JPH0532696B2 - - Google Patents
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- JPH0532696B2 JPH0532696B2 JP59058048A JP5804884A JPH0532696B2 JP H0532696 B2 JPH0532696 B2 JP H0532696B2 JP 59058048 A JP59058048 A JP 59058048A JP 5804884 A JP5804884 A JP 5804884A JP H0532696 B2 JPH0532696 B2 JP H0532696B2
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Classifications
-
- 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
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は湿度センサに関し、詳しくは、特定の
高分子膜の水分の吸収・放出に伴う電気抵抗変化
から雰囲気の相対温度が測定できるようにした湿
度センサに関する。
高分子膜の水分の吸収・放出に伴う電気抵抗変化
から雰囲気の相対温度が測定できるようにした湿
度センサに関する。
従来技術
湿度は日常生活の重要なパラメーターであるば
かりでなく、食料品の貯蔵等と極めて密接な関係
にある。また、電子機器や電子部品の普及は拡大
の一途であるが、これとても装置の湿度環境は充
分配慮されねばならないことである。
かりでなく、食料品の貯蔵等と極めて密接な関係
にある。また、電子機器や電子部品の普及は拡大
の一途であるが、これとても装置の湿度環境は充
分配慮されねばならないことである。
ところで以前から、乾湿球湿度計、毛湿計、繊
維湿度計などの湿度計が身近に使用されてきた。
だが、近時は湿度制御に対する要求が一段と高ま
つていることから、今では各種の湿度センサが発
表されている。
維湿度計などの湿度計が身近に使用されてきた。
だが、近時は湿度制御に対する要求が一段と高ま
つていることから、今では各種の湿度センサが発
表されている。
例えば、(i)塩化リチウム、五酸化リン、メタリ
ン酸カリなどの電解質を用いた電解質湿度セン
サ、(ii)高分子電解質の吸湿性や高分子誘電体の容
量変化を利用した又は高分子膜の電気抵抗変化を
利用した有機物湿度センサ、(iii)Se、Ge、Siなど
の金属半導体やAl2O3、Fe3O4、Cr2O3、Ni2O3、
ZnOなどの金属酸化物の膜を利用した金属膜湿度
センサ、(iv)Fe2O3・K2O3系、Cr2O3系又は
MgCr2O4系セラミツクを用いたセラミツク湿度
センサ、などである。
ン酸カリなどの電解質を用いた電解質湿度セン
サ、(ii)高分子電解質の吸湿性や高分子誘電体の容
量変化を利用した又は高分子膜の電気抵抗変化を
利用した有機物湿度センサ、(iii)Se、Ge、Siなど
の金属半導体やAl2O3、Fe3O4、Cr2O3、Ni2O3、
ZnOなどの金属酸化物の膜を利用した金属膜湿度
センサ、(iv)Fe2O3・K2O3系、Cr2O3系又は
MgCr2O4系セラミツクを用いたセラミツク湿度
センサ、などである。
しかしながら、これら湿度センサのうち電気抵
抗変化式のものは、直流電源による作動が可能で
ある有利性があるが、低湿時における電気抵抗が
1MΩ以上（25℃）と高抵抗であり、相対湿度30
％以下（25℃）の低湿では信頼性が低く、低湿で
10％以下の低温においての測定は困難であり、更
に温度変化に対する電気抵抗変化のΓ特性はよい
とはいえない。また、電気容量変化式のものは交
流電源を用いなければならず小型化しにくい欠点
がある。
抗変化式のものは、直流電源による作動が可能で
ある有利性があるが、低湿時における電気抵抗が
1MΩ以上（25℃）と高抵抗であり、相対湿度30
％以下（25℃）の低湿では信頼性が低く、低湿で
10％以下の低温においての測定は困難であり、更
に温度変化に対する電気抵抗変化のΓ特性はよい
とはいえない。また、電気容量変化式のものは交
流電源を用いなければならず小型化しにくい欠点
がある。
目 的
本発明は直流電源で作動でき、かつ、低湿・低
温時においても信頼性が高い湿度センサを提供す
るものである。また、本発明は構造が簡単で比較
