DE2229748A1 - Fuehler fuer relative feuchtigkeit - Google Patents

Description

• kühler für relative Feuchtigkeit" II Die Erfindung betrifft Fühler für relative Feuchtigkeit, inssondere mit in Abstand zueinander stehenden elektrischen hnschlußleitungen aufweisenden Elektroden, die durch einen Oberzug aus elektrisch isolierendem Metalloxid mit von der relativen Feuchtigkeit abhängigem Widerstand überbrückt werden.
• Es ist seit längerer Zeit bekannt, daß die Oxide bestimmter Metalle einen hohen elektrischen Widerstand haben, durch den sie isolierend wirken. Es ist auch bekannt, daß dieser an sich sehr hohe elektrische Widerstand von der relativen Feuch -tigkeit der Luft abhängig ist, weicher das Metalloxid ausgesetzt wird. Der Begriff "relative Feuchtig'eit" wird gemeinhin definiert und auch im folgenden in dem Sinne verstanden, daß er das Verhältnis des Betrages von in der Luft enthaltenem Wassserdampf gegenüber dem Betrag an Wasserdampf sein soll, welcher die Luft bei gleicher Temperatur sättigt. Es wurden Versuche unternommen,die Abhängigkeit des Widerstandes von der relativen Feuchtigkeit bei den genannten Materialien zur Herstellung eines Relativfeuchtigkeitsfühlers auszuwerten. Ein derartiger Fehler ist beispielsweise in dem amerikanischen Patent 3 345 596 beschrieben, welches einen Feuchtigkeitsfühler des Metalloxidtyps beschreibt, in dem ein Widerstandselement vorgesehen ist, welches au-s amorphem Kobalt CET,J)-Od Co304 (cobalt-cobaltic oxide) besteht, welches über einen bestimmten Temperaturbereich erhitzt wurde, um eine hochkristalline Oberfläche zu erhalten, in der das Kobalt (II-III)-Oxyd in ein Kobalt (@)- Oxyd 000 (cobaltous oxide) umgewandelt ist, welches hgroskopische Eigenschaften aufweist.
• Es ist auch-versucht worden, die hygrokopischen Eigenschaften bestimmter Metallsalze auszuwerten, um einen elektrisch leitenden Pfad zwischen den Elektroden eines Feuchtigkeitsfühlers zu erhalten. Ein derartiger Fühler ist in der amerikanischen Patentschrift 2 510 018 beschrieben, bei dem Nickelnitrat,ein ionisches Salz,vorgcschlagen wurde, das der reine Beitungsmechanismus zwischen zwei Draiitelektroden aus Nikkellegierung im wesentlichen gleichartig dem bei anderen gut bekannten hygroskopischen Materialien wie beispielsweise Lithiumchlorid ist.
• Es ist auch gezeigt worden, daß die Eigenschaften einiger Widerstände durch Imprägnierung des Widerstandsmaterials mit einem anfeuchtenden Material modifiziert werden können. Dementsprechend offenbart das amerikanische Patent 3 247 478 die Hinzufügung eines Anfeuchters, wie beispielweise Polyoxyäthylensorbitol (polyoxyethylene sorbitol), um die Widerstandseigenschaften eines Kohlenstoff enthaltenden Materials zu ändern, welches nachfolgend für einen Beuchtigkeitsfühler verwendet werden kann.
• Die bekannten Fühler waren nur teilweise erfolgreich, So haben die Fühler des Metalloxydtyps , zu denen beispielsweise der in der amerikanischen Patentschrift 3 345 596 beschriebene Fühler gehört, mehrere Nachteile, die ihre Gebrauchstüchtigkeit ernstlich einschränken. Während diese Fühler einen elektrischen Widerstand aufweisen, welcher von der Relativfeuchtigkeit der sie umgebenden Luft abhängt; wurde gefunden, daß der brauchbare Meßbereich eines solchen Fühlers für die prastischen Anwendungsfälle auf einen Bereich der relativen Feuchtigkeit sich erstreckt, welcher etwä 30 % -beträgt Der Gesamtwiderstand der Fühler ist immer noch extrem hoch, und um den vollen Bereich der relativen Feuchtigkeit messen zu können, benötigt nan eia Meßgerät, weiches einen Bereich der Widerstandsänderung von 6 Größenordnungen zu überstreichen in der Lage ist. Ein typischer Meßwertbereich reicht dabei von 104 bis 1010 Ohm. Der unter Teil des Bereiches,welcher unterhalb etwa 3OPo' relativer Feuchtigkeit liegt,zeigt einen extrem hohen Widerstandswert und ist daher sehr schwer genau zu überwachen.llieraus folgt, daß dieser hohe Widerstandsbereich wegen der Leitung über keinen ueberzug aufweisende Flächen des dielektrischen-Substrateseinen Faktor bildet, welcher die Versuche einer genauen Messung des alleinigen Widerstandes des Fühlers stark erschwert.
• indere Fühler, wie beispieldweise die in den beiden letzten amerikanischen Patentschriften beschriebenen, welche entweder ein Metallsalz sowohl als leitendes als auch hgroskopisches Mediun verwenden,oder ein Material,wie mit einem Anfeuchter imprägnierte Kohle,haben zwar gegenüber den Fühlern des reinen Ox.dtyps einen beträchtlich verminderten Bereich, über den sich der Widerstand ändert, so daß die Fühler in einem Widerstandsbereich arbeiten, der mit den gebräuchlichen Neßgeräten erfaßbar ist. Dlese Fühler sprechen auch gut auf ein Anwachsen der relativen Feuchtigkeit an, folgen aber schlecht einer sinkenden relativen Feuchtigkeit. In anderen Worten:diese Fühler zeigen nicht das erwnschte Maß der Reversibilittät, welches für eine verläßliche Relativfeuchtigkeitsmessung erwünscht ist.Weiterhin können derartige Fühler, wenn sie gesättigt oder angelaufen sind, vollkommen gebrauchsunfähig werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fühler der eingangs Beschilderten Art zu schaffen, welcher die oben geschilderten Nachteile der bekannten Fühler weitgehend beseitigt.
• Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der ueberzug eine porige Struktur hat.Dabei empfiehlt es sich besonders, daß in dem Metalloxid des Überzuges Chlor kovalent derart gebunden ist, daß sich eine Oxichloridstruktur ergibt oder daß die Poren mit einem reversibel arbeitenden hygriskopischen Anfeuchtungsmaterial imprägniert sind. Durch diese erfinderische Ausgestaltung des Fühlers wird nicht nur ein sehr viel niedrigerer elektrischer Widerstand als bei den bekannten Fühlern des Metalloxidtyps erreicht, sondern auch ein kiinerer Bereich, in dem sich der Widerstand in Abhängigkeit von der variierenden relativen Feuchtigkeit ändern kann. Hinzu kommt, daß die offene porige Struktur des erfindungsgemäßen überzuges die Ansprechzit des Fühlers auf Änderungen der relativen Feuchtigkeit beträchlich vermindert. Die erfindungsgemaßen Fühler sind vollkommen reversibel, wenn sich die relative Feuchtigkeit erhöht und vermindert. Sie zeigen praktisch keine durch Hysterese bedingte Verschiebung der Eichung, was eine Folge der physikalischen und chemischen Beständigkeit des überzuges ist und bleiben so-mit für einen großen Zeitraum gebrauchstüchtig.
• Der erfindungsgemäße Fühler kann besonders kleinere Abmessungen haben und kann voll an Festkörperschaltkrcise oder andere Schaltkreise angepaßt werden. Hierdurch kann der erfindungsgemäßeFühler leicht an Gleichrichterkreise für Luftbefeuchter (proportional hunidifiers) oder mit anderen elektrischen Schalteinrichtungen verwendet werden.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ausfährungsbeispieles werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.
• Darin zeigt: Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes das Flußdiagramm, aus welchem sich ein bevorzugtes Herstellungsveefahren eines Ausführungsbeispieles des-erfindungsgemäßen Relativfeuchtigkeitsmessers ergibt, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des gemäß dem Herstellungsverfahren nach Fig. 1 hergestellten Ausfühfungsbeispieles, bei dem Teile des Relativfeuchtigkeitsmessers aufgeschnitten dargestellt sind, um die tieferen Strukturschichten zu zeigen, Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Eichlrurve für den Widerstand des erfindungsgemäßen Relativfeuchtigkeitsmessers in Abhängigkeit von Relativfeuchtigkeitswerten und eine entsprechende Kurve für einen typischen nichtbehandelten Metalloxyd-RelativieuchtigXeitsmesser, Fig. 4 ein die Herstellungsmethode einer abgeänderten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relativfeuchtigkeitsmessers illustrierendes Flußdiagramm, Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht einer Ausführungsform des Relativfeuchtigkeitsmessers nach Fig. 1, bei dem Teile weggeschnitten wurden, um die unteren Strukturschichten sichtbar zu machen und Fig. 6 eine graphische Darstellung einer typischen Eichkurve, in der der Widerstand der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relativfeuchtigkeitsmessers in Abhigigkeit von der Relativfeuchtigkeit dargestellt ist und eine entsprechende Kurve für einen erfindungsgemäßen RelativSeuchtigrgeitsmesser des unbehandelten Metalloxydtyp.
• Aus der Zeichnung, insbesondere aus den graphischen Flußdiagrammen nach Fig. 1 und 4,ergibt sich summarisch der schrittweise Herstellungsprbzeß zur Erzeugung eines Relativfeuchtigkeitsfühlers ( im folgenden vielfach kurz "Fühler" genannt) gemäß den Fig. 2 und 5. Da die anfänglichen Schritte des Herstellungsprozesses für beide Ausfühningsformen des erfindungsgemäßen Fühlers identisch sein können, wird die Beschreibung der Schritte 10 bis 21 und 110 bis 121 (entsprechend Fig. 1 und 4) zusammengefaßt. Ein unempfindliches dieleXtrisches Rohteil 10 oder 110 bildet die Grundlage , auf der die aktiven Komponenten des Fühlers aufgebaut werden. Das den dielektrischen Rohling 10 bildende Material kann irgendein stabiles dielektrisches Material sein, welches nicht durch die Wirkung von1»der Luft befindlichen Wasserdampf angegriffen wird und welches nicht chemisch mit dem darauf angebrachten Elektrodenmaterial oder mit den den Fühlerwiderstand bildenden Materialien reagiert. So ist z.B. Quarz ein zur Herstellung der erfindungsgeinäßen Fühler vortcilhaft verwandten Material. Es können aber auch andere , im wesentlichen unempfindliche Materialien hierfür gut verwendet werden.
• Die Größe des Rohteils 10 oder 110 , aus welcher sich die Größe des erfindungsgemäßen, hieraus schlieL3lich hergestellten Fühlers ergibt, ist nicht kritisch und kann ein für das gewünsche Anwendungsgebiet des Fühlers geeignetes Naß haben.
• Es ist aber eines der deutlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung, daß der Fühler selbst besonders klein ausgeführt werden kann. So sind gemäß der vorliegenden Erfindung sehr gut arbeitende Fühler herzustellen, deren Gesamtabmessungen in Längsrichtung annähernd 1,14 cm (0,45 inch) in der Breite 0,5 cm (0,2 inch.) und in der Höhe 0,05 cm (0,02 inch) waren.
• Das Elektrodenmaterial 11 oder 111 kann ein für solche Zwecke gebräuchlicherweise verwendetes Edelmetall sein. So wurden z.B. Gold, Piladium und Platin mit Erfolg verwendet. Die Aufbringung 12 oder 112 der Elektroden 13 und 14 in Fig. 2 (oder auch 113 , 115 in Fig. 5) kann nach irgendeiner geeigneten bekannten Methode geschehen. Stellvertretend für andere Techniken soll nachfolgend eine Technik beschrieben werden, nach welcher die Elektroden des erfindungsgemäßen Fühlers auf gebracht wurden. Danach wurden Teile des Rohteils 10 oder 110 mit einer das Edelmetall der Elektroden enthaltenden Lösung überzogen, wobei die überzogenen Teile groß genug waren, um eine Vielzahl von Fiihlern herzustellen. Danach wurde das überzogene Material des Rohteils mit einer genügend großen Temperatur in einer geeigneten Atmosphäre erhitzt, um das Metall rückzugewinnen und es auf dem Material des Rohteils haften zu lassen. Die erwünschte Form des Elektroden wird dann durch Aufbringen eines Fotowiderstandes auf den Netallfilm und durch Stabilisieren der erwünschten Gebiete durch Verwendung einer Maske und Ultraviolett-Lichtes erreicht. Das für die Elektroden nicht benötigte Metall wird dann durch einen chemischen Ätzprozeß entfernt. Der große Rohling wird dann in bekannter Weise während des nächsten Schrittes im Herstellungsprozeß in einzelne Fühler zerschnitten. Während an sich keine besondere Elektroden-Ausgestaltung notwendig ist, sind einander gegenüberliegende ineinander greifende Mahnförmige Elektroden vorzuziehen, welche auch unter der Bezeichnung "interdigitales Elektrodensystem (interdigital electrodes)"bekannt sind. Durch derartige Elektroden wird die aneinander angrenzende Elektrodenfläche und damit die wirksane Leitfähigkeit zwischen ihnen vermehrt. Die vergrößerte Fläche einander gegenüber -liegender Flächen, die mit einem derartigen interdigitalen Elektrodensystem bewirkt wird, wird natürlich umso wichtiger, je mehr die Gesamtgröße des erfindungsgemäßen Fühlers verkleinert wird, da sich hieraus eine größere Wirksamkeit der Oberfläche des Rohteils lO ode 110 ergibt.
• Wie bereits oben erläutert, ist es bekannt, daß IiietalloxWde in einer relativ reinen Form den hohen Widerstand von elektrischen Isolatoren aufweisen. Es ist ebenfalls bekannt,daß bestimmte MetalloxtiVe etwas hygroskopisch sind, was ihre; isolierenden Eigenschaften derart beeinflußt, daß für den Fall, daß sie einer wasserdampfenthaltenden Atmosphäre ausgesetztwerden, in ihrem elektrischen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Menge des Wasserdampfes in der Atmosphäre ändern. Während alle Metalloxide in irgendeiner Form etwas von den Eigenschaften aufweisen, wie sie für den erfindungsgemäßen Fühler zur Relativfeuchtigkeitsmessung erwünscht sind, sind doch die für den erfindungsgemäßenFühler erwünschten Eigenschaften, zu denen ein feuchtigkeitsabhängiger Widerstand und ein hohes Maß chemischer Beständigkeit gehören, insbesondere bei den Oxiden und den Metallen der Gruppe VIII, Periode 4 des periodischen Systems der Elemente vorhanden.
