JPH0365643A - 静電容量型湿度センサー - Google Patents
静電容量型湿度センサーInfo
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- JPH0365643A JPH0365643A JP2158862A JP15886290A JPH0365643A JP H0365643 A JPH0365643 A JP H0365643A JP 2158862 A JP2158862 A JP 2158862A JP 15886290 A JP15886290 A JP 15886290A JP H0365643 A JPH0365643 A JP H0365643A
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Classifications
-
- 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
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
- G01N27/225—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity by using hygroscopic materials
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部に記載し
た種類の静電容量型湿度センサーに関する。
た種類の静電容量型湿度センサーに関する。
（従来の技術）
このような湿度センサーは、間に湿気反応性誘導体を設
けた、少なくとも２個の電極を具備するコンデンサーで
ある１種々の形状の金属被膜から形成できるこれら２個
の電極の少なくとも一方を、電気絶縁度の高い担体に付
着する。該担体はガラスまたはセラミックからなり、基
体と呼ぶことも多い、外側に位置し、同様に金属被膜か
らなる第２の電極は、湿気透過性、特に水蒸気透過性で
あり、空気中に存在する水分子が拡散できる。
けた、少なくとも２個の電極を具備するコンデンサーで
ある１種々の形状の金属被膜から形成できるこれら２個
の電極の少なくとも一方を、電気絶縁度の高い担体に付
着する。該担体はガラスまたはセラミックからなり、基
体と呼ぶことも多い、外側に位置し、同様に金属被膜か
らなる第２の電極は、湿気透過性、特に水蒸気透過性で
あり、空気中に存在する水分子が拡散できる。
これら２個の電極被膜の間に、湿度測定に決定的な湿気
反応性誘電体が存在する。
反応性誘電体が存在する。
従来のこの種類の湿度センサーにおいて、誘電体被膜と
して重合体膜が使用されている。
して重合体膜が使用されている。
Ｖａｉｓａｌａ Ｏｙ社（ヘルシンキ）は’Ｈｕｍｉｃ
ａｐ ”の名称で、２個の薄膜・金電極の担体であるガ
ラス基体に湿気反応性＃酸セルロース型重合体を付着せ
しめた薄膜センサーを提供している。この配置構成にお
いて、第２の電極は厚さ １００人〜２００Åの非常に
薄い金電極によって形成されている。この電極は、ガラ
ス基体に付着せしめた２個の電極の共通反対電極の働き
をする。これらの２個の下方電極は接触し、２個の下方
電極の間の静電容量を重合誘電体で測定する。その際、
電界線は無電位電極に対して互いに平行に通る。
ａｐ ”の名称で、２個の薄膜・金電極の担体であるガ
ラス基体に湿気反応性＃酸セルロース型重合体を付着せ
しめた薄膜センサーを提供している。この配置構成にお
いて、第２の電極は厚さ １００人〜２００Åの非常に
薄い金電極によって形成されている。この電極は、ガラ
ス基体に付着せしめた２個の電極の共通反対電極の働き
をする。これらの２個の下方電極は接触し、２個の下方
電極の間の静電容量を重合誘電体で測定する。その際、
電界線は無電位電極に対して互いに平行に通る。
Ｃｏｒｅｃｉが型名”Ｈ２０００”で提供する他の湿度
センサーは、誘電体に酢酸セルロース・ブチレートから
なる重合体を用いる。下方電極は、ガラス基体にスパッ
ター法で成膜し、次いで酸化せしめたタンタルからなる
。外側の湿気透過性電極は、クロム・ニッケル・金電極
を介して接触した厚さ１μｍのクロム被膜からなる０反
応時間を増すために、製造後に熱処理を加え、クロム電
極とその下あるポリマー被膜に溝状の裂開を付ける。
センサーは、誘電体に酢酸セルロース・ブチレートから
なる重合体を用いる。下方電極は、ガラス基体にスパッ
ター法で成膜し、次いで酸化せしめたタンタルからなる
。外側の湿気透過性電極は、クロム・ニッケル・金電極
を介して接触した厚さ１μｍのクロム被膜からなる０反
応時間を増すために、製造後に熱処理を加え、クロム電
極とその下あるポリマー被膜に溝状の裂開を付ける。
ＤＥ ３３３９２７Ｂ ＡＩに゛より、湿気反応性被膜
にポリイミドを用いた類似の静電容量型湿度センサーが
公知である。この誘電被膜に室状に形成された金電極を
付着せしめる。この金電極は、ガラス基体に同様に室状
に付けたタンタル電極に対しずらして配置する。この配
置構成は、水分子が直接、それゆえ、非常に急速に湿気
反応性被膜に透過できる点が長所である。
にポリイミドを用いた類似の静電容量型湿度センサーが
公知である。この誘電被膜に室状に形成された金電極を
付着せしめる。この金電極は、ガラス基体に同様に室状
に付けたタンタル電極に対しずらして配置する。この配
置構成は、水分子が直接、それゆえ、非常に急速に湿気
反応性被膜に透過できる点が長所である。
さらに、ＤＥ ２８４８０３４ Ａｌによっても、静電
容量型湿度センサーにポリイミド膜を使用することが公
知である。この湿度センサーは、電極を形成する２６１
の金属被膜を具備し、その一方は水蒸気透過性の薄い金
被膜であり、他方は錆びない鉄・クロム・ニッケル合金
鋼からなる。
容量型湿度センサーにポリイミド膜を使用することが公
知である。この湿度センサーは、電極を形成する２６１
の金属被膜を具備し、その一方は水蒸気透過性の薄い金
被膜であり、他方は錆びない鉄・クロム・ニッケル合金
鋼からなる。
このような湿度センサーの静電容量が種々の湿気含量の
空気の存在下で変化することは、空気中の水分子が誘電
体を形成するポリマー膜に拡散し、それによって比誘電
率（ＤＫ）を変化させ、従って、このように形成された
コンデンサーの静電容量を変化させる。ポリマーの比誘
電率が２〜３であるのに対し；水−の比誘電率は８ｏで
ある。これは、水分子が誘電被膜に浸透するとこのよう
なコンデンサーの静電容量が増し、これを湿度測定に利
用できることを意味する。
空気の存在下で変化することは、空気中の水分子が誘電
体を形成するポリマー膜に拡散し、それによって比誘電
率（ＤＫ）を変化させ、従って、このように形成された
コンデンサーの静電容量を変化させる。ポリマーの比誘
電率が２〜３であるのに対し；水−の比誘電率は８ｏで
ある。これは、水分子が誘電被膜に浸透するとこのよう
なコンデンサーの静電容量が増し、これを湿度測定に利
用できることを意味する。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、測定にとって重要なのは、一方では、測
定結果が再現できること、他方では、他の物理的または
化学的影響を殆ど受けないことである。
定結果が再現できること、他方では、他の物理的または
化学的影響を殆ど受けないことである。
誘電体のためのポリマー被膜を選定する際は、次の性質
が重要である。
が重要である。
１、静電容量と相対湿度（ｒ 、Ｆ ）の再現可能な関
係。
係。
２、特に高湿度においてドリフトができるだけ小さいこ
と。
と。
従来公知のポリマー誘電体付き湿度センサーは、この条
件を満足に満たさない。
件を満足に満たさない。
３、耐温度性に優れていること。
従来公知のセンサーの多くは、８０℃までしか使用でき
ない。
ない。
４．０％〜１００％ｒ Ｆ、の全湿度範囲にわたる使用
性。
性。
従来公知の湿度センサーは９０％ｒＦ以上では原則とし
て短時間しか使用できない、なぜならば、この範囲では
湿度センサーの電気的特性は再現できないからである。
て短時間しか使用できない、なぜならば、この範囲では
湿度センサーの電気的特性は再現できないからである。
つまり、センサーの静電容量のドリフトが大きくなるの
である。
である。
５、ＳＯｘ 、Ｃ，Ｈ，、ＮＨｓなど異種ガスに対する
抵抗性に優れている。
抵抗性に優れている。
従来使用されている誘電体、特にポリイミドのグループ
からなる重合体は、湿度９０％ｒＦ以上で使用した場合
にドリフトが大きく、電気的特性に関する再現性が不足
している。
からなる重合体は、湿度９０％ｒＦ以上で使用した場合
にドリフトが大きく、電気的特性に関する再現性が不足
している。
本発明の課題は、前記の湿度センサーに対し、上記の条
件を概ね満たす誘電体を得ることである。
件を概ね満たす誘電体を得ることである。
（課題を解決するための手段）
この課題を解決するために、本発明は、誘電体としてポ
リエーテルイミドからなるポリマー膜を提案する。
リエーテルイミドからなるポリマー膜を提案する。
従来流動特性に優れているために、航空機、自動車製造
、電気機器、家電製品などのための射出成形品、ガス分
離に用いる１１１ （ＵＳ−ＰＳ ４，１５８，５９７
）の製造に使用されているこのポリマーは、上記の種類
の静電容量型湿度センサーにおいて、前記の課題を解決
し、従来公知の全ての誘電体より良く前記の条件を溝た
す。
、電気機器、家電製品などのための射出成形品、ガス分
離に用いる１１１ （ＵＳ−ＰＳ ４，１５８，５９７
）の製造に使用されているこのポリマーは、上記の種類
の静電容量型湿度センサーにおいて、前記の課題を解決
し、従来公知の全ての誘電体より良く前記の条件を溝た
す。
湿度センサーのその他の構造を、特許請求の範囲の従属
項に記載する。
項に記載する。
（実施例）
以下に１本発明の対象を実施例および曲線で示した測定
結果に基づいて説明する。
結果に基づいて説明する。
第１ｄ図および第１ｂ 図は、本発明による湿度セン
サーの可能な実施例を表す、センサーを支持する基体１
１は、電気的に絶縁度の高い材料、すなわち、実施例に
おいてはガラスまたはセラミックからなる。この基体に
、第１１！極としてタンタル、タンタル／酸化タンタル
または金からなる金属被！１１２を付着させている。金
属被膜１２は接続線１３と電気的に結合している°、こ
の被膜は、誘電体を形成するポリマー膜１４によって被
覆されている。ポリマー膜１４は、実施例ではポリエー
テルイミドからなる。ポリマー膜１４は、自立性箔膜お
よび液状で付着せしめたポリマー被膜の何れによっても
形成できる。
サーの可能な実施例を表す、センサーを支持する基体１
１は、電気的に絶縁度の高い材料、すなわち、実施例に
おいてはガラスまたはセラミックからなる。この基体に
、第１１！極としてタンタル、タンタル／酸化タンタル
または金からなる金属被！１１２を付着させている。金
属被膜１２は接続線１３と電気的に結合している°、こ
の被膜は、誘電体を形成するポリマー膜１４によって被
覆されている。ポリマー膜１４は、実施例ではポリエー
テルイミドからなる。ポリマー膜１４は、自立性箔膜お
よび液状で付着せしめたポリマー被膜の何れによっても
形成できる。
このセンサー配置構成の上側は、水蒸気透過性金属、な
るべくは金からなる第２電極、すなわち被覆電極１５に
よって覆われている。被覆電極１５は、なるべくはポリ
マー膜に蒸着させることによって付着せしめる。
るべくは金からなる第２電極、すなわち被覆電極１５に
よって覆われている。被覆電極１５は、なるべくはポリ
マー膜に蒸着させることによって付着せしめる。
電極１５は、接続電極１６と導電結合している。電極１
５は、電極１２と同様に電気的に互いに絶縁して基体１
１に設け、タンタルまたは金からなる。電極１６の給電
には、接続線１７を用いる。
５は、電極１２と同様に電気的に互いに絶縁して基体１
１に設け、タンタルまたは金からなる。電極１６の給電
には、接続線１７を用いる。
相対湿度の測定範囲１５％〜９０％で測定すると、静電
容量との概ね直線的な関係が生じる。静電容量はこの測
定配置構成において１０７〜約１２０ｐＦである。その
結果、感度は約０．１７５ｐ Ｆ ／％ｒＦである。驚
くべきことに、第２図において曲線で示すヒステレシス
が非常に小さい０曲線ｌにより、センサーを２５℃の温
度下で１５％と９０％の間で可変な相対湿度に曝露する
。センサーを温度５０℃および相対湿度５０％の下に約
６時間放置した後、曲線２によりセンサーを１５％から
９０％までの可変湿度に曝露し、次いで、曲線３により
９０％から１５％に曝露する。
容量との概ね直線的な関係が生じる。静電容量はこの測
定配置構成において１０７〜約１２０ｐＦである。その
結果、感度は約０．１７５ｐ Ｆ ／％ｒＦである。驚
くべきことに、第２図において曲線で示すヒステレシス
が非常に小さい０曲線ｌにより、センサーを２５℃の温
度下で１５％と９０％の間で可変な相対湿度に曝露する
。センサーを温度５０℃および相対湿度５０％の下に約
６時間放置した後、曲線２によりセンサーを１５％から
９０％までの可変湿度に曝露し、次いで、曲線３により
９０％から１５％に曝露する。
驚くべきことに、ヒステレシスが小さいだけでなく、２
５℃特性の再現性も非常に優れている。これら３つの２
５℃特性曲線１．２および３の相互の最大偏差は０．２
５ｐ Ｆに過ぎず、これは湿度偏差１．５％ｒＦに相当
する。
５℃特性の再現性も非常に優れている。これら３つの２
５℃特性曲線１．２および３の相互の最大偏差は０．２