的容易に製造しうる高感度湿度センサを提供する
ものである。
温時においても信頼性が高い湿度センサを提供す
るものである。また、本発明は構造が簡単で比較
的容易に製造しうる高感度湿度センサを提供する
ものである。
構 成
本発明の湿度センサ（湿度電気変換素子）は、
フラン重合体層が２つの電極で担持されているこ
とを特徴としている。
フラン重合体層が２つの電極で担持されているこ
とを特徴としている。
ちなみに、本発明者らはフラン重合体膜の電気
抵抗が湿度に対して鋭敏であるのを見出したので
あつて、本発明はそうした知見に基づいて完成さ
れたものである。
抵抗が湿度に対して鋭敏であるのを見出したので
あつて、本発明はそうした知見に基づいて完成さ
れたものである。
以下に本発明を添付の図面によりながら更に詳
細に説明する。第１図は本発明に係る湿度センサ
の主要部の概略を示しており、フラン重合体は電
極２，３間で担持されている。電極２，３にはリ
ード線４，５が接続されている。
細に説明する。第１図は本発明に係る湿度センサ
の主要部の概略を示しており、フラン重合体は電
極２，３間で担持されている。電極２，３にはリ
ード線４，５が接続されている。
本発明のフラン重合体は、前述の通り、その電
気抵抗が湿度に対して鋭敏である。しかし、これ
にClO- 4、BF- 4、PF- 6、AsF- 6、I-、Br-、Cl-など
のルイス酸がドーピングされると湿度に対する感
度が一段と高くなるのが認められた。この場合、
湿度に対する感度はポリマーとドーパントとの組
み合わせによつて異なり、また、どのような重合
方法が採られるかによつても異なつてくることが
ある。
気抵抗が湿度に対して鋭敏である。しかし、これ
にClO- 4、BF- 4、PF- 6、AsF- 6、I-、Br-、Cl-など
のルイス酸がドーピングされると湿度に対する感
度が一段と高くなるのが認められた。この場合、
湿度に対する感度はポリマーとドーパントとの組
み合わせによつて異なり、また、どのような重合
方法が採られるかによつても異なつてくることが
ある。
フラン重合体にドーパントとしてClO- 4を選択
しこれらを組み合わせたものは、中でも、湿度に
対して高感度である。
しこれらを組み合わせたものは、中でも、湿度に
対して高感度である。
前記本発明に用いるフラン重合体の重合方法に
は化学的方法、電気化学的方法があげられるが、
後者の電気化学的方法（電解重合法）によればド
ーパントがドープされた状態で得られるという利
点がある。
は化学的方法、電気化学的方法があげられるが、
後者の電気化学的方法（電解重合法）によればド
ーパントがドープされた状態で得られるという利
点がある。
フラン重合体においては、ドーパントの有無に
関係なく、電気化学的重合方法で得られたものが
湿度に対する感度が高いが、電解液としてφ−
CN、MeCNなどを、電解質としてAgClO4、
TBA−ClO4、TBA−BF4、Li−BF4、LiClO4な
どを用いてドーパントを含有させるのが望まし
い。
関係なく、電気化学的重合方法で得られたものが
湿度に対する感度が高いが、電解液としてφ−
CN、MeCNなどを、電解質としてAgClO4、
TBA−ClO4、TBA−BF4、Li−BF4、LiClO4な
どを用いてドーパントを含有させるのが望まし
い。
フラン重合体層（ドーパントが含有されている
層を含む）１の厚さは１〜50μ、好ましくは３〜
20μくらいである。1μより薄いと充分な導電性を
示さないため低湿における測定が困難となり、逆
に、50μより厚いと湿度に対する感度がにぶく
（Γが小さくなる）なつてしまう。
層を含む）１の厚さは１〜50μ、好ましくは３〜
20μくらいである。1μより薄いと充分な導電性を
示さないため低湿における測定が困難となり、逆
に、50μより厚いと湿度に対する感度がにぶく
（Γが小さくなる）なつてしまう。
電極２，３を構成する金属としては金、銀、白
金、アルミニウム、ニッケル、銅などの金属、酸
化インジウム、酸化スズなどの半導体電極が用い
られるが、オーミツク接触をとるために金、白
金、アルミニウムなどが適している。電極をガラ
ス類、フイルム類等の支持体上に導電膜として設
けたもので形成してもかまわない。
金、アルミニウム、ニッケル、銅などの金属、酸
化インジウム、酸化スズなどの半導体電極が用い
られるが、オーミツク接触をとるために金、白
金、アルミニウムなどが適している。電極をガラ
