DE2010220B2

DE2010220B2 - Kapazitives synthetisches Feuchtigkeitsmeßelement

Info

Publication number: DE2010220B2
Application number: DE2010220A
Authority: DE
Inventors: Paul Edward Burlington Wis. Thoma (V.St.A.)
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: Johnson Service Co
Priority date: 1969-03-06
Filing date: 1970-03-04
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2010220A1; FR2034689A1; US3582728A; FR2034689B1; DE2010220C3; GB1297014A

Description

2. Feuchtigkeitsmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) mindestens I % Feuchtigkeit, bezogen auf sein Trockengewicht, aufnehmen kann, wenn er während einer Zeitdauer von 30 Minuten einer relativen Feuchtigkeit von 95% bei einer Temperatur von 21 C ausgesetzt ist.

3. Feuchtigkeitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Partikeln (8) aus graphiertem Kohlenstoff bestehen.

4. Feuchtigkeitsnießelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Kern (5) als auch die Außenschichten (6) aus Zelluloseestern gebildet sind.

5. Feuchtigkeitsmeßelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Außenschichten (6) aus einem Zelluloseester gebildet ist und an der äußeren Oberfläche dieser Außenschicht (6) ein hydrolisierter Film (15) aus Zellulose aufgebracht ist.

6. Feuchtigkeitsmeßelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln (8) aus grafitiertem Kohlenstoff bestehen, der weniger als 4 Gewichtsprozent Wasser bei /5,6 C bei relativen Feuchteü..uerungen zwischen 0 ind 90% adsorbieren und oder absorbieren kann.

Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives synthetisches Feuchtigkeitsmeßelement zur Verwendung in einem Feuchtigkeitsregel- und/oder Feuchtigkeitsan?eiges\ stern.

Feuchtigkeitsmeßelemente der elektrisch kapazitiver. Bauart sind empfindlich gegen den Feuchtigkeitsgehalt der Luft und sprechen in Form einer Änderung in der Kapazität auf Schwankungen in der Feuchtigkeit an. Die USA.-Patentschrift 3 350 941 bezieht sich auf ein kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement mit einem feuchtigkeitsunempfindlichen, nichtmetallischen Kern mit hohem elektrischen Widerstand und niedriger Dielektrizitätskonstante. Dünne Schichten oder Überzüge aus dielektrischem, feuchtigkeitsunempfindlichem Material werden gegen sich gegenüberliegende Oberflächen des Kernes gebunden und eine poröse Schicht aus einem elektrisch leiuühigcm Material, beispielsweise Kohlenstoff, 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 Feuchtigkeitsregelsystem betätigt.

ίο Bei dem oekannten Feuchtigkeitsmeßelement nach der USA.-Patentschrift 3 350 941 besteht der Kern aus einem feuchtigkeitsunempfindlichen, dielektrischen, mit hohem elektrischen Widerstand versehenen Material. Auf den Außenothichten 3 ist jeweils eine poröse Schicht 6 aus einem elektrisch leitenden, feuchtigkeitsdurchlässigen Material aufgebracht. Die Gefahr von Beschädigungen der porösen Schicht 6 ist besonders deshalb kaum zu vermeiden, weil mindestens eine der porösen Schichten 6 vollständig der Umgebungsluft ausgesetzt werden muß, damit unverfälschte Meßergebnisse erzielt werden können. Ebensowenig wie man die Partikeln der porösen Schicht 6 miteinander und mit der Außenseite der Außenschichten verkleben kann, ist es daher möglich, die porösen Schichten 6 gegen mechanische Beanspruchung abzudecken. Darüber hinaus genügen bereits geringfügige Kratz- oder Stoßbeanspruchungen der porösen Schicht, um einen Teil der Partikeln zum Abbröckeln zu bringen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde. ein Feuchtigkeitsmeßelement so auszubilden, daß die außenliegenden Schichten gegen Beschädigungen durch Berührungen od. dgl. geschützt sind, ohne die Meßgenauigkeit zu vermindern und die Herstellung zu erschweren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Feuchtigkeitsmeßelement vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in jeder aus dielektrischem Material bestehenden Außenschicht eine Vielzahl miteinander verbundener, elektrisch leitender Partikeln verteilt und eingebettet sind. Der Kern ist zwecks Aufnahme des die wasserdampfdurchlässigen Aulknschichten durchdringenden, Kapazitälsänderungen bewirkenden Wasserdampfs aus einem wasserdampf absorbierenden Material ausgebildet.

