DE3327159A1 - Sensor for measuring a vapour concentration - Google Patents

Sensor for measuring a vapour concentration

Info

Publication number
DE3327159A1
DE3327159A1 DE19833327159 DE3327159A DE3327159A1 DE 3327159 A1 DE3327159 A1 DE 3327159A1 DE 19833327159 DE19833327159 DE 19833327159 DE 3327159 A DE3327159 A DE 3327159A DE 3327159 A1 DE3327159 A1 DE 3327159A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
sensor
layer
vapor
vapor concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19833327159
Other languages
German (de)
Other versions
DE3327159C2 (en
Inventor
Josef L. Dr.Rer.Nat. Jostan
Anton 7900 Ulm Knoll
Anita 7906 Blaustein-Dietingen Marten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority to DE19833327159 priority Critical patent/DE3327159A1/en
Publication of DE3327159A1 publication Critical patent/DE3327159A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3327159C2 publication Critical patent/DE3327159C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • G01N2291/0257—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors with a layer containing at least one organic compound
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02845—Humidity, wetness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

The sensitive sensor intended for measuring a vapour concentration, for example the relative humidity of air, and having a small time constant is based on a quartz oscillator coated with a vapour-sensitive layer whose surface has been increased by roughening and/or expansion.

Description

Beschreibungdescription

"Sensor zur Messung einer Dampfkonzentration" Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung einer Dampfkonzentration nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1."Sensor for Measuring Vapor Concentration" The invention relates to a sensor for measuring a vapor concentration according to the preamble of the claim 1.

Ein Anwendungsbeispiel für einen derartigen Sensor ist die Messung der relativen Luftfeuchte, z.B. bei Haushaltsgeräten zur Regelung eines Wäschetrockners. Ein solcher Sensor beruht auf einem elektrischen Meßosxillator, der einen Schwingquarz enthält. Dieser Schwingquarz ist zumindest teilweise mit einer feuchtigkeitsempfindlichen Schicht bedeckt. Bei einer Änderung der beispielhaft gewählten Luftfeuchte verändert sich die Masse der Schicht. Dadurch wird der Schwingungszustand (Güte, Frequenz) des Schwingquarzes entsprechend geändert und zur Messung ausgewertet.An application example for such a sensor is measurement the relative humidity, e.g. for household appliances to regulate a tumble dryer. Such a sensor is based on an electrical measuring oscillator, which has a quartz oscillator contains. This quartz oscillator is at least partially sensitive to moisture Layer covered. Changes to the humidity selected as an example the bulk of the layer. As a result, the vibration state (quality, frequency) of the quartz crystal changed accordingly and evaluated for measurement.

