JPH0317087B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0317087B2 JPH0317087B2 JP57178840A JP17884082A JPH0317087B2 JP H0317087 B2 JPH0317087 B2 JP H0317087B2 JP 57178840 A JP57178840 A JP 57178840A JP 17884082 A JP17884082 A JP 17884082A JP H0317087 B2 JPH0317087 B2 JP H0317087B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moisture
- humidity
- gauge
- strain gauge
- sensor
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/10—Measuring moisture content, e.g. by measuring change in length of hygroscopic filament; Hygrometers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は湿度センサーに関するものである。
その目的は、感湿部と検出部を独立させて組合
せた湿度センサーであつて、湿度変化が直接電気
信号として検出でき、しかも応答性にすぐれ速み
やかな湿度測定を可能とし、外気や汚れその他の
雰囲気ガスの影響も受けにくく耐久性が大で、な
おかつ量産に適していて安価に生産し得るという
新規かつ有用な湿度センサーを提供することにあ
る。
せた湿度センサーであつて、湿度変化が直接電気
信号として検出でき、しかも応答性にすぐれ速み
やかな湿度測定を可能とし、外気や汚れその他の
雰囲気ガスの影響も受けにくく耐久性が大で、な
おかつ量産に適していて安価に生産し得るという
新規かつ有用な湿度センサーを提供することにあ
る。
古くより湿度計に利用されて来た毛髪式感知手
段や湿球式感知手段は、湿度変化に対する応答性
が遅いという欠点があるため、近年、塩化リチウ
ム、セラミツク、高分子フイルム等の吸脱湿に拌
なう電気伝導率や静電容量値の変化を電気信号と
して取出す方式の湿度センサーが開発され、これ
らを利用した湿度計、露点計などが市販される様
になつて来た。
段や湿球式感知手段は、湿度変化に対する応答性
が遅いという欠点があるため、近年、塩化リチウ
ム、セラミツク、高分子フイルム等の吸脱湿に拌
なう電気伝導率や静電容量値の変化を電気信号と
して取出す方式の湿度センサーが開発され、これ
らを利用した湿度計、露点計などが市販される様
になつて来た。
しかし、この従来方式の湿度センサーは感湿部
そのものの電気的性質を利用しているため、雰囲
気ガスとりわけ炭酸ガス、亜硫酸ガス、二酸化窒
素など湿潤時にイオン化する気体の影響を受けて
電気信号に狂いを生じやすいという欠点があり、
塵埃などの影響も受けやすく寿命も短かいもの
で、また応答性も決して満足すべきものではな
く、さらに静電容量値の変化による方式のものは
引出し電極を感湿膜上に形成することが必要なも
のもあるなど製造上に難点がある、等の種々なる
問題を有していたのである。
そのものの電気的性質を利用しているため、雰囲
気ガスとりわけ炭酸ガス、亜硫酸ガス、二酸化窒
素など湿潤時にイオン化する気体の影響を受けて
電気信号に狂いを生じやすいという欠点があり、
塵埃などの影響も受けやすく寿命も短かいもの
で、また応答性も決して満足すべきものではな
く、さらに静電容量値の変化による方式のものは
引出し電極を感湿膜上に形成することが必要なも
のもあるなど製造上に難点がある、等の種々なる
問題を有していたのである。
本発明者は上記の点に留意し、抵抗式ひずみゲ
ージが曲げ変形の際に抵抗値変化を生じることに
着目し鋭意研究した結果、感湿膜とこのひずみゲ
ージとを組合せ感湿部と検出部を独立させた構造
からなる湿度センサーを発明したのである。
ージが曲げ変形の際に抵抗値変化を生じることに
着目し鋭意研究した結果、感湿膜とこのひずみゲ
ージとを組合せ感湿部と検出部を独立させた構造
からなる湿度センサーを発明したのである。
本発明は、吸湿性の小さいかつ弾性を有する絶
縁基板上にひずみゲージ抵抗パターンを形成させ
てなるひずみゲージの該パターンの表面と露出し
