JPH0640092B2 - 湿度測定方法 - Google Patents
湿度測定方法Info
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- JPH0640092B2 JPH0640092B2 JP58144382A JP14438283A JPH0640092B2 JP H0640092 B2 JPH0640092 B2 JP H0640092B2 JP 58144382 A JP58144382 A JP 58144382A JP 14438283 A JP14438283 A JP 14438283A JP H0640092 B2 JPH0640092 B2 JP H0640092B2
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- 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
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/42—Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、電解方式によるガス中に於ける湿度を測定
する技術の分野に属する。
する技術の分野に属する。
〈要旨の概要〉 而して、この発明は、大気等のガス中の湿度を測定する
に湿度センサの表面電極間に電圧を印加して導通電流を
出力し湿度電流変換により正確に湿度データを得る湿度
測定方法に関する発明であり、特に、水素イオン伝導体
である高分子固体電解質膜の１側面の全面に酸素ガス透
過性の陽極触媒を直接的に接合し、他側面の全面にも水
素ガス透過性、及び、良導電性の白金族系金属の陰極触
媒を直接的に強固に接合させる等して所定の直流電圧を
印加し、ガス中で通電して該ガス中の水分を電気分解
し、通電々流値をして湿度変換出力信号とし、ガス中の
湿度データを得るようにした湿度測定方法に係る発明で
ある。
に湿度センサの表面電極間に電圧を印加して導通電流を
出力し湿度電流変換により正確に湿度データを得る湿度
測定方法に関する発明であり、特に、水素イオン伝導体
である高分子固体電解質膜の１側面の全面に酸素ガス透
過性の陽極触媒を直接的に接合し、他側面の全面にも水
素ガス透過性、及び、良導電性の白金族系金属の陰極触
媒を直接的に強固に接合させる等して所定の直流電圧を
印加し、ガス中で通電して該ガス中の水分を電気分解
し、通電々流値をして湿度変換出力信号とし、ガス中の
湿度データを得るようにした湿度測定方法に係る発明で
ある。
〈従来の技術〉 周知の如く、近年、工業、農業、医療等多くの産業分野
において環境管理のうえから空調制御を必要とする態様
が多く、しかも、当該空調制御に際しガス中の湿度の測
定が必要となる場合が生じてきており、空調施設の動特
性向上、安定した作動精度等の点から湿度を電気信号と
して取り出すための優れた測定技術の開発が望まれてい
る。
において環境管理のうえから空調制御を必要とする態様
が多く、しかも、当該空調制御に際しガス中の湿度の測
定が必要となる場合が生じてきており、空調施設の動特
性向上、安定した作動精度等の点から湿度を電気信号と
して取り出すための優れた測定技術の開発が望まれてい
る。
而して、これまでかかるガス中の湿度の測定技術の１つ
としては水の電気分解の原理を利用して湿度を高精度に
測定する方法がある。
としては水の電気分解の原理を利用して湿度を高精度に
測定する方法がある。
例えば、アメリカ特許第2,830,945 明細書に開示されて
いるように、管状基体の内側に陰極両極のコイル状線電
極を対置セットし、該管状基体の外側の吸湿性の五酸化
リンを塗布したセンサを設けて測定する方法がある。
いるように、管状基体の内側に陰極両極のコイル状線電
極を対置セットし、該管状基体の外側の吸湿性の五酸化
リンを塗布したセンサを設けて測定する方法がある。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、かかる測定方法では五酸化リンと反応す
るガスの雰囲気中では測定が出来ず、又、高湿度下や高
真空下で長時間センサを露出することが不可能である欠
点があった。
るガスの雰囲気中では測定が出来ず、又、高湿度下や高
真空下で長時間センサを露出することが不可能である欠
点があった。
そして、センサの動作湿度範囲も2000ppm 以下と限定さ
れ、測定能力も充分でない難点があった。
れ、測定能力も充分でない難点があった。
又、これに対処するにアメリカ特許第4,083,765 （197
8）号明細書（特開昭53-121683 号公報）に知られるよ
うに、上記五酸化リン型センサに代えてパーフルオロス
ルホン酸基を有するフッ素樹脂製の小径チューブを用
い、該小径チューブの内外に電極としてコイル状白金線
