DE2702487A1 - Monomolekularschicht-hygrometer - Google Patents

Description

DR. HANS ULRICH MAY

D β MÖNCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27 TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEX 82 4487 PATOP TELEFON CO8O) 22OOöl

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B. 5863. 3 HM 21 .Januar 1977

CP 533/1 51 Ü Dr.M.m

Jommissariat ä I¹ Energie Atomique in Paris / Frankreich

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Monomolekularschicht-Hygrometer

Die Erfindung betrifft ein Monomolekularschicht-Hygrometer. Es sind verschiedene Vorrichtungen zum Messen des Wasserdampfgehalts in der Atmosphäre bekannt. Von diesen bisher verwendeten Hygrometern seien besonders erwähnt:

Absorptionshygrometer, wie z.B. Haar-Hygrometer, die wenig zuverlässig sind;

Kondensationshygrometer, wie Taupunkt-Hygrometer, die im allgemeinen eine ziemlich genaue Messung der Umgebungsfeuchtigkeit liefern, jedoch zur Durchführung dieser Messung sehr komplizierte Hantierungen erfordern,

elektrolytische Hygrometer, wie Lithiumchlorid-Hygrometer, und die aus einem SandwichAluminium-Aluminiumoxid-Metall bestehenden Hygrometer, welche die Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Aluminiumoxids ausnutzen. Diese Hygrometer weisen eine erhebIiehe Hysterese und lange Ansprechzeit auf, was eine sehr ungenaue Messung der Umgebungsfeuchtigkeit zur Folge hat.

Durch die Erfindung soll nun ein neues Hygrometer geschaffen verden, das die erwähnten Nachteile der bekannten Hygrometer behebt und bei einer sehr kurzen Ansprechzeit eine genaue Messung der

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Umgebungsfeuchtigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Hygrometer, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es besteht aus mindestens einer monomolekularen Schicht einer organischen Verbindung mit hydrophilen Gruppen, die auf einer metallischen Unterlage abgeschieden und von einer Metallschicht bedeckt ist, die genügend dünn ist, um die umgebende Feuchtigkeit hindurchdiffundieren zu lassen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer Ausführungsform kann der metallische Träger aus einem einzigen Stück oder aus mehreren nicht aneinanderstoßenden Stücken bestehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metalli sche Träger aus Aluminium und die Metallschicht, welche die monomolekulare Schicht oder Schichten bedeckt, aus Aluminium oder Gold.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die monomolekulare Schicht oder Schichten aus einem Film von Calciumbehenat oder Oi- Hydroxydocosansäure.

Aufgrund dieses Aufbaus des erfindungsgemäßen Hygrometers führt die Adsorption von Wasser an der Grenzfläche Aluminium-Hydrophiler Teil der monomolekularen Schicht oder Schichten zu einer sehr erheblichen Veränderung der Kapazität der Vorrichtung. Das erfindungs gemäße Hygrometer weist also wesentliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Hygrometern auf. Im Gegensatz zu andersartigen Hygrometern, bei denen ein verhältnismäßig großes Volumen Wasser diffundieren muß, wie bei den Lithiumchlorid-Hygrometern oder den

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]; 'Tror'ir t · ι ;i · .; <->jnor ΛΊ uminiumoxi d°,chi cht, erfordert nämlich das ' rrirKiun^r;!: Ίι,ο Hyqromr-1 or nur eine oberf lächliche Adsorption, ι-.;·-' Vi n] v,i:;i-ivT erfolgt . Außerdem stellt sich wegen der Ge^rchvind]f!i; ί : dor benutzten Phänomene das Gleichgewicht unver— 7,.^:i·.;lieh oin, und die Gründe für dir üblichen Hysterese-Erscheinungen werden /)\!3f|eschlo5;sen.

Die Erfinden wird erläutert durch die folgende Beschreibung zweier Ausfünrunasbeispi^Ie, die sich auf die beigefügten Figuren bez ii-hen. h-'s z?i gen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erf i nuur 7r.gemäßen Hygrometers;

Fig. 2 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen .Hygrometers.

