DE1294705B - Elektrisches Fuehlelement fuer Fluessigkeit, Dampf oder Gas sowie Verfahren zum Herstellen des Fuehlelementes - Google Patents

Elektrisches Fuehlelement fuer Fluessigkeit, Dampf oder Gas sowie Verfahren zum Herstellen des Fuehlelementes

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DE1294705B DED34924A DED0034924A DE1294705B DE 1294705 B DE1294705 B DE 1294705B DE D34924 A DED34924 A DE D34924A DE D0034924 A DED0034924 A DE D0034924A DE 1294705 B DE1294705 B DE 1294705B
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Description

1 2
Auf die Anwesenheit von Flüssigkeit, Dampf oder giebigen Material durch teilweises Einbetten in das-
Gas mit einer Widerstandsänderung ansprechende selbe verankert sein.
elektrische Fühlelemente mit einer elektrisch nicht Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für
leitfähigen Unterlage, die eine mit elektrischen An- ein elektrisches Fühlelement ist dadurch gekennzeichschlüssen in Kontakt stehende elektrisch leitfähige 5 net, daß das elastisch nachgiebige Material an der
Deckschicht aufweisen, sind bekannt. Bei verschiede- Oberfläche durch Erwärmen so weit erweicht wird,
nen bekannten derartigen Fühlelementen besteht da- daß es klebrig geworden ist, dann die Teilchen in die
bei die elektrisch leitfähige Deckschicht aus einer klebrige Oberfläche gedrückt werden und dann das
Vielzahl von Kohleteilchen, die in einem die Feuch- Material abgekühlt wird.
tigkeit der Luft absorbierenden und eine Widerstands- io Die Erfindung wird im folgenden an Hand scheänderung zwischen den Kohleteilchen bewirkenden matischer Zeichnungen an mehreren Ausführungs-Material eingebettet sind. beispielen näher erläutert.
Bei einem anderen bekannten derartigen elektri- F i g. 1 zeigt in schematischer, perspektivischer Ansehen Fühlelement besteht die elektrisch nicht leit- sieht ein elektrisches Fühlelement gemäß der Erfinfähige Unterlage aus Polyacrylnitril, auf die eine 15 dung;
Schicht von hydratisierbaren, d. h. chemisch wasser- F i g. 2 zeigt in einem Schaltbild die Einfügung
bindenden, absorbierenden Aluminiumsilikaten auf- eines erfindungsgemäßen Fühlelements in eine elek-
gebracht ist, deren Widerstand durch die Wasserab- irische Schaltung;
sorption verändert wird, so daß diese Änderung auch F i g. 3 zeigt ein Mehrleiterkabel, das ein erfinhier ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt der das EIe- 20 dungsgemäßes Fühlelement enthält;
ment umgebenden Atmosphäre ist. F i g. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Fühlelement in
Bei einem anderen bekannten elektrischen Feuchte- Form eines zylindrischen Körpers;
messer ist auf eine isolierende Unterlage eine dünne F i g. 5 ist eine vergrößerte, teilweise aufgeschnit-
Graphitschicht aufgebracht. Der Widerstand dieser tene Ansicht des einen Endes des Fühlelements der Graphitschicht zum Messen der den Feuchtemesser 25 Fig.4;
umgebenden Feuchtigkeit wird hierbei dadurch ge- F i g. 6 und 7 sind vergrößerte Querschnittsdarändert, daß sich die Feuchtigkeit an den die Graphit- Stellungen durch einen Teil des Fühlelements, die den schicht bildenden, sich gegenseitig überdeckenden Vorgang der Adsorption zeigen; Graphitplättchen anlagert, ohne sie gegenseitig zu ver- Fig. 8 zeigt die Befestigung der elektrischen leitschieben. Die Feuchtigkeit wirkt hier als elektrischer 30 fähigen Teilchen mit Klebemitteln. Nebenschluß und verkleinert dadurch bei Vorhanden- Wie aus F i g. 1 ersichtlich, umfaßt das Fühlsein von Feuchtigkeit den Widerstand des Fühlele- element E eine starre Unterlage 10 mit einem elastiments. sehen oberen Teil 12, auf deren frei liegender Fläche Im Vergleich zu diesen bekannten, auf die An- sich eine Deckschicht 14 aus getrennten, adsorbierenwesenheit von Flüssigkeit, Dampf oder Gas mit einer 35 den, metallischen Teilchen befindet. Elektroden 16,16 Widerstandsänderung ansprechenden elektrischen stehen an getrennten Stellen in Berührung mit der Fühlelementen ist bei dem gemäß der Erfindung aus- Schicht 14. Zuleitungen 18 und 19 gehen von den gebildeten Fühlelement mindestens der obere Teil der Elektroden 16 aus, um das Element E an eine elek-Unterlage von einem elastisch nachgiebigen nichtlei- trische Schaltung anschließen zu können, wie es in tenden Material gebildet und besteht die leitfähige 40 F i g. 2 ersichtlich ist. Die Schaltung umfaßt dabei ein Deckschicht aus einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Meßinstrument M, eine Batterie B, einen Wider- und adsorptionsfähiger Teilchen, die einzeln, d. h. un- stand R zur Strombegrenzung und das Element E. abhängig voneinander, aber sich gegenseitig beruh- Die Zuleitung 18 in diesem Beispiel ist mit dem Meßrend, auf dem elastisch nachgiebigen Material derart instrument M verbunden, und die Zuleitung 19 führt verankert sind, daß die Teilchen unter der Wirkung 45 zum einen Pol der Batterie B, deren anderer Pol mit •der Adsorption von Flüssigkeit, Dampf oder Gas aus- dem Widerstand R durch die Leitung 20 verbunden einanderbewegbar sind. ist; der Widerstand ist durch eine Leitung 21 mit der Bei dem erfindungsgemäßen Fühlelement lagert anderen Seite des Meßinstruments M verbunden, sich die Feuchtigkeit an der Oberfläche der sich Wenn die Teilchen der Schicht 14 einer Atmosphäre gegenseitig berührenden leitfähigen Teilchen durch 5° ausgesetzt werden, die sie adsorbieren können, wird Adsorption an, die dadurch auseinander bewegt wer- der Stromfluß entsprechend dem anwachsenden den, so daß durch die Adsorption hier eine Vergröße- Widerstand vermindert, was durch den Zeigerausrung des Widerstandes des Fühlelements eintritt. schlag am Meßinstrument M angezeigt wird.
Zweckmäßigerweise liegt die größte Teilchen- Die Unterlage 10 muß ein ausreichendes Maß an abmessung zwischen 0,001 und etwa 1,25 mm. Die 55 Starrheit haben, damit sie ihre Größe bei Verlänge-Teilchen können dabei je nach der Art des elektrisch rung, Vergrößerung oder Verwindung ihres elastischen leitenden Materials, aus dem sie bestehen, von regel- oberen Teils 12 nicht ändert. Die Unterlage 10 kann mäßiger oder von unregelmäßiger Gestalt sein. Ge- aus Stoffen wie Glas, Keramik, Porzellan, polymerieignete Materialien sind dabei Platin, Platinschwarz, sierten Kunstharzen oder Metallblechen in Stangen-Aluminium, Silber, Gold, Tantal, Kohlenstoff. Im 60 oder Scheibenform bestehen. Bei den Ausführungs-Fall, daß das elektrische Fühlelement für mehrere formen der Erfindung, bei denen die Unterlage 10 verschiedene Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten emp- starr und der elastische obere Teil 12 darauf als gefindlich sein soll, werden zweckmäßigerweise Mi- trenntes Element angebracht ist, muß die letztere schungen verschiedener elektrisch leitender Teilchen elektrisch nicht leitend sein; die Unterlage 10 kann verwendet. 65 jedoch dabei elektrisch leitend sein, wenn dies die Vorteilhaft sind die Teilchen auf dem nachgiebigen Wirkungsweise des Fühlelements nicht beeinträchtigt. Material durch Kleben verankert. Der elastische obere Teil 12 kann z. B. aus PoIy-Alternativ dazu können die Teilchen an dem nach- vinyl- oder Polyäthylenstoffen, aus natürlichem oder
3 4
synthetischem Gummi oder Mischungen davon oder die Teilchen wieder zurückbewegen und den nor-
aus solchen Stoffen, die als »Neoprene« oder »Viton« malen leitenden Kontakt aufgenommen haben. Die
bekannt sind, bestehen. Wichtig für den oberen Teil Verdunstung des Adsorbats kann beschleunigt wer-
12 ist dabei, daß seine Elastizität größer ist als die den, indem die Spannung, die an dem Element liegt,
der Unterlage 10, und zwar so groß, daß eine Tren- 5 kurzzeitig erhöht wird.
