DE2851686A1

DE2851686A1 - Verfahren zur verminderung von unerwuenschten eigenschaften eines elektrischen feuchtegebers

Info

Publication number: DE2851686A1
Application number: DE19782851686
Authority: DE
Inventors: Veijo Antikainen; Jouko Jalava; Eero Dipl Ing Salasmaa
Original assignee: Vaisala Oy
Current assignee: Vaisala Oy
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1979-06-07
Also published as: IT7830461A0; FR2410821B1; BR7807935A; JPS5494090A; FI58402C; DE2851686C2; GB2011093A; JPH0340334B2; FI773680A; JPH0151771B2; IT1100442B; FI58402B; JPS6263852A; ZA786573B; AU4203378A; FR2410821A1

Description

R ρ !' f; H DiPL-iMO, STAPf

Anwaltsakte: 29 695 29. November 1978

Vaisala Oy HeIs inki/Finnland

Verfahren

zur Verminderung von unerwünschten Eigenschaften eines elektrischen Feuchtegebers

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung von unerwünschten Eigenschaften eines elektrischen, auf Impedanzänderung beruhenden, insbesondere kapazitiven Feuchtegebers, bei dem organisches Polymer als feuchtigkeitsempfindliches Material verwendet wird.

Bisher sind mehrere verschiedene elektrisch anzeigende Feuchtegeber bekannt, deren Impedanz sich als Funktion der zu messenden Feuchtigkeit ändert. Feuchtegeber dieser Art sind z. B. aus den US-Patentschriften Nr. 3 168 829 und 3 350 941 sowie aus dem finnischen Patent Nr. 48 229 des Antragstellers bekannt.

In dem finnischen Patent Nr. 48 229 ist ein kapazitiver Feuchtegeber beschrieben, der als dielektrisches Material eine Polymerschicht hat, deren Dielektrizitätskonstante eine Funktion der Wassermenge ist, die von der Polymerschicht absorbiert wird. Bei den vorher beschriebenen sowie auch bei anderen auf Impedanzänderung beruhenden Feuchtegebern treten insbesondere bei der Messung von großen Feuchtegehalten unerwünschte Erscheinungen auf. Derartige Erscheinungen sind u.a. langsames Kriechen des Gebers, das durch verschiedene Ursachen hervorgerufen werden kann. Im allgemeinen handelt es sich hierbei jedoch um wiederkehrende Erscheinungen, deren bessere Beherrschung angestrebt wird, um eine größere Gebergeschwindigkeit als bisher und eine Verbesserung der Meßgenauigkeit insbesondere bei großer ζ. B. über 90 %-iger relativer Feuchte zu erreichen.

Zur Erreichung der vorher und später deutlich werdenden Ziele ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß das feuchtigkeitsempfindliche Material des Feuchtegebers wenigstens bei größeren relativen Feuchten auf eine

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Temperatur erwärmt wird, die größer als die Temperatur der Umgebung des Feuchtegebers ist.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf das in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, dessen Gegenstand ein kapazitiver Feuchtegeber ist, in dem organisches Polymer als feuchtigkeitsempfindliches Material dient, ausführlich beschrieben. In diesem Zusammenhang muß jedoch hervorgehoben werden, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Verwendung in Feuchtegebern anderen Typs eignet, bei denen eine bessere Beherrschung der vorher behandelten und später deutlich werdenden nachteiligen Erscheinungen als bisher verlangt wird.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung des erfindungsge

mäßen Verfahrens in schematischer Darstellung, teilweise als Teilschema.

Fig. 2 zeigt den Schnitt II-II der Fig. 1 des eigentlichen Feuchtegebers.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Feuchtegeber ist ansich aus dem finnischen Patent Nr. 48 229 des Antragstellers bekannt. Als Boden des Gebers 10 dient eine bezüglich Wasserabsorption passive Grundplatte 11, wie z. B. eine Glasplatte. Auf der Grundplatte 11 ist auf eine Weise, die von der Dünnschichttechnik her bekannt ist, durch Metallisieren ein Grundkontakt 12 angebracht, an dem durch Lötung 16 Kontaktkabel 21 befestigt sind, durch die die Kapazitanz gemessen und mit einem Gerät angezeigt wird, das in Fig. 1 schematisch durch die Felder 20 und 22 dargestellt ist. Der Geber 10 hat als aktiven Stoff eine dünne Polymerschicht 13 z. B. mit einer Stärke in der Größenordnung von ca. 10 pm. Durch Vakuumverdampfung, Aufspritzung oder chemische Bildung ist auf die Polymerschicht 13 ein wasserdurchlässiger Oberflächenkontakt 14 aufgetragen,

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der mit keinem der beiden Grundkontakte 12 galvanischen Kontakt hat. So wird, die zu messende Kapazitanz C im Bereich d und e (Fig. 2) durch die Serienschaltung der zwischen den Grundkontakten 12 und Obeflächenkontakten 14 entstehendem Kapazitanzen gebildet.

Bei der Absorption der Wassermoleküle durch das feuchtigkeitsempfindliche Material der Schicht 13 erfolgt die Wasserbindung durch zwei verschiedene Vorgänge. Die eine Bindung erfolgt auf molekularer Ebene, wobei sieh ein schneller und im allgemeinen linearer Widerstand in Form der Änderung der Kapazitanz CL. ergibt. Unter sehr feuchten Bedingungen, im allgemeinen bei über 90%-iger relativer Feuchte findet der zweite Vorgang, der sog. Anschwelleffekt statt, bei dem Wasser im feuchtigkeitsempfindlichen Material der Schicht 13 sozusagen in Taschen gebunden wird. Dieser Effekt ist im Charakter erheblich längsamer als der vorher beschriebene Vorgang und hat beim Messen großer Feuchten den Nachteil, daß der Geber kriecht. Eine weitere Begleiterscheinung ist die Verschlechterung des Q-Wertes (Leistungsfaktor) der Geberkapazitanz, was bei einigen Ausführungsformen der Erfindung zur Verminderung der vorliegenden unerwünschten nachteiligen Einflüsse der Vorgänge auf später deutlich werdende Weise aktiv ausgenutzt wird.

Nach Fig. 1 wird über die Kontaktkabel 21 ein Meßstrom e mit geeigneter Frequenz in den Meßgeber gespeist und die Größe dieses Stromes wird als Grundlage der am Geber 10 zu messenden Feuchte verwendet. Aus den vorher beschriebenen Gründen ist die durch die Kontakte 16 sichtbare Impedanz Z_M besonders bei großen Feuchtewerten keine reine Kapazitanz, sondern sie hat eine bestimmte resistente Komponente, so daß für die zu messende Kapazitanz ~Z = R + -=—^ (Reihenschaltung von Resistenz und Kapazitanz als Ersatzschaltung) geschrieben werden kann,, wobei R_Q den Verlustwiderstand des dielektrischen

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Polymeren und C_M die kapazitive Komponente der zu messenden Impedanz bedeutet. Bei großen Feuchten wächst die Verlustwiderstandskomponente R durch den Einfluß des Anschwelleffektes und die in der resistenten Komponenten R des Kondensatoren entstehende, den Geber erwärmende Verlustleistung ist

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W=IR, wobei I der Effektivwert des Meßstromes ist.

Die erfindungsgemäß erfolgende Heizung des Gebers kann sich entweder so auswirken, daß die vom Geber angesaugte nachteilige Feuchte schneller bei steigender Temperatur aus dem feuchtigkeitsempfindlichen Material entweicht und/oder so, daß der Geber mit einer Temperatur, die etwas größer ist als die Temperatur seiner Umgebung, die ihn unmittelbar umgebende Luftschicht erwärmt, wobei die an der Grenzfläche vorhandene relative Feuchte nicht auf so große Werte, die die Funktion des Gebers beeinträchtigen, ansteigen kann.

Nach Fig. 1 erfolgt die Heizung der Isolierschicht 13 des Gebers 10 durch den Strom I, der in den Geber selbst gespeist wird und gleich dem Meßstrom des Gebers ist, sowie durch die Verursachung von Verlusten im dielektrischen Material der Meßkapazitanz, also in der Schicht 13. In der Praxis erfolgt betreffende Heizung nach Fig. 1 so, daß die Speisespannung U des Gebers 10 auf ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet hohes Niveau angehoben wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht der Vorteil darin, daß sich der Geber 10 bei großen Feuchten (relativ großer Verlustwiderstand R ) selbstregelnd mehr erwärmt und bei kleinen Feuchten Erwärmung und Verluste geringer sind, wobei die Heizung nicht erforderlich ist. Somit verursacht die erfindungsgemäße Heizung bei kleinen Feuchten keinen wesentlichen Fehler oder Korrekturbedarf in der Feuchtemessung.

Nach Fig. 1 ist die Erfindung so angewendet, daß die Temperatur T des dielektrischen Materials mit dem an der Isc lierschicht 13 angebrachten Temperaturgeber 15 gemessen wird

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und diese Messung auf geeignete Weise bei der Heizung der Isolierschicht 1 3 ausgenutzt wird (Anschluß 18). In der Praxis geschieht dies so, daß die Speisespannung ü aufgrund der Temperatur T nach einer in der Praxis als geeignet erwiesenen Abhängigkeit geregelt wird.

Außerdem wird nach Fig. 1 mit dem Meßgeber 17 die Umgebungstemperatur T des Gebers 10 gemessen und diese Meßangabe wird zu den Meßgeräten 20 geleitet und auf geeignete Weise zur Regelung der Heizung des Gebers 10 verwendet. In Fig. 1 ist das Anzeigegerät für die relative Feuchte (RH) durch Feld 22 dargestellt.

Innerhalb des Erfindungsbereichs kann ein Geber 10 oder ein anderer entsprechender Geber auch auf andere Weise als mit dem eigenen Meßstrom des Gebers geheizt werden. Die Heizung kann z. B. so erfolgen, daß auf dem Substrat 11 des Gebers 1Oz. B. durch Metallisieren ein besonderer Heizwiderstand angebracht wird, in den ein Strom geleitet wird, dessen Größe zweckmäßig den anderen Größen entsprechend geregelt ist.

Die Heizung kann auch durch andere am Geber angebrachte Heizelemente oder sogar durch äußere Strahlung ausgeführt werden.

Für die Regelung der Heizenergie kann, wie vorher deutlich wurde, die vom Feuchtegeber selbst abgegebene Feuchteinformation verwendet werden. Außerdem können zur Heizenergieregelung die in den genannten Temperaturen T und T enthaltenen Informationen verwendet werden, z. B. so, daß das Meßergebnis bei großen wie bei über 90%-igen relativen Feuchten durch ein Signal korrigiert wird, das der Temperaturdifferenz ΔΤ = T -T

proportional ist.

Bei einigen Ausführungen ist vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Heizung für die Dauer der Feuchtemessung abgeschaltet wird und während der übrigen Zeit so eingeschaltet ist, daß die nachteilige Bindung von Wassermolekülen verhindert wird.

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Leerseite

Claims

Anwaltsakte: 29 695

Patentansprüche 2851686

1 ή Verfahren zur Verminderung von unerwünschten Eigenschaf ten~"eines elektrischen, auf Impedanz änderungen beruhenden insbesondere kapazitiven Feuchtegebers (10), bei dem organisches Polymer als feuchtigkeitsempfindliches Material verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchtigkeitsempfindliche Material (13) des Feuchtegebers wenigstens bei größeren relativen Feuchten auf eine Temperatur (T ) erwärmt wird, die größer als die Temperatur (T ) der Umgebung des Feuchtegebers ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Gebers als Funktion der zu messenden Feuchte geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Gebers für die Dauer der Durchführung der Feuchtemessung abgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahren Temperatur (T ) und/oder Um-

gebungstemperatur (T_Q) des Gebers gemessen werden und diese Meßgröße oder -größen zur Korrektur der Feuchtemeßwerte verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber mit einem getrennten am Geber angebrachten Heizwiderstand geheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung des Gebers wenigstens teilweise selbstregelnd mit Hilfe der elektrischen Verluste des Isolierstoffs (13) des kapazitiven (C₁₄) Gebers (10) durchgeführt wird.

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