JPH0244024B2 - - Google Patents
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- JPH0244024B2 JPH0244024B2 JP57142891A JP14289182A JPH0244024B2 JP H0244024 B2 JPH0244024 B2 JP H0244024B2 JP 57142891 A JP57142891 A JP 57142891A JP 14289182 A JP14289182 A JP 14289182A JP H0244024 B2 JPH0244024 B2 JP H0244024B2
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- Japan
- Prior art keywords
- moisture
- electrode
- humidity
- capacitance
- humidity sensor
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は有機高分子物質の湿度変化にもとづ
く容量変化を利用した湿度センサに関するもので
ある。
く容量変化を利用した湿度センサに関するもので
ある。
湿度センサとしては、一般的に、直線的に特性
が変化すること、再現性にすぐれていること、温
度依存度のないこと、特性の変化を電気的変化と
して容易に測定できること、汚染に対して強いこ
と、などの特性を有することが要求される。
が変化すること、再現性にすぐれていること、温
度依存度のないこと、特性の変化を電気的変化と
して容易に測定できること、汚染に対して強いこ
と、などの特性を有することが要求される。
一方、湿度センサとしては、無機系のものと有
機系のものにほぼ大別でき、そしてこのうち有機
系のものには吸湿にもとづく容量変化を動作原理
としたものがある。
機系のものにほぼ大別でき、そしてこのうち有機
系のものには吸湿にもとづく容量変化を動作原理
としたものがある。
容量変化を利用した湿度センサに使用される有
機高分子物質としては、誘電率の高いものが必要
であり、このような要求を満足するものとして
は、たとえば、フツ素ゴム、ポリフツ化ビニリデ
ンなどがあるが、そのいずれも吸湿性が悪く、湿
度変化に対する応答性も悪く、湿度センサとして
の利用価値の少ないものであつた。また従来のセ
ルロース系では誘電率が低く、その値を測定する
ことが困難であり、したがつて容量を大きくしよ
うとすると面積が大きくなり、形状が大型化する
などの問題があつた。
機高分子物質としては、誘電率の高いものが必要
であり、このような要求を満足するものとして
は、たとえば、フツ素ゴム、ポリフツ化ビニリデ
ンなどがあるが、そのいずれも吸湿性が悪く、湿
度変化に対する応答性も悪く、湿度センサとして
の利用価値の少ないものであつた。また従来のセ
ルロース系では誘電率が低く、その値を測定する
ことが困難であり、したがつて容量を大きくしよ
うとすると面積が大きくなり、形状が大型化する
などの問題があつた。
したがつて、この発明はこのような問題のない
有機高分子分質を用いた湿度センサを提供するこ
とを目的とする。
有機高分子分質を用いた湿度センサを提供するこ
とを目的とする。
すなわち、この発明の要旨とするところは、基
板側電極上に、シアノエチル基の置換度が2.0〜
2.8からなるシアノエチルセルロースの感湿膜を
形成し、さらにその上に電極を形成したことを特
徴とする湿度センサである。
板側電極上に、シアノエチル基の置換度が2.0〜
2.8からなるシアノエチルセルロースの感湿膜を
形成し、さらにその上に電極を形成したことを特
徴とする湿度センサである。
第１図はこの発明にかかる湿度センサの基本的
な構造例を示す概略側面図である。
な構造例を示す概略側面図である。
第１図にもとづいて説明すると、１は基板側電
極を示し、基板であるとともに電極としての役割
も果たす。このような基板側電極１としてはたと
えばステンレスのような金属が用いられる。２は
感湿膜を示し、シアノエチルセルロースからな
る。シアノエチルセルロースからなる感湿膜２を
形成するには、たとえば次のような方法がある。