ス類、フイルム類等の支持体上に導電膜として設
けたもので形成してもかまわない。
フラン重合体層、とりわけドーピングされたフ
ラン重合体の電気抵抗は湿度により大幅に変化す
るため、電極２，３に一定の直流電圧を印加すれ
ば、電気抵抗変化は電流値変化として測定され
る。
ラン重合体の電気抵抗は湿度により大幅に変化す
るため、電極２，３に一定の直流電圧を印加すれ
ば、電気抵抗変化は電流値変化として測定され
る。
もつとも、こうした特定重合体（殊にドーパン
ト含有の特定重合体）の電気抵抗が湿度によりな
ぜ大幅に変化するかについての理由は明らかでな
いが、いずれにしても共役系の延びやドーパント
の種類が湿度に対する感度に大きく影響している
ことから電子伝導、イオン伝導の両者が何等のか
たちで関係しているものと思われる。
ト含有の特定重合体）の電気抵抗が湿度によりな
ぜ大幅に変化するかについての理由は明らかでな
いが、いずれにしても共役系の延びやドーパント
の種類が湿度に対する感度に大きく影響している
ことから電子伝導、イオン伝導の両者が何等のか
たちで関係しているものと思われる。
事実、フラン重合体を用いた本発明湿度センサ
は、湿度に対して高感度であると共に、特に低温
度に対しても高感度を有す。例えば、前記(ii)のア
セテートセルロースのような重合体を感湿材料に
使用した有機物湿度センサのほとんどは、30〜90
％RH（25℃）の湿度変化に対し10MΩから10KΩ
までの電気抵抗変化が認められ、logρ〜％RH
〔抵抗値（Ω／cm）ρの対数logρ対湿度（％
RH）〕のプロツトにおけるΓ（Δlogρ／％RH）は
0.067である。ところが、ClO- 4をドープしたポリ
フランは、Γが0.080で湿度に対して高感度で、
10-3Torr.の高真空下即ち温度０％RHでも
100MΩと測定可能であり、また60℃、80％RHの
条件下でも1S／cmと金属に近い高い電気伝導度
を示すのが確かめられている。
は、湿度に対して高感度であると共に、特に低温
度に対しても高感度を有す。例えば、前記(ii)のア
セテートセルロースのような重合体を感湿材料に
使用した有機物湿度センサのほとんどは、30〜90
％RH（25℃）の湿度変化に対し10MΩから10KΩ
までの電気抵抗変化が認められ、logρ〜％RH
〔抵抗値（Ω／cm）ρの対数logρ対湿度（％
RH）〕のプロツトにおけるΓ（Δlogρ／％RH）は
0.067である。ところが、ClO- 4をドープしたポリ
フランは、Γが0.080で湿度に対して高感度で、
10-3Torr.の高真空下即ち温度０％RHでも
100MΩと測定可能であり、また60℃、80％RHの
条件下でも1S／cmと金属に近い高い電気伝導度
を示すのが確かめられている。
なお、(ii)の従来の有機物温度センサは、電気抵
抗変化式のものもあるが、その多くは高分子膜の
水分の吸収・放出に伴う誘電率変化をコンデンサ
の容量値変化として測定し、そこから雰囲気の相
対湿度を求めようとするものである。これに対し
て本発明の湿度センサは、既述のように、水分の
吸収・放出を電気抵抗変化として測定し雰囲気の
相対湿度を求めるために、特定の高分子膜を採用
しているのである。高分子膜が採用されるといつ
ても、両者は湿度検出の手段を相違させている
か、又は、Γ特性に格段の差異が認められる。
抗変化式のものもあるが、その多くは高分子膜の
水分の吸収・放出に伴う誘電率変化をコンデンサ
の容量値変化として測定し、そこから雰囲気の相
対湿度を求めようとするものである。これに対し
て本発明の湿度センサは、既述のように、水分の
吸収・放出を電気抵抗変化として測定し雰囲気の
相対湿度を求めるために、特定の高分子膜を採用
しているのである。高分子膜が採用されるといつ
ても、両者は湿度検出の手段を相違させている
か、又は、Γ特性に格段の差異が認められる。
本発明センサの試作例の一つの概略を第２ａ図
に示した。従来の有機物湿度センサは、第２ｂ図
に示したように、クシ型電極を用いる場合が多い
が、これは静電容量を大きくするため又は電気伝
導性をよくするためである。しかるに、本発明で
はクシ型電極が用いられてもよいが、第２ａ図の
ごとく、特別の工夫が凝らされる必要はない。第
２図で、６は絶縁基板である。
に示した。従来の有機物湿度センサは、第２ｂ図
に示したように、クシ型電極を用いる場合が多い
が、これは静電容量を大きくするため又は電気伝
