DE3020138A1

DE3020138A1 - Feuchtigkeitsanzeigeelement

Info

Publication number: DE3020138A1
Application number: DE19803020138
Authority: DE
Inventors: Tokuji Akiba; Tadao Kato; Keiichi Minegishi; Norio Ogaza; Giichi Sudoh
Original assignee: Chichibu Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1980-05-27
Publication date: 1980-12-18
Also published as: JPS55163801A; US4344062A; DE3020138C2; JPS5814043B2

Description

HOFFMANN · JSITJLIS & PARTNER 3020138

PAT E N TAN WALT E

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-I NG. W.EITtE · D R. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASEE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MÖNCH EN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATH E)

- 2 - 33 506 o/fg

Chichxku Cement Co., Ltd., Tokyo / Japan

Feuchtigkeitsanzeigeelement

Die Erfindung betrifft ein Feuchtigkeitsanzeigeelement zum Nachweis von Feuchtigkeit durch Veränderung des elektrischen Widerstandes.

Gewisse Metalloxid-Halbleiter haben gute Wasserabsorptionseigenschaften und es ist bekannt, dass Wassermoleküle in Meta11-oxid-Semihalbleiter absorbiert und von diesen wieder entfernt werden, wobei sich der Widersfcandswert des Metalloxid-Halbleiters verändert.

Diese Eigenschaften kann man zur Herstellung eines Feuchtigkeitsanzeigelementes anwenden. Übliche Feuchtigkeitsanzeigeelemente haben jedoch den Nachteil, dass sie eine schlechte Reproduktivität haben, dass die Ansprechbarkeit sich im Laufe der Zeit sehr verändert, dass die Ansprechgeschwindigkeit niedrig ist, und dass der spezifische Widerstand für einen genauen Nachweis nicht ausreicht.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Feuchtigkeitsanzeigeelement zu zeigen, bei dem sich in der Feuchtigkeit der Widerstand erheblich ändert, das eine gute Reproduktivität zeigt, das im Laufe der' Zeit keine Veränderung der Widerstandswerte zeigt, das sehr stabil ist und schnell anspricht.

Verbunden mit dieser Aufgabe ist es, ein Feuchtigkeitsanzeigeelement zu zeigen, das sehr haltbar ist und das mit ausserordentlich niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsfläche gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen relativer Feuchtigkeit und dem Widerstandswert des erfindungsgemässen Feuchtigkeitsanzeigeelements.-

Fig. 3 zeigt die Veränderung im Laufe der Zeit beim erfindungsgemässen Feuchtigkeitsanzeigelement.

Fig. 4 zeigt die Ansprechgeschwindigkeit des erfindungsgemässen Feuchtigkeitsanzeigeelements , und

Fig. 5 .zeigt eine weitere Ausführungsform gemäss der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die wie folgt hergestellt wird:

Zunächst werden 0,1 bis 10 Mol-% V₃O₅ zu TiO₂ als Hauptmateriai gegeben, das vollständig vermählen und vermischt wird,und anschliessend wird das Gemisch vorgesintert, vorzugsweise bei einer Temperatur von 600 bis 800⁰C, und dann pressverformt unter einem Druck von 500 kg/cm², und das so verformte Material wird

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schliesslich bei einer Temperatur von 900 bis 1300⁰C während 5 h unter Bildung einer gesinterten Scheibe mit einer Dicke von 4 mm und einem Durchmesser von 10 mm gesintert.

Anschliessend wird auf gegenüberliegende Oberflächen der gesin- · terten Scheibe 1 Silberpaste aufgebacken unter Bildung, eines Elektrodenpaares 2 und 3, an welche Leitungsdrähte 4 und 5 durch ein Lot 6 angebracht sind.

Es ist wesentlich, das Verhältnis in-der Zusammensetzung zwischen TiO„ und V₃O₁- so zu wählen, dass die gesinterte Scheibe 1 weniger als. 10 Mol-% V₃O₅ enthält.

Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass bei einem Anteil an ^V2^5 oberhalb 10 Mol-% der Widerstandswert des Elementes ganz ähnlich dem Wert wird, den man erzielt, wenn kein V^O₁- zugegeben wird, und das ist natürlich nicht sinnvoll. Indem man den Anteil

an V₉O auf einen Wert von weniger als 10 Mol-% auswählt, wird £ 5

der Widerstandswert auf einen praktischen Bereich erniedrigt.

Das Verhältnis von TiO- und V₃O₅ in den angewendeten Proben wird in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Zusammensetzung (Mol-%)

Zusammensetzung
Probe ^Ti02 ^V2°5

1 2 3 4

100,0	0	,0
98,0	2	,0
96,0	4	,0
94,0	6	,0
85,0	15	,0

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Bex Feuchtigketoanzeigeekmenten, bei denen die gesinterte Scheibe 1 aus einer Zusammensetzung gemäss der obigen Zusammensetzung bestellt, mit Elektroden 2 und 3 und Drähten 4 und 5 wird die Beziehung zwischen der relativen Feuchtigkeit und dem Widerstand gemessen. Die Ergebnisse werden in Fig. 2 gezeigt. Dabei entsprechen die Bezifferungen der Proben in Fig". 2 denen der in Tabelle 1 verwendeten. Aus Fig. 2 geht hervor, dass bei einer Veränderung der relativen Feuchtigkeit zwischen 0 und 100 % der Widerstandswert bei den Proben 2, 3 und 4 linear zwischen 2 χ 10 _/2 bis 2 χ 10 Jl. variiert. Da die Proben 1 und 5 ausserhalb des angegebenen Bereiches liegen, haben sie einen hohen Widerstand und eine Messung im Bereich niedriger Feuchtigkeit ist schwierig und unpraktisch. Dabei ist aber festzustellen, dass keine Hysterese vorliegt, was für die stabilen Eigenschaften spricht. - ,

Probe Nr. 2 wird so wie sie ist bei einer relativen Feuchtigkeit von 90 % bei.. 2.5⁰C 100 h gelagert, um die Veränderung des Widerstandes im Verlauf der Zeit zu messen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt, dass im Laufe der Zeit keine Veränderung des Widerstandes eintritt, und dass man somit sehr stabile Eigenschaften hat.