を接触させたセンサを用いて測定する方法もある。
8）号明細書（特開昭53-121683 号公報）に知られるよ
うに、上記五酸化リン型センサに代えてパーフルオロス
ルホン酸基を有するフッ素樹脂製の小径チューブを用
い、該小径チューブの内外に電極としてコイル状白金線
を接触させたセンサを用いて測定する方法もある。
さりながら、該種測定方法においては使用センサの耐蝕
製は改良されてはいるものの、水の分解反応が固体電解
質であるフッ素樹脂製のチューブとコイル状白金線との
接触部でのみしか起らず、結果的に出力電流が小さいう
えに、両者の接触点に電流が集中するため接触抵抗が大
きく、測定湿度範囲が制限され、高湿度で発熱し、性能
が劣化し易く、信頼性が乏しいという不具合がある。
製は改良されてはいるものの、水の分解反応が固体電解
質であるフッ素樹脂製のチューブとコイル状白金線との
接触部でのみしか起らず、結果的に出力電流が小さいう
えに、両者の接触点に電流が集中するため接触抵抗が大
きく、測定湿度範囲が制限され、高湿度で発熱し、性能
が劣化し易く、信頼性が乏しいという不具合がある。
又、長期使用において、電極等によりチューブと電極線
コイルとの接触状態を常に均一に保つことが困難である
難点があり、したがって、接触抵抗の変化に伴い出力電
流も変るので、経時的に信頼性が乏しくなるきらいがあ
った。
コイルとの接触状態を常に均一に保つことが困難である
難点があり、したがって、接触抵抗の変化に伴い出力電
流も変るので、経時的に信頼性が乏しくなるきらいがあ
った。
更に、高湿度になると、電流値も大きくなり、その結
果、接触点で抵抗による発熱によって、チューブが劣化
する虞もある不都合さがあった。
果、接触点で抵抗による発熱によって、チューブが劣化
する虞もある不都合さがあった。
このように、いづれにしても、従来の電気分解式湿度測
定方法は湿度検出域が限定され、加えて、水の電気分解
を促進するためには大電圧を要し、加えて保守点検整
備、管理が容易でなく、結果的に高価になる不利点を有
していた。
定方法は湿度検出域が限定され、加えて、水の電気分解
を促進するためには大電圧を要し、加えて保守点検整
備、管理が容易でなく、結果的に高価になる不利点を有
していた。
そして、従来一般の湿度測定方法に用いられてきた湿度
センサには、感湿素子材として電解質系、有機物系、金
属、及び、金属酸化物系等が用いられ、又、検出手段に
は抵抗式、誘電率式等多種類のものが採用され、最近で
は有機高分子材料やセラミック材料を用いた抵抗式セン
サが多く利用されている。
センサには、感湿素子材として電解質系、有機物系、金
属、及び、金属酸化物系等が用いられ、又、検出手段に
は抵抗式、誘電率式等多種類のものが採用され、最近で
は有機高分子材料やセラミック材料を用いた抵抗式セン
サが多く利用されている。
さりながら、いづれのタイプの湿度センサにしても、取
り扱いが簡単で、高精度、広範囲の湿度の検出が可能
で、しかも、安価にして長寿命等を同時に満たし得るセ
ンサはないのが実状である。
り扱いが簡単で、高精度、広範囲の湿度の検出が可能
で、しかも、安価にして長寿命等を同時に満たし得るセ
ンサはないのが実状である。
〈発明の目的〉 この発明の目的は上述従来技術に基づくガス中に於ける
湿分測定の問題点を解決すべき技術的課題とし、水の電
気分解技術を原理的には利用しながらも、ガス中の湿度
を高精度、広湿度範囲に亘り検出し得るようにして各種
産業における環境管理技術利用分野に益する安価で長寿
命の電解式の優れた湿度測定方法を提供せんとするもの
である。
湿分測定の問題点を解決すべき技術的課題とし、水の電
気分解技術を原理的には利用しながらも、ガス中の湿度
を高精度、広湿度範囲に亘り検出し得るようにして各種
産業における環境管理技術利用分野に益する安価で長寿
命の電解式の優れた湿度測定方法を提供せんとするもの
である。
〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの発
明の構成は、前述課題を解決するために、水素イオン移
動可能な高分子固体電解質膜の一面、或は、両面の全面
にガス透過性であって良伝導性の白金族系金属の電極触
媒を直接強固に接合した接合体を有する感湿素子をガス
中に直接さらす状態でセットし、該接合体に設定直流電
圧を印加することによって、接合体に吸着した水分を電
気分解し、導通電流値により湿度を正確、且つ、安定し
て変換データとして検出して両者の比例関係からガス中
の湿度を測定することが出来るようにした技術的手段を
講じたものである。
明の構成は、前述課題を解決するために、水素イオン移
動可能な高分子固体電解質膜の一面、或は、両面の全面
にガス透過性であって良伝導性の白金族系金属の電極触
媒を直接強固に接合した接合体を有する感湿素子をガス
中に直接さらす状態でセットし、該接合体に設定直流電
圧を印加することによって、接合体に吸着した水分を電
気分解し、導通電流値により湿度を正確、且つ、安定し
て変換データとして検出して両者の比例関係からガス中
の湿度を測定することが出来るようにした技術的手段を
講じたものである。
〈実施例〉 次に、この発明の実施例を図面に従って説明すれば以下
の通りである。
の通りである。
この発明に直接使用する感湿素子 1は第１図に示す様
に、その構造の概略が高分子固体電解質膜 2とその両面
の全面にガス透過性の電極触媒としての白金族系金属の
電極層 3、 4を直接的に強固に一体接合されて接合体 5
を成しており、該接合体 5に直流電圧を印加する陽極端
子 6と陰極端子 7が同じく一体的に接合されて延設され
ている。
に、その構造の概略が高分子固体電解質膜 2とその両面
の全面にガス透過性の電極触媒としての白金族系金属の
電極層 3、 4を直接的に強固に一体接合されて接合体 5
を成しており、該接合体 5に直流電圧を印加する陽極端
子 6と陰極端子 7が同じく一体的に接合されて延設され
ている。
而して、高分子固体電解質膜 2について原理的にはＨ＋
イオン伝導体であれば良く、無機系、有機系にかかわら
ず作動し、化学的安定性、耐酸化性、機械的強度、耐熱
性を有するものが望ましく、例えば、高分子固体電解質
として機能するイオン交換膜が使用可能である。
イオン伝導体であれば良く、無機系、有機系にかかわら
ず作動し、化学的安定性、耐酸化性、機械的強度、耐熱
性を有するものが望ましく、例えば、高分子固体電解質
として機能するイオン交換膜が使用可能である。
尚、一般のスチレン系イオン交換膜の使用については耐
酸化性、耐熱性等に問題があるので、フッ化炭素重合体
を基体としたイオン交換膜が望ましく、例えば、一般市
販のＮafion （商品名）があり、これはテトラフルオロ
エチレンとスルホニルフロライドビニルエーテルの共重
合物で、スルホン酸基を交換基として有する膜体であ
る。
酸化性、耐熱性等に問題があるので、フッ化炭素重合体
を基体としたイオン交換膜が望ましく、例えば、一般市
販のＮafion （商品名）があり、これはテトラフルオロ
エチレンとスルホニルフロライドビニルエーテルの共重
合物で、スルホン酸基を交換基として有する膜体であ
る。
そして、この場合、膜の交換基容量によっては湿度検出
時の出力電流値が変わるが、交換基容量や膜厚の相違は
ガス中の湿度検出時に特に支障とはならない。
時の出力電流値が変わるが、交換基容量や膜厚の相違は
ガス中の湿度検出時に特に支障とはならない。
そして、設計変更的には膜体については交換基としてス
ルホン酸基に代えてカルボン酸基としたもの、或いは、
これらの複合膜でも採用可能であって、安定した状態で
Ｈ＋イオン伝導が可能であれば、これらの膜に限られる
ものではない。
ルホン酸基に代えてカルボン酸基としたもの、或いは、
これらの複合膜でも採用可能であって、安定した状態で
Ｈ＋イオン伝導が可能であれば、これらの膜に限られる
ものではない。
又、高分子固体電解質膜 2に一体化接合される電極層と
しての電極触媒 3、 4の材料（良伝導性であって）は、
電気化学的に安定なものであれば良く、一般にＨ＋イオ
ン伝導体としての高分子固体電解質膜 2は酸性であるた
め、耐酸性と化学的安定性の点から、Ｐt 、Ｒh 、Ｉr
、Ｒu 、Ｐd 等の白金族系金属やこれらの合金、及
び、酸化物（以下白金族系金属と略称）等が好ましい。
しての電極触媒 3、 4の材料（良伝導性であって）は、
電気化学的に安定なものであれば良く、一般にＨ＋イオ
ン伝導体としての高分子固体電解質膜 2は酸性であるた
め、耐酸性と化学的安定性の点から、Ｐt 、Ｒh 、Ｉr
、Ｒu 、Ｐd 等の白金族系金属やこれらの合金、及
び、酸化物（以下白金族系金属と略称）等が好ましい。
但し、陽極側電極層 3としてはＲu 、Ｐd 等の単一金属
は長期的な安定性の点からみると好ましくはないが、陰
極側電極層 4としてはこの限りではない。
は長期的な安定性の点からみると好ましくはないが、陰
極側電極層 4としてはこの限りではない。
而して、これらの電極触媒としての電極層 3、 4の材料
を高分子固体電解質膜 2に接合する際に要求されるそれ
らの性質は、大きな接合強度、好適なガス透過性、及
び、良好な導電性である。
を高分子固体電解質膜 2に接合する際に要求されるそれ
らの性質は、大きな接合強度、好適なガス透過性、及
び、良好な導電性である。
そして、接合手段としては、周知の蒸着スパッタリング
等のドライプレーテング、化学メッキ、或いは、結着剤
を用いての電極材料粉体を接合する等の方法が採用可能
であるが、接合強度、ガス透過性の点からすると上記化
学メッキやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等
を結着剤として用いる方法が好ましい。