５ｐ Ｆに過ぎず、これは湿度偏差１．５％ｒＦに相当
する。
卓越した再現性は、第３図によるグラフに見られるよう
に、実際条件のもとで行なう測定によっても証明される
。
に、実際条件のもとで行なう測定によっても証明される
。
これによると、湿度センサーを再び２５℃において１５
％から９０％に変化する湿度に曝露する（曲線４）、屋
外気候室に２週間放置し、センサーを温度、湿度および
日射の昼間・夜間リズムに曝露した後、センサーを曲、
ＩＲ５により上記の湿度変化に曝露した。
％から９０％に変化する湿度に曝露する（曲線４）、屋
外気候室に２週間放置し、センサーを温度、湿度および
日射の昼間・夜間リズムに曝露した後、センサーを曲、
ＩＲ５により上記の湿度変化に曝露した。
次に、曲線６によりヒステレシス曲線を記録した。
曲線に示すように、静電容量の再現性は±０．２５ｐＦ
の範囲内にあり、これは僅かに湿度±１．５％の変動に
相当する。
の範囲内にあり、これは僅かに湿度±１．５％の変動に
相当する。
曲、Ｉ！４に明らかな通り、本発明による湿度センサー
は高湿度領域において卓越した長期特性を示す、測定期
間２１日（約３５，０００分）で、静電容量は約１１３
ｐ Ｆでほぼ一定である。
は高湿度領域において卓越した長期特性を示す、測定期
間２１日（約３５，０００分）で、静電容量は約１１３
ｐ Ｆでほぼ一定である。
測定の結果、静電容量のドリフトが１．４ｐＦにあり、
これは湿度ドリフト９％に相当する。
これは湿度ドリフト９％に相当する。
第１４図は本発明による湿度センサーの拡大平面図、第
１ｂ 図は第１ｄ図Ｉａ −Ｉａ線に沿う断面図、第
２図は静電容量と相対湿度の関係を示すグラフ図、第３
図は気候室に放置する前と後の静電容量と相対湿度の関
係を表す図、第４図は３５，０００分（約２１日間）に
わたる静電容量の変化を示すグラフ図である。 （符号の説明） １１ ・・・ 担体 １２ ・・・ 電極 １４ ・・−ポリエーテルゴミ １５ ・・・ 電極 １６ ・・・ 電極
１ｂ 図は第１ｄ図Ｉａ −Ｉａ線に沿う断面図、第
２図は静電容量と相対湿度の関係を示すグラフ図、第３
図は気候室に放置する前と後の静電容量と相対湿度の関
係を表す図、第４図は３５，０００分（約２１日間）に
わたる静電容量の変化を示すグラフ図である。 （符号の説明） １１ ・・・ 担体 １２ ・・・ 電極 １４ ・・−ポリエーテルゴミ １５ ・・・ 電極 １６ ・・・ 電極
Claims (7)
- １．電極を形成する少なくとも２個の金属被膜を有する
１個のコンデンサーで構成され、該金属被膜の少なくと
も一方が水蒸気透過性であり、電極の間に誘電体として
湿気反応性ポリイミド膜を設けた静電容量型湿度センサ
ーにおいて、ポリイミド膜をポリエーテルイミドで形成
したことを特徴とする静電容量型湿度センサー。 - ２．請求項１の記載において、金属被膜を電気絶縁性の
高い担体に付着することを特徴とする静電容量型湿度セ
ンサー。 - ３．請求項１または２の記載において、担体（１１）が
ガラスまたはセラミックからなり、２個の電極（１２）
の一方がタンタル、タンタル／酸化タンタル、金、金／
ニッケルまたは銀／パラジウムからなり、他方の水蒸気
透過性電極（１５）が金からなることを特徴とする静電
容量型湿度センサー。 - ４．請求項１から３までのうち何れか一つの項の記載に
おいて、担体（１１）にタンタルもしくはタンタル／酸
化タンタルからなる２個の接続電極（１２、１６）を電
気的に互いに絶縁して付着し、該接続電極の一方（１２
）がポリエーテルイミド膜（１４）によって完全に被覆
され、該ポリエーテルイミド膜が外側が金からなる水蒸
気透過性電極（１５）と結合し、該電極の突出した側端
部が他方の電極（１６）と接触していることを特徴とす
る静電容量型湿度センサー。 - ５．請求項１から４までのうち何れか一つの項の記載に
おいて、ポリイミド膜（１４）が、液状で担体（１１）
に付着・固化せしめたポリエーテルイミドからなること
を特徴とする静電容量型湿度センサー。 - ６．請求項１から４までのうち何れか一つの項の記載に
おいて、ポリエーテルイミド膜（１４）が自立性箔膜で
あることを特徴とする静電容量型湿度センサー。 - ７．請求項１から６までのうち何れか一つの項の記載に
おいて、電極（１５および／または１６）をポリエーテ
ルイミド膜に蒸着することを特徴とする静電容量型湿度
センサー。
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