導性をよくするためである。しかるに、本発明で
はクシ型電極が用いられてもよいが、第２ａ図の
ごとく、特別の工夫が凝らされる必要はない。第
２図で、６は絶縁基板である。
次に、実施例及び比較例を示す。
実施例 １
第３図に示したように、ネサガラス７をプラス
極につなぎ、Ni線８をマイナス極につないだ状
態で電解重合法（電気化学的重合法）により、ネ
サガラス表面にClO4（ドーパント）を含有した厚
さ約12μ、面積１cm2の大きさのポリフラン膜１を
形成せしめた。電解重合条件は、電解液：
MeCN、電解質：LiClO4（0.5モル）、モノマー：
フラン（0.1モル）、通電量：１ｍＡ／cm2（20分）
とした。
極につなぎ、Ni線８をマイナス極につないだ状
態で電解重合法（電気化学的重合法）により、ネ
サガラス表面にClO4（ドーパント）を含有した厚
さ約12μ、面積１cm2の大きさのポリフラン膜１を
形成せしめた。電解重合条件は、電解液：
MeCN、電解質：LiClO4（0.5モル）、モノマー：
フラン（0.1モル）、通電量：１ｍＡ／cm2（20分）
とした。
続いて、このフラン重合体膜の上に第１図に示
したように電極として厚さ約1μの金を蒸着して
湿度センサ（本発明品１）を作成した。
したように電極として厚さ約1μの金を蒸着して
湿度センサ（本発明品１）を作成した。
この湿度センサは最大使用電圧DC12V、最大
使用電流0.1ｍＡの高感度なものであつた。
使用電流0.1ｍＡの高感度なものであつた。
実施例 ２
電解重合条件のうち、電解質をTBA−BF4（１
モル）に代えた以外は実施例１とまつたく同様に
して湿度センサ（本発明品２）を作製した。な
お、この湿度センサにおけるドーパントを含有し
たフラン重合体膜の厚さは約8μ、面積１cm2とし
た。
モル）に代えた以外は実施例１とまつたく同様に
して湿度センサ（本発明品２）を作製した。な
お、この湿度センサにおけるドーパントを含有し
たフラン重合体膜の厚さは約8μ、面積１cm2とし
た。
この湿度センサの感度は本発明品１と同様良好
であつた。
であつた。
上記本発明品１及び２の湿度センサを市販の
HPR型高分子湿度センサ（比較品１）、セラミツ
ク湿度センサ（比較品２）とともに比較した、結
果は第４図に表された通りであつた。第４図にお
いて、１１は本発明品１を10℃の温度条件下で用
いた場合、１１′は本発明品１を60℃の温度条件
下で用いた場合、１２は本発明品２を10℃の温度
条件で用いた場合を示している。また、１３は比
較品１（HPR型高分子湿度センサ）、１４は比較
品２（セラミツク湿度センサ）で、これらはいず
れも25℃の温度条件下で用いている。
HPR型高分子湿度センサ（比較品１）、セラミツ
ク湿度センサ（比較品２）とともに比較した、結
果は第４図に表された通りであつた。第４図にお
いて、１１は本発明品１を10℃の温度条件下で用
いた場合、１１′は本発明品１を60℃の温度条件
下で用いた場合、１２は本発明品２を10℃の温度
条件で用いた場合を示している。また、１３は比
較品１（HPR型高分子湿度センサ）、１４は比較
品２（セラミツク湿度センサ）で、これらはいず
れも25℃の温度条件下で用いている。
効 果
実施例の記載及び第４図の測定結果から明らか
なように、本発明の湿度センサは湿度に対して高
感度であると共に低温度に対しても高感度を有
し、電気抵抗−温度のΓ特性にもすぐれている。
加えて、直流電源で作動されるため広範囲での使
用が可能である。
なように、本発明の湿度センサは湿度に対して高
感度であると共に低温度に対しても高感度を有
し、電気抵抗−温度のΓ特性にもすぐれている。
加えて、直流電源で作動されるため広範囲での使
用が可能である。
第１図は本発明に係る湿度センサの概略図、第
２図はその湿度センサの試作の２例を示す図、第
３図作製過程を説明するための図、第４図は数種
の湿度センサの特性を示した図である。
２図はその湿度センサの試作の２例を示す図、第
３図作製過程を説明するための図、第４図は数種
の湿度センサの特性を示した図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ フラン重合体層が電極に担持されてなること
を特徴とする湿度センサ。 ２ 前記フラン重合体層にドーパントが含有され
