JPH0552792A - セラミツク湿度センサ - Google Patents

セラミツク湿度センサ

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JPH0552792A
JPH0552792A JP21094091A JP21094091A JPH0552792A JP H0552792 A JPH0552792 A JP H0552792A JP 21094091 A JP21094091 A JP 21094091A JP 21094091 A JP21094091 A JP 21094091A JP H0552792 A JPH0552792 A JP H0552792A
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JP
Japan
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resistance
humidity
ceramic
humidity sensor
composition
Prior art date
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Pending
Application number
JP21094091A
Other languages
English (en)
Inventor
Takaaki Ito
高明 伊藤
Ritsuko Bando
律子 板東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inax Corp
Original Assignee
Inax Corp
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Publication date
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Publication of JPH0552792A publication Critical patent/JPH0552792A/ja
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 抵抗−湿度特性線の対数直線性に優れ、しか
も全体の抵抗値が比較的小さく、抵抗−湿度特性の経時
変化が小さく、安価で小型かつ高性能な湿度センサを提
供する。 【構成】 SrFe1-xx3 (ただし、0.1<x
≦0.35)に対し、SrTiO3 を50モル%以下、
SrZrO3 を30モル%以下添加した組成を有するセ
ラミックス焼結体よりなるセラミック湿度センサ。 【効果】 抵抗−湿度特性線の対数直線性に優れる。抵
抗−湿度特性線の勾配が大きい。全体の抵抗値が小さ
い。抵抗−湿度特性の経時変化が小さい。検出回路構成
が簡単となり、湿度検出装置のシステム全体のコンパク
ト化が可能となる。検出感度及び測定精度が高い。高性
能で信頼性に優れ、しかも小型化、低価格化が可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック湿度センサに
係り、特に抵抗−湿度特性線の対数直線性に優れ、しか
も全体の抵抗値が比較的小さいことから、安価で小型か
つ高性能な湿度センサを提供し得るセラミック湿度セン
サに関する。詳しくは、抵抗−湿度特性の経時変化が小
さいという特徴を有したセラミック湿度センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロコンピュータの普及に伴
い、産業や家電分野においてセンサを用いた自動制御化
が進み、信頼性が高く、使い易い各種センサの開発が進
められている。中でも、温度や湿度、ガスなどを電気的
に検出できる空調システム用雰囲気センサの要望が、各
種理化学機器、医療機器の使用環境の向上や、都市を中
心とする密閉性の高い住宅構造への快適性の向上の面か
ら、著しく高められている。
【0003】各種センサに要求される性能としては、主
に下記のような項目が挙げられる。 (A) 高性能であること。 (B) 信頼性(安全性、耐環境性等)に優れること。 (C) 量産性に優れ、安価であること。 (D) 小型化が可能であること。 特に、上記(A)については、湿度センサは、湿度によ
る電気的性質の変化、即ち抵抗変化を利用して測定を行
なうことから、 (1) 抵抗−湿度特性線の直線性に優れ、マイクロコ
ンピュータでの測定システムに容易に適応させることが
できる。 (2) 抵抗−湿度特性線の傾きが大きく、測定誤差が
小さい。 (3) 全体の抵抗値が小さく、応答性に優れる。 などの要件を満たすことが望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいて、上記要求特性をすべて満たすような湿度センサ
は提供されておらず、その改良が望まれている。
