DE2010220A1 - Kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement - Google Patents

Description

Kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Feuchtigkeitsraeßelemeht zur Verwendung in einem Feuchtigkeitsregel- und/oder Feuchtigkeitsanzeigesystem.

Feuchtigkeitsmeßelemente der elektrisch kapazitiven Bauart sind empfindlich gegen den Feuchtigkeitsgehalt der Luft und sprechen in Form einer Änderung in der Kapazität auf Schwankungen in der Feuchtigkeit an. Die US-Patentschrift 3 350941 bezieht sich auf ein kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement mit einem feuchtigkeitsunempfindliehen, nichtmetallischen Kern mit hohem elektrischem Widerstand und niedriger Dielektrizitätskonstante. Dünne Schichten oder Überzüge aus dielektrischem, feuchtigkeitsempfindlichem Material werden gegen sich gegenüberliegende Oberflächen des Kernes gebunden und eine poröse Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kohlenstoff,

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Ruß, wird auf die Außenoberfläche jeder der feuchtigkeitsempfindlichen Schichten aufgebracht. Die poröse Natur des elektrisch leitfähigen Materials ermöglicht es, daß Wasserdampf eindringt und auf die feuchtigkeitsempfindlichen Schichten diffundiert. Bei einem Element, wie es in der genannten Patentschrift gezeigt ist, sorgen Änderungen in der relativen Feuchtigkeit für eine Änderung in der Kapazität, die in ein Signal umgewandelt werden kann, welches die relative Feuchtigkeit anzeigt oder ein Feuchtigkeitsregeleystem betätigt.

Sie Erfindung ist auf eine weitere Entwicklung des kapazitiven Feuchtigkeitsmessenden Elementes nach der US-Fatentschrift 3 350 941 gerichtet. Erfindungsgemäß umfaßt das Element einen feuchtigkeitsempfindlichen dielektrischen Kern, und Elektrodenschichten sind integral g« an gegenüberliegende Oberflächen des Kerns gebunden. Jede Elektrodenschicht besteht aus einer Matrix eines dielektrischen feuchtigkeitsdurchlässigen Materials; und eine Vielzahl untereinander verbundener elektrisch leitfähiger Partikel, beispielsweise aus graphitiertem Kohlenstoff, sind innerhalb der Elektrodenschichten dispergiert.

Das Element ist innerhalb der zentralen Öffnung in einem Rahmen abgestützt und der Rahmen umfaßt ein Paar elektrisch leitfähiger Ringe, von denen ein jeder in elektrischem Kontakt mit einer Elektrodenschicht steht und so ausgebildet ist, daß er in einen elektrischen Kreiß eingeschaltet werden kann. Wenigstens eine der Elektrodenschiehten ist völlig der zu messenden Umgebung ausgesetzt.

Mit dem Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung sorgen Änderungen in der relativen Feuchte für Änderungen in der Kapazität des Elementes und dies kann in ein Signal umgewandelt

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werden, um die relative Feuchte direkt anzuzeigen oder ein Feuchtigkeitsregelsystem zu betätigen.

Das FEuchtigkeitameßelement nach der Erfindung ist relativ einfach in der Herstellung und in den Kosten niedrig.

Aufgrund der Tatsache, daß die elektrisch leitfähigen Partikel in die äußeren Schichten eingebettet sind, sind die Elektrodenschichten stabiler, da die Partikel nicht zufällig Tom Element abgerieben oder verdrängt werden können.

Als weiteren Nachteil hat das Element einen relativ niedrigen elektrischen Widerstand, welcher von Element zu Element reproduzierbar ist«

Das Element nach der Erfindung ist ein annähernd rein kapazitives Element, welches in beachtlicher Weise den mit Verlust behafteten Effekt bei bekannten Arten kapazitiver feuchtigkeit anessender Elemente reduziert. Das Element gibt eine schnelle und genaue Anzeige der FEuchtigkeit im Bereich von 5 bis 95 # relativer FEuchte und das Element wird auch durch extreme Feuchten nicht beschädigt.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen sich nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine Draufsicht auf das kapazitive Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung ist;

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- 4 Pig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein elektrischer Kreis und zeigt die typische Art, in der das Element ein Feuchtigkeitsanzeigesystem einschaltbar ist;

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 2, zeigt jedoch eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ist ein vergrößerter Teilschnitt und zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung, wo das Feuchtigkeitsmeßelement hydrolisierte Oberflächenschichten aufweist und

Fig. 6 ist eine.Draufsicht zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des Elementes.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement 1, welches in einem ringförmigen, elektrisch isolierenden Rahmen 2 abgestützt wird. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt der Rahmen 2 ein Paar innerer, elektrisch leitfähiger Ringe 31 die aus Kupfer oder dergleichen gebildet sind und in elektrischem Kontakt mit dem Element 1 stehen. Zuführungen 4 erstrecken sich durch den Rahmen 2 und sind mit den leitenden Ringen verbunden.