ている特許請求の範囲第１項記載の湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5804884A JPS60201244A (ja) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5804884A JPS60201244A (ja) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60201244A JPS60201244A (ja) | 1985-10-11 |
| JPH0532696B2 true JPH0532696B2 (ja) | 1993-05-17 |
Family
ID=13073039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5804884A Granted JPS60201244A (ja) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60201244A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9057727B2 (en) | 2007-08-01 | 2015-06-16 | The General Hospital Corporation | Screening methods using G-protein coupled receptors and related compositions |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4717673A (en) * | 1984-11-23 | 1988-01-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Microelectrochemical devices |
| DE3607378A1 (de) * | 1986-03-06 | 1987-09-10 | Basf Ag | Elektrochemisches sekundaerelement mit mindestens einer polymerelektrode |
| KR940004667B1 (ko) * | 1990-07-27 | 1994-05-27 | 한국과학기술연구원 | 고분자 습도센서 및 전기화학적 방법에 의한 고분자 습도센서의 제조방법 |
| ES2370058T3 (es) * | 2006-05-18 | 2011-12-12 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Polimerización de 3,4-alquilendioxipirrol y 3,4-alquilendioxifurano exenta de catalizadores. |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58143257A (ja) * | 1982-02-22 | 1983-08-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 感湿素子 |
-
1984
- 1984-03-26 JP JP5804884A patent/JPS60201244A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58143257A (ja) * | 1982-02-22 | 1983-08-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 感湿素子 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9057727B2 (en) | 2007-08-01 | 2015-06-16 | The General Hospital Corporation | Screening methods using G-protein coupled receptors and related compositions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60201244A (ja) | 1985-10-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |