JPH0675052B2 - 静電容量型湿度センサー - Google Patents

静電容量型湿度センサー

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JPH0675052B2
JPH0675052B2 JP2158862A JP15886290A JPH0675052B2 JP H0675052 B2 JPH0675052 B2 JP H0675052B2 JP 2158862 A JP2158862 A JP 2158862A JP 15886290 A JP15886290 A JP 15886290A JP H0675052 B2 JPH0675052 B2 JP H0675052B2
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tantalum
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テストターム メステヒニーク ゲー．エム．ベー．ハー ウント コンパニー
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部に記載し
た種類の静電容量型湿度センサーに関する。
（従来の技術） このような湿度センサーは、間に湿気反応性誘導体を設
けた、少なくとも２個の電極を具備するコンデンサーで
ある。種々の形状の金属被膜から形成できるこれら２個
の電極の少なくとも一方を、電気絶縁度の高い担体に付
着する。該担体はガラスまたはセラミックからなり、基
体と呼ぶことも多い。外側に位置し、同様に金属被膜か
らなる第２の電極は、湿気透過性、特に水蒸気透過性で
あり、空気中に存在する水分子が拡散できる。これら２
個の電極被膜の間に、湿度測定に決定的な湿気反応性誘
電体が存在する。
従来のこの種類の湿度センサーにおいて、誘電体被膜と
して重合体膜が使用されている。
Vaisala Oy社（ヘルシンキ）は“Humicap"の名称で、２
個の薄膜・金電極の担体であるガラス基体に湿気反応性
酢酸セルロース型重合体を付着せしめた薄膜センサーを
提供している。この配置構成において、第２の電極は厚
さ100Å〜200Åの非常に薄い金電極によって形成されて
いる。この電極は、ガラス基体に付着せしめた２個の電
極の共通反対電極の働きをする。これらの２個の下方電
極は接触し、２個の下方電極の間の静電容量を重合誘電
体で測定する。その際、電界線は無電位電極に対して互
いに平行に通る。
Coreciが型名“H 2000"で提供する他の湿度センサー
は、誘電体に酢酸セルロース・ブチレートからなる重合
体を用いる。下方電極は、ガラス基体にスパッター法で
成膜し、次いで酸化せしめたタンタルからなる。外側の
湿気透過性電極は、クロム・ニッケル・金電極を介して
接触した厚さ１μｍのクロム被膜からなる。反応時間を
減少するために、製造後に熱処理を加え、クロム電極と
その下あるポリマー被膜に溝状の裂開を付ける。
DE 33 39 276 A1により、湿気反応性被膜にポリイミド
を用いた類似の静電容量型湿度センサーが公知である。
この誘電被膜に室状に形成された金電極を付着せしめ
る。この金電極は、ガラス基体に同様に室状に付けたタ
ンタル電極に対しずらして配置する。この配置構成は、
水分子が直接、それゆえ、非常に急速に湿気反応性被膜
に透過できる点が長所である。
さらに、DE 28 48 034 A1によっても、静電容量型湿度
センサーにポリイミド膜を使用することが公知である。
この湿度センサーは、電極を形成する２個の金属被膜を
具備し、その一方は水蒸気透過性の薄い金被膜であり、
他方は錆びない鉄・クロム・ニッケル合金鋼からなる。
このような湿度センサーの静電容量が種々の湿気含量の
空気の存在下で変化することは、空気中の水分子が誘電
体を形成するポリマー膜に拡散し、それによって比誘電
率（DK）を変化させ、従って、このように形成されたコ
ンデンサーの静電容量を変化させる。ポリマーの比誘電
率が２〜３であるのに対し、水の比誘電率は80である。
これは、水分子が誘電被膜に浸透するとこのようなコン
デンサーの静電容量が増し、これを湿度測定に利用でき
ることを意味する。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、測定にとって重要なのは、一方では、測
定結果が再現できること、他方では、他の物理的または
化学的影響を殆ど受けないことである。
誘電体のためのポリマー被膜を選定する際は、次の性質
が重要である。
1.静電容量と相対湿度（rF）の再現可能な関係。
2.特に高湿度においてドリフトができるだけ小さいこ
と。
従来公知のポリマー誘電体付き湿度センサーは、この条
件を満足に満たさない。