シアノエチルセルロースフレークをジメチルホル
ムアルデヒドなどの溶媒に溶かしてペースト状と
し、このペーストを基板側電極１の上に塗布し、
100〜180℃の温度で１時間乾燥することによつて
形成できる。３は電極を示し、感湿膜２の上に形
成されている。電極３の種類としてはAu，
AuN，カーボンなどがあり、いずれも耐水性を
有している。また電極３としては感湿機能を向上
させるために多孔質としたり、くし歯状などに形
成することが好ましい。多孔質の電極を形成する
方法としては次のような方法がある。たとえば
Auについては、Auを10-2torr〜10-1torrの真空
中でスパツタリングすることによつて、島状の
Au電極を形成することができる。また感湿膜と
蒸発源の間にメツシユを配置し、スパツタリング
することによつても形成することができる。この
ほか真空蒸着法を用いることもできる。４，５は
リード線を示しリード線は基板側電極１に直接は
んだなどにより接続され、リード線５は電極３に
銀ペイントなどによつて接続されている。
極を示し、基板であるとともに電極としての役割
も果たす。このような基板側電極１としてはたと
えばステンレスのような金属が用いられる。２は
感湿膜を示し、シアノエチルセルロースからな
る。シアノエチルセルロースからなる感湿膜２を
形成するには、たとえば次のような方法がある。
シアノエチルセルロースフレークをジメチルホル
ムアルデヒドなどの溶媒に溶かしてペースト状と
し、このペーストを基板側電極１の上に塗布し、
100〜180℃の温度で１時間乾燥することによつて
形成できる。３は電極を示し、感湿膜２の上に形
成されている。電極３の種類としてはAu，
AuN，カーボンなどがあり、いずれも耐水性を
有している。また電極３としては感湿機能を向上
させるために多孔質としたり、くし歯状などに形
成することが好ましい。多孔質の電極を形成する
方法としては次のような方法がある。たとえば
Auについては、Auを10-2torr〜10-1torrの真空
中でスパツタリングすることによつて、島状の
Au電極を形成することができる。また感湿膜と
蒸発源の間にメツシユを配置し、スパツタリング
することによつても形成することができる。この
ほか真空蒸着法を用いることもできる。４，５は
リード線を示しリード線は基板側電極１に直接は
んだなどにより接続され、リード線５は電極３に
銀ペイントなどによつて接続されている。
この発明にかかる湿度センサの動作原理は、感
湿膜であるシアノエチルセルロースが水分を吸収
したとき、静電容量が増加する特性を利用し、静
電容量の変化を基板側電極１と電極３から読み取
るというものである。
湿膜であるシアノエチルセルロースが水分を吸収
したとき、静電容量が増加する特性を利用し、静
電容量の変化を基板側電極１と電極３から読み取
るというものである。
感湿膜であるシアノエチルセルロースを調整す
るには、たとえば、セルロースをアルカリ触媒の
もとに過剰のアクリロニトリルと反応させること
によつて得られる。
るには、たとえば、セルロースをアルカリ触媒の
もとに過剰のアクリロニトリルと反応させること
によつて得られる。
その反応式は次式のとおりである。
セルロース―OH＋CH2
＝CHCN―セルロース―OCH2CH2CN
上式においてシアノエチル基の置換度はアルカ
リ、アクリロニトリルの濃度、あるいは反応時間
によつて変化させることができ、その置換度は
2.0〜2.8の範囲に選ばれる。
リ、アクリロニトリルの濃度、あるいは反応時間
によつて変化させることができ、その置換度は
2.0〜2.8の範囲に選ばれる。
ここで置換度を2.0〜2.8としたのは、2.0未満で
は十分な誘電率が得られず、また2.8を越えると
吸湿性が悪くなり、十分な感湿特性が得られない
からである。
は十分な誘電率が得られず、また2.8を越えると
吸湿性が悪くなり、十分な感湿特性が得られない
からである。
また、ここで置換度とは次のことを意味する。
すなわち、セルロース構成単位であるグルコース
は式(1)のように単位基当り３個の置換可能な水酸
基を有してるが、この３個の水酸基に対して何個
のシアノエチル基が置換されたかを意味する。式
(2)はこの３個の水酸基すべてがシアノエチル基で
置換された例を示したものである。