Bei dieser Ausbildung des Feuchtigkeitsmeßelementes sind die Partikeln nicht mehr wie bisher auf die Außenschicht aufgebracht, sondern innerhalb derselben eingebettet. Die Einbettung und die Verteilung erfolgt so, daß die Partikeln miteinander verbunden sind. Dadurch ist es möglich, die Partikeln jeder Außenschicht als ganzes in einen elektrischen Kreis zu schalten. Der Kern besteht nicht mehr aus einem feuchtigkeitsunempfindlichen Material, sondern er bildet den feuchtigkeitsempfindlichen Teil des Elementes. Die 55 früher aus feuchtigkeitsempfindlicher, dielektrischer Masse gebildeten Auöenschichten sind nunmehr lediglich wasserdampfdurchlässig.

Die Erfindung betrifft daher ein kapazitives, synthetisches Feuchtigkeitsmeßelement mit einem aus 60 VVasserdampf absorbierenden Material bestehenden Kern an dessen beiden Seiten jeweils eine wasserdampfdurchlässige elektrisch leitende Außenschicht aufgebracht ist und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden Außenschichten (6) aus dielektrischem Material 65 bestehen, in die eine Vielzahl miteinander verbundener, elektrisch leitender Partikeln (8) eingebettet sind.

Auf Grund dieser Ausbildung ergibt sich vor allem der wesentliche Vorteil, daß die äußeren Schichten,

die der freien Einwirkung der Umgebungsluft auszu- Feuchte, und das Element wird auch durch extreme

setzen sind, nunmehr widerstandsfähig gegen Beschä- Feuchten nicht beschädigt.

digungen durch Berührungen od. dgl. sind. Die not- Beispielsweise Ausführungsformen der Ei findung

wendige Anschlußelektrode, die sich bei den bisher sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert

bekannten Feuchtigkeitsmeßelementen als sehr emp- 5 werden. Es zeigt

findlich erwiesen hat, ist in eine feuchtigkeitsdurch- Fig. 1 eine Draufsicht auf das kapazitive Feuchtiglässige dielektrische Außenschicht eingebet:;t. Wäh- keitsmeßelement nach der Erfindung,
rend man die Partikeln bisher in Form eines kostspie- Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 1, !igen Überzuges auf die äußeren Seiten der Außen- Fig. 3 eine elektrische Schaltung und die typische schichten mit äußerster Sorgfalt aufgebracht hat, um i° Art, in der das Element in ein Feuchtigkeitsanzeigebei völlig gleichmäßiger Verteilung sowohl ein An- system einschaltbar ist,

haften der Partikeln an der äußeren Grenzschicht der Fig. 4 eine modifizierte Ausführungsform der Er-

Außenschichten als auch eine gegenseitige Verbindung findung,

der Partikeln zu erreichen, vereinfacht sich die Her- Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt und eine modistellung des Feuchtigkeitsmeßelementes gemäß der 15 fizierte Ausführungsform der Erfindung, wo bei das erfindungsgemäßen Ausbildung, da die Einbettung Feuchtigkeitsmeßelement hydrolisierte Oberflächender Partikeln wesentlich einfacher erreicht werden schichten aufweist und

kann. Auch werden hierdurch die Herstellungskosten Fig. 6 eine Draufsicht zur Erläuterung des Verwesentlich gesenkt. Darüber hinaus entsteht ein relativ fahrens zur Herstellung des Elementes,
niedriger elektrischer Widerstand, der leicht reprodu- 20 Die Fig. 1 und 2 zeigen ein kapazitives Feuchtigzierbar ist, was für die Genauigkeit innerhalb einer keitsmeßelement i, welches ih einem ringförmigen, Massenfertigung von größter Bedeutung ist. Enischei- elektrisch isolierenden Rahmen 2 abgestützt wird. Wie dend bleibt jedoch der Vorteil, daß durch eine genaue am besten aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt der Rahmen 2 Fixierung der Partikeln durch Einbettung in den ein Paar innerer, elektrisch leitfähiger Ringe 3, die aus Außenschichten keine Veränderung der elektrischen 25 Kupfer od. dgl. gebildet sind und in elektrischem Eigenschaften des Feuchügkeitsmeßelementes durcii Kontakt mit dem Element 1 stehen. Zuführungen 4 Veränderungen der Anschlußelektrode auftreten kön- erstrecken sich durch den Rahmen 2 und sind mit den nen. leitenden Ringen verbunden.

Erfindungsgemäß umfaßt das Element einen feuch- Das Element I umfaßt einen blattartigen Kern 5 tigkeitsempfindlichen dielektrischen Kern, wobei Elek- 30 aus dielektrischem Material, welches empfindlich getrodenschichten an gegenüberliegende Oberfläche!· des gen Feuchtigkeitsbedingungen ist und Elektroden-Kerns gebunden sind. Jede Elektrodenschicht besteht schichten 6 die an sich gegenüberstehende Flächen des aus einer Matrix eines dielektrischen feuchtigkeits- Kernes 5 aufgebracht sind. Jede Elektrodenschicht durchlässigen Materials; und einer Vielzahl unterein- umfaßt eine Matrix aus einem dielektrischen, feuchtigander verbundener elektrisch leitfähiger Partikeln, 35 keitsdurchlässigen Material 7 und eine Vielzahl unlerbeispielsweise aus graphitiertem Kohlenstoff, die inner- einander verbundener, elektrisch leilfähiger Partikeln 8, halb der Elektrodenschichten dispergiert sind. die innerhalb der Matrix 7 dispergiert sind. Kern 5 und

Das Element ist innerhalb der zentralen Öffnung in Matrix 7 sind fähig, wenigstens 1 % — bezogen auf

einem Rahmen abgestützt und der Rahmen umfaßt das Trockengewicht—der Feuchtigkeit zu absorbieren,

ein Paar elektrisch leitfähiger Ringe, von denen ein 40 wenn sie einer relativen Feuchte von 95% bei 21 C

jeder in elektrischem Kontakt mit einer Elektroden- während einer Periode von einer halben Stunde aus-

schicht steht und so ausgebildet ist, daß er in einen gesetzt sind, wobei das zu messende Trockengewicht

elektrischen Kreis geschaltet werden kann. Wenigstens bei weniger als 5"„ Feuchte bei 21 C liegt,

eine der Elektrodenschichten ist völlig der zu messen- Zusätzlich sollten Kern 5 ind Matrix 7 eine Dielektri-

den Umgebung ausgesetzt. 45 zitätskonstante von weniger als 10 haben, die im

Mit dem FeuchtigkeitsmelJelement nach der Lrfin- allgemeinen im Bereich von 1,1 bis 8 bei relativen

dung sorgen Änderungen in der relativen Feuchte für Feuchten von 5ⁿ„ und weniger liegen sollte, und Kern

Änderungen in der Kapazität des Elementes, und dies 5 und Matrix 7 sollten bei einer relativen Feuchte von

kann in ein Signal umgewandelt werden, um die rela- 80°,, eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens dem

tive Feuchte direkt anzuzeigen oder ein Feuchtigkeits- 50 l,5fachen der Dielektrizitätskonstante des trockenen

regelsystem zu betätigen. Materials aufweisen.