Beispiel 1

Es wird ein Hygrometer, wie schematisch im Schnitt in Fig. 1 gezeigt, hergestellt, indem man auf einem Träger 2 aus Aluminium von 1500 S Dicke einen Film 4 von Calciumbehenat abscheidet und diesen Film mit einer Schicht 6 aus Aluminium von 400 8 Dicke bedeckt. Der Träger 2 und die Schicht 6 sind durch elektrische Verbindungen 6 bzw. 10 mit einem Meßgerät 12 zum Messen der Kapazität des so gebildeten Hygrometers verbunden.
Der Wert der Kapazität des so gebildeten Hygrometers beträgt C = 1 'UF/cm /n+1 , wobei η die Zahl der monomolekularen Schichten

angibt. In diesem Fall ist η = 1, also hat das Hygrometer eine Kapazität von 0,5 /uF/cm .

Im trockenen Zustand (in trockener Umgebung) verändert sich die Kapazität des Hygrometers zwischen Temperaturen von -100° C bis +140° C um weniger als 1%. Diese Kapazität verändert sich linear

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ORIGINAL INSPECTED

.ι λ;ι|ι.ί fir ;■ α¹ ·μ t: vom Feuchtigkeitsgrad, und zwar verändert sie sich ■■>-! V-^;% i;'M '-irior Veränderung des Feuchtigkeitsgrads von ü bis 100%

C. iü'"¹ Ansprechzeit liegt unter 2 Sekunden.

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ι.·; ■ ,virf] fin it'/grometcr hergestellt, wie es schematisch in Fig. 2 '!"/.ei:rt i.e.t. indem man auf einem in der Figur nicht gezeigten "isolierenden Trager aus Glas im Vakuum einen metallischen Träger dufdainppt, der aus Aluminium mit einer Dicke von 20üü A besteht und die Forn von zwei Elementen 2¹ und 2" hat, die in Form von Timmen inrinandergesetzt sind. Auf diesen metallischen Träger werden ciann drei monomolekulare Schichten von Calciumbehenat oder tx-Hydroyydocosans'ii.ire abgeschieden, und diese Schichten werden mit einer Metallschicht 6· aus Gold, die eine Dicke von 150 8 und eine rechteckige Form hat, bedeckt. Die Dicke der drei monomolekularen Schichten beträgt etwa 100 R, und die aktive Oberfläche des Hygro-

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meters 50 mm .

Das so hergestellte Hygrometer mit den an den Elementen 2' und 2^M angebrachten Verbindungen 8¹ und 10· besteht also aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren. Die Kapazität dieses Hygrometers im trockenen Zustand beträgt 55 nF.

Die Kapazität dieses Hygrometers verändert sich linear in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgrad. Sie verändert sich um 25% bei einer Veränderung des Feuchtigkeitsgrads von 0 auf 100% bei 20 C.

Dieses Hygrometer ermöglicht die Messung eines Feuchtigkeitsgrads zwjsehen 0 und 100% bei einer gegebenen Temperatur zwischen 0 C und 60° C.

M?.^: .ΛΊ»·-;15Κ' ' ORIGINAL INSPECTED

(ο

D.r- Mesnunqr-ii mit diesem Hygrometer werden vorzugsweise unter einer ':,.inii'in<7 zwischen 200 und 1000 mV und mit einer Frequenz zwischen 1-' ) und TOO·.; ;iz vorgenommen.

iJi'i orf indunar-.gernäßes Hygrometer weist also folgende Vorteile auf: i*.; ι kann qonünnnd hohe Kapazitäten erhalten, deren Messung keine n> hwieu^iffk'- ; t bereitet;

Di f¹ Voränderung der Kapazität in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit ist πohr groß;

Die Kapazität im trockenen Zustand des Hygrometers ist von der Temperatur praktisch unabhängig;

Das Hygrometer spricht praktisch sofort an.

Auß_erdem läßt sich das erfindungsgemäße Hygrometer einfach und reproduzierbar herstellen.

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ORIGfNAL INSPECTED

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Iy Hygrometer, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mindestens einer monomolekularen Schicht einer organischen Verbindung mit hydrophilen Gruppen besteht, die auf einem metallischen Substrat abgeschieden und mit einer Metallschicht bedeckt ist, die genü gend dünn ist, um die umgebende Feuchtigkeit hindurchdiffundieren zu lassen.
2. 2. Hygrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Substrat aus Aluminium besteht.
3. 3. Hygrometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschicht, welche die monomolekulare Schicht oder Schichten bedeckt, aus Aluminium oder Gold besteht.
4. 4. Hygrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekenn zeichnet! daß die monomolekulare Schicht oder Schichten aus einem Film von Calciumbehenat oder fr-Hydroxydocosansäure bestehen.
5. 5. Hygrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das metallische Substrat (2',2^M) aus mehreren nicht aneinanderstoßenden Teilen besteht.

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