すなわち、セルロース構成単位であるグルコース
は式(1)のように単位基当り３個の置換可能な水酸
基を有してるが、この３個の水酸基に対して何個
のシアノエチル基が置換されたかを意味する。式
(2)はこの３個の水酸基すべてがシアノエチル基で
置換された例を示したものである。
式(1)
式(2)
このシアノエチルセルロースは常温で誘電率
（ε）が10〜20（1KHz）と大きく、誘電損失
（tanδ）は１〜４％の値を示す。そして吸湿性が
大きく、吸湿に伴う誘電率の変化が大きいという
特性を備え、感湿膜として要求される特性を満足
するものである。
（ε）が10〜20（1KHz）と大きく、誘電損失
（tanδ）は１〜４％の値を示す。そして吸湿性が
大きく、吸湿に伴う誘電率の変化が大きいという
特性を備え、感湿膜として要求される特性を満足
するものである。
感湿膜の誘電率を上げるために、BaTiO3，
PbTiO3，TiO2などのセラミツク誘電率粉末をシ
アノエチルセルロース中に分散させてもよい。な
お、BaTiO3を分散することによつて、感湿膜と
電極側基板との密着性を改善できるという効果が
得られる。
PbTiO3，TiO2などのセラミツク誘電率粉末をシ
アノエチルセルロース中に分散させてもよい。な
お、BaTiO3を分散することによつて、感湿膜と
電極側基板との密着性を改善できるという効果が
得られる。
また、感湿膜の吸水性を向上させるために、ポ
リビニルアルコール、アセチルセルロース、ポリ
アミド、ポリエチレングリコールなどシアノエチ
ルセルロース中に分散させてもよい。
リビニルアルコール、アセチルセルロース、ポリ
アミド、ポリエチレングリコールなどシアノエチ
ルセルロース中に分散させてもよい。
さらに、第１図において基板側電極１として、
基板と電極を兼ね備えたもの、たとえば、ステン
レスを用いる例を示したが、絶縁基板の上に電極
を形成したものを基板側電極として用いてもよ
い。
基板と電極を兼ね備えたもの、たとえば、ステン
レスを用いる例を示したが、絶縁基板の上に電極
を形成したものを基板側電極として用いてもよ
い。
次に、この発明にかかる感湿センサのサンプル
を作り、特性の測定を行つた。
を作り、特性の測定を行つた。
まず、基板側電極としてステンレスを用いた。
次に、置換度2.5、重合度250のシアノエチルセル
ロースフレークをジメチルホルムアルデヒドに溶
解し、濃度30％の溶液とし、さらにBaTiO3をエ
チルセルロースフレークに対して10重量％加えて
混練し、ペーストを作成した。このペーストをス
テンレスの上に塗布し、150℃で１時間熱処理し
て感湿膜を形成した。この感湿膜を７mm×８mm、
厚み0.1mmの大きさとした。さらに感湿膜の上に
Auからなる多孔質の電極を形成して感湿センサ
を構成した。
次に、置換度2.5、重合度250のシアノエチルセル
ロースフレークをジメチルホルムアルデヒドに溶
解し、濃度30％の溶液とし、さらにBaTiO3をエ
チルセルロースフレークに対して10重量％加えて
混練し、ペーストを作成した。このペーストをス
テンレスの上に塗布し、150℃で１時間熱処理し
て感湿膜を形成した。この感湿膜を７mm×８mm、
厚み0.1mmの大きさとした。さらに感湿膜の上に
Auからなる多孔質の電極を形成して感湿センサ
を構成した。
次いで、この感湿センサの相対湿度に対する静
電容量の変化を測定周波数1KHzの条件で測定し
たところ、第２図に示すような結果が得られた。
容量の測定はYHP製のインピーダンスアナライ
ザーにより行つた。なお、測定には第３図に示し
た回路にもとづいて行うこともできる。測定に当
つては、容量の測定回路が複雑なため、次式にも
とづいてＣ―Ｖ変換を行い、感湿センサの容量
（Cx）を求めることができる。
電容量の変化を測定周波数1KHzの条件で測定し
たところ、第２図に示すような結果が得られた。
容量の測定はYHP製のインピーダンスアナライ
ザーにより行つた。なお、測定には第３図に示し
た回路にもとづいて行うこともできる。測定に当
つては、容量の測定回路が複雑なため、次式にも
とづいてＣ―Ｖ変換を行い、感湿センサの容量
（Cx）を求めることができる。
Ｖ＝（１／ωCx）／Rs×Vin
たゞし、ω：1KHz
各相対湿度における静電容量は各相対湿度に設
