JPH0242429B2 - - Google Patents
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- JPH0242429B2 JPH0242429B2 JP58077802A JP7780283A JPH0242429B2 JP H0242429 B2 JPH0242429 B2 JP H0242429B2 JP 58077802 A JP58077802 A JP 58077802A JP 7780283 A JP7780283 A JP 7780283A JP H0242429 B2 JPH0242429 B2 JP H0242429B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は高分子薄膜から成り、雰囲気中の湿度
の変化をインピーダンスの変化により検出する感
湿素子に関するものである。
の変化をインピーダンスの変化により検出する感
湿素子に関するものである。
＜従来技術＞
雰囲気中の湿度に感応してインピーダンスが変
化する感湿素子としては、従来より酸化鉄
（Fe2O3又はFe3O4）、酸化錫（SnO2）などの金属
酸化物の焼結体或は金属酸化膜を用いたもの、
親水性高分子膜を用いたもの、塩化リチウム
（LiCl）などの電解質塩を用いたもの及び吸湿
性樹脂或は高分子膜などに炭素などの導電性粒子
又は繊維を分散させたものなどが知られている。
金属酸化物及び親水性高分子膜を用いた感湿素子
は、一般に広い感湿範囲を有するが、素子の抵抗
値は相対湿度の値に対応して指数関数的に変化す
る。また、塩化リチウムなどの電解質塩を用いた
感湿素子は検出し得る湿度領域が狭く、特に高湿
度雰囲気中に長時間素子を放置すると電解質塩が
溶出又は希釈されるために感湿特性が著しく劣化
するなどの理由で、高湿雰囲気の測定には利用す
ることができない。さらに、吸湿性樹脂などに導
電性粒子或は繊維等を分散させた感湿素子は、高
湿度雰囲気中では急峻な抵抗変化を生じる反面低
湿度雰囲気中では感度がなく、広範な湿度領域の
検知には利用することができない。
化する感湿素子としては、従来より酸化鉄
（Fe2O3又はFe3O4）、酸化錫（SnO2）などの金属
酸化物の焼結体或は金属酸化膜を用いたもの、
親水性高分子膜を用いたもの、塩化リチウム
（LiCl）などの電解質塩を用いたもの及び吸湿
性樹脂或は高分子膜などに炭素などの導電性粒子
又は繊維を分散させたものなどが知られている。
金属酸化物及び親水性高分子膜を用いた感湿素子
は、一般に広い感湿範囲を有するが、素子の抵抗
値は相対湿度の値に対応して指数関数的に変化す
る。また、塩化リチウムなどの電解質塩を用いた
感湿素子は検出し得る湿度領域が狭く、特に高湿
度雰囲気中に長時間素子を放置すると電解質塩が
溶出又は希釈されるために感湿特性が著しく劣化
するなどの理由で、高湿雰囲気の測定には利用す
ることができない。さらに、吸湿性樹脂などに導
電性粒子或は繊維等を分散させた感湿素子は、高
湿度雰囲気中では急峻な抵抗変化を生じる反面低
湿度雰囲気中では感度がなく、広範な湿度領域の
検知には利用することができない。
＜発明の目的＞
本発明は、以上に述べられた様な従来の感湿素
子が有している特性を改良するためになされたも
のであり、相対湿度０％から90％に至る広範な湿
度領域に渡つて素子のインピーダンスが相対湿度
の１次関数で表わされるような、すなわちインピ
ーダンスと相対湿度とがリニアスケールにおいて
直線関係を示すような特性を有している新規有用
な感湿素子を提供することを目的とするものであ
る。これにより、回路面に於ても対数変換処理回
路などが不必要となり、小型化、低コスト化を図
ることができる。
子が有している特性を改良するためになされたも
のであり、相対湿度０％から90％に至る広範な湿
度領域に渡つて素子のインピーダンスが相対湿度
の１次関数で表わされるような、すなわちインピ
ーダンスと相対湿度とがリニアスケールにおいて
直線関係を示すような特性を有している新規有用
な感湿素子を提供することを目的とするものであ
る。これにより、回路面に於ても対数変換処理回
路などが不必要となり、小型化、低コスト化を図
ることができる。
＜実施例＞
第１図Ａは、本発明の１実施例を示す感湿素子
の構造模式図である。ガラス、アルミナ等の絶縁
体又はシリコン等の半導体から成る基板１上に真
空蒸着法或はスパツタリング法等によつて金等の
金属導電膜を形成し、下部電極２とする。なお、
基板１として金属板を用いることも可能であり、
この場合には下部電極２の形成は不要である。次
に下部電極２上に感湿膜３を形成する。更に感湿
膜３上に真空蒸着或はスパツタリング法等によつ
て金等の材料からなる透湿性を有する導電性薄膜
を形成し、上部電極４とする。下部電極２及び上
部電極４は端部でリード線５に接続されて１対の
検知電極を形成しており、この検知電極を介して
通電することによつて感湿膜３のインピーダンス
変化が測定される。
の構造模式図である。ガラス、アルミナ等の絶縁
体又はシリコン等の半導体から成る基板１上に真
空蒸着法或はスパツタリング法等によつて金等の
金属導電膜を形成し、下部電極２とする。なお、
基板１として金属板を用いることも可能であり、
この場合には下部電極２の形成は不要である。次
に下部電極２上に感湿膜３を形成する。更に感湿
膜３上に真空蒸着或はスパツタリング法等によつ
て金等の材料からなる透湿性を有する導電性薄膜
を形成し、上部電極４とする。下部電極２及び上
部電極４は端部でリード線５に接続されて１対の
検知電極を形成しており、この検知電極を介して
通電することによつて感湿膜３のインピーダンス
変化が測定される。
次に感湿膜３について詳述する。ポリビニルア
ルコール（以下、PVAと略す）を水又は多価ア
ルコール等の溶媒に適度の濃度に溶解した後、こ
の溶液を上記下部電極２上に、スピンナ、印刷又
は浸漬等の方法によりコーテイングして薄膜又は
厚膜を形成する。さらに通風乾燥後、150℃以上
250℃以下の温度で熱処理することにより感湿膜
３とする。一般にPVAは結晶化し易い水溶性ポ
リマーで熱処理温度の上昇とともに結晶化が高く
なり、150℃以上で熱処理すれば、結露などによ
る溶出も起こらなくなり、実用上充分な耐水性を
有するようになる。しかしながら、200℃以上の
高温の熱処理では分解が始まり、250℃以上では
分解が激しく、感湿特性が変化してしまう。従つ
て、耐水性を要求される感湿膜として使用する際
には、150℃以上の温度で熱処理を行なつて結晶
化を高める必要があるが、その温度は上限値が
250℃である。また、PVAは、耐油及び耐薬品性
に優れ、動植物油、鉱物油、脂肪族炭化水素類、
芳香族炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケ
トン類等の多くの有機薬品に対しては強い耐性を
持つている。本実施例の感湿膜３は200℃前後で
熱処理された結晶性の高いPVAで構成され、過
酷な使用環境下に於いて安定な動作特性が得られ
るものである。
ルコール（以下、PVAと略す）を水又は多価ア
ルコール等の溶媒に適度の濃度に溶解した後、こ
の溶液を上記下部電極２上に、スピンナ、印刷又
は浸漬等の方法によりコーテイングして薄膜又は
厚膜を形成する。さらに通風乾燥後、150℃以上
250℃以下の温度で熱処理することにより感湿膜
３とする。一般にPVAは結晶化し易い水溶性ポ
リマーで熱処理温度の上昇とともに結晶化が高く
なり、150℃以上で熱処理すれば、結露などによ
る溶出も起こらなくなり、実用上充分な耐水性を
有するようになる。しかしながら、200℃以上の
高温の熱処理では分解が始まり、250℃以上では
分解が激しく、感湿特性が変化してしまう。従つ
て、耐水性を要求される感湿膜として使用する際
には、150℃以上の温度で熱処理を行なつて結晶
化を高める必要があるが、その温度は上限値が
250℃である。また、PVAは、耐油及び耐薬品性
に優れ、動植物油、鉱物油、脂肪族炭化水素類、
芳香族炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケ
トン類等の多くの有機薬品に対しては強い耐性を
持つている。本実施例の感湿膜３は200℃前後で
熱処理された結晶性の高いPVAで構成され、過
酷な使用環境下に於いて安定な動作特性が得られ
るものである。
第１図Ｂは第１図Ａに示す感湿素子の等価回路
図である。感湿素子の感湿膜３は容量成分Cpと
抵抗成分Rpを有し、周囲の湿度変化に応答して
そのインピーダンスが変化する。
図である。感湿素子の感湿膜３は容量成分Cpと
抵抗成分Rpを有し、周囲の湿度変化に応答して
そのインピーダンスが変化する。
以下、上記実施例の感湿素子の製造方法及び動
作特性について詳細に説明する。ガラスから成る
基板１上に金を約2000Å真空蒸着したものを下部
電極２とする。該下部電極２上にPVA水溶液を
スピンナ塗布し、約2μｍ厚とした後、通風乾燥
し、さらに窒素雰囲気中180℃で30分間熱処理し
て感湿膜３とする。感湿膜３上に真空蒸着法によ
り金を200Å付着させて上部電極４とする。上記
上部電極４及び下部電極２をそれぞれリード線５
で検知回路に接続する。以上のようにして感湿素
子が作製される。得られた感湿素子の感湿特性を
第２図に示す。これは雰囲気温度を25℃に保ち
0.1V、10KHzの周波数交流を印加した場合の特性
曲線である。図に見られるように、相対湿度０％
から90％に至る広範な湿度領域に渡つて、インピ
ーダンスと相対湿度とがリニアスケールにおいて
直線関係を示している。このような特性は次のよ
うにして説明できる。即ち、上記感湿素子の等価
回路は、第１図Ｂに示されるように、感湿膜３の
抵抗成分RPと容量成分CPとが並列に接続したも
のと考えられ、感湿膜３のインピーダンス変化
は、低湿及び常湿雰囲気においては、容量成分
CPの変化が支配的となり、また、低湿及び常湿
雰囲気においては、容量によるインピーダンスと
相対湿度はリニアスケールにおいて直線関係を有
している。高湿雰囲気においては、インピーダン
スの変化は抵抗成分RPの変化が支配的となる。
また、容量によるインピーダンスは1/2πfCPで表
わされ周波数に依存するが、抵抗によるインピー
ダンスは周波数に依存しない。以上のことより、
適切な周波数を選定することによつて、相対湿度
０％から90％に至る広範な湿度領域に渡つて、イ
ンピーダンスと相対湿度がリニアスケールにおい
て直線関係であるような感湿特性が実現される。
また、電極の面積及び感湿膜の膜厚が変化して
も、上述の特性は阻害されない。
作特性について詳細に説明する。ガラスから成る
基板１上に金を約2000Å真空蒸着したものを下部
電極２とする。該下部電極２上にPVA水溶液を
スピンナ塗布し、約2μｍ厚とした後、通風乾燥
し、さらに窒素雰囲気中180℃で30分間熱処理し
て感湿膜３とする。感湿膜３上に真空蒸着法によ
り金を200Å付着させて上部電極４とする。上記
上部電極４及び下部電極２をそれぞれリード線５
で検知回路に接続する。以上のようにして感湿素
子が作製される。得られた感湿素子の感湿特性を
第２図に示す。これは雰囲気温度を25℃に保ち
0.1V、10KHzの周波数交流を印加した場合の特性
曲線である。図に見られるように、相対湿度０％
から90％に至る広範な湿度領域に渡つて、インピ
ーダンスと相対湿度とがリニアスケールにおいて
直線関係を示している。このような特性は次のよ
うにして説明できる。即ち、上記感湿素子の等価
回路は、第１図Ｂに示されるように、感湿膜３の
抵抗成分RPと容量成分CPとが並列に接続したも
のと考えられ、感湿膜３のインピーダンス変化
は、低湿及び常湿雰囲気においては、容量成分
CPの変化が支配的となり、また、低湿及び常湿
雰囲気においては、容量によるインピーダンスと
相対湿度はリニアスケールにおいて直線関係を有
している。高湿雰囲気においては、インピーダン
スの変化は抵抗成分RPの変化が支配的となる。
また、容量によるインピーダンスは1/2πfCPで表
わされ周波数に依存するが、抵抗によるインピー
ダンスは周波数に依存しない。以上のことより、
適切な周波数を選定することによつて、相対湿度
０％から90％に至る広範な湿度領域に渡つて、イ
ンピーダンスと相対湿度がリニアスケールにおい
て直線関係であるような感湿特性が実現される。
また、電極の面積及び感湿膜の膜厚が変化して
も、上述の特性は阻害されない。
感湿素子の構造としては第１図に示すものの他
に、第３図に示すように、１対の対向した櫛歯状
電極６を付着形成した絶縁基板１上に感湿膜３を
形成し、該感湿膜３上に透湿性導電膜４を被覆し
た構造としてもよい。この構造の特徴は以下の如
くである。第３図Ａに示す感湿素子の等価回路は
第３図Ｂのように表わされる。ここでRsub、
Csubはそれぞれ基板の抵抗成分及び容量成分で
ある。感湿膜の抵抗成分RPと容量成分CPによる
合成インピーダンスは感湿膜の膜厚及び電極の面
積に依存する。またRsubとCsubによる合成イン
ピーダンスは基板材料及び電極の形状に依存す
る。以上のことから、RsubとCsubによる合成イ
ンピーダンスが、RPとCPによる合成インピーダ
ンスに比べて充分大きくなるように、感湿膜の膜
厚、基板材料並びに電極の面積及び形状を適当に
選定すれば、RsubとCsubによる合成インピーダ
ンスは無視することができ、RPとCPによる合成
インピーダンスのみが有効になると認められる。
このRPとCPによる合成インピーダンスは第１図
Ｂに示された等価回路のRPとCPによる合成イン
ピーダンスを直列に接続したものとなる。すなわ
ち、第３図に示された構造の感湿素子も第１図に
示された構造の感湿素子と同様に、インピーダン
スと相対湿度はリニアスケールにおいて直線関係
であるような特性を示す。
に、第３図に示すように、１対の対向した櫛歯状
電極６を付着形成した絶縁基板１上に感湿膜３を
形成し、該感湿膜３上に透湿性導電膜４を被覆し
た構造としてもよい。この構造の特徴は以下の如
くである。第３図Ａに示す感湿素子の等価回路は
第３図Ｂのように表わされる。ここでRsub、
Csubはそれぞれ基板の抵抗成分及び容量成分で
ある。感湿膜の抵抗成分RPと容量成分CPによる
合成インピーダンスは感湿膜の膜厚及び電極の面
積に依存する。またRsubとCsubによる合成イン
ピーダンスは基板材料及び電極の形状に依存す
る。以上のことから、RsubとCsubによる合成イ
ンピーダンスが、RPとCPによる合成インピーダ
ンスに比べて充分大きくなるように、感湿膜の膜
厚、基板材料並びに電極の面積及び形状を適当に
選定すれば、RsubとCsubによる合成インピーダ
ンスは無視することができ、RPとCPによる合成
インピーダンスのみが有効になると認められる。
このRPとCPによる合成インピーダンスは第１図
Ｂに示された等価回路のRPとCPによる合成イン
ピーダンスを直列に接続したものとなる。すなわ
ち、第３図に示された構造の感湿素子も第１図に
示された構造の感湿素子と同様に、インピーダン
スと相対湿度はリニアスケールにおいて直線関係
であるような特性を示す。
＜発明の効果＞
本発明の感湿素子は、インピーダンスが相対湿
度の１次関数に近い式で表わされる実用上極めて
有利な特性を示す。また、上記以外にも 耐水性に優れている。
度の１次関数に近い式で表わされる実用上極めて
有利な特性を示す。また、上記以外にも 耐水性に優れている。
応答性が良い。
感湿特性曲線のヒステリシスが小さい。
製作方法が簡単で低コスト化が図れる。
単純組成物質からなるため、製品のバラツキ
が少なく安定性が良い など工業上多くの利点を有するものである。
が少なく安定性が良い など工業上多くの利点を有するものである。
第１図Ａは本発明の１実施例を示す感湿素子の
構造模式図である。第１図Ｂは第１図Ａに示す感
湿素子の等価回路図である。第２図は第１図に示
す感湿素子の感湿特性図である。第３図Ａは本発
明の他の実施例を示す感湿素子の構造模式図であ