【0005】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、高性能で、信頼性、量産性に優れ、安価
でしかも小型化が可能なセラミック湿度センサを提供す
ることを目的とする。
【0006】ところで、本出願人は、かかる目的を達成
するセラミック湿度センサとして、SrFe1-xx
3 (ただし、0.1<x≦0.35) …を有するセ
ラミックス焼結体よりなるセラミック湿度センサを特願
平2−401888号にて提案した。
【0007】その後、さらにこの組成よりなるセラミ
ック湿度センサについて検討を加えたところ、SrTi
3 及び/又はSrZrO3 を所定量以下添加すると、
抵抗−湿度特性の経時変化がきわめて小さいことが見出
された。そこで、本発明は、抵抗−湿度特性の経時変化
がきわめて小さいセラミック湿度センサの提供をも目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記組成を有
するセラミックス成分に対し、下記,のSr複酸
化物を添加してなり、且つ,,の三元組成系(モ
ル%)において(100,0,0)、(50,50,
0)及び(70,0,30)の3点で囲まれる領域内の
組成の焼結体よりなることを要旨とするものである。
(ただし、境界線を含み、組成が100モル%である
場合を除く。) SrFe1-xx3 (0.1<x≦0.35) … SrTiO3 … SrZrO3 … 以下に本発明を詳細に説明する。本発明は、組成式 SrFe1-xx3 において、xが0.1より大きく、0.35以下なる組
成を有するセラミックス成分を主成分とするものであ
る。上記組成式において、xが0.35を超えると、抵
抗−湿度特性線の直線性が損なわれ、また、全体の抵抗
値が大きくなり好ましくない。逆に、xが0.1以下で
は、抵抗−湿度特性線の勾配が小さくなり、またその直
線性も損なわれ、好ましくない。本発明においては、x
は0.15〜0.35、特に0.2〜0.35、とりわ
け0.25〜0.31であることが好ましい。
【0009】また、本発明のセラミック湿度センサを構
成するSrFe1-xx3 −SrTiO3 −SrZr
3 セラミックス焼結体は、その気孔率が7%以上、特
に10%以上、とりわけ12〜20%の多孔質であるこ
とが好ましい。即ち、本発明のセラミック湿度センサ
は、湿度を感知して、これを電気特性で表すものである
ことから、その湿度を感知するセンサの表面積が大きい
多孔質であることが好ましい。しかしながら、気孔率は
過度に大きいと、センサの強度が低下することから、本
発明に係るセラミックス焼結体の気孔率は上記範囲とす
るのが好ましい。
【0010】このような本発明のセラミック湿度センサ
を製造するには、例えば、炭酸ストロンチウム(SrC
3 )、酸化第二鉄(Fe23 )、酸化タングステン
(WO3 )、酸化チタン(TiO2 )、酸化ジルコニウ
ム(ZrO2 )といった原料粉末を所望の組成となるよ
うに混合し、これを仮焼した後成形し、成形体を本焼成
することにより容易に製造することができる。なお、酸
化物原料のほかに、焼成により酸化物となる炭酸塩、硝
酸塩、酢酸塩、アルコキシド等の有機金属化合物などを
用いても良い。
【0011】この製造にあたり、仮焼温度を本焼成温度
と同程度の高温焼成とすることにより、前述のような気
孔率を有する多孔質セラミックス焼結体を得ることがで
きる。
【0012】
【作用】SrFe1-xx3 −SrTiO3 −SrZ
rO3 なる組成を有し、X値及びこれらの含有割合が前
記の範囲のセラミック湿度センサであれば、抵抗−湿度
特性線の対数直線性に優れ、かつその勾配が大きく、全
体の抵抗値が小さく、しかも抵抗−湿度特性の経時変化
が小さい高性能セラミック湿度センサが提供される。
【0013】即ち、本発明のセラミック湿度センサは、
抵抗−湿度特性線の対数直線性に優れるため、マイクロ
コンピュータにおける検出回路構成を簡単にすることが
できる。
【0014】また、抵抗−湿度特性線の勾配が大きく、
全体の抵抗値が小さく抵抗−湿度特性の経時変化が小さ
いことから、測定誤差がなくなると共に、高感度とな
り、高精度で信頼性の高い測定結果を得ることが可能と
される。
【0015】加えて、本発明では、抵抗−湿度特性の経
時変化が小さいため、加熱して付着水蒸気を除去するリ
フレシュクリーニングを不要とする(又は頻度を減少さ
せる)ことが可能となる。
【0016】
【実施例】以下に実施例、参考例及び比較例を挙げて、
本発明をより具体的に説明する。まず、参考例及び比較
例により、前記主成分において0.1<X≦0.35
とした理由を説明する。
【0017】参考例1〜4、比較例1〜3SrFe 1-xx3 セラミックス焼結体の製造 xの値が第1表に示す値であるSrFe1-xx3
ラミックス焼結体を製造した。
【0018】即ち、まず、出発原料としてSrCO3
(純度99.6%)、Fe23 (純度99.5%)、
WO3 (純度99.5%)の各粉末を所定の化学組成と