ている該絶縁基板上とに、プラズマ重合反応にて
着膜させた有機質薄膜の感湿膜を設け、該感湿膜
と該絶縁基板との吸脱湿の際の膨脹率の差によつ
て生じるそりの量を前記ひずみゲージの抵抗値変
化として検出することを特徴とする湿度センサ
ー、を要旨とするものである。
縁基板上にひずみゲージ抵抗パターンを形成させ
てなるひずみゲージの該パターンの表面と露出し
ている該絶縁基板上とに、プラズマ重合反応にて
着膜させた有機質薄膜の感湿膜を設け、該感湿膜
と該絶縁基板との吸脱湿の際の膨脹率の差によつ
て生じるそりの量を前記ひずみゲージの抵抗値変
化として検出することを特徴とする湿度センサ
ー、を要旨とするものである。
本発明を図面を参照して説明する。
第１図は本発明センサーに利用されるひずみゲ
ージの一例を示した正面拡大図である。
ージの一例を示した正面拡大図である。
この図の様に本発明に使用するひずみゲージａ
は絶縁基板１の片面にゲージ抵抗２をパターンと
して形成させたものである。
は絶縁基板１の片面にゲージ抵抗２をパターンと
して形成させたものである。
この絶縁基板１は吸湿性の小さいかつ弾性を有
する材質であることが必要で、例えばプラスチツ
クフイルム、極めて薄いガラス板或いはセラミツ
ク板、又は表面に絶縁処理を施こした金属板など
が使用できるものである。
する材質であることが必要で、例えばプラスチツ
クフイルム、極めて薄いガラス板或いはセラミツ
ク板、又は表面に絶縁処理を施こした金属板など
が使用できるものである。
また、この絶縁基板１の片面にパターンとして
形成されるゲージ抵抗２は、屈曲することによつ
て電気抵抗値が変化する各種公知の金属、合金な
どによつて作成してやればよく、例えば銅ニツケ
ル合金が好ましい材料として使用できるものであ
る。
形成されるゲージ抵抗２は、屈曲することによつ
て電気抵抗値が変化する各種公知の金属、合金な
どによつて作成してやればよく、例えば銅ニツケ
ル合金が好ましい材料として使用できるものであ
る。
なお、第１図の３は接続用引出し線である。
第２図は本発明センサーの１実施例の側面断面
拡大図である。
拡大図である。
この図の様に、本発明センサーは例えば前記の
ひずみゲージａを２個使用して絶縁基板１同志を
接着して両面にゲージ抵抗２，２′が設置された
ものとし、その表面にゲージ保護フイルム４を設
けてさらに片面のゲージ抵抗２側だけにプラズマ
重合反応による薄膜形成手段にて有機質薄膜であ
る感湿膜５を着膜させたものとなつている。
ひずみゲージａを２個使用して絶縁基板１同志を
接着して両面にゲージ抵抗２，２′が設置された
ものとし、その表面にゲージ保護フイルム４を設
けてさらに片面のゲージ抵抗２側だけにプラズマ
重合反応による薄膜形成手段にて有機質薄膜であ
る感湿膜５を着膜させたものとなつている。
つまりこの図の実施例はひずみゲージａを２個
組合せて両面にゲージ抵抗２，２′を有するもの
とし、その一方だけの全面に感湿膜５をプラズマ
重合反応によつて形成しているのである。
組合せて両面にゲージ抵抗２，２′を有するもの
とし、その一方だけの全面に感湿膜５をプラズマ
重合反応によつて形成しているのである。
このプラズマ重合による感湿膜５は吸湿して膨
脹し脱湿して短縮し元へ戻るという特性がかなり
顕著に現われる有機質薄膜であり、例えばアリル
アミンの重合体、アクリルアミドの重合体、アク
リロニトリルの重合体、など窒素含有モノマーを
プラズマ重合して得られる有機質薄膜が良好な結
果を示し、本発明者の実験では特にアリルアミン
をプラズマ重合させたものが最もすぐれた感湿膜
として利用できるものであつた。
脹し脱湿して短縮し元へ戻るという特性がかなり
顕著に現われる有機質薄膜であり、例えばアリル
アミンの重合体、アクリルアミドの重合体、アク
リロニトリルの重合体、など窒素含有モノマーを
プラズマ重合して得られる有機質薄膜が良好な結
果を示し、本発明者の実験では特にアリルアミン
をプラズマ重合させたものが最もすぐれた感湿膜
として利用できるものであつた。
この感湿膜５の厚さは極めて薄く、例えば上記
のアリルアミンのプラズマ重合薄膜では1000〜
5000Åの厚さのものでよく、この様に非常に薄い
膜であるため湿気の吸脱が速くすぐれた応答性を
有する湿度センサーとなるのである。
のアリルアミンのプラズマ重合薄膜では1000〜
5000Åの厚さのものでよく、この様に非常に薄い
膜であるため湿気の吸脱が速くすぐれた応答性を
有する湿度センサーとなるのである。
第３図は第２図の実施例のものが吸湿してそり