等のドライプレーテング、化学メッキ、或いは、結着剤
を用いての電極材料粉体を接合する等の方法が採用可能
であるが、接合強度、ガス透過性の点からすると上記化
学メッキやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等
を結着剤として用いる方法が好ましい。
尚、上記化学メッキ手段の例としては、例えば、発明者
らによる先願発明の特公昭56− 36873号、特開昭57−13
4586号公報に開示された技術等が採用可能である。
らによる先願発明の特公昭56− 36873号、特開昭57−13
4586号公報に開示された技術等が採用可能である。
又、結着剤利用手段としては、例えば、アメリカ特許第
3,432,355 号明細書に開示されている手段が採用可能で
はあるが、この手段にはＰＴＦＥを結着剤として用いて
いるので、電極層 3、 4が数10μ〜 100μと厚く、水蒸
気、水素、酸素のスムーズな拡散が得難く、感湿素子 1
の応答速度が遅くなり、そのうえ、良好な電導性が得難
い傾向がある。
3,432,355 号明細書に開示されている手段が採用可能で
はあるが、この手段にはＰＴＦＥを結着剤として用いて
いるので、電極層 3、 4が数10μ〜 100μと厚く、水蒸
気、水素、酸素のスムーズな拡散が得難く、感湿素子 1
の応答速度が遅くなり、そのうえ、良好な電導性が得難
い傾向がある。
いづれの手段によるにせよ、材質的に接合強度が強く、
良好なガス透過性、良好な電導性を有する電極層 3、 4
が作成できれば良い。
良好なガス透過性、良好な電導性を有する電極層 3、 4
が作成できれば良い。
而して、設計上のことではあるが、形成される該電極層
3、 4の厚さについては 0.1μ〜10μ、その電極層材料
の量は高分子固体電解質膜 2の面積当り 1〜10mg／cm２
程度で良く、 1〜3mg ／cm２でも性能を損うことはな
い。
3、 4の厚さについては 0.1μ〜10μ、その電極層材料
の量は高分子固体電解質膜 2の面積当り 1〜10mg／cm２
程度で良く、 1〜3mg ／cm２でも性能を損うことはな
い。
そして、電極層 3、 4は材質的に接合強度が強いうえ
に、高分子電解質膜 2と結着剤を介して全面接合される
ことからより充分に確実に強固に接合される。
に、高分子電解質膜 2と結着剤を介して全面接合される
ことからより充分に確実に強固に接合される。
又、電極端子 6、 7については導電性材料であれば良
い。
い。
又、上記感湿素子 1の接合体 5の平面サイズは特に制限
されるものではないが、通常 0.01 〜 0.5cm２程度で充
分であり、過大なサイズなものは経済的にも不利である
ばかりか、安定な性能にとっても好ましくない。
されるものではないが、通常 0.01 〜 0.5cm２程度で充
分であり、過大なサイズなものは経済的にも不利である
ばかりか、安定な性能にとっても好ましくない。
蓋し、例えば、湿度50％において、流れる単位面積当り
の電流値は50〜80mA／cm２にもなることから接合体 5が
大きくなると、それだけ電流が増加し、水素、酸素発生
量が多くなって、感湿素子 1の周囲の水蒸気の平衡を乱
すことになり、ガス流速等の影響を受け易くなるからで
ある。
の電流値は50〜80mA／cm２にもなることから接合体 5が
大きくなると、それだけ電流が増加し、水素、酸素発生
量が多くなって、感湿素子 1の周囲の水蒸気の平衡を乱
すことになり、ガス流速等の影響を受け易くなるからで
ある。
そのため、接合体 5の大きさは必要最小限に小さくする
のが好ましい。
のが好ましい。
この点からすると、高分子固体電解質膜 2や電極層 3、
4の材料は高価ではあるが、接合体 5の大きさを可及的
に小さく出来るので、感湿素子 1のコストは充分に安価
にすることが可能となる。
4の材料は高価ではあるが、接合体 5の大きさを可及的
に小さく出来るので、感湿素子 1のコストは充分に安価
にすることが可能となる。
これについて例示すると、 0.02cm ２の平面サイズの接
合体 5を使用する場合、感湿素子 1の１個当りの電極層
3、 4の材料、例えば、白金の必要量は陰陽両極合わせ
て、 0.1mg程度で済むことになる。
合体 5を使用する場合、感湿素子 1の１個当りの電極層
3、 4の材料、例えば、白金の必要量は陰陽両極合わせ
て、 0.1mg程度で済むことになる。
上述構成の感湿素子 1において、これを大気解放状態の
雰囲気ガスを有する実験室に所定に設置し、接合体 5に
電極端子 6、 7を介して直流電圧を印加するが、印加直
流電圧は、水の理論分解電圧 1.23 Ｖ（25℃）以上の設
定電圧とする。
雰囲気ガスを有する実験室に所定に設置し、接合体 5に
電極端子 6、 7を介して直流電圧を印加するが、印加直
流電圧は、水の理論分解電圧 1.23 Ｖ（25℃）以上の設
定電圧とする。