nung der darauf angebrachten Teilchen eintreten Es ist zweckmäßig, das Element E in einer Schalkann, wenn Adsorption erfolgt. tung gemäß F i g. 2 mit einer Spannung zu betreiben, Die Unterlage 10 kann aus demselben Material wie die unter der Ionisierungsspannung der Gase, Dämpfe die elastische Schicht oder der obere Teil 12 her- und Flüssigkeiten, für die das Element empfindlich gestellt sein, wenn ihre Masse um so viel größer als io ist, liegt, damit nicht die Adsorption gestört wird, die des oberen Teils 12 ist, daß sie sich nicht ver- Die Befestigung der Teilchen 50 auf dem elastilängert, verwindet oder vergrößert, wenn das Fühl- sehen oberen Teil 12 kann auf verschiedene Arten element Flüssigkeiten, Dämpfen oder Gasen aus- ausgeführt werden. In F i g. 6 ist gezeigt, wie die Begesetzt ist, auf die es reagiert. festigung durch Einbetten von Teilen der Teilchen
In F i g. 3 bildet das Fühlelement E einen Teil 15 unabhängig voneinander in die obere Schicht des elaeines Kabels, das eine leitende Seele 24 umfaßt, die stischen Teils 12 ausgeführt ist. Bei der Verwendung von einer elastischen Hülle 26 eingefaßt ist, die von wärmeempfindlichen elastischen Stoffen kann die wiederum von einem von einer Isolierschicht 30 be- Schicht dabei strahlenden oder anderen Wärmedeckten abschirmenden Gewebe 28 umgeben ist. Die quellen ausgesetzt werden, bis sie verformbar und in Teilchenlage 34 ist auf der Außenfläche eines frei ao bestimmten Fällen plastisch wird. Die Deckschicht liegenden Teils der elastischen Hülle 26 befestigt, wo- aus den Teilchen SO wird auf die Schicht aufgebracht durch die Teilchen sich unabhängig gegeneinander und so stark in diese gedrückt, daß die gewünschte bewegen können. Am einen Ende der Deckschicht 34 bewegbare Befestigung entsteht. Wenn die elastische ist eine Elektrode 36 zwischen der Schicht und der Schicht druckempfindlich oder teilweise gelöst ist und verseilten Kabelseele 24 ausgebildet. Das entgegen- 35 sich bei Anbringung der Teilchen unter Druck vergesetzte Ende der Deckschicht weist eine gleiche formt und dann die Teilchen festhält, kann das EinElektrode 38 auf, die die Schicht 34 mit der Abschir- betten bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen mung 28 verbindet. Die Elektroden 36 und 38 be- ausgeführt werden.
stehen aus Leitlack. Dadurch wird die Schicht 34 Andererseits können die Teilchen 50 auch mit zwischen die elektrischen Leitungen 24 und 28 ge- 30 Klebemitteln auf dem elastischen oberen Teil 12 beschaltet und kann in die Schaltung nach F i g. 2 ein- festigt werden. In F i g. 8 ist ein Klebstoff 54, der mit gefügt werden. der Schicht verträglich ist, auf dieser aufgebracht und
Unter Bezugnahme auf die F i g. 4 und 5 ist ein hat sich mit ihr verbunden. Der Klebstoff bildet
nichtleitender zylindrischer Körper 40 mit einer Sockel oder Taschen, die die Teilchen 50 aufnehmen
äußeren elastischen Deckschicht 42 versehen, auf der 3g und in der gewünschten elastischen Art festhalten,
eine Schicht 44 aus metallischen adsorbierenden Teil- Zum Beispiel kann der Klebstoff 54 Gummilösung
chen angebracht ist. In diesem Fall umschließt die sein, wenn der obere Teil 12 Gummi enthält.
Teilchenschicht die Deckschicht 42 auf dem ganzen Wenn die Deckschicht 14 aus verhältnismäßig klei-
Umfang von einem Ende zum anderen. Der Körper nen leitenden Teilchen 50 besteht, wird das Fühl-
40 weist Zuleitungen 46, 47 auf, die sich von ent- 40 element E im allgemeinen in höheren Widerstands-
gegengesetzten Enden erstrecken, und zwischen der bereichen arbeiten, als wenn die Teilchen größer sind.
Teilchenschicht 44 und den entsprechenden Zuleitun- Durch Kombinationen von großen und kleinen lei-
gen sind leitende Verbindungen 48,49 vorgesehen, tenden Teilchen ist es möglich, empfindliche Schichten
um die Schicht zwischen den Zuleitungen 46, 47 in mit verschiedenen Widerstandscharakteristiken zu
eine Schaltung einzufügen. Die Verbindungen 48, 49 45 schaffen. Empfindlichkeit und Ansprechbarkeit des
können, wie oben beschrieben, aus Leitlack gebildet Elements E können ebenfalls durch Veränderungen
sein oder können eine metallische Kappe umfassen, der Elastizität der Oberfläche, auf der die Teilchen
die zwischen den Zuleitungen 46 oder 47 und der unabhängig befestigt sind, verändert werden. So kann
Schicht 44 elektrisch leitend angebracht ist. ein hochempfindliches Element mit einer hochelasti-
Während in F i g. 6 das elektrische Fühlelement 50 sehen teilchentragenden Schicht hergestellt werden, ohne Adsorption gezeigt ist, ist in F i g. 7 gezeigt, wie während bei einer Schicht von verhältnismäßig gedie adsorbierte Schicht 52 die Oberflächen der Teil- ringer Elastizität bei Verwendung derselben Teilchen chen 50 einschließt. Man erkennt, daß das Adsorbat die Empfindlichkeit des Elements vermindert ist. sich zwischen die Teilchen, die normalerweise in Es wurde ein Element E durch Einbetten und BeKontakt stehen, legt und diese trennt. 55 festigen von Silberteilchen die auf dem Gebiet der
Durch den Vorgang der Adsorption an und zwi- Zahnheilkunde als »Silver Crown« bekannt sind, auf
sehen den Teilchen wird die normale Leitfähigkeit einem Polyäthylenfilm hergestellt. Diese Teilchen ent-
der elektrischen Strombahn vermindert, was ein ent- halten über 90 % reines Silber, haben eine im wesent-
sprechendes Ansteigen des ohmschen Widerstandes liehen einheitliche Größe von etwa 0,025 mm mitt-
zur Folge hat. 60 lerem Durchmesser und sind Körner von unregel-
Nach dem Verschwinden von Stoffen oder Sub- mäßiger Form, die bei normalen Temperaturen den
stanzen, für die das Element empfindlich ist, aus der meisten Gasen gegenüber weitgehend korrosions-
das Element umgebenden Atmosphäre wird das beständig sind. Der Polyäthylenfilm hatte eine Dicke
Adsorbat verdunsten oder von den Oberflächen der von. etwa 0,025 mm und war papierhinterlegt. Eine
Teilchen verschwinden, und das Element wird durch 65 dünne, ebene Lage von Silberteilchen wurde auf eine
die Wirkung des elastischen oberen Teils 12, auf der starre erhitzte Metallfläche gelegt, deren Temperatur
die Teilchen befestigt sind, wieder seinen in F i g. 6 etwa 204° C betrug. Ein etwa 9 mm breiter und etwa
gezeigten Normalzustand annehmen, bei dem sich 7,5 cm langer Streifen des papierhinterlegten Poly-
äthylenfilms wurde so auf die erhitzten Teilchen gelegt, daß das Polyäthylen die Teilchen direkt berührte. Der Streifen wurde mit einem Druck gegen die Teilchen gepreßt, der größer war als der notwendige Druck, um das Silber auf dem jetzt plastischen Polyäthylen zu befestigen. Sofort danach wurde der Streifen von der heißen Fläche entfernt und gekühlt, wodurch die Befestigung der Teilchen abgeschlossen wurde.
Aus diesem mit einer Deckschicht aus Metallteilchen versehenen Polyäthylenstreifen wurde ein Element E hergestellt, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Dieses Element war etwa 4,5 mm breit und zwischen den Elektroden 16,16 etwa 1,3 cm lang und auf eine Bakelitplatte geklebt. Die Bakelitplatte stellte dabei die nicht elastische Unterlage 10 des Elements dar.
Das so hergestellte Element wurde dann einer mit verschiedenen Gasen gesättigten Atmosphäre ausgesetzt. Mit der in F i g. 2 gezeigten Schaltung ergaben sich folgende Werte für die Widerstandsände- ao rung, die den Konstanten α und b der van der Waalsschen Zustandsgieichung für Gase
mit ρ dem Druck, F dem Molvolumen, R der Gaskonstanten, T der absoluten Temperatur in der folgenden Tabelle gegenübergestellt sind.
Gas
Wasser
Luft (Stickstoff)
Äthylalkohol ...
Azeton
Benzol
Tetrachlorkohlenstoff ..
Gesamte
Widerstandsänderung bei
Sättigung
Ohm
95,0
900,0
1 000,0
1 000 000,0
5 000 000,0
Van der Waalssche Konstanten
a cm6 Atm
0,01089 0,00268 0,02395 0,02774 0,03588
0,03892
cm·1
35
0,001362 0,001747 0,003753 0,004437 0,005150
0,006173
40
Es zeigte sich, daß die Widerstandsänderung gleichsinnig zu der van der Waalsschen Konstanten a ist. Das Glied a/V2 ist der Kohäsionsdruck und berücksichtigt die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen eines Gases. Das Glied b berücksichtigt das Eigenvolumen der Moleküle und wird Kovolumen genannt. Auch in Flüssigkeiten ändert sich der Widerstand des erfindungsgemäßen Fühlelements in gleicher Weise wie bei Gasen und Dämpfen.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Auf die Anwesenheit von Flüssigkeit, Dampf oder Gas mit einer Widerstandsänderung ansprechendes elektrisches Fühlelement mit einer elektrisch nicht leitfähigen Unterlage, die eine mit elektrischen Anschlüssen in Kontakt stehende elektrisch leitfähige Deckschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der obere Teil (12) der Unterlage (10) von einem elastisch nachgiebigen, nichtleitenden Material gebildet ist und daß die leitfähige Deckschicht (14) aus einer Vielzahl elektrisch leitfähiger und adsorptionsfähiger Teilchen (50) besteht, die einzeln, d. h. unabhängig voneinander, aber sich gegenseitig berührend, auf dem elastisch nachgiebigen Material derart verankert sind, daß die Teilchen unter der Wirkung der Adsorption von Flüssigkeit, Dampf oder Gas auseinanderbewegbar sind.
2. Elektrisches Fühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Teilchenabmessung zwischen 0,001 und etwa 1,25 mm liegt.
3. Elektrisches Fühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen auf dem nachgiebigen Material durch Kleben verankert sind.
4. Elektrisches Fühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen an dem nachgiebigen Material durch teilweises Einbetten in das Material verankert sind.
5. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Fühlelements nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch nachgiebige Material an der Oberfläche durch Erwärmen so weit erweicht wird, daß es klebrig geworden ist, dann die Teilchen in die klebrige Oberfläche gedrückt werden und dann das Material abgekühlt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DED34924A 1959-12-11 1960-12-10 Elektrisches Fuehlelement fuer Fluessigkeit, Dampf oder Gas sowie Verfahren zum Herstellen des Fuehlelementes Pending DE1294705B (de)

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