JP2707246B2 - 湿度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，相対湿度の変化を，素子の電気的特性の変
化として検出する湿度センサに関する。 〔従来の技術〕 近年，湿度制御を必要とする分野が増加し，湿度セン
サの重要性が認められるようになった。 ビル等の空調の他，工業関係では，化学，薬品，食
品，紙，半導体，電子部品の生産管理，農業関係では栽
培，飼育の管理，また，医学の分野でも湿度制御の必要
性が増加している。民生機器でも冷暖房器具，電子レン
ジ,VTR,乾燥器等で，良質の湿度センサが求められてい
る。 このように湿度センサの用途が拡大するに伴い湿度セ
ンサに要求される特性も厳しさを増してきた。湿度セン
サには次の様な特性が要求される。 （１）信頼性が高いこと。 （２）寿命が長いこと。 （３）実用計測範囲（10¹〜10⁷Ω）のものであること。 （４）ガス雰囲気中で安定であること。 （５）塵埃，油の付着によって影響を受けないこと。 （６）温度依存性が少なく，かつ低温および高温環境中
で使用可能であること。 （７）応答性がよいこと。 （８）ヒステリシスがないこと。 （９）再現性が良く，互換性があること。 （10）小型で使いやすく，低コストであること。 湿度センサとして古典的なものは，乾湿球湿度計であ
る。家庭用湿度計としては毛髪湿度計とともに最も一般
的であるが，工業用電気式センサとしては，メンテナン
スが必要であったり,0℃以下や，小容積の密閉系では使
用できない，という欠点がある。 相対湿度の変化を，素子の電気的特性の変化として検
出する湿度センサには，電解質系，有機物系，金属系，
金属酸化物系があり，それぞれいろいろな系が研究され
ているが，現在実用化されているものは，吸湿性高分子
樹脂中に導電性粉末を混合した結露センサ，導電性高分
子膜による湿度センサ,ZnCr₂O₄−LiZnVO₄系セラミック
湿度センサ,TiO₂−V₂O₅系セラミック湿度センサであ
る。吸湿性高分子樹脂中に導電性粉末を混合した結露セ
ンサは，高分子樹脂が吸湿すると膨潤し，導電性粉末の
粒子間距離が増加し，抵抗値が増加するもので，ある湿
度になると急激な抵抗増加を起こす性質を利用したもの
である。導電性高分子膜およびセラミック系湿度センサ
は，水の吸着により，素子のインピーダンスが湿度の増
加に伴い指数関数的に減少する性質を利用したものであ
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし，前述の従来技術では，結露センサは広範囲の
湿度測定ができず，高分子膜湿度センサは60℃以上での
測定ができず，また，高分子膜，セラミック系湿度セン
サ共に，低湿度域で精度が悪化するという欠点があっ
た。さらに，セラミック系湿度センサの中には，一定時
間ごとに数100℃まで加熱してリフレッシュしなければ
使用できないものがあり，この様な湿度センサは，可燃
性蒸気又はガスの存在する所では使用できない。また，
いずれの湿度センサも，高温多湿の環境で長時間使用す
ると劣化してしまうものが多い。 そこで，本発明はこの様な問題点を解決するもので，
その目的とするところは，過酷な環境に耐え広範囲の湿
度を精度良く測定することができる湿度センサを提供す
るところにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の湿度センサは，以下の特徴を有する。 （１）エチルシリケートの加水分解液に炭素粒子を分散
させ，この分散体を真空中において加熱処理することに
より得られる多孔質体であり，（２）前記多孔質体に含
まれる二酸化ケイ素と炭素とのモル比（C/SiO₂）は0.1
〜５である。 前記（１）のようにして作製された多孔質体は，オル
ガノシリケートが加水分解を経由して生成したSiO₂中に
炭素粒子が分散した構造を有し，その他の不純物をほと
んど含まない。そのため，この多孔質体からなる湿度セ
ンサは，水に対して化学的に安定な炭素を含むこと，及
び不要な不純物を含まないことなどから，安定した特性
を有し，特に素子の経時的劣化が少ないことから，過酷
な環境で長時間使用しても安定した特性を保持し，高い
信頼性を有することができる。 また，加熱処理を真空中で行うことにより，炭素の酸
化による焼失を防止することができることから，多孔質
体に含まれる炭素粒子の含有量を正確にコントロールす
ることができる。したがって，炭素粒子の含有量を適宜
設定することにより，多孔質体の抵抗値をコントロール
することができる。 さらに，本発明によれば，相対湿度と抵抗値との関係
か直線的であるので，検出回路の設計が容易であり，高
精度な湿度センサを容易かつ安価に製造することができ
る。炭素粉末の含有量は,SiO₂とＣのモル比を で表わすと， では抵抗値が高くなりすぎ測定が困難であり， では抵抗値が低くなりすぎ測定が困難である。したがっ
て， が望ましい。また，湿度センサとして十分な感度を持つ
ためには，適切な細孔径を持つ多孔質体であることが必
要で，直径１μｍ以下の細孔を有することが望ましい。 〔実施例〕 エチルシリケート（Si（OC₂H₅）_４）200ml,0.02N塩酸
65ml,炭素粒子10.8g を混合,1時間撹拌した後,0.1Nアンモニア水5mlを加え
た。これを60℃の恒温槽中に３日間放置した後，真空炉
に入れ,1Torr以下の真空度で1000℃に加熱し,1時間保持
したところ石英ガラス中に炭素粒子を分散させた直径１
μｍ以下の細孔を有する多孔質体が得られた。同様にSi
O₂とＣのモル比が となるように，炭素粒子を0.54g,1.08g,54g,108gとした
多孔質体を作製した。この多孔質体から１辺が5mmの立
方体を切り出し，電極を付け，感湿特性を測定した。結
果を第１表に示す。 第１表から明らかなように， のものは，湿度センサとして十分に実用になり， のものは，湿度センサとして実用にならないことがわか
る。また， のものは，低湿度においても測定しやすい抵抗値であ
り，低湿度域も精度良く測定できることがわかった。第
１図に のものの特性を示す。 〔発明の効果〕 以上述べたように，本発明の湿度センサは，エチルシ
リケートの加水分解液に炭素粒子を分散させこれを真空
中で熱処理することにより得られる多孔質体からなり，
この多孔質体に含まれるSiO₂とＣとのモル比を特定の範
囲に設定したので，特性が極めて安定であり，長期間使
用しても劣化が少なく高い信頼性を保持することができ
る。さらに，相対湿度と抵抗値との関係が直線的である
ので，検出回路の設計が容易であり，高精度のセンサを
容易かつ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は，本発明の湿度センサの特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−128901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−90903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−55847（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．相対湿度の変化を素子の電気的特性の変化として検
   出する湿度センサにおいて，前記素子は，エチルシリケ
   ートの加水分解液に炭素粒子を分散させ，この分散体を
   真空中において加熱処理することにより得られる多孔質
   体であり， 前記多孔質体に含まれる酸化ケイ素と炭素とのモル比
   （C/SiO₂）が0.1〜５であることを特徴とする湿度セン
   サ。 ２．前記多孔質体が，直径１μｍ以下の細孔を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の湿度セン
   サ。