Erfindungsgemäß umfaßt das Element 1 einen blattartigen Kern aus dielektrischem Material, welches empfindlich gegen Feuchtigkeitsbedingungen ist und Elektrodenschichten 6 sind integral an'giJSnüberstehende Flächen des Kernes 5 gebunden. Jede Elektrodenschicht umfaßt eine Matrix aus einem dielektrischen, feuchtigkeitsdurchlässigen Material 7 und eine Vielzahl untereinander verbundener, elektrisch leitead«pfähiger Partikel

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8 sind innerhalb der Matrix 7 dispergiert. Kern 5 und Matrix 7 sind fähig, wenigstens 1 $ - bezogen auf das Trockengewicht - der FEuchtigkeit zu absorbieren, wenn sie einer relativen Feuchte .von 95 $> bei 21° C (70° P) während einer Periode von einer halben Stunde ausgesetzt sind, wobei das zu messende Trockengewicht bei weniger als 5 i° Feuchte bei 21° C (70° F) liegt.

Zusätzlich sollten Kern 5 und Matrix 7 eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 10 haben, die im allgemeinen im Bereich von 1,1 bis 8 bei relativen Feuchten von 5 % und weniger liegen sollte, und Kern 5 und Matrix 7 sollten bei einer relativen Feuchte von 80 fo eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens dem 1,5-fachen der Dielektrizitätskonstante des trockenen Materials aufweisen.

Kern 5 und Matrix 7 sollten einen hohen elektrischen spezifischen Widerstand ob
(1 χ 10^ Ohm inches).

fischen Widerstand oberhalb 2,5 x 10 Ohmcm aufweisen.

In den meisten Fällen wird die Matrix -7 der Elektrodenschichten 6 aus Materialien geformt sein, die die gleiche Feuchtigkeitsempfindlichkeit wie die Materialien des Kerns aufweisen, in einigen Fällen jedoch kann die Matrix 7 mehr feuchteempfindlich als der Kern oder weniger feuchteempfindlich als der Kern sein. Insbesondere können Kern 5 und Matrix 7 der Elektrodenschichten 6 aus Materialien, wie Zelluloseester zusammengesetzt sein, wobei die Ester-bildenden Säuren bis zu 20 Kohlenstoffatomen, und vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoff atome enthalten, wie Zelluloseazetat, Zelluloseazetatbutyrat, Zelluloseazetatpropionat, Zelluloseazetatvalerat und Zellulosesuccinat; Zellulose, Äthylzellulose,.Methyl-Zellulose; Gelatine; Polyvinylalkohol; Polyacrylamid; PoIy-

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acrylsäure; Keratin; Collatin, Stärke und Stärkederivate; regeneriertes Protein, z. B. Kasein und Zein; und synthetische Polymerisate, wie Polyvinylpyrrolidon und Nylon.

Zusätzlich können-Kern 5 und Matrix 7 der Elektrodenschichten 6 aus vernetzten Materialien gebildet sein, wie z. B. in der ÜS-Patentschrift 3 461 723 des gleichen Erfinders beschrieben. Insbesondere wird das vernetzte Material gebildet durch die Reaktion einer Glueosid-Ketten enthaltenden Verbindung, wie Zellulosematerial und einem stabilisierenden Monomer oder einem Teilpolymer, welches in der Lage ist, mit den Hydroxylgruppen der Glycoside zu reagieren. Die Glycosid enthaltende Verbindung kann aus Zellulose oder Zelluloseester bestehen, wobei die Ester-bildenden Säuren bis zu 20 Kohlenstoffatome, und vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatomen enthalten. Spezifische Beispiele sind Zellulosenitrat, Zellulosetriacetat, Zellulosebutyrat, Zellulosepropionat, Zellulosesuccinat, Zellulosephthalat oder dergl. Zellulosemischester, wie Zelluloseacetatbutyrat, Zelluloseacetat propionat, Zelluloseäther, bei denen der Ester-bildende Alkohol bis zu 8 Kohlenstoffe enthält, wie Äthylzellulose, Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, und Hydroxybutylmethylzellulose können auch verwendet werden. Das stabilisierende Monomer oder Teilpolymer kann in der Form von Harnstofformaldehyd, Phenolformaldehyd, Melaminformaldehyd, Triazinformaldehyd, Hexamethoxymethylmelamin, Glyoxal, 2-Hydroxyadipaldehyd und dergl. vorliegen.