Das Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung Kern 5 und Matrix 7 sollten einen hohen elektrischen

ist relativ einfach in der Herstellung und in den Kosten spezifischen Widerstand oberhalb 2,5 · 10° Ohm/cm

niedrig. aufweisen.

Auf Grund der Tatsache, daß die elektrisch leit- 55 In den meisten Fällen wird die Matrix 7 der Elektrofähigen Partikeln in die äußeren Schichten eingebettet denschichten 6 aus Materialien geformt sein, die die sind, sind die Eleklrodenschichten stabiler, da die gleiche Feuchtigkeitsempfindlichkeit wie die Materia-Partikeln nicht zufällig vom Element abgerieben oder lien des Kerns 5 aufweisen, in einigen Fällen jedoch verdrängt werden können. kann die Matrix 7 mehr feuchteempfindlich als der

Als weiteren Vorteil hat das Element einen relativ 60 Kern oder weniger feuchteempfindlich als der Kern

niedrigen elektrischen Widerstand, welcher von EIe- sein. Insbesondere können Kern 5 und Matrix 7 der

ment zu Element reproduzierbar ist. Elektrodenschichten 6 aus Materialien, wie Zellulose-

Das Element nach der Erfindung ist ein annähernd ester zusammengesetzt sein, wobei die Ester bildenden

rein kapazitives Element, welches in beachtlicher Weise Säuren bis zu 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise bis

den mit Verlust behafteten Effekt bei bekannten Arten 65 zu 6 Kohlenstoffatome enthalten, wie Zelluloseazetat,

kapazitiver feuchtigkeitsmessender Elemente reduziert. Zelluloseazetatbutyrat, Zelluloseazetatpropionat, ZeI-

Das Element gibt eine schnelle und genaue Anzeige luloseazetatvalerat und Zellulosesuccinat, Zellulose,

der Feuchtigkeit im Bereich von 5 bis 95% relativer Äthylzellulose, Methylzellulose, Gelatine, Polyvinyl-

2 O If r22O

alkohol, Polyacrylamid, Polyacrylsäure, Keratin, CoI-iäiin, 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 Elektrodenscliichten 6 aus vernetzten Materialien gebildet seih. Insbesondere wird das vernetzte Material gebildet durch die Reaktion einer GIucosid-Ketten enthaltenden ■"Verbindung, wie ZeHulösematerial und einem stabilisierenden" Münömer öder einem Teilpolymer, welches in der Lage ist, mit den Hydroxylgruppen der Glycoside zu reagieren. Die Glycosid enthallende Verbindung kann aus Zellulose oder Zelluloseester ^hesteh<.n, wobei die Ester bildenden Säuren bis 71·. 20 Kohlenstoffatome, vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatom^ enthalten. Spezifische Beispiele iind Zellulosenitrat, Zellulosetriacetat, Zellulosebutyrat, Zellulosepropionat, /ellulosesuccinal, Zellulosephthalat od. dgl. Zellulosemischester, wie Zelluloseacctatbutyrat, Zelluloseaceiatpropionat, Zelluloseäther, bei denen der Es>ier bildende Alkohol bis zu 8 Kohlenstoffe enthält, wie Äthylzellulose, Methylzellulope, Hydroxypropylmethylzellulose und Hydroxybutylmeihylzellulose können auch verwendet werden. Das stabilisierende Monomer oder Teilpolymer kann in de Form von Harnstoffformaldch >d, Phcnolformaldehyd, Melaminformaldehyd, Triazinformaldehyd, HeNiimethoxymetii>'melamin. Glyoxal, 2-Hydroxyadipaldchyd u. dgi. vorliegen.

Die elektrisch leitfähigen Partikeln 8 können aus irgendeinem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kohlenstoff, Zink, Aluminium *d. dgl. bestehen, vorzugsweise iedoJ, sind die Pa.;ikdn 8 aus ivnphitieitem Kohlenstoff jubildel. Graphit;rrter Kohlenstoff ist eine Form des Kohlenstur, der eine gleichförmige Oberfläche mit einer hohen Oberflächenausdehnung verbindet. Die Ko!ilen--toffpartikeln werden graphitiert, indem diese in Abwesenheit von Luft bei Temperaturen oberhalb 2700 C und im allgemeinen im Bereich von 2700 hi*; WOO C erwärmt werden. Während des Graphitierungs- '!ahrens nehmen die Kristallitabmessungen zu und die mittlere Zwischenschichttrennung nimmt ab. In den meisten Fällen behalten die Kohlenstolfpartikeln ihre turbostratische Natur bei, d. h. die Schichtebenen bleiben ungeordnet um die Normalschicht orientiert. So ist die Kristallstruktur des graphitierte!! 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 Gewichtsprozent Wasser bei 25,6 C und relativen Feuchteänderungen zwischen 0 und 90% adsorbiert und oder absorbiert, vorzugsweise weniger als 1 ^a„ Wasser unter diesen Bedingungen. Der graphitierte Kohlenstoff kann in einer Menge bis zu 75°,, und allgemein im Bereich zwischen 25 und 60 Gewichtsprozent der Elektrodenschichten 6 vorhanden sein.

Die Dicke des Kerns hat eine Beziehung zur Dicke der Elektrodenschichten. Der Kern 5 hat im allgemeinen eine Dicke von weniger als 0,005 cm, und jede Flektrodenschicht 6 sollte wenigstens 5°„ der Gesamtdicke der Verbundstruktur ausmachen, und jede Elektrodcnschichl sollte vorzugsweise zwischen !0 und 40",, der Dicke der Verbundstruktur abhängig von der Empfindlichkeit, Ansprechzeit und dem im Element erforderlichen Widerstand aufweisen.

Der Kern 5 und die EiektrQdenschichten 6 sind an einander über ihre Gesamterstreckung gebunden unc verschiedene Verfahreil können arigesvehdet werden um die Bindung zwischen den Elementen zu schaffen Beispielsweise können die Elektrqdcnschichten 6 auf gebracht werden, indem der Kern 5 mit einer Lösungs rriittelfösung der Matrix 7, weiche die Partikeln 8 ent hält, überzogen und anschließend das Lösungsmitte verdampft wird, oder die Elektrodenschichten 6 konusiien an den Kern 5 durch Verwendung von Hilfsklebstoffen gebunden werden.

Wie Fig. 2 am besten erkennen läßt, ist eine dei Elektrodenschichten völlig der zu messenden Umgebung ausgesetzt und selbst nicht jCgen den Rahmei verklemmt. Nach Fig. 2 ist der Umfang der Elektrodenschicht, der die gleiche Erstreckung wie die Öffnuni im Rpliinen 2 hat, mil einem elektrisch leilfähiger Überzug 9, beispielsweise einem Silberauftrag, au] einem der leitfähigen Ringe 3 verbunden. Die Eleklrodenschicht 6 auf der gegenüberliegenden Fläche de; Kernes 5 jedoch hat die gleiche Erstreckung wie dei Kern und verläuft mit dem Kern zwischen den Abschnitten 10 des Rahmens 2. Ein elektrisch leitfähipct Überzug 11, /. B. ein Silberauftrag, kann auf die Vcrbiiidung zwischen der Elektrodenschicht und dem anderen Ring 3 aufgebracht sein. Die Rahmenahschniue 10 können mit Klemmen, Befestigunüscmnehtungen oder Klebmitteln miteinander verbunden sein Eis ist notwendig, daß wenigstens eine <ior ! vl:n>dcnschichten 6 völlig gegen die zu π^ν,ακί». l-mgebung, wie in Fig. 2 dargestellt, Uc t:ciit Ist das Element so konstruiert, daß beide I ^l ,rodenschichten 6 »ich zwischen und in Kontakt :,"t den niclvleitenden Rahmenabschnilten 10 erstrecken, so sorgt eine Änderung in der relativen Feuchte fur ein relativ langsames Ansprechen des Elementes auf Grund der niedrigen Übertragung von Feuchte durch den Film zwischen den nichtleitenden P.iihiiicn.ibsLhnitten. Is ist daher wichtig, daß wenigstens eine der Elektrodenschichten völlig gegen die zu messende Llmgcbunp frei liegt.

Bei dem in den Fig. 1.2 dargesielltcn Element drin;:: die Feuchte in der Atmosphäre durch die Elektrodenschichten 6 und wird innerhalb des feuchtecmpfiii.! liehen Kerns 5 absorbiert. Fine Absorption der I euch' im Kern sorgt für eine Änderung in der Kap.i/" im Element.

Das feuchtemessende Element kann in eine Sih.n tung eingebaut sein, die die Kapazität mißt unJ die-. in ein elektrisches Signal umformt, welches dann .{<· einer Ablesevorrichtung abgelesen oder verwendet werden kann, um ein Feuchtigkeitsregelsystem /u steuern. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das Feuchtig· keitsmeßelement 1 parallel zu einem Kondensator 1] in einen Zweig einer modifizierten Wien-Brücke gele.:! und der Ausgang der Brücke ist über einen Verstärke! 13 an ein Meßgerät 14 angeschlossen, welches so geeicht ist, daß die relative Feuchte angezeigt wird.

I ig. 4 zeigt eine modifizierte Ausführungsform dei Erfindung, bei der die beiden Elektrodenschichten ί völlig gegen die zu messende Umgebung frei liegen. In diesem Fall erstreckt sich nur der Kern 5 zwischen der Abschnitten 10 des Rahmens 2, und der Umfang jedei Elcklrodenschicht endet in der Nähe des leitfähiger Ringes 3. Wie im Falle der ersten Ausführungsform ist eine Schicht aus einem elektrisch lcilfähigen Material, beispielsweise einem Silberauftrag, auf die Verbindung zwischen jeder Schicht 6 und dem Ring

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2 O 10:· (ο

gegeben, um eine gute elektrische Verbindung zwischen Schicht und zugehörigem Ring zu gewähren.

Die Empfindlichkeit gegen Feuchte und die Ansprechgeschwindigkeit 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 ZelluloseesLcr gebildet, so kann die Außenfläche an regenerierte Zellulose hydrolysiert sein, um die Empfindlichkeit gegen Feuchte und die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen. Die /elluloseestermatrix 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 Zelluiosefilm 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 ge halten wird, die ausreicht, um die Säuregruppen auf der Oberfläche der Matrix 7 zu hydrolysieren. Alkaline Materialien, die für die Hydrolyse verwendet werden

Beispiel I

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

7,5 g Zelluloseacetatbutyrat (17% gebundenes

Bulyryl),

7,5gGraphon (graphitierler Kohlenstoff), 130 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 Elektrodenschichilösung 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 Kern

können, sind wäßrige oder alkoholische Lösungen von 25 Schichtlösung verdampft.
Alkalin-ctallha:,en, wk Natriumhydroxyd, Kalium- Ein Streifen Mylarband mit einem Siliconhaftmittel

hydroxyd oder I.ilhiurr.hydroxyd. Alternativ können auf einer Seite mit im Abstand angeordneten geslanzauch alkoholische Lösungen st.nker organischer Basen, vie Telraim-thylguanidin, 1 riäthylamin, Benzyl-

ten Löchern wurde über die dielektrische Kernschicht auf der Glasplatte angeordnet, wobei die Löcher im

trimelhvlammoniurr.hvdroxyd. für die Hydrolyse ver- 30 Band die Bereiche der zweiten zu gießenden Elektrodenwendet werden. .·..... .

Heiße alkalische Lösungen werden bevorzugt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu steigern. Die Kontakt- oder Lintauehzeit 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 FJement in eine 4()"„ige Natriumhydroxydlösung von 110 C über eine Periode von 1 bis 4 Minuten abhängig mn der gewünschten Schichtdicke tauchte.

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

Lösungen vor. MineraKäuren. wie Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsaure, können auch verwendet werden, um die hyc'rolysierte Oberflächenschicht 15 zu bilden. Die Verwendung alkaliner Materialien sorgt für eine schnellere Hydrolyse; diese werden daher

bevorzugt.

schicht bildeten.

Ein Film der Elektrodenschichtlösung wurde dann über das Mylarband gegossen und drang in die Löcher ein.

Das M\larband wurde sofort von dem Verbundlilm entfernt, nachdem die zweite Elektrodenschichtlösung gegossen wurde. Das Lösungsmittel von der zweiten Elektrodenschichilösung wurde dann verdampft. Das Auftreten des Drcischichtfilmcs 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

45

Die Hydrolysebehandlung kann auch angewendet 5° Kupferringen 3 und den Elektrodenschichten aufge-

werden, um eine vergrößerte Feuchtigkeitsempfmd- tragen. lichkeit' für eine aus anderen Materialien bestehende

Matrix, beispielsweise ein Mischpolymerisat des Viny- Beispiel 2

lenkarbonats und Vinylacetats zu schaffen. . '

D"s Feuchtiekeilsmcßelement nach der Erfindung 55 Eine vernetzbare dielektrische Kernlosung wurde

ist ein annähernd rein kapazitives Element, welches hergestellt, indem die folgenden Bestandteile vermischt

, Kapazitätsänderung bei der relativen Feuchte bei

ein

normalerwiese 0,1 bis 2°,
einer I "„ieen Änderung in

Temperaturen im Bereich von 4 bis 93 C liefert. 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 kann, um das gewünschte elektrische Signal zu

liefern. ,, ,

Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung des FeuchtiEkeitsmeßclementes nach der Erfindung.

wurden:

6,20 g Zelluloseacetatbutyrat (26% gebundenes

Butyryl),

1,55 g Harnstofformaldehydmonomer, 0,65 g n-Butylalkohol,
0,53 g Äthylalkohol,
0,15 g p-Toluolsulfonsäure, 1,60 g Triäthylamin,
■ 89,32 g ÄthykndichloTid.

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

7,50 g Zeiluloseacetatbutyrat (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 getrocknete 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 danach entfernt, es wurde nur der Teil der Elektrodenschichtlösung zurückgelassen, der durch die Löcher des Bandes drang.

Die Verbundstruktur wurde dann auf eine Temperatur von 177 C 15 Minuten lang erwärmt, um die Materialien der zweiten Kernschicht zu vernetzen. Die dielektrische Kernschicht wurde in zwei Schichten hergestellt, um die Kohlenstoffpartikeln daran zu hindern, durch die Kernschicht zu wandern.

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

ίο Die Verbundfilme, die von der Glasiplatte abgelöst wurden, indem kaltes Wasser über die Filme geleitet wurde, wurden dann hydrolysiert, indem sie eine Minute lang in eine wäßrige 40% 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 dein Rahmen und jeder Elektrodenschicht 6 des Elementes aufgetragen. Die mittlere Kapazität der Elemenle bei 5% relativer Feuchte und 27 C lag bei 1,0 Nanofarad. Die Steigerung der relativen Feuchte auf 95% sorgte für einen etwa linearen Anstieg in der Kapazität bei einem Wert von 0,006 Nanofarad/1 % relative Feuchte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Kapazitives, synthetisches Feuchtigkeitsmeßelement mit einem aus Wasserdampf absorbierendem Material bestehenden Kern an dessen beiden Seiten jeweils eine wasserdampfdurchlässige elektrisch leitende Außenschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenschichten (6) aus dielektrischem Material bestehen, in die eine Vielzahl miteinander verbundener, elektrisch leitender Partikeln (8) eingebettet