JPH0434334A - 湿度の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湿度の検出方法に関する。更に詳しくは、水
晶振動子などの表面振動子を用いた湿度の検出方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来から、水晶振動子の振動面に感湿膜を形成させた感
湿素子が知られている。これは、感湿膜の吸湿による重
量変化を振動子の共振周波数変化として検出するもので
あり、例えば共振周波数１０ＭＨｚのものはＩＨｚ当り
水分１ｎｇの分解能を有しており、きわめて高感度なセ
ンサとして用いられている。

しかしながら、このような水晶振動子湿度センサを単独
で用いる場合には、実際には空気中に存在する煙草の煙
のような微粒子物質を始めとする汚染物質が物理的に吸
着する可能性がある。水晶振動子湿度センサにあっては
、前述の如く共振周波数変化は振動面での質量付加効果
によるものであるため、このような物理的に吸着する物
質に対して全く選択性を有しない以上、これらの汚染物
質の物理的吸着が測定誤差の原因になるのを避けること
ができない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者は先に、特性の等しい２個の水晶振動子を用い
、その内の１個の水晶振動子の振動面に感湿膜を形成さ
せ、両者の共振周波数の差を相対湿度に対する出力とし
て検出する湿度の測定方法を提案している（特願平２−
．８３０６１号）。

ところで、このような湿度の測定方法は、汚染物質の吸
着状態が２つの水晶振動子でそ九ぞれ等しい状態である
ことを前提としている。しかしながら、これら２つの振
動子は、その片方の表面のみに感湿膜が形成されている
ため、それらの表面状態を異にしているといえる。この
ため、厳密には２つの振動子表面への吸着状態が同一と
はならず、従って汚染物質の影響を完全に相殺すること
ができない。

本発明の目的は、水晶振動子などの表面振動子を用いる
湿度センサによる湿度の検出方法において、両振動子表
面に対する汚染物質の吸着状態を等しいものとし、これ
によって両者の固有振動状態の差を検出しようとする際
に、汚染物質の吸着に起因する固有振動状態の変化分を
確実に相殺させる方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる本発明の目的は、特性の等しい２個の表面振動子
を用い、それぞれの振動面に互いに膜厚のみが異なる同
一の感湿膜を形成させ、両者の固有振動状態の差を相対
湿度に対する出力として検出する湿度の検出方法によっ
て達成される。

表面振動子としては、表面弾性波素子、水晶振動子など
が用いられる。表面弾性波素子は、弾性表面波を伝搬さ
せる基板と、電気と弾性波のエネルギー変換をさせるト
ランスデユーサから構成され、基板の材料としては水晶
、ＬｉＮｂ０．などの圧電体が用いられる。これを湿度
センサとして用いる場合には、圧電体面上に設けられた
１組の金属電極（この金属電極は、一般に対向電極とし
て形成される）間の弾性波伝搬路上に感湿膜を形成させ
、感湿膜の吸湿による質量付加により、弾性波の伝搬速
度が変化するのを利用している。

一般的には、水晶振動子が用いられ、この水晶振動子と
しては、ＡＴカット、振動周波数６−Ｈｚ以上のものが
好んで用いられ、その−例が第１図に平面図として示さ
れており、例えば表面積が約０．６４ｄの水晶面１に銀
電極２，２′が表裏両面に取付けられ、それぞれからリ
ード線３，３′が引き出されている。

本発明方法においては、第２図に示されるように、特性
の等しい２個の水晶振動子１１．１２が用いられ、これ
らの水晶振動子の振動面は、互いに膜厚のみが異なる同
一の感湿膜１３．１３’によって覆われている。これら
の感湿膜の膜厚は、第３図の感湿膜厚と感度（１％相対
湿度当りの周波数ｒＨｚ］変化）との関係を表わすグラ
フに示されるように、両者は比例関係にあるため、感湿
膜１３，１３’の膜厚が異なっていれば、その呂力差は
相対湿度に対応した値となる。そして、一般には約５０
〜１０００ｎ−の範囲内で、それぞれの膜厚を変えた感
湿膜が用いられ、薄い方の感湿膜の膜厚は約５０〜５０
０ｎｍ程度に設定される。

感湿膜としては、任意の親水性高分子膜が用いられるが
、例えば先に本出願人によって提案されている２−ヒド
ロキシエチルメタクリレートプラズマ重合膜（特開昭６
２−１１８２３７号公報）、ポリーγ−アルキルーＬ−
グルタメート塗膜（同６３−４０８３５号公報）、ポリ
ビニルブチラール塗膜またはポリビニルブチラール−ポ
リーγ−アルキルーＬ−グルタメート混合物塗膜の加熱
乾燥塗膜（同６３−１７３９３６号公報）、アクリロニ
トリルプラズマ重合膜の還元処理膜（同６４−５７１４
３号公報）、アルキルメルカプタンプラズマ重合膜（特
開平２−１９７４２号公報）、あるいは水晶振動子表面
のＳｉＯ蒸着膜に、スルホン化フェニルトリアルコキシ
シランを結合させたもの（特開昭６３−２８２６３１号
公報）またはＨ２Ｎ（Ｃ）Ｉｚ）ｎＮＨ（ＣＨ２）ｍｓ
ｉ（ＯＲ）。

