängigkeit der Herstellungsmethode, der Herstellungsbedingungen, der Meßmethode, der
Meßbedingungen, der Feuchtigkeit, der das Element vorher ausgesetzt war, und
dergleichen. Deshalb können die in Fig. 3 und 4 gezeigten Charakteristika-Kurven eine
gewisse Schwankungsbreite haben. Wenn ein feuchtigkeitsempfindliches Element, wie in
Fig. 1 und 2 gezeigt, aus einem Polymermaterial mit einer Wasseraufnahmemenge von
10-40 mg/g bei einer relativen Feuchtigkeit von 90% RH besteht, ist sein
Kapazitätsverhältnis (C&sub9;&sub0;/C&sub1;&sub0;) 1,05-1,2.
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In der vorbeschriebenen Ausführungsform wird das feuchtigkeitsempfindliche Element
bei einer Temperatur zwischen -30 und 100ºC verwendet, so daß in Bezug auf die
thermischen Charakteristika des den feuchtigkeitsempfindlichen Film 3 bildenden
Polymermaterials keine Probleme, wie beispielsweise die Zerstörung der oberen Elektrode 4 oder
eine große Änderung der Sensorcharakteristika, eintreten können. Im Hinblick auf die
elektrische Durchschlagsstärke wurde gefunden, daß ein Polymerfilm mit einer Dicke von
0,5-10 um gegen eine angelegte Spannung von +1,5-+5 V beständig ist. Wenn das Element
in Kombination mit einer oszillierenden Schaltung gemessen wurde, gab es außerdem keine
Probleme im Hinblick auf den volumeninhärenten spezifischen Widerstand.
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Wie vorstehend beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes
feuchtigkeitsempfindliches Element zur Verfügung, das weniger als 1% Hysterese und den
Ausschluß der Temperaturabhängigkeit erreicht. Das feuchtigkeitsempfindliche Element der
vorliegenden Erfindung behält ein stabiles Ausgangssignal und ein stabiles
elektrisches Kapazitanz-Verhältnis auch dann bei, wenn es in der selben Atmosphäre für lange
Zeit gelassen wird. Die Verschiebung der Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika
ist außerdem sehr klein, selbst wenn es in hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeitsatmosphäre, Feuchtigkeitskondensation, Wassereintauchen, Temperatur- und
Feuchtigkeits-Zyklus usw. belassen wird.
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Die Graphiken der Fig. 3, 4 und 5 wurden mit den hier genannten Materialien,
nämlich Celluloseacetatbutyrat (mit 17% Butyrylbasis), Celluloseacetatbutyrat (mit 50%
Butyrylbasis), Polyethersulfon, Polymethacrylsäuremethyl und Polysulfon, erhalten. Die
Wasseraufnahmemenge und die Hysterese ändern sich geringfügig in Abhängigkeit von der
Methode der Polymefilmbildung, der Verbindungsmethode und der Methode der Bildung der
oberen Elektrode. Mögliche Bereiche der Wasserabsorptionsmenge und der Hysterese der
verschiedenen Materialien werden durch Rechtecke in der beigefügten Fig. 3 angezeigt.
Wie zu sehen ist, ist dis Kurve der Fig. 3 eine Kombination der möglichen Bereiche der
Wasseraufnahmemengen und der Hysterese der fünf vorstehend genannten Materialien.
Fig. 4 und 5 wurden in gleicher Weise wie Fig. 3 erhalten.
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Tabelle 1 zeigt die Charakteristika der obengenannten Polymermaterialien.
Tabelle 1
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Ein spezielles Herstellungsverfahren für das vorstehend genannte
feuchtigkeitsempfindliche Element wird nachstehend erläutert.
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Zuerst werden 10-40 g PES-Pulver in einem gemischten Lösungsmittel, typischerweise
hergestellt aus 20 ml Dimethylformamid, 80 ml Cyclohexanon und 25 ml Methylethylketon,
gelöst, um eine PES-Lösung zu erhalten. Diese PES-Lösung wurde dann auf die untere
Elektrode 2, die auf dem isolierenden Substrat 1 gebildet ist, mittels einer
Drehbeschichtungsmethode aufgebracht und dann in einer Stickstoffatmosphäre bei
Zimmertemperatur getrocknet, um den feuchtigkeitsempfindlichen Film 3 mit einer Dicke zwischen
0,5 und 5 um zu bilden. Die Drehvorrichtung rotiert typischerweise mit einer
Geschwindigkeit von 500-5000 UpM.