Es ist zweckmäßig, bei dem Schwingquarz lediglich dessen feuchtigkeitsabhängige Frequenzänderung zu messen und diese in Abhängigkeit von der Luftfeuchte zu eichen. Eine derartige Messung der Frequenzänderung ist beispielhaft dadurch möglich, daß das elektrische Ausgangssignal des Meßoszillators gemischt wird mit dem Signal eines Vergleichsoszillators, der feuchtigkeitsunempfindlich ist. Es entsteht ein im allgemeinen niederfrequentes Mischsignal, aus dem mit Hilfe eines Impulsformers, einer Integrationsstufe sowie eines Anzeigeinstrumentes die zu messende Luftfeuchte auswertbar ist. Bei einer derartigen Anordnung besteht die feuchtigkeitsempfindliche Schicht aus einer Kunststoffschicht mit glatter Oberfläche. Daraus folgt, daß ein derartiger Sensor eine geringe Empfindlichkeit oder eine große Trägheit (Zeitkonstante) besitzt gegenüber Änderungen der zu messenden Luftfeuchte. Für einige Anwendungen, z.B. Trockengeräte, die eine Regelung mit einer kurzen Zeitkonstante erfordern, ist das beschriebene Verhalten nachteilig, so daß ein derartiger Sensor nicht anwendbar ist.In the case of the quartz oscillator, it is advisable to use only its moisture-dependent To measure frequency changes and to calibrate them as a function of the air humidity. Such a measurement of the frequency change is possible, for example, in that the electrical output signal of the measuring oscillator is mixed with the signal of a Comparison oscillator that is insensitive to moisture. There arises a in general low-frequency mixed signal, from which with the help of a pulse shaper, an integration stage as well as a display instrument, the air humidity to be measured can be evaluated. at With such an arrangement, the moisture-sensitive layer consists of a Plastic layer with a smooth surface. It follows that such a sensor has a low sensitivity or a large inertia (time constant) to Changes in the air humidity to be measured. For some applications, e.g. drying devices, that require regulation with a short time constant is the one described Behavior disadvantageous, so that such a sensor cannot be used.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Sensor anzugeben, der bezüglich der zu messenden Dampfkonzentration einen großen Meßbereich, eine hohe Auflösung und eine besonders kleine Zeitkonstante besitzt.The object of the invention is therefore to specify a generic sensor, which has a large measuring range with regard to the vapor concentration to be measured, a has high resolution and a particularly small time constant.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified features. Refinements and further training can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Bei einem beispielhaften Sensor zur Messung der relativen Luftfeuchtewird in dem eingangs erwähnten Meßoszillator ein Schwingquarz aus einer dünnen Quarzscheibe mit einer Grundschwingung von 5 MHz verwendet, die sich durch einen geringen Temperaturkoeffizienten auszeichnet. Die Quarzscheibe wird zur elektrischen Kontaktierung mit einer leitenden Schicht aus z.B. Silber oder Chrom/Gold versehen. Darauf wird eine feuchtigkeitsempfindliche Schicht mit großer Oberfläche aufgetragen. Diese besitzt eine ausreichende Temperaturstabilität und ist in der Lage, in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte reversibel Feuchtigkeit aufzunehmen bzw. abzugeben. Die Masse der Schicht ist entsprechend der gewünschten Zeitkonstante (Ansprechvermögen) des Sensors gewählt. Die Schicht besitzt einen porösen schaumartigen Aufbautder durch die dadurch vergrößerte (offenporige) Oberfläche entsprechend rasch und mehr Wasser absorbiert.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail. In an exemplary sensor for measuring relative humidity In the measuring oscillator mentioned at the beginning, a quartz oscillator made of a thin quartz disk with a fundamental oscillation of 5 MHz, which is characterized by a low temperature coefficient excels. The quartz disk is used for electrical contact with a conductive one Layer made of e.g. silver or chrome / gold. It becomes moisture-sensitive Layer applied with a large surface. This has sufficient temperature stability and is capable of reversibly humidity depending on the relative humidity take up or give up. The mass of the layer is according to the desired Time constant (response) of the sensor selected. The layer has one porous foam-like structure due to the enlarged (open-pored) surface correspondingly rapidly and more water absorbed.

Die Herstellung einer solchen Schicht wird durch Aufrauhen ihrer Oberfläche oder Aufschäumen vorgenommen, letzteres durch Zusatz eines chemischen Treibmittels zum feuchtigkeitsempfindlichen Lack oder Kunststoff, das sich bereits bei geringer Erwärmung in gasförmige Komponenten zersetzt.The manufacture of such a layer is made by roughening its surface or foaming carried out, the latter by adding a chemical blowing agent to moisture-sensitive paint or plastic, which is already at low Heating decomposes into gaseous components.

Dies ist beispielsweise bei Ammoniumhydrogencarbonat NH4HCO3 der Fall, das sich zersetzt bei einer Temperatur, die größer als 600C ist. Andere derzeit handelsübliche, bei Erhitzen Stickstoff abspaltende Treibmittel sind Azoverbindungen, N-Nitrosoverbindungen und Sulfonylhydrazide.This is the case, for example, with ammonium hydrogen carbonate NH4HCO3, that decomposes at a temperature greater than 600C. Others currently Commercially available blowing agents that split off nitrogen when heated are azo compounds, N-nitroso compounds and sulfonyl hydrazides.

Als feuchtigkeitsempfindliche Kunststoffmaterialien werden beispielsweise Polyamide (z.B. PA6, PA66), Poyacrylate oder Celluloseester (wie Celluloseacetat) verwendet, die entweder durch Aufschmelzen oder durch Beschichten mit einer Kunststofflösung (Tauchen, Aufschleudern mit anschließendem Trocknen) auf die Quarzoberfläche aufgebracht werden.As moisture-sensitive plastic materials, for example Polyamides (e.g. PA6, PA66), polyacrylates or cellulose esters (such as cellulose acetate) used either by melting or by coating with a plastic solution (Dipping, spin-coating with subsequent drying) applied to the quartz surface will.

