DE2627441C2

DE2627441C2 - Fühler zur Feststellung von kondensierter Feuchtigkeit

Info

Publication number: DE2627441C2
Application number: DE2627441A
Authority: DE
Inventors: Yukinori Tokyo Kutsukake; Kentaro Nagano; Junji Yokohama Kanagawa Nanao; Koji Yokohama Kanagawa Nomaki
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1982-04-01
Also published as: JPS51151176A; DE2627441A1; JPS5549705B2; FR2315091B1; GB1504654A; FR2315091A1; US4052691A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fühler zur Feststellung von kondensierter Feuchtigkeit mit einem Elektrodenpaar auf einem isolierenden Substrat und einer den Spalt zwischen den Elektroden vollständig oder teilweise bedeckenden Schicht aus Orthophosphat.

Ein derartiger Feuchtigkeitsfühler ist aus der DE-OS 14 63 103 bereits bekannt. Dabei besteht die zwischen dem Elektrodenpaar ausgebildete Schicht aus Lithium-Orthophosphat oder einer anderen Lithiumverbindung.

Ein solcher Fühler kann beispielsweise zur Steuerung einer elektrischen Heizvorrichtung verwendet werden, mit der eine Glasplatte zur Verhinderung einer Trübung durch Eis, Rauhreif oder auf der Glasplatte niedergeschlagener Feuchtigkeit erhitzt wird. Derartige Antibeschlagglasplatten werden immer nur dann automatisch erhitzt, wenn sich Feuchtigkeit auf der Glasplatte niederschlägt. Dabei tritt zwischen dem Elektrodenpaar des Fühlers eine Änderung des Stroms oder der Impedanz auf. Diese Strom- oder Impedanzänderung wird zur Steuerung der elektrischen Heizvorrichtung verwendet.

Bei Einsatz einer Schicht aus Lithium-Orthophosphat gemäß DE-OS 14 63 103 zeigt der Fühler jedoch schon nach relativ kurzer Betriebszeit eine erhebliche Verschlechterung seines Betriebsverhaltens. Nachteiligerweise ändert sich die bei Feuchtigkeitskondensation zwischen den Elektroden festgestellte Impedanz im Laufe der Zeit, so daß nach einer gewissen Zeit die erforderliche Betätigung eines Relais nicht mehr gewährleistet ist und des öfteren unterbleibt.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fühler zur Feststellung von kondensierter Feuchtigkeit zu schaffen, welcher auch nach sehr langer Betriebszeit ein vollständig stabiles Betriebsverhalten zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Fühler zur Feststellung von Feuchtigkeit der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schicht im wesentlichen aus Zink-Orthophosphat besteht.

Das für die Schicht verwendete Zink-Orthophosphat ist chemisch stabil und weist eine große Haftfähigkeit auf dem isolierenden Substrat auf. Es löst sich in einem sehr geringen Ausmaß in der kondensierten Feuchtigkeit auf. Das sich dabei einstellende Gleichgewicht wird stets erreicht und aufrechterhalten, so daß eine konstante Anzahl von Ladungsträgern und damit eine konstante Impedanz erhalten wird. Aufgrund der ι geringen Löslichkeit sind die Verluste an Zink-Orthophosphat gering, so daß die Impedanz über einen langen Zeitraum hinweg innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird. Der Fühler mit einer Schicht aus Zink-Phosphat ist somit auch nach langer Betriebszeit

ι ti praktisch vollständig stabil.

Weiterbildungen und die Verwendung der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen dargelegt

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

π F i g. 1 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitsfühlers;

F i g. 2 eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitsfühlers und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit

2(i der Impedanz im feuchten Zustand von der Anzahl der Testzyklen bei Durchführung eines Langzeittests mit Trocken-Naß-Zyklen.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Anode und das Bezugszeichen 2 eine Kathode. Die

r> Anode 1 und die Kathode 2 liegen einander gegenüber auf einem isolierenden Substrat 3. Der Spalt (d) zwischen den beiden Elektroden hat eine Spaltweite im Bereich von 0,1 bis 10,0 mm und vorzugsweise von 0,1 bis 3 mm (0,4 mm in den Zeichnungen). Die Länge (I)

j(i einer jeden Elektrode beträgt vorzugsweise 1 bis 100 cm (4 cm in den Zeichnungen). Die Breite eines jeden Elektrodenstreifens beträgt vorzugsweise 0,4 bis 3 mm (1 mm in den Zeichnungen). Der Raum zwischen der Anode 1 und der Kathode 2 ist vollständig oder

j> teilweise mit einer Schicht 4 aus Zink-Orthophosphat beschichtet.

