CH641566A5

CH641566A5 - Feuchtigkeitsmessfuehler und dessen verwendung in einer messanordnung.

Info

Publication number: CH641566A5
Application number: CH489079A
Authority: CH
Inventors: Yuji Takaoka; Yasuhiro Maebashi; Katsumasa Bando; Shinichi Kinomoto; Masato Kawamura; Susumu Kobayashi
Original assignee: Shinyei Kaisha
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1984-02-29
Also published as: GB2025622B; DE2920808A1; DE2920808C2; GB2025622A

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitsmessfühler mit einem Film aus hochmolekularem Polymerem als feuchtigkeitsempfindliches Material und einem mit dem Film verbundenen Elektrodenpaar.

Es gibt mehrere Arten von Feuchtigkeitsmessfühlern, deren elektrischer Widerstand nach Massgabe der Feuchtigkeitsänderung der Umgebung schwankt. Diese Messfühler und ihre Nachteile sind nachfolgend abgehandelt.

(1) Feuchtefühler, die mit einem Elektrolytsalz, wie Lithiumchlorid imprägniert sind, besitzen nur einen engen Messbereich. Darüber hinaus ist die Lebensdauer dieser Messfühler in Umgebung hoher Feuchtigkeit wegen der Verdünnung des Elektrolytsalzes ausserordentlich kurz.

(2) Messfühler, die unter Verwendung von feuchtigkeits-absorbierenden Polymeren arbeiten, in die ein elektrisch leitendes Pulver eingemischt ist, sind zur Bestimmung geringer Feuchtigkeiten ungeeignet. Messfühler dieser Art besitzen darüber hinaus weitere Nachteile bezüglich ihrer Herstellung und Lebensdauer.

(3) Messfühler, deren Oberfläche aus einem Metall, z.B. Aluminiumoxid, besteht, besitzen eine Hystérésis, wobei eine Empfindlichkeitsabnahme eintritt, wenn die relative Feuchtigkeit nicht weniger als 80 Prozent beträgt. Darüber hinaus wird ihre Beschaffenheit in hochfeuchter Atmosphäre sehr stark beeinträchtigt.

(4) Bei Messfühlern, die unter Verwendung eines Metalloxids arbeiten, tritt mit der Zeit eine Widerstandszunahme und eine Veränderung ihrer Beschaffenheit bei Temperaturveränderungen auf. Die Herstellung solcher Messfühler ist darüber hinaus sehr schwierig.

(5) Messfühler, die hydrophile hochmolekulare Stoffe enthalten (wobei unter dieser Bezeichnung z.B. Polyvinylalko-hol, Polyvinylacetat oder Polyvinylpyrrolidon verstanden werden, die in Wasser löslich sind und deren charakteristische Eigenschaften sich rasch ändern), die mit beschichteter Oberfläche und hauptsächlich zusammen mit Halbleitern Verwendung finden, sind schwierig mit gleichmässigen Eigenschaften herzustellen. Sie sind darüber hinaus nicht stabil und besitzen nur eine kurze Lebensdauer.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Feuchtigkeitsmessfühler mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.

1. Die Feuchtigkeitsmessung soll über einen breiten Bereich von niedriger bis zu hoher Feuchtigkeit möglich sein.

2. Es soll eine erhöhte Änderung des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit der Feuchtigkeitsänderung gewährleistet sein.

3. Die charakteristischen Eigenschaften sollen sich, selbst in einer Atmosphäre, die organische Gase enthält, nur wenig ändern.

4. Die charakteristischen Eigenschaften sollen sich über lange Zeiträume in einer Atmosphäre hoher Luftfeuchtigkeit nur wenig ändern.

5. Über den gesamten Feuchtigkeitsmessbereich soll der Hysteresiseffekt gering sein.

6. Es soll die Herstellung der Messfühler mit gleichbleibenden Eigenschaften möglich sein.

7. Die Messfühler sollen eine grosse Lebensdauer besitzen.

8. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll die Verwendung von Grundplatten unterschiedlichster Art und Gestalt möglich sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Feuchtigkeitsmessfühler in einer Messanordnung derart zu verwenden, dass er mit den vorgenannten charakteristischen Eigenschaften über längere Zeiträume ohne Veränderung dieser Eigenschaften verwendet werden kann.

Die Aufgabe wird erfmdungsgemäss dadurch gelöst, dass der Film ein Homopolymerisat aus einem kationaktiven Monomeren oder ein Copolymerisat dieses kationaktiven Monomeren mit einem oder mehreren Comonomeren ist. Das so entstandene feuchtigkeitsempfindliche Material besitzt gegenüber dem Stand der Technik verschiedene wesentliche Vorteile, u.a. eine homogenere Verteilung der kationaktiven Zentren, was sich wiederum in einer besseren Charakteristik des Messfühlers ausdrückt.