蓋し、印加直流電圧を 1.23 Ｖ以上に上げていくことに
より電流が増加するが、それ以上電圧を上げても出力電
流がほとんど増加しない所謂臨界電流密度にし、該臨界
電流密度においては、接合体 5に吸収される雰囲気ガス
からの水分と電気分解される水分の量が均衡することに
なり、したがって、この臨界電流密度が湿度と比例関係
をもつからである。
より電流が増加するが、それ以上電圧を上げても出力電
流がほとんど増加しない所謂臨界電流密度にし、該臨界
電流密度においては、接合体 5に吸収される雰囲気ガス
からの水分と電気分解される水分の量が均衡することに
なり、したがって、この臨界電流密度が湿度と比例関係
をもつからである。
そこで、実際には臨界電流密度を与える電圧は通常 2Ｖ
以上であるため、印加電圧は 2Ｖ以上、好ましくは 3Ｖ
以上が良いが、数10Ｖもの過大な電圧とするには及ばな
い。
以上であるため、印加電圧は 2Ｖ以上、好ましくは 3Ｖ
以上が良いが、数10Ｖもの過大な電圧とするには及ばな
い。
而して、該印加設定電圧について第２図（横軸に湿度Ｒ
Ｈ、縦軸に電流Ｉ）で説明すると、（後述実験例のもの
を用いるが） 3.5Ｖで10− 100％の範囲で良好な比例直
線関係をもっている。
Ｈ、縦軸に電流Ｉ）で説明すると、（後述実験例のもの
を用いるが） 3.5Ｖで10− 100％の範囲で良好な比例直
線関係をもっている。
又、10％以下では再現性が良いものの、直線関係がズレ
る傾向が分る。
る傾向が分る。
そこで、10％以下の湿度範囲では印加電圧を、例えば、
10Ｖに設定すると、 0〜60％で良好な比例関係が得られ
ることが分る。
10Ｖに設定すると、 0〜60％で良好な比例関係が得られ
ることが分る。
いづれにしても、設定電圧を用途に応じて選べば良い
が、通常の場合、感湿素子 1に対しては 3− 5Ｖで充分
である。
が、通常の場合、感湿素子 1に対しては 3− 5Ｖで充分
である。
そして、電極層 3に於ては の反応が生じ、生成されたＨ＋イオンはイオン伝導膜で
ある高分子固体電解質膜 2を通って陰極 4に至り、２Ｈ
＋＋２e→Ｈ２の反応が起り、この時に流れる電流は上
述の如く分解させる水分の量に正確に比例し、したがっ
て、この導通電流を適宜計測することにより湿度、変換
データになって感湿素子 1周囲のガス雰囲気中の湿度と
して測定される。
ある高分子固体電解質膜 2を通って陰極 4に至り、２Ｈ
＋＋２e→Ｈ２の反応が起り、この時に流れる電流は上
述の如く分解させる水分の量に正確に比例し、したがっ
て、この導通電流を適宜計測することにより湿度、変換
データになって感湿素子 1周囲のガス雰囲気中の湿度と
して測定される。
この場合、上述の如く、湿度と電流は比例関係を持って
いることから単純な測定電気回路により湿度が測定され
る。
いることから単純な測定電気回路により湿度が測定され
る。
次に、上述実施例に則す実験例を比較例と共に示す。
［実験例１］ 前記Ｎafion117（ＥＷ＝1100、膜厚 0.18mm）を高分子
固体電解質膜 2に用い、膜面積50cm２の両面全面に電極
層 3、 4としてのロジウムを接合した。
固体電解質膜 2に用い、膜面積50cm２の両面全面に電極
層 3、 4としてのロジウムを接合した。
この場合、接合手段としては、該高分子固体電解質膜 2
をロジウムのアンミン錯イオン溶液に浸漬してイオン交
換させ、水洗した後、水素化ホウ素ナトリウム水溶液で
還元し、該高分子固体電解質膜 2の両面に 0.7〜 0.8mg
／cm２のロジウム金属の第１層を得た。
をロジウムのアンミン錯イオン溶液に浸漬してイオン交
換させ、水洗した後、水素化ホウ素ナトリウム水溶液で
還元し、該高分子固体電解質膜 2の両面に 0.7〜 0.8mg
／cm２のロジウム金属の第１層を得た。
次いで、ロジウムのアンミン錯イオン、ヒドラジン、塩
酸ヒドロキシルアミンの混合浴からなる化学メッキ浴を
用いて該第１層上に電極層 3、 4としての金属ロジウム
を 2.3mg／cm２成長させ、得られた接合体 5を酸処理に
よってイオン交換基をＨ＋イオン型とした。
酸ヒドロキシルアミンの混合浴からなる化学メッキ浴を
用いて該第１層上に電極層 3、 4としての金属ロジウム
を 2.3mg／cm２成長させ、得られた接合体 5を酸処理に
よってイオン交換基をＨ＋イオン型とした。
そして、該接合体 5を所定に裁断し、 2.5×4mm （0.1c
m２）の感湿素子 1を得た。
m２）の感湿素子 1を得た。
次に、 1mmφの白金線を端子 6、 7として該感湿素子 1
の両面に圧接させ、試験室に設置し通電テストした。
の両面に圧接させ、試験室に設置し通電テストした。
被測定ガスの空気については、飽和含湿空気と乾燥空気
とを一定比に混合調整した。
とを一定比に混合調整した。
印加電圧、及び、通電電流値の測定にはポテンシオスタ
ットを用い、温度30℃、印加電圧 3.5、 5.0、10.0Ｖの