Die elektrisch leitfähigen Partikel 8 können aus irgendeinem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kohlenstoff, Zink, Aluminium oder dergl. bestehen, vorzugsweise jedoch sind die Partikel 8 aus graphitiertem Kohlenstoff gebil et. Graphitierter Kohlenstoff ist eine einzigartige

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Form des Kohlenβtoffβ, der eine gleichförmige Oberfläche mit einer hohen Oberflächenausdehnung verbindet. Sie Kohlenstoff artikel werden graphitiert, indem in Abwesenheit von Luft bei Temperaturen oberhalb 2700° C und im allgemeinen im Bereich von 2700 - 3000° C erwärmt wird. Während des Graphitierungsverfahrens nehmen die Kristallitabmessungen zu und die mittlere Zwischensichichttrennung nimmt ab. In den meisten Fällen behalten die Kohlenstoffpartikel ihre turbostratische Natur bei, d. h. die Schichtebenen bleiben ungeordnet um die Noraalschicht orientiert. So ist die Kristallstruktur des graphitierten Kohlenstoffes nicht identisch mit der Graphitkristallstruktur, wo die Schichtebenen spezifisch um die Schicht normal zueinander orientiert sind.

Graphitierter Kohlenstoff ist hydrophob, was bedeutet, daß er weniger als 4 Gew.# Wasser bei 25,6° C (78° F) adsorbiert und/oder absorbiert, bei relativ feuchten Änderungen zwischen 0 und 90 56 und adsorbiert, vorzugsweise weniger als 1 % Wasser unter diesen Bedingungen. Der graphitierte Kohlenstoff kann in einer Menge bis zu 75 i° und allgemein im Bereich zwischen 25 und 60 Gew.# der Elektroden schicht en 6 vorhanden sein.

Die Dicke des Kerns hat eine Beziehung zur Dicke der ELektrodensehichten. Der Kern 5 hat im allgemeinen eine Dicke von weniger als 0,005 cm (0,002 Zoll) und jede ELetrodenschicht sollte wenigstens 5 i° der Gesamtdicke der Verbund struktur ausmachen und jede Elektrodenschicht sollte vorzugsweise zwischen 10 und 40 # der Dicke der Verbundstruktur abhängig von der Empfindlichkeit, Ansprechzeit und dem im Element erforderlichen Widerstand aufweisen.

Der Kern 5 und die Elektrodenschichten 6 sind aneinander über ihre Gesamterstreckung gebunden und verschiedene Verfahren

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können angewendet werden, um die Bindung zwischen den Elementen zu schaffen. Beispielsweise können die Elektrodenschichten 6 aufgebracht werden, indem der Kern 5 in einer Lösungsmittellösung der Matrix 7, welche die Partikel 8 enthält, überzogen wird und anschließend das Lösungsmittel verdampft wird; oder die Elektrodenschichten 6 können an den Kern 5 durch Verwendung von Hilfsklebstoffen gebunden werden.

Wie Fig. 2 am besten erkennen läßt, ist eine der Elektrodenschichten völlig der zu messenden Umgebund ausgesetzt und ist selbst nicht gegen den Rahmen verklemmt. Nach Fig. 2 ist der Umfang der Elektrodenschicht, der die gleiche Erstreckung wie die Öffnung im Rahmen 2 hat, mit einem elektrisch leitfähigen Überzug 9» beispielsweise einem Silberauftrag, auf einem der leitfähigen Ringe 3 auf dem Rahmen. Die Elektrodenschicht 6 auf der gegenüberliegenden Fläche des Kernes 5 jedoch hat die gleiche Erstreckung wie der Kern und verläuft mit dem Kern zwischen den Abschnitten 10 des Rahmens 2. Ein elektrisch leitfähiger Überzug 11, z. B. ein Silberauftrag, kann auf die Verbindung zwischen der Elektrodenschicht und dem anderen Ring 3 aufgebracht sein. Die Rahmenabschnitte 10 können mit Klemmen, Befestigungseinrichtungen oder Klebmittelnmiteinander verbunden sein oder alternativ, wenn die Rahmenabschnitte aus in Lösungsmittel schmelzenden Materialien bestehen, kann ein Lösungsmittel auf den Außenumfang der Rahmenabschnitte und auf die freiliegenden Umfangsränder des Kerns und der Elektrodenschicht 6 aufgebracht werden, um einen Teil der Oberfläche aufzulösen und bei Verdampfung des Lösungsmittels entsteht eine feste Bindung zwischen den Elementen.