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Nach diesem Trocknen bei Zimmertemperatur wird das Element bei einer Temperatur
zwischen 160ºC und 240ºC mindestens eine Stunde getempert. Dann wird die obere
Elektrode 4 mit einer Dicke im Bereich von 50-1000 A auf dem isolierenden Material, auf dem
der feuchtigkeitsempfindliche Film gebildet ist, mittels einer Dampfablagerungsmethode
oder einer Zerstäubungsmethode gebildet. Das für die Elektrode 4 benutzte Metall ist
nicht auf Gold beschränkt, und jedes korrosionsfreie Metall, wie Palladium, Platin,
Chrom oder dergleichen kann anstelle von Gold verwendet werden. Die untere Elektrode 2
wird auf dem isolierenden Substrat 1 durch Ablagerung von Platin mittels
Dampfablagerung, Zerstäubungsmethode oder dergleichen in einer Dicke von 1000 bis 10000 A
gebildet.
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Da der feuchtigkeitsempfindliche Film 3, wie vorstehend erwähnt, durch Auflösen von
PES-Pulver in einer aus Dimethylformamid, Cyclohexan und Methylethylketon bestehenden
Lösungsmittelmischung, Auftragen der Lösung in einer kleinen Menge auf die vorher auf
dem isolierenden Substrat 1 gebildete untere Elektrode und Trocknen der aufgebrachten
Lösung bei Zimmertemperatur gebildet wird, wird das Lösungsmittel abgedampft unter
Zurücklassen eines dünnen Polymeren hoher Dichte, wodurch es möglich ist, die
Wasseraufnahmemenge auf 0,2-0,4 Gew.-% sehr weit herabzusetzen und ebenso die Hysterese.
Ein gleicher Effekt kann erhalten werden, wenn ein einzelnes Lösungsmittel mit
starker Polarität, wie Dimethylformamid, Cyclohexan und Methylethylketon, anstelle der
vorstehend genannten Lösungsmittelmischung verwendet wird.
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In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der
feuchtigkeitsempfindliche Film aus Polysulfon anstelle des vorstehend erwähnten PES gebildet.
In diesem Fall erfolgt der Temperungsprozeß bei einer Temperatur zwischen 140ºC und
200ºC für mindestens 1 Stunde nach dem Trocknen bei Zimmertemperatur, um den gleichen
Effekt wie in der ersten Ausführungsform zu erhalten.
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Das Polysulfon und PES haben die nachstehend gezeigten Strukturformeln:
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Beim Vergleich dieser beiden Materialien miteinander hat an der entsprechenden
Stellung Polysulfon C(CH&sub3;)&sub2; und PES SO&sub2;, so daß das Polysulfon eine um ein Drittel
größere Wasseraufnahmemenge und Empfindlichkeit als PES hat. Solche Verringerungen der
Wasseraufnahmemenge und der Empfindlichkeit verursachen in der Praxis jedoch keine
Probleme und es ist deshalb möglich, ein aus Polysulfon hergestelltes
feuchtigkeitsempfindliches Element bereitzustellen, das eine geringe Temperaturabhängigkeit und eine
geringe Verschiebung seines Ausgangssignals auch bei Bedingungen mit hoher Temperatur
und hoher Feuchtigkeit hat.
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Fig. 7a und 7b sind Graphiken, die das Verhältnis zwischen elektrischer Kapazitanz
und relativer Feuchtigkeit des feuchtigkeitsempfindlichen Films 3 der ersten und zweiten
Ausführungsform zeigen. Es ist zu bemerken, daß die Messungen der beiden
feuchtigkeitsempfindlichen Filme bei einer Frequenz von 100 KHz und einer Temperatur von 10ºC,
25ºC und 40ºC mittels eines LCZ-Meßgeräts erfolgten. Es ergibt sich aus diesen
Zeichnungen, daß Feuchtigkeitsempfindlichkeits-Charakteristika mit sehr geringer
Temperaturabhängigkeit erhalten wurden. Da die festgestellten Ausgangssignale nicht
unter Schwankungen aufgrund der Temperatur leiden, ist eine
Temperaturkompensationsschaltung nicht erforderlich. Die Fig. 7a und 7b zeigen auch das befriedigende
Ergebnis, daß die Hysterese unter 1% RH bei einer Messung ungefähr 2 Minuten, nachdem
ein konstantes Feuchtigkeitsbad stabil wurde, liegt.
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Fig. 8 zeigt das Verhältnis zwischen vergangener Zeit und Verschiebungsmengen im
Ausgangssignal von feuchtigkeitsempfindlichen Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung
bei einer relativen Feuchtigkeit von 10, 30, 50, 60, 70 und 90% RH.
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Fig. 9 zeigt die gleichen Charakteristika für ein feuchtigkeitsempfindliches
Element unter Verwendung eines konventionellen Celluloseacetatbutyrats als
feuchtigkeitsempfindliches Material unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend genannt zu
Vergleichszwecken. Es ist aus diesen Zeichnungen ersichtlich, daß das
feuchtigkeitsempfindliche Element vorliegender Erfindung ein stabiles Feuchtigkeitsempfindlichkeits-
Charakteristikum mit geringerer Verschiebung im Vergleich zu dem bekannten
feuchtigkeitsempfindlichen Element, wie in Fig. 9 gezeigt, aufweist. Die Hysterese ist unter
1% RH, gemessen ungefähr 2 Minuten, nachdem ein konstantes Feuchtigkeitsbad stabil
wurde, Aufgrund dieser Meßergebnisse kann gesagt werden, daß das
feuchtigkeitsempfindliche Element der vorliegenden Erfindung eine gute Reproduzierbarkeit und ein stabiles
Kapazitanz-Verhältnis sogar dann hat, wenn es bei einer hohen Temperatur und einer hohen
Feuchtigkeitsatmosphäre benutzt wird oder in dieser Atmosphäre für eine lange Zeit
belassen wird. Es ist ferner anzuerkennen, daß das Feuchtigkeitselement seine
ursprünglichen Charakteristika reversibel wiedergewinnen kann, wenn es einer hohen
Temperatur und einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit ausgesetzt wurde und dann in eine
Raumtemperaturatmosphäre zurückgebracht wird.
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In den vorstehenden Ausführungsformen wird das sandwichartige
feuchtigkeitsempfindliche Element beispielhaft erklärt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf
diesen Typ beschränkt. Es bedarf keiner Erwähnung, daß die gleichen Wirkungen, wie sie
vorstehend erwähnt wurden, auch erzielt werden können, wenn die vorliegende Erfindung
auf ein feuchtigkeitsempfindliches Element des Kammtyps angewendet wird, das ein Paar
von kammartigen Dünnfilmelektroden, die auf einem isolierenden Substrat einander
gegenüberliegend gebildet sind, und einen die kammartigen Dünnfilmelektroden bedeckenden
feuchtigkeitsempfindlichen Film hat.
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In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Feuchtigkeit auf der Basis eines
elektrischen Kapazitanz-Wechsels in Bezug auf eine relative Feuchtigkeit des
feuchtigkeitsempfindlichen Films bestimmt. Alternativ kann die Feuchtigkeit auch auf der Basis
eines Widerstandswechsels im Hinblick auf die relative Feuchtigkeit bestimmt werden.
Der feuchtigkeitsempfindliche Film in den vorstehenden Ausführungsformen kann in
geeigneter Form auch für einen Feuchtigkeitssensor benutzt werden, in dem der
feuchtigkeitsempfindliche Film auf einem Quartzvibrator gebildet ist und der die Feuchtigkeit
auf der Basis einer Resonanzfrequenz-Verschiebung bestimmt, die durch die
Wasseradsorption des feuchtigkeitsempfindlichen Films bedingt wird, wie in einem
Feuchtigkeitssensor, in dem der feuchtigkeitsempfindliche Film auf einem oberflächenelastischen
Wellenelement gebildet ist und der die Feuchtigkeit auf der Basis eines Wechsels der
Geschwindigkeit einer durch das oberflächenelastische Wellenelement hindurchgehenden
Welle bestimmt.
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Da viele Änderungen in der vorstehenden Konstruktion gemacht werden können und viele
offensichtlich weit differierende Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung gemacht
werden können, ohne deren Umfang zu verfassen, ist es die Absicht, daß alle in der
vorstehenden Beschreibung enthaltenen oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten
Gegenstände nur als Erläuterung und nicht in beschränkendem Sinne zu verstehen sind.