なるように秤量し、ナイロン製ポットミルにて、ジルコ
ニアボール及び水と共に約18時間湿式混合した後、乾
燥し、36メッシュの篩に通過させ、アルミナルツボ
中、1200℃で、5時間仮焼した。その後、再度粉砕
して60メッシュの篩を通過させ、得られた粉末を、直
径10mmの金型を用いて約2ton/cm2 でプレス
成形し、得られた成形体を本焼成した。本焼成は、ジル
コニアセッター上で電気炉にて昇温10℃/minで1
200℃に昇温し、1200℃で3時間保持して行なっ
た。その後、炉内放冷した。
【0019】得られた焼成体の両面には酸化ルテニウム
ペーストをスクリーン印刷し、昇降温5℃/minで8
50℃、20分間電気炉にて焼き付けて、各々試料とし
た。
【0020】
【表1】
【0021】抵抗−湿度特性の測定 参考例1〜4及び比較例1,2の各試料をホルダーにセ
ットし、分流式精密湿度発生装置(神栄社製「SRH−
1MC 135ADR」)の試験槽内で、温度15℃、
相対湿度10,50,90%で順に各30分間保持した
時のインピーダンスを周波数1kHzのもとで、LCR
メーター(YHP製「4262A」)により測定した。
結果を第2図に示す。
【0022】第2図より次のことが明らかである。即
ち、抵抗−湿度特性線の対数直線性はx=0.3(実施
例3)の時に最も優れ、x=0.3をはずれると、直線
性が損なわれる。x=0.4(比較例2)では、抵抗−
湿度特性線の対数直線性に劣る上に、インピーダンスが
高く、不適当である。x=0.1〜0.35の間では、
抵抗−湿度特性線の対数直線性が良好であるが、xが小
さくなるほど抵抗−湿度特性線の勾配が小さくなり、逆
にxが大きくなるほどインピーダンスが高くなるため、
好ましくはx=0.15〜0.35、より好ましくはx
=0.2〜0.35、特にx=0.25〜0.31、と
りわけx=0.3前後が好ましい。
【0023】なお、粉末X線回折により、結晶相の測定
を行なったところ、x=0.4(比較例2)、x=0.
7(比較例3)では、W成分のFeサイトへの固溶限界
を超えるために別の化合物として主にSrWO4 が生成
していることが認められた。この結果から、xの値が大
きくなることによる抵抗値の増大は、SrFeO3 相の
他に高抵抗な化合物SrWO4 相が共存するためと考え
られる。
【0024】また、上記参考例1,2,3のセラミック
湿度センサの抵抗−湿度特性の経時変化を測定した。こ
の結果を第3図、第4図及び第5図に併せて示す。
【0025】実施例1〜5、比較例4 SrFe0.70.33 −SrTiO3 の2成分系にお
いて、SrTiO3 を下記配合としたほかは参考例1〜
4と同様にしてセラミック湿度センサを製造した。
【0026】 実施例1:SrTiO3 5モル% SrFe0.70.33 残部 実施例2:SrTiO3 10モル% SrFe0.70.33 残部 実施例3:SrTiO3 20モル% SrFe0.70.33 残部 実施例4:SrTiO3 30モル% SrFe0.70.33 残部 実施例5:SrTiO3 50モル% SrFe0.70.33 残部 比較例4:SrTiO3 60モル% SrFe0.70.33 残部 この実施例1〜5及び比較例4における抵抗−湿度特性
の経時変化を第6〜11図に示す。第6〜11図より、
実施例1〜5のセラミック湿度センサは、抵抗−湿度特
性の経時変化が前記参考例3(SrFe0.70.33
が100モル%のもの)に比べてきわめて小さいことが
認められる。なお、SrTiO3 の含有量の増加に伴っ
て抵抗が高くなり、比較例4は抵抗がかなり高いものと
なることが認められる。
【0027】実施例6〜8、比較例5 SrFe0.70.33 −SrZrO3 の2成分系にお
いて、SrZrO3 を下記配合としたほかは参考例1〜
4と同様にしてセラミック湿度センサを製造した。
【0028】 実施例6:SrZrO3 5モル% SrFe0.70.33 残部 実施例7:SrZrO3 10モル% SrFe0.70.33 残部 実施例8:SrZrO3 30モル% SrFe0.70.33 残部 比較例4:SrZrO3 40モル% SrFe0.70.33 残部 この実施例6〜8及び比較例5における抵抗−湿度特性
の経時変化を第12〜15図に示す。第12〜15図よ
り、実施例6〜8のセラミック湿度センサは、抵抗−湿
度特性の経時変化が前記参考例3に比べてきわめて小さ
いことが認められる。なお、SrZrO3 の含有量の増
加に伴って抵抗が高くなり、比較例5は抵抗がかなり高
いものとなることが認められる。
【0029】実施例9〜12 SrFe0.70.33 , SrTiO3
SrZrO3 の配合割合を下記の通りとしたほかは参考
例1〜4と同様にしてセラミック湿度センサを製造し
た。
【0030】 この実施例9〜12における抵抗−湿度特性の経時変
化を第16〜19図に示す。第16〜19図より、実施
例9〜12のセラミック湿度センサは、抵抗−湿度特性
の経時変化が前記参考例に比べてきわめて小さいことが
認められる。
【0031】実施例13,14 実施例9において、のSrFe0.70.33 の代わ
りにX=0.15のSrFe0.850.153 (実施例1
3)、X=0.2のSrFe0.80.23 (実施例1
4)を用いたほかは参考例1〜4と同様にしてセラミッ
ク湿度センサを製造した。この実施例13,14におけ
る抵抗−湿度特性の経時変化を第20〜21図に示す。
第20〜21図より、実施例13,14のセラミック湿
度センサは抵抗−湿度特性の経時変化が前記参考例1,
2に比べてきわめて小さいことが認められる。
【0032】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
湿度センサによれば、 抵抗−湿度特性線の対数直線性に優れる。 抵抗−湿度特性線の勾配が大きい。 全体の抵抗値が小さい。 抵抗−湿度特性の経時変化が小さい。 より検出回路構成が簡単となり、湿度検出装置の
システム全体のコンパクト化が可能となる。 、、より、検出感度及び測定精度が高い。
【0033】等の利点を有し、高性能で信頼性に優れ、
しかも小型化、低価格化が可能なセラミック湿度センサ
が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例組成を示す三元組成図である。
【図2】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図3】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図4】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図5】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図6】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図7】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図8】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図9】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図10】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図11】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図12】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図13】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図14】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図15】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図16】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図17】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図18】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図19】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図20】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。
【図21】抵抗−湿度特性線を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記組成を有するセラミックス成分に
    対し、下記,のSr複酸化物を添加してなり、且つ
    ,,の三元組成系(モル%)において(100,
    0,0)、(50,50,0)及び(70,0,30)
    の3点で囲まれる領域内の組成の焼結体よりなることを
    特徴とするセラミック湿度センサ。(ただし、境界線を
    含み、組成が100モル%である場合を除く。) SrFe1-xx3 (0.1<x≦0.35) … SrTiO3 … SrZrO3
JP21094091A 1991-08-22 1991-08-22 セラミツク湿度センサ Pending JPH0552792A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115541659A (zh) * 2022-10-18 2022-12-30 哈尔滨工业大学 一种基于高价态铁酸锶的湿度传感器制备方法

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