各テストでの湿度と電流（単位面積当りの電流密度に換
算）の関係は第２図に示す通りである。
ットを用い、温度30℃、印加電圧 3.5、 5.0、10.0Ｖの
各テストでの湿度と電流（単位面積当りの電流密度に換
算）の関係は第２図に示す通りである。
又、30％、60％、90％と湿度を調整変化させて、応答速
度を測定した。
度を測定した。
この場合のデータではいづれも、変化率90％に達する時
間は数分以内、完全平衡値に達する時間は10分以内であ
り、ヒステリシスは数％以内であった。
間は数分以内、完全平衡値に達する時間は10分以内であ
り、ヒステリシスは数％以内であった。
［比較例１］ 電極を接合しない前記高分子固体電解質膜2 のＮafion1
17を上述実験例１と同じ大きさに裁断し、上述態様と同
条件で湿度と電流の関係を求めたところ、各印加電圧
5.0と10.0Ｖでテストしたが、応答速度が遅く、１時間
以上でも完全平衡に達しなかった。
17を上述実験例１と同じ大きさに裁断し、上述態様と同
条件で湿度と電流の関係を求めたところ、各印加電圧
5.0と10.0Ｖでテストしたが、応答速度が遅く、１時間
以上でも完全平衡に達しなかった。
又、電流値は、例えば、60％において上述実験例１の約
10％と小さかった。
10％と小さかった。
［実験例２］ 高分子固体電解質膜 2のＮafion125（ＥＷ＝1200、膜厚
0.13mm）を用いて、膜面積50cm２の両面全面に電極層
3、 4として白金とイリジウム合金を接合した。
0.13mm）を用いて、膜面積50cm２の両面全面に電極層
3、 4として白金とイリジウム合金を接合した。
この接合手段については、膜 2をはさで水素化ホウ素ナ
トリウム水溶液の還元剤を片側に、塩化白金酸水溶液を
他側に配置し、還元剤の膜透過によって金属塩溶液側に
2−3mg ／cm２の電極層の金属白金層を得た。
トリウム水溶液の還元剤を片側に、塩化白金酸水溶液を
他側に配置し、還元剤の膜透過によって金属塩溶液側に
2−3mg ／cm２の電極層の金属白金層を得た。
又、同様な操作で無接合側に電極層 4のイリジウム合金
層（ 2−3mg ／cm２）を得た。
層（ 2−3mg ／cm２）を得た。
このようにして得られた接合体 5をＨ＋イオン型とし、
所定に裁断して 5×5mm （ 0.25cm ２）の感湿素子 1の
得、これを用いて上述実施例１と同様に測定を行った。
所定に裁断して 5×5mm （ 0.25cm ２）の感湿素子 1の
得、これを用いて上述実施例１と同様に測定を行った。
その結果、水蒸気吸着は膜 2の交換基濃度（Ｎafion117
＞Ｎafion125）に依存するので、出力電流値は上述実験
例１の約80％と小さくなるが、良好な直線関係が得られ
た。
＞Ｎafion125）に依存するので、出力電流値は上述実験
例１の約80％と小さくなるが、良好な直線関係が得られ
た。
［実験例３］ 前述実験例１と同じ接合体 5を用い 5×5mm （0.25cm
２）の感湿素子 1を得、温度40℃、印加電圧 3.5Ｖで導
通電流を測定した。
２）の感湿素子 1を得、温度40℃、印加電圧 3.5Ｖで導
通電流を測定した。
この場合の応答速度はやや速くなり、湿度 5−100％に
おいて良好な直線関係を得た。
おいて良好な直線関係を得た。
〈発明の効果〉 以上この発明によれば、 0〜 100％の全湿度範囲で精度
良くガス中の湿度を検出することが出来、しかも、出力
電流と湿度が良好な直線関係を有することに基づいて安
定した湿度測定が出来るという優れた効果が奏される。
良くガス中の湿度を検出することが出来、しかも、出力
電流と湿度が良好な直線関係を有することに基づいて安
定した湿度測定が出来るという優れた効果が奏される。
このことは従来一般の湿度センサが交流作動で抵抗や誘
電率などを検出する方法であるのに比し、直流作動を行
う簡単な電気回路で済み、経済性、信頼性においても優
位となる効果が奏される。
電率などを検出する方法であるのに比し、直流作動を行
う簡単な電気回路で済み、経済性、信頼性においても優
位となる効果が奏される。
而して、高分子固体電解質膜の片面、或いは、両面の全
面に良好なガス透過性、電導性を有する白金族系金属の
電極触媒が強固に接合されているので、先述の如き在来
態様の接触抵抗も無く、耐酸化性が良く、安定している
ので高分子固体電解質膜中の電流分布も均一で、該高分
子固体電解質膜の劣化も生じないという優れた効果が奏
される。
面に良好なガス透過性、電導性を有する白金族系金属の
電極触媒が強固に接合されているので、先述の如き在来
態様の接触抵抗も無く、耐酸化性が良く、安定している
ので高分子固体電解質膜中の電流分布も均一で、該高分
子固体電解質膜の劣化も生じないという優れた効果が奏
される。
又、使用する高分子固体電解質膜の面積、そして、電極
触媒の面積がそのまま電極面積となるため、一般には高
価な電解質膜を必要最小限に節約出来ることになるばか
りでなく、センサとしての感湿素子の小型化をも可能に
する効果も奏される。
触媒の面積がそのまま電極面積となるため、一般には高
価な電解質膜を必要最小限に節約出来ることになるばか
りでなく、センサとしての感湿素子の小型化をも可能に
する効果も奏される。
更に、高分子固体電解質膜に白金族系金属の電極触媒を
強固に直接的に接合させていることから感湿素子は安定
した機能を発揮することが出来る効果があり、秀れた湿
度センサ特性を具備させるように出来るばかりか、長寿
命化においても大きく寄与する優れた効果が奏される。
強固に直接的に接合させていることから感湿素子は安定
した機能を発揮することが出来る効果があり、秀れた湿
度センサ特性を具備させるように出来るばかりか、長寿
命化においても大きく寄与する優れた効果が奏される。
而して、感湿素子の製造においても、セラミックセンサ
等と比較して加工性、均一性、量産性に優れ、又、構造
が単純で、その大きさも小さくて済むために安価に製造
出来るメリットもある。
等と比較して加工性、均一性、量産性に優れ、又、構造
が単純で、その大きさも小さくて済むために安価に製造
出来るメリットもある。
更に又、適宜の素子材料を選定することにより耐熱性、
耐蝕性、耐久性に優れた感湿素子の作製が可能であり、
例えば、前述実施例の如く、高分子固体電解質としてフ
ッ化炭素重合体を骨格としたイオン交換膜を用いること
により、 150℃まで安定に使用可能となり、腐食性ガス
中での水分も測定可能となる効果がある。
耐蝕性、耐久性に優れた感湿素子の作製が可能であり、
例えば、前述実施例の如く、高分子固体電解質としてフ
ッ化炭素重合体を骨格としたイオン交換膜を用いること
により、 150℃まで安定に使用可能となり、腐食性ガス
中での水分も測定可能となる効果がある。
以上の如くこの発明による湿度測定方法は、従来の電気
分解式湿度センサのみならず、一般の湿度センサ使用に
よる湿度測定と比較しても多くの長所を有する利点があ
るものである。
分解式湿度センサのみならず、一般の湿度センサ使用に
よる湿度測定と比較しても多くの長所を有する利点があ
るものである。
図面はこの発明の実施例の説明図であり、第１図は感湿
素子の斜視図、第２図は実験データグラフ図である。 2……高分子固体電解質膜、 3、 4……電極触媒、 1……感湿素子
素子の斜視図、第２図は実験データグラフ図である。 2……高分子固体電解質膜、 3、 4……電極触媒、 1……感湿素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 嶋矢 督 (56)参考文献 特開 昭53−121683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−162052（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】電解式によるガス中の湿度測定方法におい
て、水素イオン伝導機能を有する高分子固体電解質膜の
少くとも一方の膜面の全面に良好なガス透過性及び導電
性を有する白金族系金属の電極触媒が直接的に強固に接
合されてある感湿素子を直接ガス中にさらし、その表面
の上記電極触媒に所定の直流定電圧を印加して該感湿素
子に吸着した水を電気分解し、導通する電流値を湿度変
換出力信号にして電気化学的湿度データとして得るよう
にしたことを特徴とする湿度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58144382A JPH0640092B2 (ja) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | 湿度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58144382A JPH0640092B2 (ja) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | 湿度測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036947A JPS6036947A (ja) | 1985-02-26 |