を結合させたもの（同６３−２４３８３４号公報）など
が好んで用いられ、更にアルキルトリアルコキシシラン
のプラズマ重合膜なども用いられる。

測定は、これら２個の水晶振動子１１．１２を同じセン
サセル１４内に設置し、それぞれリート線３，３′によ
って水晶振動子と接続された発振回路１５．１６を経由
して、両水晶振動子の共振周波数の差分をユニバーサル
カウンタ１７で測定することにより行われる。

〔作用〕および〔発明の効果〕 感湿膜を形成させた水晶振動子は、感湿膜の吸湿による
質量付加効果によって、その共振周波数が相対湿度に対
して、良好な相関をもって変化する。しかるに、実際に
は空気中の微粒子などの汚染物質の物理的吸着により、
それ以上に共振周波数が変化するが、このような原因に
基づく共振周波数変化は、それぞれ膜厚の異なる感湿膜
を形成させた双方の水晶振動子においてもほぼ完全に等
しく生ずるため、両水晶振動子の共振周波数の差をみる
ことにより、微粒子などの汚染物質の物理的吸着に起因
する共振周波数の変化分を相殺し。

正しい湿度を測定することができる１表面振動子として
表面弾性波素子などを用いた場合にも、同様の効果が得
られる。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例 第１図に示される形状の水晶振動子（ＯＲＩＯＮ製品Ａ
Ｔカット、１０．１７０ＭＨｚ用）をプラズマ反応容器
内に設置し、真空排気機容器内圧力が０．０８Ｔｏｒｒ
になるようメチルトリメトキシシランモノマーガスを充
満させ、この段階で周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を
照射し、容器内にプラズマを発生させた。このときの条
件は、放電出力６０Ｗ、放電時間２〜４０分間である。

このようにして、堆積速度約２６０人／分で、水晶振動
子表面に厚さ５０〜１００１０００ｎ、０５〜１．０μ
ｌ）のプラズマ重合膜を形成させた後、これを６５℃、
９５％ＲＨの雰囲気中に２７時間放置し、ヒステリシス
の軽減を図った。

このようにして膜厚を種々に変えた感湿膜を形成させた
水晶振動子について、相対湿度に対する感度を測定する
と、前述の如く第３図のグラフに示されるような結果が
得られた。

また、１３０ｎｍ（Ａ）、２５０ｎｍ（Ｂ）または９８
０ｎｍ（Ｃ）の膜厚の感湿膜を形成させた水晶振動子を
用い、センサセル内（第２図において一方の感湿膜形成
水晶振動子を設置したもの；室温、５０％ＲＨ）に煙草
の煙１８を導入し、応答特性の変化を測定したところ、
第４図のグラフに示されるような結果が得られた。

このグラフ中の点線は、それぞれの膜厚の感湿膜を用い
たときの煙草の煙のない状態での応答を示しており、こ
の結果からいずれの感湿膜でも煙草の煙の粒子の吸着に
よると思われる周波数変化が観測されるものの、その変
化の程度は膜厚のいかんを問わず一定であることが分が
る。

更に、膜厚の異なる感湿膜をそれぞれ形成させた水晶振
動子を用い、第２図のセンサセル（室温、５０％Ｒ１（
）　内に煙草の煙１８を導入したところ、ユニバーサル
カウンタの指示値は煙の導入前と比べ全く変化しなかっ
た。このことがら、煙草の煙に含まれる微粒子の物理的
吸着による影響がほぼ完全に相殺されたことが確認され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で用いられる水晶振動子の一態様の平
面図である。第２図は、本発明の測定方法の一態様の概
要図である。第３図は、相対湿度に対する感度を示すグ
ラフである。また、第４図は、それぞれ清浄空気中また
は煙草の煙中での各水晶振動子の経時的周波数変化量を
示すグラフである。 （符号の説明） １１・・・・・・・・より厚い膜厚の感湿膜を設けた水
晶振動子１２・・・・・・・・より薄い膜厚の感湿膜を
設けた水晶振動子１５．１６・・・・・発振回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、特性の等しい２個の表面振動子を用い、それぞれの
   振動面に互いに膜厚のみが異なる同一の感湿膜を形成さ
   せ、両者の固有振動状態の差を相対湿度に対する出力と
   して検出することを特徴とする湿度の検出方法。