• Daher sollten, wenn auch andere Materialien verwendet werden, können, die Oxyde des Eisens, Nickels und Kobalts für den erfindungsgemäßen Relativfeuchtigkeitsfühler bevorzugt verwendet werden.y«zische Fühler, welche sich in der Praxis gut bewährt haben, wurden unter Verwendung von Nickel tId-Oxid Ni2O3 (nickelous oxide) und Eisen 4LOxld (Fe203) (iron oxide) hergestellt. Während Eisen gE9-Oxid für die hier geschilderte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ist festzuhalten, daß auch irgendein anderes Metalloxid, welches die erwünschten Eigenschaften aufweist, das genannte Eisen (III)-Oxid in dem erfindungsgemäßen Relativfühler ersetzen kann.
• Ein bewährter Verfahren zur Herstellung der Lösung 15 oder 115 des erfindungsgemäßen Fühlers schiebt das Mischen eines Puders 16 oder 116 in fein zerteiltem Zustand aus Eisen (III-Oxid (finely divided reagent grade iron oxide) Fe2O3) mit einer kleinen Menge eines Binders 17 oder 117,der geispielsweise aus Polyvinylalkohol und einer ausreichenden Menge reinen Wassers bestehen kann, ein, wodurch sich ein gut in einer Kugelmühle verarbeitbarer Brei ergibt. Der Brei wird in einer Kugelmühle gedreht,um die Oxidpartikel gut in der Feuchtigkeit zu disperSieren.
• Der fertige Brei wird dann mit zusätzlichem reinen Wasser in die geeignete Konzentration gebracht. Während die Zusammensetzung an sich nicht kritisch ist, hatte eine typische Lösung für den Überzug etwa folgende Bestandteile: 2,0 % bis 5,0ió Metallox d, 0,01 % bis 0,05 °% Binder und den Rest reines Wasser. Bei einer besonderen Uberzugsmischung wurde in vorteilhafter Weise 3,72 % Fe2O3, 0,0 3 % Polyvinylalkohol und der Rest reines Wasser verwendet.
• Anschließend geschieht die Auftragung 19 oder 119 der fertiggestellten Lösung auf das Rohteil 10 odr 110 des Fühlers, wobei diese die Elektroden überlappt. Um einen möglichst gleichbleibenden Überzug zu erhalten, wird die Lösung vorzugsweise aufgesprüht.'Der Überzug 20 oder 120 kann durch irgendeine gebräuchliche Sprüheinrichtung aufgetragen werden, welche in der Lage ist, eine gleichmäßige Schicht zu erzeugen. Der gesamte Film kann zwar in einer einzigen Schicht aufgetragen werden, wird aber vorzugsweise in nacheinander folgenden dünnen Schichten auf gebracht, die man vor dem Aufbringen der nächsten Schicht trocknen läßt. Es soll festgehalten werden, daß die endgültige Stärke des Überzugs des erfindungsgemäßen Fühlers nicht kritisch istr So ist jede Überzugsschicht geeignet, welche einen guten elektrischen Pfad zwischen den Elektroden schafft und welche noch nicht so dick ist, daß sie bricht oder abplatzt.
• Bei dem Schritt der Erhitzung 21 oder 121 wird das überzogene Rohteil 10 auf eine in dem Bereich zwischen 600°C bis 800°C liegendc Temperatur gebracht und ganz langsam abgekühlt oder auf dieser Temperatur für eine Zeitdauer gehalten, die ausreicht, um den Binder durch Verdunsten zu entfernen (pyrolyze and remove), den MetalloxAdfilm zusammenzuhalten und eine Haftung zwischen dem Film und dem Rohteil zu schaffen. Hierzu reicht gewöhnlich eine Erhitzungszeit von ein bis zwei Studden aus. In Verbindung mit dlesen Herstellungsschritten werden die überzogenen Rohteile in der Regel für 1 1/2 Stunden auf einer. Temperatur von 7000C gehalten.
• Der Schritt der Erhitzung 21 oder 121 hat noch eine weitre wichtige Funktion insofern, daß durch die Verdunstung des Binders eine porige Struktur des Hetalloxidüberzuges zustande kommt, welcher auf dem Rohteil 10 oder 110 verbleibt.
• Diese Porosität hat snch in zwei Richtungen als besonders hilfreich erwiesen. Zum einen erleichtert sie die Verbindung des Oxyds mit den Metallsalzen oder hält das anfeuchtende Material fest, weiches weiter unten in Verbindung mit dem Schritt 22 oder 122 beschrieben wird. Zum anderen ergibt sich eine vergrößerte effektive Fläche, welche später der Atmospäre ausgesetzt wird, während Feuchtigkeit zu messen ist, wodurch sich wiederum die Wirksamkeit der Einrichtung erhöht. In dieser Hinsicht hat sich Polyvinylalkohol als hervorragender Binder erwiesen, welcher durch Erhitzen (Pyrolyse) und Verdampfen eine hochporöse S-tFu';tur in dem Eisenoxydüberzug schafft.
• Ein wichtiger Aspekt in der hier beschriebenen ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen FLihles ist die Modifizierung der porösen Oberschicht, um die reine Oxidstruktur in eine oxlchloride Form Coxichloride form) zu überführen.
• Dementsprechend wird der Überzug bei 22 in Fig. 1 mit einer verfügbaren Chloridionen-enthaltenden Mischung behandelt und in einem zweiten Erhitzungsschritt 23 dazu gebracht, daß das Chlorid covalent in der Oxidstruktur aufgenommen wird; sowie irgendwelche ungebundenen Stoffe (reactants) verflüchtigt werden. Während irgendeine von vielen Mischungen verwendet werden kann, welche leicht Chloridionen (chloride ions) abgibt, wurden noch besonders gute Resultate bei der Verwendung einer Metallsalzlösung erhalten, wie beispielsweise Eisen (III)-Chlorid FeCl3 (ferric chloride). Weder die Temperatur noch die Dauer des Erhitzungsschrittes 23 sind für das Herstellungsverfahren kritisch, solange beide eine für die Erzielung der erwünschten Resultate angemessene Länge aufweisen, was natürlich besonders von der als quelle für die Chloridionen dienenden Mischung abhängt. Mit einer Eisen t Chloridquelle wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn man das Rohteil in einem Temperaturbereich von 2000C bis 3000C etwa 1 1/2 Stunde hielt.Dabei stellte es sich als vorteilhaft heraus, das vorbereitete Rohteil in eine wäßrige Eisen t Chloridlösung mit einem Salzgehalt von annähernd 5 % einzutauchenund danach das eingetauchte Rohteil eine Stunde lang auf einer Temperatur von 2500C zu halten.
• Es ist nicht bekannt, welcher Teil des den porigen Überzug umfassenden Ox-iSs in die oxychloride Form umgewandelt wird.
• Man nimmt an, daß nur eine teilweise Umwandlung notwendig ist, um die radikale Änderung im elektrischen Widerstandsverhalten (welche weiter unten beschrieben wird) in Verbindung mit der Relativfeuchtigkeitsempfindlichkeit zu % alten, wie sie sich aus der vorliegenden Erfindung ergibt.
• Der letzte Schritt in der Herstellung des reiativfeuchtiESkeitempfindlichen Elementes für den erfindungsgemäßen Fühler besteht in der Präparierung 24. Es wurde gefunden, daß das Folgeverhalten der meisten Relativfeuchtigkeitsfühler etwas irreführend ist, wenn derartige Fühler das erste Mal Änderungen in der relativen Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Daher muß dieses fehlerhafte Verhalten beseitigt werden, bevor die erfindungsgemäßen Fühler eine stabile Eichung erhalten können.
• Dies geschieht gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß der Fühler einer steuerbaren Relativfeuctigkeit ausgesetzt wird, in der der Protentsatz der relativen Feuchtigkeit zwischenlO auf 90,ó und wiederum zurück auf lo % Relativfeuchtigkeit über mehrere Zyklen geändert wird. Die für einen Zyklus notwendige Zeit ist nicht kritisch und gewöhnlich sind 40 Minuten angemessen. Die präparierende Umgebung , d.h. der erwünschte Zustand der Atmosphäreskann auf irgendeine gebräuchliche Weise geschaffen werden+beLannte Beträge trockener läuft und wasserdampfgesättigte Luft in einer Kammer bekannter Temperatur in Beziehung gesetzt werden können.
• Nachdem der Fühler mehreren Änderungszyklen in der relativen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt war, werden die elektrischen Leitungen 25 und 26 (Fig. 2) an den Elektroden 13 und 1& in bekannter Weise angebracht, wobei dieser Schritt 27 in Fig. 1 ebenfalls dargestellt ist.
• Danach wird der erfindungsgemäße kühler in die in ihrer relativen Feuchtigkeit steuerbare Umgebung zurückgebracht und die Eichung 28 vorgenommen, bei der mittels eines bekannten elektrischen Verfahrens die Widerstandswerte des Fühlers bei unterschiedlicher relativer Feuchtigkeit gemessen und eine Eichkurve aufgezeichnet wird. Die Eicheinrichtung kann daher eine übliche Wechselspannungsbrücke zur Messung von Widerständen enthalten und die einzelnen Meßwerte können mit einem Meßinstrument festgehalten oderdlrch ein bekanntes Aufzeichnungsgerät geschrieben werden, welches mit Hilfe eines runden oder streifenförmigen aufzeichnungsträgers arbeitet. In Bezug auf die für die Eichung verwendeteWechsel-+ wobei spannung wurde gefunden, daß der tatsächlich erhaltene Widerstandswert etwas von der verwendeten Frequenz abhängt.
• Mit anwachsender Frequenz des Eichstroms fällt bei gleichbleibender relativer Feuchtigkeit der Widerstand. Daher sollte bei der Eichung des erfindungsgemäßen Fühlers die Frequenz der Wechsel spannung der Frequenz entsprechent,wie sie später auch beA den praktisch durchzuführenden IKessungen verwendet wird, um eine genaue Bichung zu erhalten.
• In Fig. 3 ist mit A eine typische Eichkurve dargestellt,welche die Abhängigkeit des Widerstandes des erfindungsgemässen RelatitSeuchtig1zeitsfühlers von der relativen Feuch-tigkeit zeigt. Mit B ist eine Vergleichskurve dargestellt,welhe in Abhängigkeit eines typischen nichtbehandelten Fühlers des alten Oxidtyps in Abhängigkeit von der relativen Feuchtigkeit beschreibt. Beide Fühler wurden bei einer Frequenz von 60 Hz geeicht. Dieser Vergleich zeigt sehr deutlich ie Verminderung sowohl des Gesamtwiderstandes als auch des Bereiches, über welchen sich der Widerstand verändert in A'bhängigkeit von der relativen Feuchtigkeit, wie- sie durch den erfindungsgemäßen Fühler erzielt wird. Es zeigt sich, daß der Widerstand des Eisenoxidüberzuges in einem Bereich niedriger relativer Feuchtigkeit mit Erfolg von einem obehalb lO9 Ohm liegenden Wert auf einen etwas oberhalb 106 Ohm liegenden Wert vermindert wurde und wie der Bereich der Werte erfolgreich von mehr als fünf Größenordnungen auf weniger als drei Größenordnungen gesenkt wurde. Hierdurch gelangt der Widerstandswert des erfindungsgemäßen Fühlers sehr wohl innerhalb des Meßbereiches gebräuchlichci elektrischer Tleßgeräte. Wie bereits oben erläutert, können sogar noch niedrigere Widerstandswerte erreicht werden , wenn man oberhalb von 60 Hz liegende Wechselstromfrequenzen verwendct, Ein wichtiger Gesichtspunkt eines zweiten Ausführungsbei spieles der vorliegenden Erfindung bildet die Hinzufügung eines anfeuchtenden Materials (humectant material) zu dem Metalloxidüberzug des Fühlers anstatt der Einfügung eines Metallsalzes. Das anfeuchtende Material kann ganz allgemein als chemischer Anfeuchter (chemical moistener) bezeichnet werden, da es infolge seiner chemischen Struktur große Nengen von Wasserdampf anzieht. Entsprechend dem Schritt 122 in Fig. 4 wird die erhitzte Eisenox;idschicht mit dem anfeuchtenden Material imprägniert, indem gewöhnlich der Rohteil 10 in eine das anfeuchtende Material enthaltende Lösung eingetaucht wird (das Naterial kann aber auch durch andere gebräuchliche Verfahren aufgebracht werden).
• Die Auswahl eines geeigneten anfeuchtenden Materials für den vorliegenden Fühler ist wichtig,und es müssen verschiedene Faktoren beachtet werden. Einige ionische anfeuchtende Naterialien, wie beispielsweise Lithiumchlorid (lithium chloride haben ausgezeichnete Seuchtig'trLeitanziehende Eigenschaften beirn Übergang von niedriger relativer Feuchtigkeit zu hoher relativer Feuchtigkeit; derartige Verbindungen geben aber nur schwer das angezogene Wasser wieder ab, wenn die Feuchtigkeit abnimmt und einmal gesättigt können sie vollkommen wirkungslos sein. Hit anderen Worten, die FähiE,-keit derartiger Verbindungen, Wasserdampf anzuziehen, ist nicht genügend umkchrbar. Einige andere gewöhnlich in Feuchtigkeitsfühlern verwendete Verbindungen erwiesen sich nur als teilweise reversibel. Während derartige Verbindungen eine I1essuxg der relativen Feuchtigkeit sowohl in zunehmende als in abnehmender Richtung erlauben, führt der Betrag der irreversiblen absorption zu einer Verschiebung der Eichkurve des Fühlers, was sicL in einer lIysterese bemerkbar macht. Die Verschiebung der Widerstandskurve gegenüber der relativen Feuchtigkeit beschränkt ernstlich den Nutzen derartiger Einrichtungen. Daher ist es ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, daß die Absorptionsoigenschaften des anfeuchtenden Materials so reversibel wie möglich gewählt werden. Zusätzlich zu der Reversibilität ist es erwünscht, daß das anfeuchtende Material möglichst schnell auf änderungen der relativen Feuchtigkeit in jeder Richtung anspricht. Die offenen Poren der Oberfläche des erfindungsgemäßen Fühlers erfordern auch, daß das darin enthaltene anfeuchtende Material in dem für den Fühler benutzten Temperaturbereich nicht durch Verdampfen in die Atmosphäre verlorengeht. Als Verbindung, welche die obengenannten Eigenschaften kombiniert, wurde Polyäthylen~ Glykol (polyethylene glycol) gefunden, welcher leicht im Handel erhältlich ist. Eine derartige Verbindung, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Gafanol E-200 von der General Aniline and Film Corporation vertrieben wird, hat sich für den erfindungsgenäßen Fühler sehr gut bewährt.Es hat sich gezeigt, daß nur ein winziger Betrag des anfeuchtenden Materials auf der Oberfläche des Fühlers vorhanden sein muß, um die obengenannten ersninschten Resultate zu erzielen.
• Der letzte Schritt in der Behandlung des Fühlers,damit dieser als ein relativvfouchtigke tsempSindlichcs Element wirken jan, besteht in der Präparierung 123, die der im Susammenhang mit Fig. 1 geschilderten Präparierung 24 der ersten Ausführungsform des Ausführungsbeispieles entspricht.
• Nachdem der Fühler mehreren Zyklen relativer Feuchtigkeit ausgesetzt wurde, werden elektrische Leitungen 124 und 125 (Fig. 5) auf den Elektroden 113 und 114 mittels eines an sich bekannten Verfahrens angebracht. Die elektrischen Leitungen können irgendeine gebräuchliche Ausgestaltung aufweisen, wie sie für das System benötigt wird -, in wenn chem der erfindunsgemäße relative Feuchtagkeitsmesser verwendet werden soll. Dieser -zuletzt geschilderte Verfahrensschritt ist mit 126 bezeichnet.
• Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Fühler in einem Schritt 127 in der gleichen Art geeicht, wie es vorher im Schritt 28 im Zusammenhang mit Fig. 1 geschildert wurde.
• In Fig. 6 ist eine typische Eichkurve A gezeigt, welche die Abhängigkeit des Widerstandes des erfindunsgemäßen Fühlers von der relativen Feuchtigkeit zeigt. Die Kurve B stellt eine Vergleichskurve dar, welche die Abhängigkeit des Widerstandes eines repräsentativen Fühlers des unbehandelten Eisenoxidtyps von der relativen Feuchtigkeit zeigt. Beide Fühler wurden bei einer Wechselstroiafrequenz von 60 Hz geeicht. Dieser Vergleich zeigt sehr deutlich die Veränderung sowohl des gesamten Widerstandes und des Bereiches, über welchen sich der Widerstand ändert in Abhängigkeit von der relativen Feuchtigkeit, wie sie durch den erfindungsgemäßen Fühler erreicht wurde. Dementsprechend wurde der Widerstand des Eisenoxidüberzuges im Bereich niedriger relativer Feuchtigkeit erfolgreich von oberhLO9 Ohm liegenden Werten auf weniger als 106 Ohn abgesenkt und der Wertebereich wurde erfolgreich von mehr als 5 Größenordnungen auf weniger als 3 Größenordnungen vermindert.Dies ebenso wie in der ersten Ausführungsforn des Ausführungsbeispieles, bei wechem Ovychlorid verwendet wurde, bringt den Widerstandswert des Fühlers gut in den Wirkungsbereich gebräuchlicher elektrischer Neßeinrichtungen. Wie bereits oben angezeigt, können durch die Verwendung oberhalb von 60 Uz liegender Frequenzen die Widerstandswerte sogar noch weiter gesenkt werden.
• Die erfundungsgemäßen Fühler zeigen über einen genügend langen Zeitraum eine gute Konstanz, wobei sich die ursprungliche Eichkurve nur sehr wenig verschiebt. Der hohe Grad der den erfindungsgemäßen Fühlern des anfangs beschriebenen OxychloridtXps eigenen chemischen Stabilität versetzt diese in die Lage, nicht nur bei den für diese Einrichtung gebräuchlichen Temperaturen verwendet zu werden, sondern auch bei beträchtlich erhöhten Temperaturen eingesetzt zu werden, wie beispielsweise in Öfen oder ähnlichem, wodurch der erfindungsgemäße Fühler w erheblich vielseitiger verwendbar ist-als die bekannten Fühler.
• Wenn das Eisenoxyd (Fe203) die höchste 0xidationsstufe besitzt, wird es durch den Einfluß der umgebenden Atmosphäre nicht verändert. Der einzige Faktor, welcher die Lebensdauer des mit anfeuchtendem Material imprägnierten Fühler vermindert, ist der schließliche Verlust des anfeuchtenden Materials durch V-rdampfen aus den Poren der Eisenoxydstruktur. Es dauert aber gewöhnlich Monate, bis der Verlust des anfeuchtenden Materials einen Einfluß auf die Eichung des FiUers ausübt. Es ist weiterhin möglich,die Lebensdauer des Fühlers durch Substitution eines hygroskopischen Polymers (hygroscopic polymer) zu verlängern, welches eix in Bezug auf das Verdampfen des anfeuchtenden Stoffes größere Stabilität aufweist.
• Es wurde zusätzlich auch gefunden, daß der erfindungsgemäs se Fühler sehr viel schneller auf Änderungen der relativen Feuchtigkeit in der Luft anspricht als die bekannten Fühleer. Es hat sich auch ergeben, daß man den erfindungsgemäs sen Fühler mit einer dünnen feuchtigkeitspermeablen Plat stikmembran überziehen kann, um sowohl seine Lebensdauer als auch Beine Belastbarkeit zuaerhohen, ohne die nützlichen Anwendungen ernstlich zu beeinflussen. Eine dünne Schicht eines Materials, wie beispielsweise. eine Folie aus Polyvinylalkohol (polyvinyl alcohol) erlaubt sowohl den Zutritt als auch den Austritt von Feuchtigkeit zu bzw. von der Fühleroberfläche mit einer Geschwindigteit, die ausreicht, um die Ansprechzeit des erfindungsgemäßen Fühlers innerhalb der für die meisten Anwendungsfälle nötigen Grenzen liegen zu lassen.
• Patentansprüche :

Claims (11)

Patentansprüche.

1.Fühler für relative Feuchtigkeit mit im Abstand zueinan der stehenden elektrische: Anschlußleitungen aufweisende Elektroden, die durch einen Überzug aus elektrisch isolierendem Metalloxid mit von der relativen Feuchtigkeit abhängigem Widerstand überbrückt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Überzug eine porige Struktur hat.

2) Fühler,insbeso dere nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n ze i c h n e t , daß in dem Metalloxid des Uberzuges Chlor kovalent derart gebunden ist, daß sich eine Oxychloridstruktur ergibt.

3) Fühler, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Poren des Überzugs mit einem reversibel arbeitenden, hygroskopischen Anf euchtungsmaterial imprägniert sind.

4) Fühler nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n zeichn e t , daß das anfeuchtende Material ein stabiles hygroskopisches Polymer ist.

5) Fühler nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das anfeuchtende Material Polyäthylenglykol ist.

6) Fühler nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a d u r c h gek e n n z e i c h n e t , daß ein im wesentlichen ina1stives bielektrisches Rohteil (10, 110) vorgesehen ist und daß die aus Edelmetall bestehenden Elektroden (13, 14; 113, 114) an dem Rohteil angebracht sind.

7) Fühler nach einem der Ansprüche 1 - 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t. , daß das Metalloxid ein Oxid der Elemente in Gruppe VIII, Periode 4, des periodischen Systems der Elemente ist.

8) Fühler nach einem der Ansprüche 1 - 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metalloxid Eisen (III)-Oxid (Fe203) ist.

9) Fühler nach einem der Ansprüche 1 - 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das durch die Elektroden (113, 114) gebildete Ele'rtrodensystem eine interdigitale Ausgestaltung hat.

Fühler nach einem der Ansprüche 1 - 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine feuchtigkeitspermeable Membran auf den Überzug der Elektroden (13,. 14; 113, 114) aufgebracht ist.

11)Fühler nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die feuchtigkeitspermeable Membran aus einer Folie aus Polyvinyl-Alkohol besteht, Leerseite