Es ist notwendig, daß wenigstens eine der Elektrodenschichten

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völlig gegen die zu messende Umgebung, wie in Pig. 2 dargestellt, frei liegt. Ist das'Element so konstruiert, daß beide Elektrodensehichten 6 sieh zwischen und in Kontakt mit den nicht-leitenden Rahmenabschnitten 10 erstrecken, so sorgt eine Änderung in der relativen Feuchte für ein relativ langsames Ansprechen des Elementes aufgrund der niedrigen Übertragung von Feuchte durch den Film zwischen den nichtleitenden Rahmenabsehnitten. Es ist daher wichtig, daß wenigstens eine der Elektrodenschichten völlig gegen die zu messende Umgebung freiliegt."

Bei dem in den Figuren 1, 2 dargestellten Element dringt die Feuchte in der Atmosphäre durch die Elektrodenschichten 6 und wird innerhalb des feuchteempfindlichen Kerns 5 absorbiert. Eine Absorption der Feuchte im Kern sorgt für eine Änderung in der Kapazität im Element.

Das feuchtemessende Element kann in einen Wechselstrom- oder Brückenkreis oder einen Ladungszeitkreis eingebaut sein _f der die Kapazität mißt und diese in ein elektrisches Signal umformt, welches dann auf einer Ablesevorrichtung abgelesen oder verwendet werden kann, um ein Feuehtigkeitsregelsystem zu betätigen. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das Feuchtigkeitsmeßelement 1 parallel zu einem Kondensator 12 in einem Zweig einer modifizierten Wien-Brücke gelegt und der Ausgang der Brücke ist über einen Verstärker 13 an ein Meßgerät 14 angeschlossen, welches so kalibriert ist, daß die relative Feuchte angezeigt wird.

Fig. 4 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die beiden Elektrodenschichten 6 völlig gegen die zu messende Umgebung· frei liegen. In diesem Fall erstreckt sich nur der Kern 5 zwischen den Abschnitten 10 des Rahmens

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und der Umfang jeder Elektrodenschicht endet in der Nähe des leitfähigen Ringes 3. Wie im Falle der ersten Ausführungsform ist eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Silberauftrag, auf die Verbindung zwischen jeder Schicht 6 und dem Ring 3 gegeben, um eine positive elektrische Verbindung zwischen den Elementen hervorzurufen.

Die Empfindlichkeit gegen Feuchte und die Anspreehgeschwindigkeit des kapazitiven, die Feuchtigkeit messenden Elementes kann gesteigert werden, indem die Außenfläche der Matrix 7 der Elektrodenschicht 6, wie in Fig. 5 gezeigt, hydrolysiert wird, um eine hydrolysierte Schicht 15 zu schaffen. Ist die Matrix 7 aus einem Zelluloseester gebildet, so kann die Außenfläche an regenerierte Zellulose hydrolysiert sein, um die Empfindlichkeit gegen Feuchte und die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Zelluloseestermatrix 7 kann dem Einfluß entweder eines alkalinen oder sauren Mediums ausgesetzt sein, um im wesentlichen sämtliche der Säurereste oder Säureradikale auf der Oberfläche zu hydrolysieren und hierdurch den regenerierten Zellulosefilm zu erhalten, der eine maximale Feuchtigkeitsempfindlichkeit schafft. Die Hydrolyse kann erreicht werden, indem das Element in ein alkalines oder saures Bad getaucht wird und es in diesem Bad über eine zeitliche Periode gehalten wird, die ausreicht, um die Säuregrappen auf der Oberfläche der Matrix 7 »u hydrolysieren. Alkaline Materialien, die für die Hydrolyse verwendet werden können, sind wäßrige oder alkoholische Lösungen von Alkalimetallbasen, wie Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder Lithiumhydroxyd. Alternativ können auch alkoholische Lösungen starker organischer Basen, wie Tetramethylguanidin, Triäthylamin, Bentyltrimethylammoniumhydroxyd, für die Hydrolyse verwendet werden.

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Heiße alkalische Lösungen werden bevorzugt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu steigern. Sie Kontakt- oder Eintauchzeit in der alkalinen Lösung hängt von den verwendeten Materialien, der Temperatur und den Stärken der Lösung ab. Die wirksamsten Reaktionsbedingungen erhielt man, wenn man das Element in eine 40 #ige Natriumhydroxydlösung von 110° C (230° F) über eine Periode von 1 bis 4 Minuten abhängig von der gewünschten Schichtdicke tauchte.

Nach der Hydrolyse wird das Element vorzugsweise in Wasser gewaschen, um den alkalinen Rest zu entfernen oder zu verdünnen.

Lösungen von Mineralsäuren, wie Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure, können auch verwendet werden, um die hydrolysierte Oberflächenschic-ht 15 zu bilden. Die Verwendung alkaliner Materialien sorgt für eine schnellere Hydrolyse; diese werden daher bevorzugt.

Die Hydrolysebehandlung kann auch angewendet werden, um eine vergrößerte Feuchtigkeitsempfindlichkeit für eine aus anderen Materialien bestehende Matrix, beispielsweise ein Mischpolymerisat des Vinylenkarbonats und Vinylacetats zu schaffen.

Das Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung ist ein annähernd rein kapazitives Element, welches normalerweise 0,1 bis 2 i» Kapazitätsänderung bei einer 1 ^-igen Änderung in der relativen Feuchte bei Temperaturen im Bereich von 4° C bis 93° C liefert (40° F - 200° F). Die Kapazitätsänderung kann durch Änderung der Materialien variiert werden und es ist möglich, eine Einheit so auszulegen, daß sie eine kleinere Kapazitätsänderung als der oben angegebene Bereich aufweist, wobei in diesem Fall die kleinere Änderung verstärkt werden

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- 12 kann, um das gewünschte elektrische Signal zu liefern.

Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung des Feuchtigkei-tsmeßelementes nach der Erfindung, ohne die Erfindung zu begrenzen.

Beispiel 1

Eine Lösung für eine Elektrodenschicht wurde unter Vermischung der folgenden Bestandteile hergestellt:

7,5 g Zelluloseacetatbutyrat (17 ^ gebundenes Butyryl) 7,5 g Graphon (graphitierter Kohlenstoff) g Äthylendichlorid

Eine Lösungsmittellösung des dielektrischen Kerns wurde hergestellt, indem die folgenden Materialien gemischt wurden:

5,0 g Zelluloseacetatbutyrat (26 # gebundenes Butyryl) 95,0 g Äthylendichlorid.

Ein Film der Elektrodenschichtlösung wurde auf eine saubere Glasplatte mit einer verstellbaren Abstreicherschiene aufgegossen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde die Oberfläche der Elektrodenschicht sandgestrahlt, bis sie glatt war. Ein Film der Kernschichtlösung wurde dann über die erste Elektrodenschicht mit einer einstellbaren Abstreicherschiene gegossen und das Lösungsmittel von der Kernschichtlösung verdampft.

Ein Streifen Mylarband mit einem Siliconhaftmittel auf einer Seite mit im Abstand angeordneten gestanzten Löchern wurde über die dielektrische Kernschicht auf der Glasplatte ange-

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ordnet, wobei die Löcher im Band die Bereiche der zweiten zu gießenden Elektrodenschicht "bildeten.

Ein PiIm der Elektrodenschiehtlösung wurde dann über das Mylarband gegossen und drang in die Löcher ein.

Das Mylarband wurde sofort von dem Verbundfilm entfernt, nachdem die zweite Elektrodenschichtlösung gegossen wurde. Das Lösungsmittel von der zweiten Elektrodenschichtlösung wurde , dann verdampft. Das Auftreten des Dreischichtfilmes auf der Glasplatte nach Entfernung des Mylarbandes ist in Fig. 6 dargestellt. .

Eine Reihe von Proben wurden dann aus dem Dreischichtfilm längs der gestrichelten Linien in Fig. 6 ausgeschnitten.

Jede der entstandenen DreischichtfilmanOrdnungen wurde dann zwischen die Isolierrahmenabschnitte 10 entweder durch mechanische Befestigungseinrichtungen oder Lösungsmittelbindung angebracht und ein Silberauftrag wurde auf die Verbindung zwischen den Kupferringen 3 und den Elektrödenschichten aufgetragen.

Beispiel 2

Eine vernetzbare dielektrische Kernlösung wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile vermischt wurden;

6,20 g Zelluloseaeetatbutyrat (26 fo gebundenes Butyryl) , 1,55 g Harnstoffformaldehydmonomer 0,65 g n-Butylalkohol
0,53 g Äthylalkohol
0,15 g p-Toluolsulfonsäure
1,60 g Triäthylamin -

89,32 g Äthylendichlorid

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Eine Elektrodenschichtlösung wurde vorbereitet, indem die folgenden Bestandteile vermischt wurden:

7,50 g Zelluloseacetatbutyrat (17 $> gebundenes Butyryl) 6,00 g Graphon (graphitierter Kohlenstoff) 130,00 g Äthylendichlorid

Die Elektrodenschicht wurde dann als Film auf eine saubere Glasplatte mit einer verstellbaren Abstreicherschiene aufgegossen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde die ™ dielektrische Kernschicht als Film über die getrockßte erste Elektrodenschicht gegossen. Man ließ die Lösungsmittel vom Film verdampfen und die Kernschicht wurde durch Erwärmen des Films auf der Glasplatte auf eine Temperatur von 177° C 15 Minuten lang vernetzt.

Nach der Kühlung wurde eine zweite dielektrische Kernschicht als Film über die erste vernetzte Kernschicht gegossen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde eine Reihe von Stanzlöchern enthaltendes Mylarband ähnlich wie in Beispiel I beschrieben, über die zweite nicht vernetzte dielektrische Kernschicht angeordnet. Eine zweite Elektrodenschicht wurde dann als Film über das Mylarband gegossen und drang in die Löcher innerhalb des Bandes ein. Das Band wurde unmittelbar entfernt, es wurde nur der Teil der Elektrodenslchichtlösung zurückgelassen, der durch die Löcher des Bandes drang.

Die Verbundstruktur wurde dann auf eine Temperatur von 177° C (350° G) 15 Minuten lang erwärmt, um die Materialien der zweiten Kernschicht zu vernetzen. Die dielektrische Kernschicht wurde in zwei Schichten hergestellt, um die Kohlenstoff partikel daran zu hindern, durch die Kernschic-ht zu wandern.

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201G220

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden Proben dann aus der Verbundstruktur längs der gestrichelten, in Pig. 6 gezeigten Linien geschnitten.

Die Verbundfilme, die von der Glasplatte freigegeben wurden, indem kaltes Wasser über die Filme geleitet wurde, wurden dann hydrolysiert, indem sie eine Minute lang in eine wäßrige 40 i" Natriumhydroxyd enthaltende Lösung getaucht wurden. Nach der Hydrolysebehandlung wurden die Elemente in Wasser abgewaschen und getrocknet. Jeder Film wurde dann zwischen zwei isolierten Abschnitten 10 des Rahmens 2 montiert und eine Silberauftragsschicht zwischen die Verbindung der Kupferringe 3 auf dem Rahmen und jeder Elektroden schicht 6 des Elementes aufgetragen.

Die mittlere Kapazität der Elemente bei 5 % relativer Feuchte und 27° C (80° F) lag bei 1,0 Millimikrofarad. Die Steigerung der relativen Feuchte auf 95 $ sorgte für einen etwa linearen Anstieg in der Kapazität bei einem. Wert von 0,006 Millimikrofarad/1 # relative Feuchte.

Patentansprüche:

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Claims (13)

1. - 16 Patentansprüche :

   Kapazitives, synthetisches feuchtigkeitsmessendes Element, gekennzeichnet durch einen blatt- oder bahnartigen Kern (5) aus einem dielektrischen feuchtigkeitsempfindlichen Material; einer dielektrischen Außenschicht (6), die an jede Oberfläche des Kerns gebunden ist und gegen die durchgehende Diffusion von Wasserdampf porös ist; und durch eine Vielzahl untereinander verbundener elektrisch leitfähiger Partikel (8), die innerhalb jeder Außenschicht (6) verteilt sind, wobei die elektrisch leitfähigen Partikel (8) jeder Außenschicht (6) so ausgebildet sind, daß sie in einen elektrischen Kreis einschaltbar sind, wobei Wasserdampf von der Atmosphäre durch diese Außenschichten eindringt und in diesem Kern absorbiert wird, wodurch die Kapazität des Elementes (1) variiert wird.
2. 2. Feuchtigkeitsmessendes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (5) fähig ist, wenigstens 1 $ - basierend auf dem Trockengewicht an Feuchtigkeit zu absorbieren, wenn er einer 95 $-igen relativen Feuchte bei 21° C (70° F) für eine Dauer von 30 Minuten ausgesetzt ist.
3. 3. Feuchtigkeitsmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß diese 6lektris-6h leitfähigen Partikel graphitierten Kohlenstoff umfassen.
4. 4. Feuchtigkeitsmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der Kern wie die Außenschichten aus organischen Materialien gebildet sind.

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5. 5. Feuchtigkeitsmeßelement nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl Kern wie Außen schicht en aus Zellulos'eestern gebildet sind.
6. 6. Feuchtigkeitsmeßelement nach Anspruch 1, dadurch

   g e k e η η ζ e i c h η e t , daß dieses Element 0,1 fo Ms 2,0 % Kapazitätsänderung bei 1$ Änderung in der relativen Feuchte bei Temperaturen im Bereich zwischen 4,4 und 93° C aufweist (40° F - 200° F).
7. 7. Feuchtigkeitsmeßelement nach Anspruch 1, dadurch

   g e k e η η ζ e i c h η et , daß wenigstens eine dieser Außenschichten (6) aus einem Zelluloseester gebildet ist, und daß dieses Element (1) einen hydrolysierten Film aus Zellulose umfaßt, der auf der Außenfläche dieser Außenschicht (6) angeordnet ist.
8. 8. Feuchtigkeitsmeßanordnu^g, gekennzeichn et durch einen elektrisch isolierenden Rahmen mit einer Öffnung hierin; ein schwer über die Öffnung sich erstreckendes kapazitives, synthetisches feuchtigkeitsmessendes Element, (1), wobei dieses Element einen blattartigen Kern (5) aus einem dielektrischen Material mit einer relativen Empfindlichkeit gegen Feuchte aufweist' und dieses Element (1) eine an Jede Oberfläche des Kerns (5) gebundene Elektrodenschicht (6) aufweist, wobei jede Elektrodenschicht (6) eine-feuchtigkeitsdurchlässige dielektrische Matrix (7) umfaßt und eine Vielzahl miteinander verbundener elektrisch leitfähiger Partikel (8) innerhalb der Matrix (7) dispergiert sind, wobei eine erste der Elektrodenschichten sich allein innerhalb der Öffnung des Rahmens erstreckt;^sund durch Einrichtungen zur Befestigung des Elements am Rahmens; und durch Einrichtungen, durch die

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   die Elektrodenschichten (6) in einen elektrischen Kreis eingeschaltet sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennz eichnet, daß dgr Rahmen (2) in der Gestalt im wesentlichen ringförmig ist und eine zentrale Öffnung aufweist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennz eic hn e t , daß der Umfang dieser ersten Elektrodenschicht in der Nähe der Innenoberfläche des Ringrahmens (2) endet.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Paar auf der Innenfläche des Rahmens (2) angeordneter leitfähiger Ringe (3)» wobei die elektrisch leitfähigen Partikel (8) jeder Elektrodenschicht (6) mit einem dieser Ringe verbunden sind.
12. 12„ Anordnung nach Anspitch 11, gekennzeichnet durch einen Überzug aus einem elektrisch leitfähigen Material, welcher jeden Ring (3) mit den Partikeln (8) der Elektrodenschichten (6) verbindet.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß diese Partikel aus graphiertem Kohlenstoff bestehen, der fähig ist, weniger als 4 Gew.# Wasser bei 25,6° C (78° P) bei relativen Feuchteänderungen zwischen 0 $ und 90$ zu adsorbieren und/oder absorbieren.

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    14· Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß sowohl Kern (5) wie Matrix (7) eine Dielektri zitätskonstante im Bereich von 1,1 bis 10 sowie einen
    hohen elektrischen spezifischen Widerstand oberhalb 2,5
    χ IO Ohm cm (1 χ 10 0hm inches) aufweisen.

    15· Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn ζ ei chn e t , daß dieser Kern fähig ist, wenigstens 1 % - basierend auf dem Trockengewicht - Feuchte zu absorbieren, wenn er einer relativen Feuchte von 85 i» bei 21° C (70° F) für eine Dauer von 30 Minuten .ausgesetzt wird.

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