Bei diesen kationaktiven Monomeren handelt es sich um radikalisch polymerisierbare Monomere, vorzugsweise um äthylenisch ungesättigte Monomere, die jeweils mindestens eine kationaktive Gruppe, z.B. eine quartäre Ammoniumgruppe, enthalten. Bevorzugt sind Acrylmonomere, insbesondere Methacrylmonomere, mit quartären Ammoniumgruppen, wobei das Gegenion ein Halogenanion, vorzugsweise ein Chloridin ist. Spezielle Beispiele sind 2-Hydroxy- 3- meth-acryloxypropyl-trimethylammoniumchlorid (HMTMA) und Methacryläthyltrimethyl-ammoniumchlorid (MTA).

Beispiele für geeignete Comonomere sind äthylenisch ungesättigte Comonomere, z.B. Vinylmonomere oder Acrylmonomere, wie Acrylsäure- oder Methacrylsäureester.

Beispiele für geeignete Vinylmonomere sind Vinylalkohol (CH2 = CH-OH), Propylen (CH2=CH-CH3), Vinylacetat (CH2=CH-OCOCH3) und Chlorstyrol (CH2=CH-C6H5C1).

Beispiele für geeignete Acrylate und Methacrylate sind Diäthylhexylmethacrylat, Isobutylmethacrylat und Äthylen-glykoldimethacrylat.

Als Comonomere kommen jedoch auch höhermolekulare Verbindungen in Frage, die eine polymerisierbare Doppelbin2

5

IC

15

2C

2t

30

35

40

45

50

55

60

65

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dung enthalten. Ein Beispiel hierfür ist Polypropylenglykol-monomethacrylat.

Schliesslich sind als Comonomere auch sogenannte anorganische Monomere geeignet, die Silicium, Bor oder Phosphor im Molekül enthalten. Hieraus entstehen dann Silicone, Borpolymere oder Phosphorsäurepolymere. Diese sogenannten anorganischen Comonomeren können auch von vornherein in mehr oder weniger hochmolekularem Zustand eingesetzt werden.

Die Herstellung der Homopolymerisate aus dem kationaktiven Monomeren erfolgt z.B. so, dass man 100 Teile des Monomeren in Gegenwart von 0,5 bis 4 Teilen, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Teilen, eines Polymerisationsinitiators in einem Lösungsmittel der Polymerisation unterwirft.

Bei der Herstellung der Copolymerisate werden 20 bis 80 Teile, vorzugsweise 50 bis 70 Teile des kationaktiven Monomeren mit 80 bis 20 Teilen, vorzugsweise 50 bis 30 Teilen des oder der Comonomeren der Polymerisation unterworfen.

Es sind die üblichen Initiatoren geeignet, z.B. Perverbin-dungen, wie Benzoylperoxid.

Geeignete Lösungsmittel sind dem Fachmann bekannt. Es kann z.B. Methanol verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht eines Feuchtigkeitsmessfühlers der Erfindung,

Fig. 2 die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands zwischen den Messelektroden von der relativen Feuchtigkeit in Form charakteristischer Kurven,

Fig. 3 die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden in Form einer charakteristischen Kurve nach einer Zeitdauer von 500 Stunden, während der in einem Zyklustest der erfindungsgemässe Feuchtigkeitsmessfühler 30 Minuten bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 Prozent und dann 30 Minuten bei einer relativen Feuchtigkeit von 90 Prozent gehalten wurde; die anfangliche charakteristische Kurve ist ebenfalls angegeben,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Feuchtigkeitsmessanordnung in der ein Feuchtigkeitsmessfühler der Erfindung für lange Zeit ohne Veränderung seiner charakteristischen Eigenschaften verwendet werden kann,

Fig. 5 eine Anordnung, in der das Blockdiagramm von Fig. 4 konkret ausgeführt ist,

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erklärung der Funktion des Widerstandes der feuchtigkeitsempfindlichen Anordnung,

Fig. 7 eine weitere Feuchtigkeitsmessanordnung, in der der Mesfühler der Erfindung lange Zeit ohne Veränderung seiner charakteristischen Eigenschaften verwendet werden kann,

Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Erklärung dafür, warum in den in den Figuren 4,5 und 7 gezeigten Feuchtigkeitsmessanordnungen der Erfindung eine Wechselspannung an den Feuchtigkeitsmessfühler mittels eines Wechselstromgenerators so angelegt wird, dass die Feuchtigkeit als Ausgangssignal einer Wechselspannung abgenommen werden kann,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Filters zur Entfernung fester und flüssiger Bestandteile aus einer Atmosphäre,

Fig. 10 einen vergrösserten Teil-Querschnitt durch das Filter von Fig. 9,

Fig. 11 in einer vergleichenden Darstellung die charakteristischen Eigenschaften eines Feuchtigkeitsmessfühlers in zwei Fällen, nämlich einmal unter Verwendung des in Fig. 9 gezeigten Filters und einmal ohne, jeweils bei einer Veränderung der relativen Feuchtigkeit zwischen 40 und 60 Prozent, und