Durch Feuchtigkeitsaufnahme des erfindungsgemäß kunststoffbeschichteten Quarzes ändert sich dessen Masse und damit auch dessen Eigenfrequenz. Geht der eigentlichen Messung ein Nullabgleich des einstellbaren Vergleichsoszillators mit dem in absolut trockener Atmosphäre (096 RF) gelagerten Schwingquarz voraus, so läßt sich eine beliebige relative Luftfeuchte als Änderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes direkt bestimmen.By moisture absorption of the plastic-coated according to the invention Quartz changes its mass and thus also its natural frequency. Goes the real one Measurement of a zero adjustment of the adjustable reference oscillator with the one in absolute quartz stored in a dry atmosphere (096 RF), a any relative humidity as a change in the natural frequency of the quartz crystal determine directly.

Besonders vorteilhaft ist bei dieser Art eines Feuchtesenbors, daß die Messung der relativen Luftfeuchte auch bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden kann, die lediglich durch die thermischen Eigenschaften der Schicht begrenzt werden.It is particularly advantageous in this type of moisture boron that the measurement of the relative humidity is also carried out at elevated temperatures can be limited only by the thermal properties of the layer will.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Messung der Luftfeuchte (Wasserdampf) beschränkt, sondern sinngemäß auf andere dampfförmige Stoffe anwendbar, die z.B. im Rahmen der Arbeitssicherheit und/oder des Umweltschutzes überwacht werden sollen.The invention is not based on the described measurement of air humidity (Water vapor), but can be applied analogously to other vaporous substances, which are monitored, for example, in the context of occupational safety and / or environmental protection should.

Claims (4)

Patentansprüche Sensor zur Messung einer Dampfkonzentration durch Messung einer masseabhängigen Änderung des Schwingungszustandes eines elektrisch angeregten Schwingquarzes, der zumindest teilweise mit einer dampfempfindlichen Schicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem Schwingquarz abgewandte Oberfläche der Schicht mechanisch und/oder chemisch vergrößert ist und daß die Oberfläche den Dampf adsorbiert oder desorbiert nach Maßgabe der Änderung der Dampfkomzentration.Claims sensor for measuring a vapor concentration Measurement of a mass-dependent change in the vibration state of an electrical excited quartz oscillator, at least partially with a vapor-sensitive Layer is coated, characterized in that at least the quartz oscillator remote surface of the layer is mechanically and / or chemically enlarged and that the surface adsorbs or desorbs the vapor in accordance with the change the steam concentration. 2. Sensor zur Messung einer Dampfkonzentration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch Aufachäumen und/oder Aufrauhen der Schicht vergrößert ist.2. Sensor for measuring a vapor concentration according to claim 1, characterized characterized in that the surface by roughening and / or roughening the layer is enlarged. 3. Sensor zur Messung einer Dampfkonzentration nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht einen Kunststoff enthält, der zur Messung der relativen Luftfeuchte geeignet ist.3. Sensor for measuring a vapor concentration according to claim 1 or Claim 2, characterized in that the layer contains a plastic which is suitable for measuring the relative humidity. 4. Sensor zur Messung einer Dampfkonzentration nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyamid und/oder ein Polyacrylat und/oder einen Celluloseester enthält.4. Sensor for measuring a vapor concentration according to claim 3, characterized characterized in that the plastic is a polyamide and / or a polyacrylate and / or contains a cellulose ester.
DE19833327159 1983-07-28 1983-07-28 Sensor for measuring a vapour concentration Granted DE3327159A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833327159 DE3327159A1 (en) 1983-07-28 1983-07-28 Sensor for measuring a vapour concentration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833327159 DE3327159A1 (en) 1983-07-28 1983-07-28 Sensor for measuring a vapour concentration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3327159A1 true DE3327159A1 (en) 1985-02-07
DE3327159C2 DE3327159C2 (en) 1991-06-06

Family

ID=6205093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19833327159 Granted DE3327159A1 (en) 1983-07-28 1983-07-28 Sensor for measuring a vapour concentration

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3327159A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3818733A1 (en) * 1987-06-02 1988-12-22 Djorup Robert Sonny CONSTANT TEMPERATURE HYGROMETER
WO2001001110A1 (en) * 1999-06-23 2001-01-04 Avl List Gmbh Arrangement for quantitative and qualitative analysis of particles in gases

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19907743B4 (en) * 1999-02-23 2012-01-05 Volkswagen Ag Oil quality sensor and method for its production

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD36928A (en) *
US3164004A (en) * 1961-05-15 1965-01-05 Exxon Research Engineering Co Coated piezoelectric analyzers
US3392583A (en) * 1967-07-11 1968-07-16 Chace Co W M Laminated humidity responsive element having improved water vapor absorptive qualitie
US3802268A (en) * 1971-05-06 1974-04-09 Johnson Service Co Capacitance humidity sensing element
DE1798335B2 (en) * 1967-09-27 1976-04-29 Johnson Service Co., Milwaukee, Wis. (V.St.A.) SYNTHETIC MOISTURE MEASURING ELEMENT
DE3212831A1 (en) * 1981-04-08 1982-11-11 United Technologies Corp., 06101 Hartford, Conn. BELLOW TYPE PRESSURE SENSOR

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD36928A (en) *
US3164004A (en) * 1961-05-15 1965-01-05 Exxon Research Engineering Co Coated piezoelectric analyzers
US3392583A (en) * 1967-07-11 1968-07-16 Chace Co W M Laminated humidity responsive element having improved water vapor absorptive qualitie
DE1798335B2 (en) * 1967-09-27 1976-04-29 Johnson Service Co., Milwaukee, Wis. (V.St.A.) SYNTHETIC MOISTURE MEASURING ELEMENT
US3802268A (en) * 1971-05-06 1974-04-09 Johnson Service Co Capacitance humidity sensing element
DE3212831A1 (en) * 1981-04-08 1982-11-11 United Technologies Corp., 06101 Hartford, Conn. BELLOW TYPE PRESSURE SENSOR

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3818733A1 (en) * 1987-06-02 1988-12-22 Djorup Robert Sonny CONSTANT TEMPERATURE HYGROMETER
WO2001001110A1 (en) * 1999-06-23 2001-01-04 Avl List Gmbh Arrangement for quantitative and qualitative analysis of particles in gases

Also Published As

Publication number Publication date
DE3327159C2 (en) 1991-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3427864A (en) Moisture analyzer
DE1498725A1 (en) Device for displaying the concentration of a part of a gas mixture through temperature-sensitive, self-oscillating crystals
DE2010220C3 (en) Capacitive synthetic moisture meter
DE2558560B2 (en) HUMIDITY SENSOR WITH A NEGATIVE COEFFICIENT OF ELECTRIC RESISTANCE
EP0408678A1 (en) A process and device for temperature measurement using the internal resistance of a lambda probe
DE2851686A1 (en) METHOD FOR REDUCING THE UNWANTED PROPERTIES OF AN ELECTRIC HUMIDIFIER
JP3054850B2 (en) Humidity detection method
DE3504575C2 (en)
DE3327159C2 (en)
Randin et al. Relative humidity measurement using a coated piezoelectric quartz crystal sensor
Sharman et al. Effects of rate of shear on inherent and intrinsic viscosities of polystyrene fractions
US2460073A (en) Cobalt iodide relative humidity indicators
US3715702A (en) Relative humidity sensor
Roman et al. A capacitive-type humidity sensor using crosslinked poly (methyl methacrylate-co-(2 hydroxypropyl)-methacrylate)
DE69730585T2 (en) A method for improving the selectivity of a gas sensor comprising a polymer layer
DE3829517A1 (en) HUMIDITY SENSOR
US4528543A (en) Moisture sensitive resistive element
US4280115A (en) Humidity sensor
Lin et al. Manufacture and examination of various spin-on glass films with respect to their humidity-sensitive properties
US3703697A (en) Relative humidity sensor
WO1986006167A1 (en) Relative air humidity measurement device
DE19852969A1 (en) Moisture detector and manufacturing method
DE967472C (en) Process for the production of moisture-sensitive measuring elements made of plastic
Huyberechts et al. Characterisation of strontium containing tin dioxide based thick film humidity sensors
Hermida et al. Design and Fabrication of PVA-SnO2 Based Humidity Sensors

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee