JPS5811082B2

JPS5811082B2 - 温度湿度検出素子

Info

Publication number: JPS5811082B2
Application number: JP51138153A
Authority: JP
Inventors: 寺田二郎; 新田恒治; 早川茂
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-11-16
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1983-03-01
Also published as: JPS5362162A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＭｇＣｒ２Ｏ４−ＭｇＯ系磁器からなる温度湿
度検出素子に関するものである。

一般に、感湿抵抗体は湿度に敏感に感応し、湿度によっ
てその抵抗値が変化するものであり、湿度測定用の素子
や湿度調節用のセンサとして使用されている。

周知のように、Ｆｅ２Ｏ３やＡｌ２Ｏ３゜Ｃｒ２Ｏ３，
Ｎｉ２Ｏ３などの金属酸化物は吸水性に優れており、そ
のため、このような性質を利用して感湿抵抗体素子が作
製されている。

従来の感湿抵抗体は、空気中からの汚染、あるいは、油
成分などの付着により、感湿特性が悪くなるが、たとえ
ば、感湿抵抗体を加熱して油成分などを燃焼させると、
元の感湿抵抗体の湿度特性に戻るものである。

したがって、これらの感湿抵抗体の感湿特性が出なくな
った時点で加熱し、クリーニングをしてやれば、半永久
的に使用することができる。

ところが、この加熱クリーニングの温度を制御するため
には、外部より、熱電対あるいはサーミスタなどによっ
て温度を検出しなければならず、その構成が非常に複雑
となり、しかも高価であるという欠点があった。

本発明は、上記の問題点を解消した温度湿度検出素子を
提供するものであり、この温度湿度検出素子は、クリー
ニング温度領域で温度上昇に従って、その抵抗が減少す
る負の抵抗温度特性を有するものである。

しかも、湿度に対しても敏感に感応して、その抵抗が変
化するものである。

また、感温感湿特性において、湿度検出が可能のなる温
度領域では、サーミスタ特性がなく、その温度以上にお
いて、サーミスタ特性を有するものである。

この特性は従来の素子にないものであり、しかも湿度検
出が可能となる温度領域ではサーミスタ特性を示さず、
その温度以上においてサーミスタ特性を示す。

なお磁器質であるため、高い温度で加熱してもきわめて
安定である。

たとえば油成分などが付着した場合、加熱クリーニング
して、クリーニングをすることができる。

このクリーニングにより、素子は元の感湿特性に復帰す
る。

加熱クリーニングにおいて、本発明の素子は温度制御に
使用することができる。

次に磁器組成について述べる。

ＭｇＣｒ２Ｏ４成分９０〜９９９モル％と、ＭｇＯ成分
１０〜０．１モル％とを含むことを特徴とする。

上記組成比率の成分、またはそれを主体とする成分の磁
器に電極を付与すると、湿度に応じて電極間の抵抗が決
まる。

その組成を選ぶことにより、低湿度領域においても高い
感度を示す素子を得ることができる。

湿度−抵抗特性は、低湿度から高湿度までほぼ直線的で
ある。

温度−抵抗特性は、湿度検出が可能である温度域以上（
１５０℃以上）において、抵抗がほぼ直線的に低下する
。

温度１５０℃以上においては相対湿度の影響はない。

さらに詳細に述べるならば、本発明にかかる温度湿度検
出素子は、一種の半導体であり、その組成を選定するこ
とによって、かなり低い抵抗の感温感湿特性を示す温度
湿度検出素子を作ることができる。

しかも、ＭｇＣｒ２Ｏ４成分はスピネル型結晶構造の化
合物であり、このスピネル系とＭｇＯとの固溶体の磁器
であることも原因して、湿度検出が可能である温度領域
では、その抵抗温度係数が小さく、前記温度領域以上の
温度で、サーミスタ特性を示す。

この磁器組成物は、通常の磁器製造技術で簡単に製造す
ることができるものであり、現用の製造設備を用いて容
易に量産することができる。

さらに、これはいわゆる金属酸化物高温焼結体であり長
時間大気中に放置しておいても、その表面状態が変化し
ない。

ＭｇＣｒ２Ｏ４で示される成分と、ＭｇＯ成分との組成
において、前者が９０モル％より少なく、後者が１０モ
ル％より多いと、湿度変化に対する抵抗変化がほとんど
なく、サーミスタ特性もなくなる。