| JPH0640092B2 true JPH0640092B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=15360827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58144382A Expired - Lifetime JPH0640092B2 (ja) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | 湿度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640092B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923013A (en) * | 1996-05-09 | 1999-07-13 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Print control system and method for controlling the system in page by page basis |
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|---|---|---|---|---|
| US5096549A (en) * | 1987-03-08 | 1992-03-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dehumidifier and method of using |
| WO1988008742A1 (en) * | 1987-05-08 | 1988-11-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Moisture remover |
| GB2214696A (en) * | 1988-01-19 | 1989-09-06 | Mitsubishi Electric Corp | Controlling humidity in magnetic disc apparatus |
| JPH01213564A (ja) * | 1988-02-23 | 1989-08-28 | Japan Gore Tex Inc | 感湿素子およびその製造法 |
| DE19852969A1 (de) * | 1998-11-17 | 2000-05-25 | Fraunhofer Ges Forschung | Feuchtedetektor und Verfahren zur Herstellung |
| US7569128B2 (en) * | 2004-12-14 | 2009-08-04 | Mocon, Inc. | Coulometric water vapor sensor |
| JP5120966B2 (ja) * | 2009-12-21 | 2013-01-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 極微量水分計測素子および該計測素子を用いた防湿封止性能評価方法 |
| CN104487831B (zh) * | 2012-05-29 | 2016-09-07 | 3M创新有限公司 | 湿度传感器和传感器元件 |
| RU2583164C1 (ru) * | 2015-03-12 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Способ измерения влажности воздуха |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4083765A (en) * | 1976-12-21 | 1978-04-11 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Polymeric electrolytic hygrometer |
| DE2922131A1 (de) * | 1979-05-31 | 1980-12-18 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen, insbesondere in abgasen von verbrennungsmotoren |
-
1983
- 1983-08-09 JP JP58144382A patent/JPH0640092B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923013A (en) * | 1996-05-09 | 1999-07-13 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Print control system and method for controlling the system in page by page basis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6036947A (ja) | 1985-02-26 |
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