3.耐温度性に優れていること。
従来公知のセンサーの多くは、80℃までしか使用できな
い。
4.0％〜100％rFの全湿度範囲にわたる使用性。
従来公知の湿度センサーは90％rF以上では原則として短
時間しか使用できない。なぜならば、この範囲では湿度
センサーの電気的特性は再現できないからである。つま
り、センサーの静電容量のドリフトが大きくなるのであ
る。
5.SO2、CxHy、NH3など異種ガスに対する抵抗性に優れて
いる。
従来使用されている誘電体、特にポリイミドのグループ
からなる重合体は、湿度90％rF以上で使用した場合にド
リフトが大きく、電気的特性に関する再現性が不足して
いる。
本発明の課題は、前記の湿度センサーに対し、上記の条
件を概ね満たす誘電体を得ることである。
（課題を解決するための手段） この課題を解決するために、本発明は、誘電体としてポ
リエーテルイミドからなるポリマー膜を提案する。
従来流動特性に優れているために、航空機、自動車製
造、電気機器、家電製品などのための射出成形品、ガス
分離に用いる膜（US−PS 4,156,597）の製造に使用され
ているこのポリマーは、上記の種類の静電容量型湿度セ
ンサーにおいて、前記の課題を解決し、従来公知の全て
の誘電体より良く前記の条件を満たす。
湿度センサーのその他の構造を、特許請求の範囲の従属
項に記載する。
（実施例） 以下に、本発明の対象を実施例および曲線で示した測定
結果に基づいて説明する。
第1a図および第1b図は、本発明による湿度センサーの可
能な実施例を表す。センサーを支持する基体11は、電気
的に絶縁度の高い材料、すなわち、実施例においてはガ
ラスまたはセラミックからなる。この基体に、第１電極
としてタンタル、タンタル／酸化タンタルまたは金から
なる金属被膜12を付着させている。金属被膜12は接続線
13と電気的に結合している。この被膜は、誘電体を形成
するポリマー膜14によって被覆されている。ポリマー膜
14は、実施例ではポリエーテルイミドからなる。ポリマ
ー膜14は、自立性箔膜および液状で付着せしめたポリマ
ー被膜の何れによっても形成できる。
このセンサー配置構成の上側は、水蒸気透過性金属、な
るべくは金からなる第２電極、すなわち被覆電極15によ
って覆われている。被覆電極15は、なるべくはポリマー
膜に蒸着させることによって付着せしめる。
電極15は、接続電極16と導電結合している。電極15は、
電極12と同様に電気的に互いに絶縁して基体11に設け、
タンタルまたは金からなる。電極16の給電には、接続線
17を用いる。
相対湿度の測定範囲15％〜90％で測定すると、静電容量
との概ね直線的な関係が生じる。静電容量はこの測定配
置構成において107〜約120pFである。その結果、感度は
約0.175pF/％rFである。驚くべきことに、第２図におい
て曲線で示すヒステリシスが非常に小さい。曲線１によ
り、センサーを25℃の温度下で15％と90％の間で可変な
相対湿度に曝露する。センサーを温度50℃および相対湿
度50％の下に約６時間放置した後、曲線２によりセンサ
ーを15％から90％までの可変湿度に曝露し、次いで、曲
線３により90％から15％に曝露する。
驚くべきことに、ヒステリシスが小さいだけでなく、25
℃特性の再現性も非常に優れている。これら３つの25℃
特性曲線１、２および３の相互の最大偏差は0.25pFに過
ぎず、これは湿度偏差1.5％rFに相当する。
卓越した再現性は、第３図によるグラフに見られるよう
に、実際条件のもとで行なう測定によっても証明され
る。
これによると、湿度センサーを再び25℃において15％か
ら90％に変化する湿度に曝露する（曲線４）。屋外気候
室に２週間放置し、センサーを温度、湿度および日射の
昼間・夜間リズムに曝露した後、センサーを曲線５によ
り上記の湿度変化に曝露した。
次に、曲線６によりヒステレシス曲線を記録した。
曲線に示すように、静電容量の再現性は±0.25pFの範囲
内にあり、これは僅かに湿度±1.5％の変動に相当す
る。
曲線４に明らかな通り、本発明による湿度センサーは高
湿度領域において卓越した長期特性を示す。測定期間21
日（約35,000分）で、静電容量は約113pFでほぼ一定で
ある。
測定の結果、静電容量のドリフトが1.4pFにあり、これ
は湿度ドリフト９％に相当する。
【図面の簡単な説明】
第1a図は本発明による湿度センサーの拡大平面図、第1b
図は第1a図Ia-Ia線に沿う断面図、第２図は静電容量と
相対湿度の関係を示すグラフ図、第３図は気候室に放置
する前と後の静電容量と相対湿度の関係を表す図、第４
図は35,000分（約21日間）にわたる静電容量の変化を示
すグラフ図である。 （符号の説明） 11……担体 12……電極 14……ポリエーテルイミド膜 15……電極 16……電極

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電極を形成する少なくとも２個の金属被膜
    を有する１個のコンデンサーで構成され、該金属被膜の
    少なくとも一方が水蒸気透過性であり、電極の間に誘電
    体として湿気反応性ポリイミド膜を設けた静電容量型湿
    度センサーにおいて、ポリイミド膜をポリエーテルイミ
    ドで形成したことを特徴とする静電容量型湿度センサ
    ー。
  2. 【請求項２】請求項１の記載において、金属被膜を電気
    絶縁性の高い担体に付着することを特徴とする静電容量
    型湿度センサー。
  3. 【請求項３】請求項１または２の記載において、担体
    （11）がガラスまたはセラミックからなり、２個の電極
    （12）の一方がタンタル、タンタル／酸化タンタル、
    金、金／ニッケルまたは銀／パラジウムからなり、他方
    の水蒸気透過性電極（15）が金からなることを特徴とす
    る静電容量型湿度センサー。
  4. 【請求項４】請求項１から３までのうち何れか一つの項
    の記載において、担体（11）にタンタルもしくはタンタ
    ル／酸化タンタルからなる２個の接続電極（12、16）を
    電気的に互いに絶縁して付着し、該接続電極の一方（1
    2）がポリエーテルイミド膜（14）によって完全に被覆
    され、該ポリエーテルイミド膜が外側が金からなる水蒸
    気透過性電極（15）と結合し、該電極の突出した側端部
    が他方の電極（16）と接触していることを特徴とする静
    電容量型湿度センサー。
  5. 【請求項５】請求項１から４までのうち何れか一つの項
    の記載において、ポリイミド膜（14）が、液状で担体
    （11）に付着・固化せしめたポリエーテルイミドからな
    ることを特徴とする静電容量型湿度センサー。
  6. 【請求項６】請求項１から４までのうち何れか一つの項
    の記載において、ポリエーテルイミド膜（14）が自立性
    箔膜であることを特徴とする静電容量型湿度センサー。
  7. 【請求項７】請求項１から６までのうち何れか一つの項
    の記載において、電極（15および／または16）をポリエ
    ーテルイミド膜に蒸着することを特徴とする静電容量型
    湿度センサー。
JP2158862A 1989-06-19 1990-06-19 静電容量型湿度センサー Expired - Lifetime JPH0675052B2 (ja)

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DE3919864A DE3919864A1 (de) 1989-06-19 1989-06-19 Kapazitiver feuchtesensor
DE3919864.2 1989-06-19

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JPH0365643A JPH0365643A (ja) 1991-03-20
JPH0675052B2 true JPH0675052B2 (ja) 1994-09-21

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EP (1) EP0403994B1 (ja)
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DE (3) DE3919864A1 (ja)
DK (1) DK0403994T3 (ja)

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