Fig. 12 in einer vergleichenden Darstellung die charakteristischen Eigenschaften eines Feuchtigkeitsmessfühlers in zwei Fällen, nämlich einmal unter Verwendung des in Fig. 9 gezeigten Filters und einmal ohne Filter, jeweils bei einer Verän-5 derung der relativen Feuchtigkeit von 60 bis 80 Prozent.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 besteht ein Feuchtigkeitsmessfühler 1 aus einer Grundplatte 7 aus Aluminium oder dergleichen, einem Paar kammförmiger Elektroden 2,3 mit vorgegebenen Abständen, die sich auf der Oberfläche der io Grundplatte 7 befinden, einem feuchtigkeitsempfindlichen Material 4, das sich auf der Oberfläche der Elektroden und der Oberfläche der Grundplatte 7 in Form eines Films befindet, einem mit der Elektrode 2 verbundenen Anschluss 5 und einem mit der Elektrode 3 verbundenen Anschluss 6. >5 Das feuchtigkeitsempfindliche Material 4 ist vorstehend und in den speziellen Beispielen beschrieben.

Zur Herstellung des Feuchtigkeitsmessfühlers wird auf die Oberfläche der Elektroden 2, 3 und die Oberfläche der Grundplatte 7 zwischen den Elektroden 2,3 eine Lösung des 2o feuchtigkeitsempfindlichen Materials 4 mittels Aufsprühen, Aufbürsten, Tauchen oder dergleichen unter Erzeugung eines Films aufgebracht.

Unmittelbar hierauf erfolgt Trocknen und Erhitzen auf Temperaturen von 100 bis 180 °C, wobei das feuchtigkeits-25 empfindliche Material 4 auf der Oberfläche der Grundplatte 7 zwischen den Elektroden 2,3 so fixiert wird, dass die Elektroden 2,3 miteinander verbunden werden.

In Fig. 2 ist für den Feuchtigkeitsmessfühler von Fig. 1 die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes zwischen den 30 Elektroden 2,3 von der relativen Luftfeuchte dargestellt.

Die Kurve Fi in Fig. 2 zeigt die Veränderung des Widerstandes des Feuchtigkeitsmessfühlers I bei einer Zunahme der relativen Feuchte von 20 auf 100 Prozent, und die Kurve F2 zeigt die Veränderung des Widerstands bei einer Abnahme 35 der relativen Feuchte von 100 auf 20 Prozent. Im dargestellten Fall beträgt der Unterschied zwischen den Kurven Fi und F2, d.h. die Hystérésis, nur etwa 1 bis 2 Prozent von Fi, d.h. die Hysterese ist sehr gering.

Fig. 2 zeigt deutlich, dass der elektrische Widerstand im 40 Bereich der relativen Feuchte von 20 bis 30 Prozent nicht über 107£1 liegt. Die Funktion verläuft sehr steil, und es besteht eine ausgezeichnete Linearität zwischen dem logerithmischen Wert des Widerstands und der relativen Feuchte.

Fig. 3 enthält Versuchsdaten, die sich auf die Verlässlich-45 keit und Lebensdauer eines Feuchtigkeitsmessfühlers der Erfindung beziehen. Kurve F zeigt die Abhängigkeit des Widerstands von der relativen Feuchte vor der Durchführung des Tests. Die Kurve G zeigt diese Abhängigkeit nach einer Versuchsdauer von 500 Stunden, während der ein Zyklustest, je-50 weils 30 Minuten bei 50 Prozent relativer Feuchte und anschliessend 30 Minuten bei 90 Prozent relativer Feuchte, durchgeführt wurde. Je geringer der Unterschied zwischen den Kurven F und G, desto besser die Verlässlichkeit bzw. Reproduzierbarkeit und Lebensdauer. In Fig. 3 beträgt der 55 Unterschied nur etwa 1 bis 2 Prozent, bezogen auf F.

Nachfolgend ist eine Behandlungsmethode beschrieben, um dem Feuchtigkeitsmessfühler besonders gute Eigenschaften bezüglich Lebensdauer und Aussehen zu verleihen. Hierzu wird die Oberfläche des feuchtigkeitsempfindlichen Materials 60 4, das auf der Grundplatte 7 fixiert ist, mit einem Dichromat, wie Ammoniumdichromat, oder der Säure hiervon, behandelt, worauf eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Es kann auch eine Strahlen Behandlung, z.B. mit UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung, durchgeführt werden. Man kann auch eine Acetalisierung durchführen. So lässt sich z.B. eine intermolekulare Vernetzung erreichen, wenn man 50 bis 30 Gewichtsteile Acetaldehyd bezogen auf 70 bis 95 Gewichtsteile kationaktives Monomeres, in einem Lösungsmittel bei

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50 bis 70 °C für eine Dauer von 0,2 bis 5 Stunden zur Reak- Klemme der Diode 35 auf der Seite der negativen Eingangs-

tion bringt. klemme des Verstärkers 34 ist mit einem Ende eines Wider-

Der Feuchtigkeitsmessfühler 1, der der Vernetzung unter- stands 37 und eines Kondensators 38 verbunden, die parallel worfen worden ist, ist gekennzeichnet durch einen etwa 1 Ofa- geschaltet sind. Der Widerstand 37 und der Kondensator 38

chen Anstieg des elektrischen Widerstandes über den gesam- 5 bewirken eine Glättung des Wechselstrom-Ausgangssignals,

ten Bereich der relativen Feuchte und eine besondere Gleich- das einer Halbwellen-Gleichrichtung unterworfen wird und mässigkeit. führen das Signal einer Ausgangsklemme 39 zu.