定後60秒で測定した値である。
定後60秒で測定した値である。
上記した説明から明らかなようにこの発明にか
かる感湿センサによれば、感湿膜にシアノエチル
セルロースを用いることによつて、容量がほぼ対
数グラフ上直線的に変化する特性を備えている。
したがつて、信号変化の取り出しが容易であると
いう利点を備えている。また感湿膜が有機系のも
のからなるため汚染に強く、寿命特性にすぐれて
いる。さらに応答速度も従来はせいぜい60秒程度
であつたが、この発明のものによれば20秒であ
り、応答性にすぐれたものである。
かる感湿センサによれば、感湿膜にシアノエチル
セルロースを用いることによつて、容量がほぼ対
数グラフ上直線的に変化する特性を備えている。
したがつて、信号変化の取り出しが容易であると
いう利点を備えている。また感湿膜が有機系のも
のからなるため汚染に強く、寿命特性にすぐれて
いる。さらに応答速度も従来はせいぜい60秒程度
であつたが、この発明のものによれば20秒であ
り、応答性にすぐれたものである。
この発明にかかる湿度センサは室内の湿度制
御、乾燥器の湿度チエツク、電子写真複写装置の
湿度検知、その他粉末状物質や固体状物質の湿度
測定に有用である。
御、乾燥器の湿度チエツク、電子写真複写装置の
湿度検知、その他粉末状物質や固体状物質の湿度
測定に有用である。
第１図はこの発明にかかる湿度センサの基本的
な構造例を示す概略側面図、第２図はこの発明に
かかる湿度センサの一例にもとづく相対湿度に対
する静電容量変化特性図、第３図は測定回路図で
ある。 １は基板側電極、２は感湿膜、３は電極。
な構造例を示す概略側面図、第２図はこの発明に
かかる湿度センサの一例にもとづく相対湿度に対
する静電容量変化特性図、第３図は測定回路図で
ある。 １は基板側電極、２は感湿膜、３は電極。
Claims (1)
- １ 基板側電極上に、シアノエチル基の置換度が
2.0〜2.8からなるシアノエチルセルロースの感湿
膜を形成し、さらにその上に電極を形成したこと
を特徴とする湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14289182A JPS5932857A (ja) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14289182A JPS5932857A (ja) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5932857A JPS5932857A (ja) | 1984-02-22 |
| JPH0244024B2 true JPH0244024B2 (ja) | 1990-10-02 |
Family
ID=15325991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14289182A Granted JPS5932857A (ja) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5932857A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2630836B2 (ja) * | 1989-02-13 | 1997-07-16 | 三洋電機株式会社 | 半導体湿度センサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2498329A1 (fr) * | 1981-01-19 | 1982-07-23 | Commissariat Energie Atomique | Hygrometre capacitif a dielectrique mince et son procede de fabrication |
-
1982
- 1982-08-17 JP JP14289182A patent/JPS5932857A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5932857A (ja) | 1984-02-22 |
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