Die Anspredigeschwindigkeit (Widerstandszahl - Zeit) bei der Probe Nr. 2 wurde, bei relativen Feuchten zwischen 50 und 90 % gemessen. Die Ergebnisse werden in Fig. 4 gezeigt. Daraus wird ersichtbar, dass es mehrere Sekunden dauert, bis man das Gleichgewicht erhält, was schnell genug ist für praktische Zwecke. Insbesondere ist das Ansprechen bei einer Veränderung von hoher zu niedriger Feuchtigkeit für übliche Verwendungszwecke ausreichend.

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Das erfindungsgemässe Feuchtigkeitsanzeigeelement hat, wie bereits erwähnt, die Eigenschaft, dass sich der Widerstand mit Veränderung der Feuchtigkeit erheblich ändert, dass die Reproduzierbarkeit dieser Änderung gut ist, dass im Laufe der Zeit keine Veränderung des Widerstandes eintritt, dass die Vorrichtung sehr stabil ist und die Ansprechgeschwindigkeit sehr schnell. Da das Feuchtigkeitsanzeigeelement auch gesintert ist, ist es sehr haltbar und kann mit sehr niedrigen Kosten hergestellt werden. Pur die Messungen wurde Gleichstrom verwendet, jedoch ist es ebenso möglich, mit gleicher Wirkung eine Wechselstromquelle zu verwenden.

Das erfindungsgemässe'Feuchtigkeitsanzeigeelement hat die vorerwähnten guten Eigenschaften, die von denen des Standes der Technik nicht erreicht werden, und ist deshalb für viele praktische Zwecke anwendbar und kann für Mess- und Überwachungszwecke eingesetzt werden.

Das erf indungsgemässe Feuchtigkeitsanzeigeelement ao.ll· bei Temperaturen unterhalb 400⁰C und vorzugsweise bei einer Temperatur in der Nähe von Raumtemperatur angewendet werden. Wenn die Temperatur des Feuchtigkeitsanzeigeelementes 400⁰C übersteigt, dann ist die Veränderung,mit der "der Widerstandswert auf die Feuchtigkeit anspricht, sehr gering und deswegen für praktische Zwecke ungeeignet.

Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemässe- Ausführungsform. Anstelle der Ausführungsform gemäss Fig. 1 mit-den Elektroden 2 und 3 besteht das Feuchtigkeitsanzeigeelement gemäss Fig. 5 aus einem gekörntem, gesintertem Teil 8 der Grosse 5 mm x. 3 mm χ 2 nun und darin eingebettet miteinander verbundenen Leitungsdrähten 9 und 10 einer Dicke von 0,05 mm, die 1 mm auseinander liegen und im zentralen Teil spiralförmige Elektrodenteile ei mit einem Aussendurchmesser von 0,7 mm bilden. Die Anzahl der Windungen in dem Spiralelektrodenteil ει beträgt 20.

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In diesem Feuchtigkeitsanzeigeelement wird der Anteil an TiO- und V-O₁- so gewählt, wie dies, in der vorerwähnten Tabelle 1 angezeigt wird, und TiO- und V.O werden vollständig miteinander vermählen und vermischt, und anschliessend 5 h bei 600⁰C vorgesintert, und das so vorgesinterte Material wird in eine Form zusammen mit den Leitungsdrähten 9 und· 10 gegeben und bei einem· Druck von TOO kg/cm² pressverformt und dann bei einer Temperatur von 900 bis 1300⁰C während 5 h erwärmt und gesintert, wobei man eine granuläres Sinterteil 8 erhält mit den spiralförmigen Elektrodenteilen a. aus den Drähten 9 und 10, die darin eingebettet sind und ein Feuchtigkeitsanzeigeelement bilden.

Obwohl man ;„ spiralförmige Elektroden, die mit den Leitungsdrähten verbunden sind, auch schon bei anderen Nachweiselementen verwendet hat, bieten diese Ausführungsformen doch eine Reihe von Vorteilen, weil keine Verlötung für die Drähte erforderlich wird, und man die Vorrichtung deshalb mit niedrigen Kosten herstellen kann, und weil ein Herausgleiten der Drähte verhindert wird.

030051/Ό693

Leerseite

Claims

HOFFMANN.· EXTIJS & PARTNER

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DI PL.-I N G. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-1 NG. W. LEH N

DIPL₁-ING. K.FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO N CH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

33 506 o/fg

Chichibu Cement Co., Ltd., Tokyo / Japan

Feuchtigkeitsanzeigeelement

Patentansprüche

\S 1 .J Feuchtigkeitsanzeigeelement, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Metalloxid-Halbleiter gesintertes Teil aus einer Zusammensetzung von TiO₉ als Hauptmaterial mit einem Gehalt an 0/1. bis 10 Mol-% V₉O₅ mit Elektroden versehen ist.

2« Feuchtigkeitsanzeigeelement gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das gesinterte Teil aus einem Metalloxid-Halbleiter scheibenförmig ist, und dass Silberpaste auf gegenüberliegende Seiten des gesinterten Teils.unter Bildung eines Elektrodenpaares angebracht ist, wobei jede der Elektroden einen angelöteten Draht hat.

0300S1/0893 ORIGINAL INSPECTED