Der Feuchtigkeitsmessfühler 1 kann erfindungsgemäss in Die Vergleichsschaltung 14 enthält einen Verstärker 41 einer Feuchtigkeitsmessanordnung verwendet werden. dessen negative Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer solchen Feuchtig- 10 39 des Verstärkerkreises 12, und dessen positive Eingangs-keitsmessanordnung, mit einem Schwingkreis bzw. Wechsel- klemme mit einer Ausgangsklemme 49 der nachfolgend be-stromgenerator 10 zur Erzeugung eines Wechselstroms, einem schriebenen Bezugseingangsschaltung 15 verbunden ist. feuchtigkeitsempfindlichen Schaltkreis 11 mit einem Elektro- Der Verstärker 41 vergleicht das Ausgangssignal des denpaar 2,3, die mittels des feuchtigkeitsempfindlichen Ma- Wandlers 13 und das Ausgangssignal der nachfolgend be-terials 4 verbunden sind und wobei einer Elektrode das Aus- 15 schriebenen Bezugseingangsschaltung 15 und liefert ein Ausgangssignal des Schwingkreises 10 als Eingangssignal zuge- gangssignal für eine Klemme 43 über einen Widerstand 42. führt wird, einem Verstärkerkreis zur Verstärkung des ande- Die Bezugseingangsschaltung 15 enthält eine Serienschal-ren Ausgangssignals des Elektrodenpaars 2,3, einem Wech- tung mit einem Widerstand 44, dessen eines Ende mit einer selstrom-Gleichstrom-Wandler 13, der das Wechselstrom- Gleichstromquelle verbunden ist, einem halbvariablen Wider-Ausgangssignal des Verstärkerkreises 12 in ein Gleichstromsi- 20 stand 45 zur Korrektur, einem Widerstand 46 und einem va-gnal umwandelt, einer Anzeigeeinrichtung 17 zur Anzeige des riablen Widerstand 47 zur Erzeugung eines Bezugswertes. Die Ausgangssignals des Wandlers 13, einer Bezugseingangs- Verbindung zwischen dem halbvariablen Widerstand 45 und Schaltung 15, die ein Bezugssignal erzeugt, einer Vergleichs- dem Widerstand 46 der Serienschaltung ist mit einer positiven Schaltung 14, die das Ausgangssignal des Wechselstrom- Eingangsklemme des Verstärkers 41 der Vergleichsschaltung Gleichstrom-Wandlers 13 und das Bezugseingangssignal der 2514 über eine Ausgangsklemme 49 verbunden. Mit der Verbin-Bezugseingangsschaltung 15 vergleicht, und einer Steuer- dung des halbvariablen Widerstands 45 und des Widerstands Schaltung 16, der das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 46 ist ein Kondensator 48 zur Rauschunterdrückung verbun-14 als Eingangssignal zugeführt wird und die zur Steuerung den.

des Überwachungsobjekts dient. Die Steuerschaltung 16 ist mit der Ausgangsklemme der

In Fig. 5 ist das Blockdiagramm von Fig. 4 als Feuchtig- 30 Vergleichsschaltung 14 zur Steuerung eines Überwachungsge-

keitsmessanordnung im einzelnen ausgeführt. räts (z.B. einer Klimaanlage) verbunden.

Der Schwingkreis 10 enthält einen Verstärker 28, dessen Die Funktion der Feuchtigkeitsmessanordnung ist nachpositive Eingangsklemme geerdet und dessen negative Ein- . folgend beschrieben.

gangsklemme mit einem Ende eines RC-Blocks verbunden Der Verstärker 28 erzeugt eine Wechselspannung mit ei-ist, der aus drei Kondensatoren 20,21,22 die in Serie geschal- 35 ner Frequenz, die durch den RC-Block, bestehend aus den tet sind, und Widerständen 23,24, besteht, die mit zwei An- Kondensatoren 20,21,22 und den Widerständen 23,24, beschlössen der Kondensatoren 20,21,22 verbunden sind. Die stimmt wird. Mittels der Dioden 26,27 und des Widerstands Ausgangsklemmen des Verstärkers 28 sind mit der anderen 25 wird die Amplitude dieser Wechselspannung auf einem Klemme des RC-Blocks bzw. einer Ausgangsklemme 29 ver- vorgegebenen Wert eingestellt. Die Wechselspannung wird bunden. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 28 ist auch mit40 dann über die Klemme 29 an ein Ende eines Schaltkreises an-ihrer negativen Eingangsklemme über parallel geschaltete gelegt, der aus den Widerständen 30,31 und dem feuchtig-Dioden 26,27 verbunden, die jeweils in Hin- und Rückrich- keitsempfmdlichen Messfühler 1 besteht. Dieser Schaltkreis tung bzw. Durchlass- und Sperreinrichtung verbunden sind korrigiert die Kennlinie, d.h. den Kurvenverlauf der Abhän-und die Amplitude der Schwingung steuern. gigkeit des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektro-

Der Widerstand 25, der in Parallelschaltung mit den 45 den 2,3 des feuchtigkeitsempfindlichen Messfühlers I von der parallel geschalteten Dioden 26,27 verbunden ist, steuert die relativen Feuchtigkeit, von F nach H, wie aus Fig. 6 ersicht-

Schwingungswellenform, so dass man in Wechselwirkung mit lieh. Mit anderen Worten, der elektrische Widerstand wird dieser Parallelschaltung eine Sinus- oder eine Rechteckwelle bei niedriger Feuchte, mit Hilfe des Widerstands 31 erniedrigt bzw. -Schwingung erhält. (in Richtung von Mi), und der elektrische Widerstand bei ho-

Ein feuchtigkeitsempfindlicher Schaltkreis 11 enthält den 50 her Feuchte wird mit Hilfe des Widerstandes 30 erhöht (in feuchtigkeitsempfindlichen Messfühler 1 mit dem feuchtig- Richtung von M2).

keitsempfmdlichen Material 4, wobei ein Widerstand 3 in Da sich der Widerstand des aus den Widerständen 30,31

Parallelschaltung mit dem Messfühler 1 verbunden ist. Eine und dem feuchigkeitsempfindlichen Messfuhler I bestehen-

Elektrode 2 ist mit der Ausgangsklemme 29 des Schwingkrei- den Schaltkreises nach Massgabe der relativen Feuchte, die ses 10 über einen Widerstand 30 verbunden, und die andere 55 durch den feuchtigkeitsempfindlichen Messfühler 1 gemessen

Elektrode 3 des feuchtigkeitsempfindlichen Messfühlers 1 ist wird, ändert, wird das Wechselstrom-Eingangssignal von der mit einem Kondensator 32, der die Gleichstromkomponente Ausgangsklemme 29 zu einem Wechselstrom-Ausgangssi-

unterbricht bzw. einer Ausgangsklemme 33 verbunden. gnal, das der gemessenen relativen Feuchte entspricht und als

Der Verstärkerkreis 12 enthält einen Verstärker 34, dessen Eingangssignal der positiven Eingangsklemme des Verstär-

positive Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme 33 des 60 kers 34 über die Ausgangsklemme 33 zugeführt wird. Das feuchtigkeitsempfindlichen Schaltkreises 11, und dessen Aus- Wechselstrom-Eingangssignal von der Ausgangsklemme 33

gangsklemme mit der negativen Eingangsklemme des Ver- wird durch den Verstärker 34 verstärkt, mittels der Diode 34

stärkers 34 über eine Diode 35 des Wechselstrom-Gleich- der Halbwellen-Gleichrichtung und weiterhin mittels des Wi-

strom-Wandlers 13 verbunden ist, der nachfolgend beschrie- derstands 37 und des Kondensators 38 einer Glättung unter-

ben ist. 65 worfen und dann als Ausgangssignal einer Gleichspannung

Der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 13 enthält die der negativen Eingangsklemme des Verstärkers 41 über die

Diode 35, die zwischen der Ausgangsklemme des Verstärkers Ausgangsklemme 39 zugeführt.

34 und der negativen Eingangsklemme angeschlossen ist. Die Die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen dem

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halbvariablen Widerstand 45 und dem Widerstand 46, die In die Verbindung des feuchtigkeitsempfindlichen Schaltmittels des Widerstands 44, des halbvariablen Widerstands kreises 11 mit dem Widerstand 51 und dem Schieber 54 ist ein 45, des Widerstands 46 und des variablen Widerstands 47 eine Kondensator 56 zur Unterdrückung des Hochfrequenzrau-Teilung erfahrt, wird mittels des variablen Widerstands 47 schens eingebaut.

eingestellt und als Bezugseingangssignal der positiven Ein- s Der Kollektor des Transistors 62 ist mit einem Widergangsklemme des Verstärkers 41 über die Ausgangsklemme stand 63 verbunden, der den Kollektorstrom in eine Span-49 zugeführt. nung umwandelt und eine Wechselstromspannung als Aus-Ais Folge hiervon liefert der Verstärker 41 eine Spannung gangssignal über einen Kondensator 64 und eine Ausgangs-ais Ergebnis des Vergleichs des Bezugseingangssignals, das als klemme liefert.

Eingangssignal der positiven Eingangsklemme zugeführt io Der Wechselstrom-Gleichstrom-Spannungswandler 13 wird, und des Ausgangssignals, das der relativen Feuchtigkeit wandelt das von der Ausgangsklemme 67 herrührende Einentspricht, zur Steuerschaltung 16 über die Ausgangsklemme gangssignal in ein Gleichstromsignal um und liefert ein 43. Die Steuerschaltung 16 steuert auf der Grundlage des Ein- Gleichspannungs-Ausgangssignal an die Steuerschaltung 16. gangssignals von der Ausgangsklemme 43 die Überwa- Die Steuerschaltung 16 steuert die Überwachungseinrichtung chungseinrichtung. 15 (z.B. eine Klimaanlage) nach Massgabe des von dem Wandler

In Fig. 7 ist eine weitere Feuchtigkeitsmessanordnung ge- 13 gelieferten Eingangssignals.

zeigt, die aus den nachfolgend beschriebenen Blöcken besteht. Im Vergleich zu den in den Figuren 4 und 5 gezeigten

Die Messschaltung von Fig. 7 besitzt einen Spannungs- Schaltungen ist die Feuchtigkeitsmessanordnung der Fig. 7

wandler bzw. Transformator 18, der eine von einer Wechsel- durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet,

stromspannungsquelle herrührende Spannung in eine vorge- 20 In den Schaltungen der Figuren 4 und 5 wird das Ein-

gebene Spannung umwandelt, einen feuchtigkeitsempfind- gangssignal von dem Schwingkreis 10 geliefert, und die Wech-

lichen Schaltkreis 11 mit einem Paar von Elektroden 2,3, die selspannung, die nach Massgabe der vom feuchtigkeitsemp-

mittels des feuchtigkeitsempfindlichen Materials 4 verbunden findlichen Schaltkreis 11 gemessenen Feuchtigkeit bestimmt sind, wobei einer Elektrode das Ausgangssignal des Transfor- ist, wird einmal durch den Verstärkerkreis 12 verstärkt, dann mators 18 zugeführt wird, einer Bezugseingangsschaltung 15, 25 mittels des Spannungswandlers 13 zu Gleichspannung umge-

die das Bezugseingangssignal erzeugt, einer Vergleichsschal- wandelt und schliesslich mit dem Bezugseingangssignal der tung 14, die das andere Ausgangssignal des Elektrodenpaars Bezugseingangsschaltung 15 verglichen, wodurch die Über-

2,3 mit dem Bezugseingangssignal der Bezugseingangsschal- wachungseinrichtung gesteuert wird.

tung 15 vergleicht, einem Verstärkerkreis 12, der das Aus- Im Gegensatz hierzu bilden in der Anordnung von Fig. 7

gangssignal der Vergleichsschaltung 14 verstärkt, einem 30 der feuchtigkeitsempfindliche Schaltkreis 11 und die Bezugs-

Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 13, der das Wechsel- eingangsschaltung 15 die Brückenschaltung der Vergleichs-

strom-Ausgangssignal des Verstärkerkreises 12 in ein Gleich- Schaltung 14, und deshalb findet hier mittels des Verstärkers stromsignal umwandelt, und eine Steuerschaltung 16, der das • 12 eine Verstärkung der Differenzkomponente des Bezugsein-

Ausgangssignal des Wandlers 13 als Eingangssignal zuge- gangssignals und der Wechselspannung statt, die sich nach führt wird und die die Überwachungseinrichtung steuert. 35 Massgabe der durch den feuchtigkeitsempfindlichen Schalt-

Die Transformatorschaltung 18 besteht aus einer Wech- kreis 11 gemessenen Feuchtigkeit ändert.

selstromquelle 70, die mit Primärwicklungen 72 eines Trans- Mit anderen Worten die Anordnung in Fig. 7 verwendet formators 71 verbunden ist, der eine vorgegebene Wechsel- die Wechselspannungsquelle 70, wodurch der Schwingkreis

Spannung zwischen Anschlussklemmen a und b der Sekun- 10 in den Figuren 4 und 5 durch die Transformatorschaltung därwicklung 73 erzeugt. 40 18 ersetzt und somit die Anordnung vereinfacht wird. Eine

Der feuchtigkeitsempfindliche Schaltkreis 11 enthält den charakteristische Eigenschaft der Anordnung besteht in der feuchtigkeitsempfindlichen Messfühler 1, in der das feuchtig- Vereinfachung der Bezugseingangsschaltung 15 durch Ausle-

keitsempfindliche Material 4 Verwendung findet. Mit einer gung der Vergleichsschaltung 14 als Brückenschaltung.

Elektrode 2 des Messfühlers 1 ist ein Widerstand 30 in Serie Gemeinsame Merkmale der Feuchtigkeitsmessanordnung geschaltet. Parallel zu dieser Serienschaltung des Messfühlers 45 der Erfindung gemäss den Figuren 4,5 und 7 bestehen darin,

1 und des Widerstands 30 ist ein Widerstand 31 geschaltet. dass, abgesehen von der Herbeiführung des Steuervorganges

Die Bezugseingangsschaltung 15 enthält einen Wider- durch Abstimmen bzw. Schalten, die Wechselspannung an stand 50, einen Widerstand 51, einen variablen Widerstand 52 eine der Elektroden des feuchtigkeitsempfindlichen Messfüh-und einen halbvariablen Widerstand 53, die mit der feuchtig- lers 1 mittels des Schwingkreises 10 oder der Transformator-keitsempfindlichen Schaltung 11 eine Brückenschaltung bil- 50 Schaltung 18 angelegt wird, und die Feuchtigkeit als Wechseiden. Diese Brückenschaltung bildet die Vergleichsschaltung spannung-Aussgangssignal von der anderen Elektrode 3 des 14, die durch die Wechselspannung gespeist wird, die als Ein- feuchtigkeitsempfindlichen Messfühlers abgenommen wird, gangssignal von den Klemmen a und b der Transformator- Die Gründe hierfür sind nachfolgend angegeben.

Schaltung 18 geliefert wird. Bei dem Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit des

Der Verstärkerkreis 12 besitzt einen Transistor 62, dessen 55 feuchtigkeitsempfindlichen Materials handelt es sich um eine

Basis mit einem Schieber 54 des Widerstands 53 über einen Ionenleitfahigkeit, die hauptsächlich von dem kationaktiven

Widerstand 55 und einen Kondensator 57 zur Unterbrechung Monomeren bzw. Polymeren herrührt,

der Gleichspannungskomponente verbunden ist, und dessen Infolgedessen findet in der Umgebung der Elektroden 2,3

Emitter mit dem Verbindungspunkt des feuchtigkeitsemp- bei Anlegung der Gleichspannung eine Ségrégation bzw. Ab-findlichen Schaltkreises 11 der Brückenschaltung, die die Ver-60 Scheidung statt. Mit anderen Worten, das Anlegen der gleichsschaltung 14 bildet, und des Widerstands 51 über einen Gleichspannung an das feuchtigkeitsempfindliche Material 4

Widerstand 60 und einen Kondensator 61 verbunden ist. für längere Zeit beeinträchtigt die Natur des feuchtigkeits-

Die Wechselspannung, die als Eingangssignal einer Se- empfindlichen Materials 4, wie in Fig. 8 aus der Kurve I er-

kundärwicklung 65 des Transformators 71 zugeführt wird, sichtlich ist, und zwar infolge der Ségrégation und der hiermit wird mittels einer Glättungs-Gleichrichterschaltung 66 in eine verbundenen Widerstandszunahme. Wenn man die Gleich-

Gleichspannung umgewandelt, wobei eine Spannung, deren Spannung längere Zeit anlegt, kann es darüber hinaus zu einer

Wert durch die Widerstände 58,59 gegeben ist, zwischen der Zerstörung des feuchtigkeitsempfindlichen Materials 4 kom-

Basis und dem Emitter des Transistors 62 erzeugt wird. men. Um diese zu verhindern, wird an den feuchtigkeitsemp-

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findlichen Messfühler 1 die Wechselspannung angelegt. Die Beispiele zur Herstellung von feuchtigkeitsempfindli-

Nachfolgend ist ein Filter beschrieben, der im Fall der chem Material erläutern die Erfindung.

Verwendung des Feuchtigkeitsmessfühlers der Erfindung in In den Beispielen findet als kationaktives Monomeres

Atmosphären mit folgenden Bestandteilen Anwendung fin- 2-Hydroxy-3-methacryloxypropyltrimethylammoniumchlo-

det: 5 rid (HMTMA) Verwendung.

( 1 ) ionisierende Stoffe Beispiel 1

(2) organische Gase Ein Gemisch aus 20 bis 80 Teilen HMTMA, 80 bis 20 Tei-

(3) Tabakrauch, Staub oder dergleichen len Vinylmonomerem, z.B. Vinylalkohol, und 2 Teilen Ben-

(4) Wassertröpfchen bzw. Nebel. îozoylperoxid als Polymerisationsinitiator werden in 5 Teilen In Fig. 9 ist ein Filter 9 dargestellt, das auf einer Monta- Methanol als Lösungsmittel bei einer Temperatur von 50 bis geplatte so angebracht ist, dass der feuchtigkeitsempfindliche 120 °C für eine Dauer von 5 bis 15 Stunden der Polymerisa-Messfühler von einem Gehäuse umgeben wird. Das Filter 9 tion unterworfen. Hierbei erhält man eine Copolymerisat-wird durch Pressen aus teilchenförmigem, hydrophobem lösung.

Kunststoff, z.B. aus Acrylnitril-Styrol-Copolymerisat, herge- 15

stellt (vgl. Fig. 10). Dies bedeutet, dass das gepresste Filter Beispiel 2

unzählige feine Kanäle besitzt. Als Folge hiervon besitzt das Ein Gemisch aus 20 bis 80 Teilen HMTMA und 80 bis 20

Filter 9 die Funktion, nur die gasförmigen Bestandteile einer Teilen Äthylen und/oder CH2=CH-X (wobei X die Bedeu-Atmosphäre durchzulassen und feste und flüssige Bestand- tung OH, CH3, OCOCH3, C6H5C1, usw. haben kann) und 2 teile zurückzuhalten. Es ist somit möglich, den feuchtigkeits- 20 Teilen Benzoylperoxid werden in 50 Teilen Methanol 5 bis 15 empfindlichen Messfühler 1 vor schädlichen festen und flüssi- (150) Stunden auf 50 bis 120 °C erhitzt. Hierbei erhält man gen Bestandteilen der Atmosphäre zu schützen, ohne die eine Copolymerisatlösung.

Feuchtigkeitsmessfunktion zu beeinträchtigen.

Für den Fall, wo das Filter 9 durch Verpressen unzähliger Beispiel 3

Teilchen aus Acrylnitril-Styrol-Copolymerisat mit zylindri- 25 Ein Gemisch aus 20 bis 80 Teilen HMTMA, 80 bis 20 Tei-scher Gestalt gemäss Fig. 9 mit einem lichten Durchmesser len Polypropylenglykolmonomethacrylat und 2 Teilen Ben-von 10 mm, einer Höhe von 19 mm, einer Dicke von 3 mm, ei- zoylperoxid wird in 50 Teilen Methanol 5 bis 15 Stunden auf ner Porosität von 37,4 Prozent und einer Filtrationsporen- 50 bis 120 °C erhitzt. Hierbei erhält man eine Copolymerisat-grösse von 100 |im hergestellt worden ist, zeigt Fig. 11 die lösung.

Feuchtigkeitsempfindlichkeit bei Änderung der relativen 30

Feuchte von 40 bis 60 Prozent, und Fig. 12 die Feuchtigkeits- Beispiel 4 .

empfindlichkeit bei Änderung der relativen Feuchte von 60 Ein Gemisch aus 45 Teilen HMTMA, 55 Teilen 2-Äthyl-

bis 80 Prozent. Die Kurve J in Fig. 11 und die Kurve K in Fig. hexylmethacrylat und/oder Isobutylmethacrylat und 2 Teilen 12 gelten für den Fall, wo kein Filter 9 Anwendung findet. Benzoylperoxid in 20 Teilen Methanol wird 5 bis 15 Stunden Die Kurven Jrin Fig. 11 und die Kurve Kf in Fig. 12 gelten für 35 auf 50 bis 120 °C erhitzt. Hierbei erhält man eine Copolymeri-den Fall der Verwendung des Filters 9. satlösung.

Die Figuren 11 und 12 zeigen, dass die Feuchtigkeitsempfindlichkeit durch Verwendung des Filters 9 kaum beein- Beispiel 5 trächtigt wird. Neben dem bereits genannten Acrylnitril-Sty- Ein Gemisch aus 100 Teilen HMTMA und 2 Teilen Ben-rol-Copolymerisat können auch andere hydrophobe Stoffe, 40 zoylperoxid in 50 Teilen Methanol wird 5 bis 15 Stunden auf wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisate, Polypropy- 50 bis 120 °C erhitzt. Hierbei erhält man eine Homopolymeri-len, Polyäthylen, oder dergleichen Verwendung finden. satlösung.

Wenn das Filter 9 aus unzähligen Teilchen mit gleichmäs- In allen Beispielen können Art und Menge des Initiators sigem Durchmesser besteht, tritt nur ein sehr geringer Druck- und des Lösungsmittels innerhalb des Rahmens geändert wer-abfall auf. 45 den, in dem die Polymerisation noch möglich ist.

C

7 Blatt Zeichnungen

Claims

641 566 PATENTANSPRÜCHE

1. Feuchtigkeitsmessfühler mit einem Film aus hochmolekularem Polymerem als feuchtigkeitsempfindliches Material und einem mit dem Film verbundenen Elektrodenpaar (2,3), dadurch gekennzeichnet, dass der Film ein Homopolymerisat aus einem kationaktiven Monomeren oder ein Copolymerisat dieses kationaktiven Monomeren mit einem oder mehreren Comonomeren ist.

2. Feuchtigkeitsmessfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar aus zwei kammförmi-gen Elektroden (2,3) besteht, die sich auf einer Grundplatte (7) befinden.

3. Feuchtigkeitsmessfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Film aus einem Polymerisat besteht, das einer Vernetzung unterworfen worden ist.

4. Feuchtigkeitsmessfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er von einem Filter aus einem hydrophoben Stoff als Gehäuse umgeben ist.

5. Feuchtigkeitsmessfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Comonomere ein äthylenisch ungesättigtes Monomeres, ein Acrylsäureester oder Methacrylsäureester ist.

6. Feuchtigkeitsmessfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kationaktive Monomere 2-Hydroxy- 3- methacryloxypropyltrimethylammoni-umchlorid oder Methacryläthyltrimethyl -ammoniumchlorid ist.

7. Verwendung des Messfühlers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer einen Schaltkreis umfassenden Messanordnung.

8. Verwendung nach Anspruch 7 in einer Messanordnung mit einem Schwingkreis (10), wobei das Ausgangssignal des Schwingkreises (10) einer der Elektroden des Messfühlers als Eingangssignal zugeführt wird, und mit einem Verstärkerkreis (12), der mit der anderen der beiden Elektroden (2,3) verbunden ist.