JPH0116382B2 - - Google Patents
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- JPH0116382B2 JPH0116382B2 JP55185126A JP18512680A JPH0116382B2 JP H0116382 B2 JPH0116382 B2 JP H0116382B2 JP 55185126 A JP55185126 A JP 55185126A JP 18512680 A JP18512680 A JP 18512680A JP H0116382 B2 JPH0116382 B2 JP H0116382B2
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- Japan
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- humidity
- thermistor
- temperature
- sensitive element
- sensing element
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、湿度測定時において、感湿素体の温
度も同時に測定できる構造の感湿素子に関する。
度も同時に測定できる構造の感湿素子に関する。
湿度を測定するために、MnWO4、MgCrO4と
TiO2などの金属酸化物の焼結体であつて、周辺
雰囲気の湿度変化に対応して自らの電気抵抗を変
化する性質を有する感湿素体に、その電気抵抗測
定用の電極を添着した構造の感湿素子が用いられ
ている。
TiO2などの金属酸化物の焼結体であつて、周辺
雰囲気の湿度変化に対応して自らの電気抵抗を変
化する性質を有する感湿素体に、その電気抵抗測
定用の電極を添着した構造の感湿素子が用いられ
ている。
この感湿素子は、ある温度におけるある湿度雰
囲気に置かれて用いられる。このとき、上記の焼
結体（感湿素体という）の電気抵抗を測定し、そ
の値を、予め作成してあるその温度における既知
湿度と電気抵抗値との関係図から周辺雰囲気の湿
度を換算するものである。
囲気に置かれて用いられる。このとき、上記の焼
結体（感湿素体という）の電気抵抗を測定し、そ
の値を、予め作成してあるその温度における既知
湿度と電気抵抗値との関係図から周辺雰囲気の湿
度を換算するものである。
このように、感湿素子においては、該感湿素体
の電気抵抗の変化が重要な意味を有するが、この
電気抵抗はその温度によつても変化する。すなわ
ち、感湿素体は温度依存性を有している。
の電気抵抗の変化が重要な意味を有するが、この
電気抵抗はその温度によつても変化する。すなわ
ち、感湿素体は温度依存性を有している。
そのため、ある温度及び湿度の雰囲気中に感湿
素子が置かれ、かつ感湿素子自体の温度が雰囲気
温度と異なる場合には、感湿素子の電気抵抗から
読み取られる湿度の値は、感湿素子自体の温度に
おける値であつて、雰囲気の湿度を正確に表示す
るものではない。
素子が置かれ、かつ感湿素子自体の温度が雰囲気
温度と異なる場合には、感湿素子の電気抵抗から
読み取られる湿度の値は、感湿素子自体の温度に
おける値であつて、雰囲気の湿度を正確に表示す
るものではない。
とりわけ、雰囲気が動いている場合（例えば、
大気流）には、感湿素子の表面から蒸発する水が
感湿素子から奪う蒸発熱は無視し得ず、その結
果、感湿素子自体の温度が雰囲気温度よりも低下
することがある。例えば、風速約10ｍ／secのと
き、感湿素子の温度は周辺大気流の温度よりも約
２℃程低下し、それは、感湿素子からの読み取り
湿度の値と周辺気流の真の湿度の値との間で、相
対湿度にして２〜３％の誤差をうみ出すことにも
なる。
大気流）には、感湿素子の表面から蒸発する水が
感湿素子から奪う蒸発熱は無視し得ず、その結
果、感湿素子自体の温度が雰囲気温度よりも低下
することがある。例えば、風速約10ｍ／secのと
き、感湿素子の温度は周辺大気流の温度よりも約
２℃程低下し、それは、感湿素子からの読み取り
湿度の値と周辺気流の真の湿度の値との間で、相
対湿度にして２〜３％の誤差をうみ出すことにも
なる。
このようなことから、感湿素子で湿度を測定す
る場合、正確な湿度を測定するためには、感湿素
子自体の温度を正確に知ることが必要である。
る場合、正確な湿度を測定するためには、感湿素
子自体の温度を正確に知ることが必要である。
このために、感湿素体の両面に電極を付設し、
該電極を介して1MHz以上の高周波電流を印加す
ることにより該感湿素体の誘電率を測定し、その
値から該感湿素体の温度を知るという方法が提案
されている。しかしながら、この方法は、極めて
繁雑な測定回路を必要とするのみならず、温度測
定の精度も充分ではないという欠点があつた。
該電極を介して1MHz以上の高周波電流を印加す
ることにより該感湿素体の誘電率を測定し、その
値から該感湿素体の温度を知るという方法が提案
されている。しかしながら、この方法は、極めて
繁雑な測定回路を必要とするのみならず、温度測
定の精度も充分ではないという欠点があつた。
本発明は、上記のような問題点を解消する感湿
素子の提供を目的とするものである。
素子の提供を目的とするものである。
すなわち、本発明の感湿素子は、基板と、該基
板上に厚膜法で形成された厚みが１〜30μｍのサ
ーミスタと、該サーミスタ上に同じく厚膜法で形
成された感湿素体との一体的積層体であつて、該
サーミスタが一方の電極を兼ねる構造であること
を特徴とする。
板上に厚膜法で形成された厚みが１〜30μｍのサ
ーミスタと、該サーミスタ上に同じく厚膜法で形
成された感湿素体との一体的積層体であつて、該
サーミスタが一方の電極を兼ねる構造であること
を特徴とする。
本発明の感湿素子は、サーミスタが温度検出素
子、感湿素体が湿度検出素子を構成しており、両
者が一体的に積層されているため、感湿素体の温
度は密着するサーミスタによつて測定することが
できる。
子、感湿素体が湿度検出素子を構成しており、両
者が一体的に積層されているため、感湿素体の温
度は密着するサーミスタによつて測定することが
できる。
本発明の感湿素子を作成するに当つては、まず
基板の上にサーミスタ層が形成される。基板とし
ては、例えばアルミナ焼結板、ステアタイト焼結
板のような耐熱・絶縁性のセラミツク板をあげる
ことができるが、通常は耐熱性にすぐれるアルミ
ナ焼結板が好んで用いられる。
基板の上にサーミスタ層が形成される。基板とし
ては、例えばアルミナ焼結板、ステアタイト焼結
板のような耐熱・絶縁性のセラミツク板をあげる
ことができるが、通常は耐熱性にすぐれるアルミ
ナ焼結板が好んで用いられる。
サーミスタ層は、半導体デバイスの製作技術に
おいて汎用されている厚膜法を適用して形成され
る。即ち、上記基板上に、サーミスタの原料粉末
を適宜なバンダーと混練して成る厚膜ペースト
を、例えば、スクリーン印刷法、塗布法などによ
つて所定パターンに印刷又は塗布した後、これを
適宜な温度で焼付ける。
おいて汎用されている厚膜法を適用して形成され
る。即ち、上記基板上に、サーミスタの原料粉末
を適宜なバンダーと混練して成る厚膜ペースト
を、例えば、スクリーン印刷法、塗布法などによ
つて所定パターンに印刷又は塗布した後、これを
適宜な温度で焼付ける。
このとき、用いるサーミスタとしては、いわゆ
るサーミスタ特有の電気抵抗の温度依存性を有す
るものであれば、何を用いてもよい。また、形成
されるサーミスタの層厚は、特別限定されない
が、通常１〜30μｍの範囲内にあることが好まし
い。
るサーミスタ特有の電気抵抗の温度依存性を有す
るものであれば、何を用いてもよい。また、形成
されるサーミスタの層厚は、特別限定されない
が、通常１〜30μｍの範囲内にあることが好まし
い。
このサーミスタの上には、感湿素体の原料粉末
を適宜なバインダーと混練して成る厚膜ペースト
を、上記と同様の方法で印刷又は塗布した後、焼
付けて感湿素体の厚膜が形成される。
を適宜なバインダーと混練して成る厚膜ペースト
を、上記と同様の方法で印刷又は塗布した後、焼
付けて感湿素体の厚膜が形成される。
感湿素体としては、感湿特性を有するものであ
れば何を用いてもよい。また、その厚みは通常１
〜30μの範囲内にあることが好ましい。
れば何を用いてもよい。また、その厚みは通常１
〜30μの範囲内にあることが好ましい。
このようにして、基板、サーミスタ、感湿素体
はこの順序で積層されて一体的構造体を形成す
る。該構造体には、サーミスタ、感湿素体の電気
抵抗を測定するためのリード線が、それぞれ付設
されて本発明の感湿素子が構成される。
はこの順序で積層されて一体的構造体を形成す
る。該構造体には、サーミスタ、感湿素体の電気
抵抗を測定するためのリード線が、それぞれ付設
されて本発明の感湿素子が構成される。
サーミスタへのリード線の付設は、基板上への
サーミスタ層の形成に先だつて、該基板上の所定
位置に、例えば白金ペーストを焼付け、それに白
金線を焼付けた後、この上から上記のようにして
サーミスタ層を形成するのが好ましい。
サーミスタ層の形成に先だつて、該基板上の所定
位置に、例えば白金ペーストを焼付け、それに白
金線を焼付けた後、この上から上記のようにして
サーミスタ層を形成するのが好ましい。
また、感湿素体へのリード線の付設は、感湿素
体の表面に例えば、金ペーストを適宜なパターン
でスクリーン印刷し、これを焼付けた後、ここに
金リード線を熱圧着して容易に行なうことができ
る。
体の表面に例えば、金ペーストを適宜なパターン
でスクリーン印刷し、これを焼付けた後、ここに
金リード線を熱圧着して容易に行なうことができ
る。
本発明の感湿素子を用いて湿度測定する場合に
は、サーミスタは上部に積層する感湿素体の温度
に相当する電気抵抗を示し、それは、該サーミス
タに付設されたリード線からの電気信号として検
出される。また、感湿素体のその温度における電
気抵抗値は、該感湿素体の表面に付設したリード
線とサーミスタに付設されたリード線を抵抗測定
回路に接続することによつて測定される。このと
き、測定される電気抵抗値は、感湿素体の抵抗と
サーミスタの抵抗の重畳したものとなるが、感湿
素体の抵抗はサーミスタの抵抗に比べて概ね20倍
以上と大きいため、通常の湿度測定の条件下で
は、サーミスタの抵抗を無視しても大きな誤差を
生じる虞れはない。
は、サーミスタは上部に積層する感湿素体の温度
に相当する電気抵抗を示し、それは、該サーミス
タに付設されたリード線からの電気信号として検
出される。また、感湿素体のその温度における電
気抵抗値は、該感湿素体の表面に付設したリード
線とサーミスタに付設されたリード線を抵抗測定
回路に接続することによつて測定される。このと
き、測定される電気抵抗値は、感湿素体の抵抗と
サーミスタの抵抗の重畳したものとなるが、感湿
素体の抵抗はサーミスタの抵抗に比べて概ね20倍
以上と大きいため、通常の湿度測定の条件下で
は、サーミスタの抵抗を無視しても大きな誤差を
生じる虞れはない。
このように、本発明の感湿素子においては、サ
ーミスタは温度検出素子であるとともに、感湿素
体の一方の電極をも兼ねるものである。
ーミスタは温度検出素子であるとともに、感湿素
体の一方の電極をも兼ねるものである。
本発明の感湿素子で湿度は次のようにして測定
される。まず、該感湿素子の構成部材であるサー
ミスタの温度−抵抗特性関係図並びに感湿素子自
体の各温度における湿度−抵抗特性関係図を予め
作成しておく。そのうえで、ある雰囲気に該感湿
素子を置き、このときのサーミスタの電気抵抗を
測定する。この測定値と上記温度−抵抗特性関係
図から、該サーミスタ、即ちその上に積層する感
湿素体の温度を知る。感湿素体から測定された電
気抵抗値は、前記温度における該感湿素体の湿度
−抵抗特性関係図と照合されて、湿度が読みとら
れる。
される。まず、該感湿素子の構成部材であるサー
ミスタの温度−抵抗特性関係図並びに感湿素子自
体の各温度における湿度−抵抗特性関係図を予め
作成しておく。そのうえで、ある雰囲気に該感湿
素子を置き、このときのサーミスタの電気抵抗を
測定する。この測定値と上記温度−抵抗特性関係
図から、該サーミスタ、即ちその上に積層する感
湿素体の温度を知る。感湿素体から測定された電
気抵抗値は、前記温度における該感湿素体の湿度
−抵抗特性関係図と照合されて、湿度が読みとら
れる。
本発明の感湿素子は、以上のように構成される
ので、湿度を電気抵抗値に読み直す感湿素体自体
の温度を同時に測定することができるので、湿度
の測定精度を高めることができるとともに、全体
の形状を非常にコンパクトにすることができると
いう利点を有している。
ので、湿度を電気抵抗値に読み直す感湿素体自体
の温度を同時に測定することができるので、湿度
の測定精度を高めることができるとともに、全体
の形状を非常にコンパクトにすることができると
いう利点を有している。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例
(1) 感湿素体の調製
酸化亜鉛、酸化クロム、酸化チタンの粉末
を、それぞれモル比で50％、40％、10％秤量
し、これらを湿式ポツトミルで充分に混合し
た。ついで、この混合粉末を120℃で充分に乾
燥した後、空気中で1200℃、２時間加熱処理し
て焼結体とし、該焼結体をライカイ機で充分に
粉砕して粒径0.5〜3.0μｍの感湿素体の微粉と
した。
を、それぞれモル比で50％、40％、10％秤量
し、これらを湿式ポツトミルで充分に混合し
た。ついで、この混合粉末を120℃で充分に乾
燥した後、空気中で1200℃、２時間加熱処理し
て焼結体とし、該焼結体をライカイ機で充分に
粉砕して粒径0.5〜3.0μｍの感湿素体の微粉と
した。
(2) サーミスタの調製
酸化コバルト、酸化ニツケルの粉末をモル比
で85％、15％秤量し、これらを湿式ポツトミル
で充分混合した。ついで、この混合粉末を120
℃で充分に乾燥した後、空気中で1250℃、４時
間加熱処理して焼結体とし、該焼結体をライカ
イ機で充分に粉砕して粒径0.5〜3.0μｍのサー
ミスタの微粉とした。
で85％、15％秤量し、これらを湿式ポツトミル
で充分混合した。ついで、この混合粉末を120
℃で充分に乾燥した後、空気中で1250℃、４時
間加熱処理して焼結体とし、該焼結体をライカ
イ機で充分に粉砕して粒径0.5〜3.0μｍのサー
ミスタの微粉とした。
(3) 感湿素子の作成
まず、調製された感湿素体の微粉に、該微粉
に対して５重量％のホウケイ酸ガラスの粉末
（約1.0μｍの粒径）を加えて充分に混合した後、
該混合粉末に溶剤としてテレピネオールを適量
添加してペースト状になるまで充分混練し、感
湿素体用厚膜ペーストを調製した。
に対して５重量％のホウケイ酸ガラスの粉末
（約1.0μｍの粒径）を加えて充分に混合した後、
該混合粉末に溶剤としてテレピネオールを適量
添加してペースト状になるまで充分混練し、感
湿素体用厚膜ペーストを調製した。
また、調製された前記サーミスタの微粉に、
該微粉に対し８重量％のホウケイ酸ガラスの粉
末（約1.0μｍの粒径）を加えて充分に混合した
後、該混合粉末に溶剤としてテレピネオールを
適量添加してペースト状になるまで充分混練し
サーミスタ用厚膜ペーストを調製した。
該微粉に対し８重量％のホウケイ酸ガラスの粉
末（約1.0μｍの粒径）を加えて充分に混合した
後、該混合粉末に溶剤としてテレピネオールを
適量添加してペースト状になるまで充分混練し
サーミスタ用厚膜ペーストを調製した。
そのうえで、たて５mm横４mm厚さ0.5mmのア
ルミナ焼結板を基板として用意した。該基板の
片面の両端に、長さ４mm幅１mmの帯状に白金ペ
ーストを１対塗布し、それぞれの塗布白金ペー
ストには白金リード線を添着した後、全体を
1000℃で焼付けた。
ルミナ焼結板を基板として用意した。該基板の
片面の両端に、長さ４mm幅１mmの帯状に白金ペ
ーストを１対塗布し、それぞれの塗布白金ペー
ストには白金リード線を添着した後、全体を
1000℃で焼付けた。
この上に前記のサーミスタ用厚膜ペーストを
たて4.5mm横3.5mmの広さに亘つてスクリーン印
刷し、これを800℃で焼付けた。得られたサー
ミスタの層の厚みは約10μｍであつた。
たて4.5mm横3.5mmの広さに亘つてスクリーン印
刷し、これを800℃で焼付けた。得られたサー
ミスタの層の厚みは約10μｍであつた。
ついで、この上に、前記の感湿素体用厚膜ペ
ーストをたて4.5mm横3.5mmの広さに亘つてスク
リーン印刷し、同じく800℃で焼付けた。得ら
れた感湿素体の層の厚みは約10μｍであつた。
ーストをたて4.5mm横3.5mmの広さに亘つてスク
リーン印刷し、同じく800℃で焼付けた。得ら
れた感湿素体の層の厚みは約10μｍであつた。
その後、感湿素体の表面に、金ペーストを櫛
型パターンにスクリーン印刷して750℃で焼付
けた後、ここに常法により金リード線を熱圧着
して本発明の感湿素子を作成した。
型パターンにスクリーン印刷して750℃で焼付
けた後、ここに常法により金リード線を熱圧着
して本発明の感湿素子を作成した。
(4) 感湿特性の測定
感湿特性の測定に先立つて、まず前記感湿素
子のサーミスタの温度−抵抗特性を求めた。
子のサーミスタの温度−抵抗特性を求めた。
基板に付設された１対の白金リード線をサー
ミスタ抵抗測定回路に接続した後、素子全体を
各種温度の雰囲気に一定時間放置して熱的平衡
に達した時点で、該サーミスタの電気抵抗を測
定した。その結果を第１図に示した。なお、こ
のとき、雰囲気の温度はクロメル・アルメル熱
電対を用いて直接測定した。
ミスタ抵抗測定回路に接続した後、素子全体を
各種温度の雰囲気に一定時間放置して熱的平衡
に達した時点で、該サーミスタの電気抵抗を測
定した。その結果を第１図に示した。なお、こ
のとき、雰囲気の温度はクロメル・アルメル熱
電対を用いて直接測定した。
ついで、感湿素体表面に付設された金リード
線と前記白金リード線の１本を感湿素体抵抗測
定回路に接続し、全体を風速0.5ｍ／secの25℃
気流中に置いた。このとき、雰囲気の温度はク
ロメル・アルメル熱電対を用いて直接測定し
た。
線と前記白金リード線の１本を感湿素体抵抗測
定回路に接続し、全体を風速0.5ｍ／secの25℃
気流中に置いた。このとき、雰囲気の温度はク
ロメル・アルメル熱電対を用いて直接測定し
た。
しかしながら、サーミスタの電気抵抗は102
Ωであつた。これは、前記のサーミスタ温度−
抵抗特性（第１図）によれば24.5℃に相当する
ものであつた。
Ωであつた。これは、前記のサーミスタ温度−
抵抗特性（第１図）によれば24.5℃に相当する
ものであつた。
気流温度を25℃に保つて相対湿度を変化さ
せ、そのときの感湿素体の電気抵抗を測定し、
第２図に示した感湿特性を得た。したがつて、
この感湿特性は、感湿素体の温度が24.5℃のも
のである。
せ、そのときの感湿素体の電気抵抗を測定し、
第２図に示した感湿特性を得た。したがつて、
この感湿特性は、感湿素体の温度が24.5℃のも
のである。
第１図は、本発明の感湿素子内サーミスタの温
度−抵抗特性、第２図は、本発明感湿素子内感湿
素体の温度24.5℃における感湿特性を示す図であ
る。
度−抵抗特性、第２図は、本発明感湿素子内感湿
素体の温度24.5℃における感湿特性を示す図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板と、該基板上に厚膜法で形成された厚み
が１〜30μｍのサーミスタと、該サーミスタ上に
厚膜法で形成された感湿素体との一体的積層体で
あつて、該サーミスタが一方の電極を兼ねる構造
の感湿素子。 ２ 該基板が、絶縁性セラミツク板である特許請
求の範囲第１項記載の感湿素子。 ３ 該絶縁性セラミツク板が、アルミナ焼結板若
しくはステアタイト焼結板である特許請求の範囲
第２項記載の感湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55185126A JPS57110950A (en) | 1980-12-27 | 1980-12-27 | Moisture sensing element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55185126A JPS57110950A (en) | 1980-12-27 | 1980-12-27 | Moisture sensing element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57110950A JPS57110950A (en) | 1982-07-10 |
| JPH0116382B2 true JPH0116382B2 (ja) | 1989-03-24 |
Family
ID=16165316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55185126A Granted JPS57110950A (en) | 1980-12-27 | 1980-12-27 | Moisture sensing element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57110950A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54102146A (en) * | 1978-01-30 | 1979-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Temperature and humidity sensor |
| JPS54102147A (en) * | 1978-01-30 | 1979-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Temperature and humidity sensor |
-
1980
- 1980-12-27 JP JP55185126A patent/JPS57110950A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57110950A (en) | 1982-07-10 |
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