Die Elektroden auf dem isolierenden Substrat bestehen aus einem leitfähigen Material mit einer großen chemischen Beständigkeit. Dabei kommt ein

4(i leitfähiges Metalloxid, wie RUO2, In2U3, SnÜ2, V₂Os oder TI2O3 oder ein leitfähiges Metall, welches nicht leicht wandert, wie Au, Pd, Pt oder AI in Frage. Das leitfähige Metalloxid oder das leitfähige Metall wird mit einer Glasfritte, einem Träger, einem Binder und gegebenen-

4-i falls anderen Zusatzstoffen vermischt und geknetet und die erhaltene Paste wird in dem gewünschten Muster des Elektrodenpaars auf das isolierende Substrat aufgedruckt, z. B. durch Siebdruck oder durch ein anderes Druckverfahren. Die gedruckte Masse wird sodann getrocknet und gesintert, wobei die Elektroden des Fühlers erhalten werden. Man kann die Elektroden aus leitfähigem Metall oder aus leitfähigem Metalloxid auch durch verschiedenste andere Verfahren aufbringen, z. B. durch Vakuumaufdampfverfahren, durch Sputterverfahren oder nach dem CLD-Verfahren.

Bei dem Fühler zur Feststellung von kondensierter Feuchtigkeit werden die Elektroden derart angeordnet, daß zwischen ihnen ein zweckentsprechender Spalt verbleibt. Die Elektroden können auch mehrere

bo alternierend angeordnete Äste haben, z. B. einige wenige Äste bis 10 Äste und mehr.

Im Bereich zwischen den Elektroden wird eine Beschichtung mit Zink-Orthophosphat vorgenommen. Wenn nun Feuchtigkeit in dem Spalt zwischen den Elektroden niedergeschlagen wird, so löst sich das Orthophosphat zu einer sehr geringen Menge in der kondensierten Feuchtigkeit auf und dissoziert unter Bildung von Z⁺ + und PO4 als Ladungsträger. Wenn

der Fühler in den trockenen Zustand übergeht, werden die Ionen wieder zu Zink-Orthophosphat vereinigt.

Zn₃(PO₄J₂ ^= 3 Zn - + + 2 PO4 - - -

Dieser Gleichgewichtszustand wird stets aufrechterhalten.

Das Zink-Orthophosphat ist chemisch stabil und wird während der Herstellung der Beschichtung nicht zersetzt. Es hat ein ausgezeichnetes Membranbildungsvermögen bei der Beschichtung. Somit eignet sich dieses Orthophosphat optimal für die Ausbildung einer empfindlichen Zone des Feuchtigkeitsfühlers. Das Orthophosphat glasiert, wenn es bei hoher Temperatur membranförmig abgeschieden wird und es bildet somit eine stabile dauerhafte Schicht.

Zink-Orthophosphat weist in Wasser eine äußerst geringe Löslichkeit auf, und zwar ist die Löslichkeit (g/100 g H2O bei Zimmertemperatur) kleiner als IxIO"⁶. Somit ist das Ausmaß des Ionenverlustes gering und es wird eine konstante Ionenkonzentration (ohne lonenverzehr) aufrechterhalten. Es ist daher während einer langen Zeit eine konstante Impedanz gewährleistet.

Das Zink-Orthophosphat wird in Form einer Schicht aufgetragen, welche eine Dicke von 10 μΐη bis 500 μιη und vorzugsweise eine Dicke von 50 μιη bis 100 μηι aufweist. Dabei bedeckt die Schicht mindestens teilweise den Raum zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden. Das Zink-Orthophosphat kann nach verschiedensten Verfahren aufgetragen werden. Es kommt beispielsweise ein Plasmaflammensprühverfahren, ein Sinterverfahren, ein Vakuumabscheidungsverfahren oder ein Sputterverfahren in Frage. Es ist bevorzugt, die Schicht bei hoher Temperatur auszubilden, z. B. nach dem Plasmaflammsprühverfahren oder dem Sinterverfahren, da in diesem Falle die Zink-Orthophosphatschicht in glasierter Form anfällt.

Gegebenenf?lls kann das Zink-Orthophosphat mit einer anderen Komponente für die Bildung der Schicht vermischt werden. Es ist ferner möglich, ein Gemisch von Zink-Orthophosphat mit anderen Orthophosphaten aufzutragen, die in Wasser eine Löslichkeit von weniger als 0,1 g/100 g H2O aufweisen. Typische, für diesen Zweck geeignete Orthophosphate sind im folgenden zusammengestellt:

Verbindung	Löslichkeit
	(g/100 g H₂O bei Zimmertemperatur)
Pb₃(PO₄),	1,4 X 10 ■■
Li₃PO₄	3.4 X 10 ~^:
Mn₃(PO₄),	<1 X 10"^Λ
Ca₃(POj)₂	2,5 X 10"
Mg₃(PO₄),	2 X 10 "
Fe₁(PO₄),	<1 X 10'""

Als isolierendes Substrat dient eine Glasplatte, eine Aluminiumöxidplatte, eine kristallisierte Glasplatte oder eine hitzebeständige Kunststoffplatte. Wenn eine Glasplatte verwendet wird, so ist es bevorzugt, eine Glasplatte mit einem geringen Alkaligehalt oder ohne Alkaligehalt zu verwenden, bei der keine Alkaliionen von der kondensierten Feuchtigkeit herausgelöst werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und eines Vergleichsbeispiels näher erläutert

Beispiel

Es wird eine leitfähige Masse hergestellt, indem man 100 Gew.-Teile RuO₂-Pulver, 61 Gew.-Teile Glasfrittenpulver und 16 Gew.-Teile eines Trägers vermischt und knetet und durch Siebdruck in dem in F i g. 2 gezeigten Muster auf eine Glasplatte druckt Die bedruckte

κι Glasplatte wird auf etwa 650⁰C erhitzt, um die leitfähige Masse zu sintern. Man erhält eine Glasplatte mit vier Elektroden.

Dann wird ein Pulver von Zn3(PO₄)2 durch Plasmaflammensprühen auf das Glassubstrat mit dem Elektro-

i) denpaar aufgetragen, wobei eine Schicht mit einer Dkke von 50 μίτι bis 100 μπι gemäß Fig. 2 erhalten wird. Es werden nun Langzeitversuche mit Trocken-Naß-Zyklen durchgeführt, und die Änderung der Impedanz im nassen Zustand wird gegen die Anzahl der Zyklen aufgetragen. Die Ergebnisse sind in F i g. 3 gezeigt.

Vergleichsbeispiel

Durch Vermischen und Kneten von 100 Gewichtstei-

2") len RuOi-Pulver, 61 Gewichtsteilen Glasfrittenpulver i'nd 16 Gewichtsteilen einer Trägerflüssigkeit wird eine leitfähige Masse hergestellt. Diese Masse wird auf eine Glasplatte nach dem Siebdruckverfahren aufgedruckt, und zwar mit dem Muster gemäß F i g. 2. Die bedruckte

hi Glasplatte wird auf etwa 605°C erhitzt, um die leitfähige Masse zu sintern. Man erhält eine Glasplatte mit vier Elektroden. Danach wird pulverförmiges L13PO4 mit Hilfe des Plasmafiammensprühverfahrens auf ein Glassubstrat mit einem Paar Elektroden aufgesprüht, so

Γ) daß eine Schicht mit einer Dicke von 50 μιη bis 100 μηι gemäß F i g. 2 gebildet wird. Mit dem erhaltenen Fühler werden mehrere Langzeittests mit einer Vielzahl von Trocken-Naß-Zyklen durchgeführt. Dabei wird die Änderung de:· Impedanz unter nassen Bedingungen in

jo Abhängigkeit von der Anzahl der Testzyklen untersucht. Die Ergebnisse sind in der F i g. 3 dargestellt.

Langzeitversuch mit Trocken-Naß-Zyklen

Der jeweilige Fühler wird auf einer Antibeschlagglasplatte ausgebildet, welche durch Aufdrucken von elektrischer. Heizelementstreifen hergestellt wurde. Die mit dem Fühier ausgerüstete Antibeschlagglasplatte wird an einer Wandung einer luftdichten Kammer angeordnet. Die Außenfläche der Glasplatte wird sodann mit Wasser besprüht, um die Außenfläche abzukühlen. Hierdurch kommt es zu Niederschlag und Feuchtigkeit an der Innenfläche der Glasplatte, so daß der Fühler naß wird. Sobald die Impedanz des Fühlers 0,5 ΜΩ im nassen Zustand erreicht, wird das Besprühen der Glasplatte mit Wasser durch den Befehl einer Steuereinrichtung unterbrochen, und es wird Strom durch das elektrische Heizelement geschickt, um die Oberfläche der Glasplatte zi¹ erhitzen. Hierbei verschwindet der Beschlag und der Fühler nimmt wieder seinen trockenen Zustand an. Sobald die Impedanz des Fühlers 1 ΜΩ erreicht, wird der durch das elektrische Heizelement fließende Strom abgeschaltet und das Besprühen der Glasplatte mit Wasser beginnt wieder. Auf diese Weise werden die Naß-Trocken-Zyklen wiederholt. Die Impedanz wird mit einem Testgerät gemessen.

In der F i g. 3 ist das Verhalten eines solchen Fühlers [ZnJ(PO₄):] sowie des Vergleichsfühlers (Li₅PO₄) dargestellt. Ev zeigt sich, daß das Betriebsverhalten des Vergleichsfühlers sich rasch verschlechtert, während der erfindungsgemäße Fühler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung überraschenderweise ein gleichbleibend gutes Betriebverhalten zeigt. Der Vergleichsfühler erzeugt nach längerer Betriebszeil Schaltsignale auch dann, wenn keine ausreichende Feuchtigkeit vorliegt.

llici/ii 2 Blatt

Claims

Patentansprüche:

1. Fühler zur Feststellung von kondensierter Feuchtigkeit mit einem Elektrodenpaar auf einem isolierenden Substrat und einer den Spalt zwischen den Elektroden vollständig oder teilweise bedeckenden Schicht aus Orthophosphat, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) im wesentlichen aus Zink-Orthophosphat besteht.

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch andere Orthophosphate zugemischt sind.

3. Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) aus Zink-Orthophosphat eine Dicke von 10 μΐη bis 500 μίτι aufweist.

4. Verwendung des Fühlers nach einem der verangehenden Ansprüche zur Steuerung eines elektrischen Heizelementes einer Antibeschlagglasplatte.