を生じたときの様子を示した側面断面拡大図であ
る。
を生じたときの様子を示した側面断面拡大図であ
る。
この図の様に、感湿膜５が吸湿して大きく膨脹
しても絶縁基板１がほとんど吸湿しないので膨脹
は僅かであり、この膨脹率の差によりこのセンサ
ーはゲージ抵抗２′側が内側になつてつまり感湿
膜５側が外側になつて屈曲するのである。
しても絶縁基板１がほとんど吸湿しないので膨脹
は僅かであり、この膨脹率の差によりこのセンサ
ーはゲージ抵抗２′側が内側になつてつまり感湿
膜５側が外側になつて屈曲するのである。
その結果、内側のゲージ抵抗２′はその電気抵
抗値が減少し外側のゲージ抵抗２はその電気抵抗
値が増加するのである。この抵抗値の増減は当然
にこのセンサーのそりの度合によつて変化し、こ
のそりの度合は感湿膜５の吸湿度合によつて決定
されるのである。
抗値が減少し外側のゲージ抵抗２はその電気抵抗
値が増加するのである。この抵抗値の増減は当然
にこのセンサーのそりの度合によつて変化し、こ
のそりの度合は感湿膜５の吸湿度合によつて決定
されるのである。
つまり感湿膜５の吸脱湿による膨脹収縮がひず
みゲージａのそり変化を引き起こし、これをゲー
ジ抵抗値の変化という電気信号でもつて直接とら
えることができるものとなるのである。
みゲージａのそり変化を引き起こし、これをゲー
ジ抵抗値の変化という電気信号でもつて直接とら
えることができるものとなるのである。
以上説明した様に本発明はひずみゲージと感湿
膜を組合せた湿度センサーであり、湿度によつて
伸縮する感湿膜とこれを抵抗値変化として取出す
検出部とを相互に独立させて一体化しているとい
う全く新規な技術思想であり、感湿膜の電気的性
質とは関係なく湿度を直接電気信号に変えるた
め、その構造上雰囲気ガスや汚れの影響は極めて
少なく検出値の信頼性が高く、耐久性もすぐれた
ものとなるのである。
膜を組合せた湿度センサーであり、湿度によつて
伸縮する感湿膜とこれを抵抗値変化として取出す
検出部とを相互に独立させて一体化しているとい
う全く新規な技術思想であり、感湿膜の電気的性
質とは関係なく湿度を直接電気信号に変えるた
め、その構造上雰囲気ガスや汚れの影響は極めて
少なく検出値の信頼性が高く、耐久性もすぐれた
ものとなるのである。
さらに、本発明ではそり量を感知するひずみゲ
ージは感湿膜の下面にあり、つまり感知するため
の素子は感湿膜の外面には存在せず、感湿膜の全
表面が外面に露出しており、したがつて感湿膜の
感度は高く吸脱湿を妨害するものは何もなく、そ
の応答性にすぐれた影響を与えているのである。
ージは感湿膜の下面にあり、つまり感知するため
の素子は感湿膜の外面には存在せず、感湿膜の全
表面が外面に露出しており、したがつて感湿膜の
感度は高く吸脱湿を妨害するものは何もなく、そ
の応答性にすぐれた影響を与えているのである。
また、本発明センサーは製造上もひずみゲージ
部と感湿部が特性上何ら影響を及ぼし合わないた
め製造上のトラブルも少なく、感湿膜の形成は薄
膜技術におけるプラズマ反応装置がそのまま利用
できその工程も従来技術と同様であり、さらに再
現性も良く、その膜厚も任意に設定できるなど、
非常にすぐれた量産性を有し、安価な湿度センサ
ーの生産が可能となるものである。
部と感湿部が特性上何ら影響を及ぼし合わないた
め製造上のトラブルも少なく、感湿膜の形成は薄
膜技術におけるプラズマ反応装置がそのまま利用
できその工程も従来技術と同様であり、さらに再
現性も良く、その膜厚も任意に設定できるなど、
非常にすぐれた量産性を有し、安価な湿度センサ
ーの生産が可能となるものである。
本発明センサーは前述した如くその感湿膜はき
わめて薄いものであるため吸脱湿速度が速く応答
性のすぐれた湿度検出を達成できるものである。
わめて薄いものであるため吸脱湿速度が速く応答
性のすぐれた湿度検出を達成できるものである。
以上の如く本発明センサーは種々なる効果と有
用性を発揮するものである。
用性を発揮するものである。
実施例
絶縁基板１として厚さ50μのマイラーフイルム
を使用しゲージ抵抗２として銅ニツケル合金によ
るゲージパターンを形成してその表面に保護フイ
ルム４を接着したひずみゲージａを２枚準備し、
この２枚の絶縁基板１同志を接着剤で貼合わし両
面構造のひずみゲージを作成した。
を使用しゲージ抵抗２として銅ニツケル合金によ
るゲージパターンを形成してその表面に保護フイ
ルム４を接着したひずみゲージａを２枚準備し、
この２枚の絶縁基板１同志を接着剤で貼合わし両
面構造のひずみゲージを作成した。
ついでこの両面ひずみゲージの片面に、プラズ
マ重合反応薄膜形成装置にてアリルアミンを重合
させつつ沈着させ膜厚3000Åの感湿膜５を着膜し
第２図の如き本発明湿度センサーを製作した。
マ重合反応薄膜形成装置にてアリルアミンを重合
させつつ沈着させ膜厚3000Åの感湿膜５を着膜し
第２図の如き本発明湿度センサーを製作した。
この湿度センサーを２個組合せて第４図の如き
検出回路を作成した。
検出回路を作成した。
つまり検出回路は４個のゲージ抵抗（120Ω）
で構成するフルブリツジ回路としゲージ出力を１
ゲージの場合の４倍とし、さらに温度変化による
ドリフトの補正が行える様にした。
で構成するフルブリツジ回路としゲージ出力を１
ゲージの場合の４倍とし、さらに温度変化による
ドリフトの補正が行える様にした。
なお、図のR1，R2は一方の湿度センサー内の
ゲージ抵抗を示し、R3，R4は他方の湿度センサ
ー内のゲージ抵抗を示している。すなわち吸湿時
にはR1とR3は抵抗増加を示しR2とR4は抵抗減少
を示すもので、脱湿時にはその逆をそれぞれ示す
ものである。
ゲージ抵抗を示し、R3，R4は他方の湿度センサ
ー内のゲージ抵抗を示している。すなわち吸湿時
にはR1とR3は抵抗増加を示しR2とR4は抵抗減少
を示すもので、脱湿時にはその逆をそれぞれ示す
ものである。
また第４図のＰはアンプ及びレコーダーを表わ
し、ここにセンサー出力が検出されるのである。
し、ここにセンサー出力が検出されるのである。
この検出回路を使用して相対湿度（RH）とセ
ンサー出力（μV）との関係を調べたところ第５
図の如き結果が得られた。
ンサー出力（μV）との関係を調べたところ第５
図の如き結果が得られた。
なお、湿度測定用の一定湿度雰囲気には各種の
塩飽和水溶液の湿度定点を用いた。
塩飽和水溶液の湿度定点を用いた。
この第５図に示した様に０％RHから98％RH
までの変化は、低湿度側でやや勾配の大きい高湿
度側で勾配の小さい曲線となつたが、明らかに湿
度変化をセンサー出力変化としてとらえることが
できるものであつた。
までの変化は、低湿度側でやや勾配の大きい高湿
度側で勾配の小さい曲線となつたが、明らかに湿
度変化をセンサー出力変化としてとらえることが
できるものであつた。
また、この測定時の応答速度は吸湿時で10〜20
秒と非常に速く、脱湿時で40〜60秒となり吸湿時
に比べてやや遅いがそれでも１分以内に応答する
ので、従来品に比べてかなり速い応答性であると
結論された。なお、絶縁基板としてさらに吸湿性
の僅少なるものを使用してやればこの応答速度は
一層短縮できるものである。
秒と非常に速く、脱湿時で40〜60秒となり吸湿時
に比べてやや遅いがそれでも１分以内に応答する
ので、従来品に比べてかなり速い応答性であると
結論された。なお、絶縁基板としてさらに吸湿性
の僅少なるものを使用してやればこの応答速度は
一層短縮できるものである。
また、上記センサーを同一湿度で雰囲気ガス
（主として炭酸ガスの濃度）による影響を調べた
ところ、センサー出力として得られる値はほとん
ど変化しないものであつた。
（主として炭酸ガスの濃度）による影響を調べた
ところ、センサー出力として得られる値はほとん
ど変化しないものであつた。
第１図は本発明センサーに利用されるひずみゲ
ージの一例を示した正面拡大図である。第２図は
本発明センサーの１実施例の側面断面拡大図であ
る。第３図は第２図の実施例のものが吸湿してそ
りを生じたときの様子を示した側面断面拡大図で
ある。 １……絶縁基板、２……ゲージ抵抗、３……接
続用引出し線、ａ……１，２，３よりなるひずみ
ゲージ、４……ゲージ保護フイルム、５……感湿
膜、 第４図は本発明の実施例における検出回路図で
ある。第５図は第４図の検出回路で求めた相対湿
度（RH）とセンサー出力（μV）の関係を示し
たグラフである。
ージの一例を示した正面拡大図である。第２図は
本発明センサーの１実施例の側面断面拡大図であ
る。第３図は第２図の実施例のものが吸湿してそ
りを生じたときの様子を示した側面断面拡大図で
ある。 １……絶縁基板、２……ゲージ抵抗、３……接
続用引出し線、ａ……１，２，３よりなるひずみ
ゲージ、４……ゲージ保護フイルム、５……感湿
膜、 第４図は本発明の実施例における検出回路図で
ある。第５図は第４図の検出回路で求めた相対湿
度（RH）とセンサー出力（μV）の関係を示し
たグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 吸湿性の小さいかつ弾性を有する絶縁基板上
にひずみゲージ抵抗パターンを形成させてなるひ
ずみゲージの該パターン表面と露出している該絶
縁基板上とに、プラズマ重合反応にて着膜させた
有機質薄膜の感湿膜を設け、該感湿膜と該絶縁基
板との吸脱湿の際の膨脹率の差によつて生じるそ
りの量を前記ひずみゲージの抵抗値変化として検
出することを特徴とする湿度センサー。 ２ 有機質薄膜の感湿膜が、アリルアミンのプラ
ズマ重合薄膜である特許請求の範囲第１項記載の
湿度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17884082A JPS5967445A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 湿度センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17884082A JPS5967445A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 湿度センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5967445A JPS5967445A (ja) | 1984-04-17 |
| JPH0317087B2 true JPH0317087B2 (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=16055579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17884082A Granted JPS5967445A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 湿度センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5967445A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61129445A (ja) * | 1984-11-26 | 1986-06-17 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比制御装置 |
| JPS61237044A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-22 | Hamamatsu Photonics Kk | 湿度検出素子およびその製造方法 |
| JPS62192645A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-24 | Naoharu Ikeda | 湿度検出器 |
| JP2962738B2 (ja) * | 1989-06-27 | 1999-10-12 | 三洋電機株式会社 | 湿度検出装置 |
| AU6770394A (en) * | 1993-05-25 | 1994-12-20 | Rosemount Inc. | Organic chemical sensor |
| JP4665144B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2011-04-06 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 高分子膜の体積膨張に伴うストレス変化を利用した湿度センサー |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5054376A (ja) * | 1973-09-10 | 1975-05-14 | ||
| JPS54158289A (en) * | 1978-06-05 | 1979-12-13 | Hitachi Ltd | Humidity detector |
-
1982
- 1982-10-12 JP JP17884082A patent/JPS5967445A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5967445A (ja) | 1984-04-17 |
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