る。第３図Ｂは第３図Ａに示す感湿素子の等価回
路図である。 １……基板、２……下部電極、３……感湿膜、
４……上部電極、５……リード線、６……櫛歯状
電極。
構造模式図である。第１図Ｂは第１図Ａに示す感
湿素子の等価回路図である。第２図は第１図に示
す感湿素子の感湿特性図である。第３図Ａは本発
明の他の実施例を示す感湿素子の構造模式図であ
る。第３図Ｂは第３図Ａに示す感湿素子の等価回
路図である。 １……基板、２……下部電極、３……感湿膜、
４……上部電極、５……リード線、６……櫛歯状
電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 感湿体の１方の面が、基板に形成された電極
面に接し他方の面が透湿性の導電体に接しまた前
記感湿体が熱処理後のポリビニルアルコールで構
成されていることを特徴とする感湿素子。 ２ ポリビニルアルコールが150℃以上250℃以下
の熱処理を施された膜である特許請求の範囲第１
項記載の感湿素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58077802A JPS59202052A (ja) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | 感湿素子 |
| US06/604,389 US4632879A (en) | 1983-04-30 | 1984-04-27 | Moisture sensor |
| GB08410883A GB2138953B (en) | 1983-04-30 | 1984-04-27 | Electrical moisture sensors |
| DE19843416108 DE3416108A1 (de) | 1983-04-30 | 1984-04-30 | Feuchtigkeits-sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58077802A JPS59202052A (ja) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | 感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59202052A JPS59202052A (ja) | 1984-11-15 |
| JPH0242429B2 true JPH0242429B2 (ja) | 1990-09-21 |
Family
ID=13644133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58077802A Granted JPS59202052A (ja) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | 感湿素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4632879A (ja) |
| JP (1) | JPS59202052A (ja) |
| DE (1) | DE3416108A1 (ja) |
| GB (1) | GB2138953B (ja) |
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| US5616851A (en) * | 1995-09-29 | 1997-04-01 | Farmex Inc. | Ex-situ grain moisture analyzer for a combine |
| JP3625348B2 (ja) * | 1996-12-10 | 2005-03-02 | Ｔｄｋ株式会社 | 感湿素子 |
| US6566893B2 (en) | 1997-02-28 | 2003-05-20 | Ust Umweltsensortechnik Gmbh | Method and arrangement for monitoring surfaces for the presence of dew |
| US7021124B2 (en) * | 2004-08-27 | 2006-04-04 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for detecting leaks in a fluid cooling system |
| CN101532975B (zh) * | 2008-03-12 | 2012-12-12 | 中国科学院电子学研究所 | 一种恒温测量式微型湿度传感器和制作方法 |
| CN104487831B (zh) * | 2012-05-29 | 2016-09-07 | 3M创新有限公司 | 湿度传感器和传感器元件 |
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| ITMI20130484A1 (it) * | 2013-03-29 | 2014-09-30 | St Microelectronics Srl | Dispositivo elettronico integrato per il monitoraggio di umidita' e/o acidita'/basicita' ambientali e/o corrosione |
| CN103592336A (zh) * | 2013-09-24 | 2014-02-19 | 合肥工业大学 | 一种聚电解质二氧化钛复合型湿敏元件及其制备方法 |
| WO2016028905A1 (en) | 2014-08-19 | 2016-02-25 | R.R. Donnelley & Sons Company | Apparatus and method for monitoring a package during transit |
| US10379072B2 (en) | 2016-01-04 | 2019-08-13 | Cryovac, Llc | Multiple detector apparatus and method for monitoring an environment |
| CN106046216B (zh) * | 2016-07-07 | 2019-01-25 | 广州海谷电子科技有限公司 | 一种耐高温高湿湿敏聚合物及其制备方法和基于湿敏聚合物制备成的电容传感器 |
| US10342136B2 (en) | 2016-09-23 | 2019-07-02 | R.R. Donnelley & Sons Company | Monitoring device |
| CN106645405B (zh) * | 2016-12-01 | 2018-10-09 | 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所（中国农业科学院甘蔗研究中心） | 一种适用于多品种甘蔗抗螟性鉴定方法的抗螟虫实验装置 |
| US10445692B2 (en) | 2017-03-06 | 2019-10-15 | Cryovac, Llc | Monitoring device and method of operating a monitoring device to transmit data |
| CN110470697B (zh) * | 2019-08-28 | 2023-03-21 | 歌尔科技有限公司 | 耳机收纳装置、耳机及耳机含水量检测方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3477055A (en) * | 1967-12-22 | 1969-11-04 | Gen Motors Corp | Thermistor construction |
| GB1464605A (en) * | 1973-08-14 | 1977-02-16 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Humidity-sensitive sensor |
| DE3224920C2 (de) * | 1981-07-08 | 1986-11-20 | Sharp K.K., Osaka | Feuchtigkeitsempfindliches Widerstandselement |
| GB2105569B (en) * | 1981-09-22 | 1985-04-24 | Os Bad Rozwojowy Aparatury Mle | A container for activation of microbiophysical properties of substances especially food-stuffs |
| US4442422A (en) * | 1982-03-31 | 1984-04-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Humidity sensitive resistor |
| JPS59173743A (ja) * | 1983-03-23 | 1984-10-01 | Sharp Corp | 感湿素子 |
-
1983
- 1983-04-30 JP JP58077802A patent/JPS59202052A/ja active Granted
-
1984
- 1984-04-27 US US06/604,389 patent/US4632879A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-04-27 GB GB08410883A patent/GB2138953B/en not_active Expired
- 1984-04-30 DE DE19843416108 patent/DE3416108A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4632879A (en) | 1986-12-30 |
| DE3416108A1 (de) | 1984-11-08 |
| JPS59202052A (ja) | 1984-11-15 |
| GB2138953B (en) | 1987-04-08 |
| DE3416108C2 (ja) | 1988-11-10 |
| GB2138953A (en) | 1984-10-31 |
| GB8410883D0 (en) | 1984-06-06 |
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