さらに前者が９９．９モル％より多くなり、後者が０．
１モル％より少なるなると、ＭｇＯ成分の添加効果が顕
著でなくなり、低湿度領域で高い感度を得ることができ
なくなる。

以下、本発明にかかる磁器組成物の具体例について説明
する。

まず、９９．９９％以上の純度のＭｇＯ，Ｃｒ２Ｏ３、
およびＭｇＯを準備し、これを下表の組成比になるよう
に配合し、メノウボール入りポットミルで湿式混合した
。

混合物を乾燥させてから、３％ポリビニルアルコール水
溶液を、混合粉末１００ｇに対し１０ｃ、ｃ。

の割合で加え、乳鉢で混合して造粒した。

そして７５０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で、長さ１０ｍｍ、巾
５．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの寸法の角板状に成型し
た。

この成型体を空気中に２いて１３００℃の温度で２時間
保持して焼結した。

このようにして得られた磁器に、ＲｕＯ２を含むペース
トをスクリーンメツシュ法で櫛形状に印刷して、さらに
８００℃の温度で焼成し、１対の電極を形成した。

第１図はその構成を示す。

同図ａは側面図、同図すは斜視図である。

図に８いて、試料の両面１゜２は櫛型状電極３を、側面
に引出電極（ＲｕＯ２系）を設けた。

なお、引出電極は、一方の面１に焼付けた櫛型状電極と
、他力の面２に焼付けた櫛型状電極３を並列に接続する
ための電極である。

４は電極端子取出用リード線である。

次に、このようにして得た試料１〜６の相対湿度−抵抗
特性を、測定雰囲気の相対湿度を変化させて各試料の電
極間の抵抗を測定して調べた。

さらに、温度−抵抗特性についても、雰囲気温度を変化
させて、電極間の抵抗を測定することによって調べた。

その結果を、それぞれ第２図ａ、ｂに示す。

図に付した符号は、試料番号に対応させている。

図から明らかなように、ＭｇＣｒ２Ｏ４に対するＭｇＯ
の量が多くなるに従って、全般的に抵抗が低下し、かつ
低湿度領域の感度が高くなる。

一方、サーミスタ特性に２いても、温度−抵抗の変化率
が大きくなり、感度が高くなる。

そして、ＭｇＯの量が増すと、相対湿度−抵抗特性が直
線的になる。

サーミスタ特性において、サーミスタ特性が認められる
温度が低温度側に移行する。

さらには、高湿度、特に結露点で高感度となり、温度−
抵抗特性か直線的に変化する。

それがすぎると、湿度変化および温度変化のいずれに対
して、感度がほとんど得られなくなる。

しかも、湿度検出が可能となる温度領域内でサーミスタ
特性が出るので、感湿感温の検出が不可能となる。

すなわち、試料２のようにＭｇＣｒＯ４成分が９９．９
％で、ＭｇＯ成分が０．１モル％のとき、その低湿度領
域での感度上昇と、抵抗低下が得られた。

サーミスタ特性では、直線的に抵抗変化して、感度大と
なる。

ところがＭｇＯ成分が０．１モル％より少ないと、はぼ
試料１と同じ特性になることが認められた。

ＭｇＯ成分が１０モルチより多くなると、試料６から明
らかなようにＭｇＣｒ２Ｏ４による効果が得られず、実
用的でない。

試料２〜５について、常温常湿（２０℃、相対湿度５４
％）と加熱クリーニング温度（４５０℃）と間での温度
サイクルを１０５回繰返して、試験をした。

その結果、湿度−抵抗特性および温度−抵抗特性のいず
れも、変化率が数％以内と、きわめて安定なものである
ことが確認された。

しかもＭｇＣｒ２Ｏ４−ＭｇＯ磁器組成物は１３００℃
の高温度に耐え、安定なものである。

この加熱クリーニングのための構成例を第３図に示して
いる。

すなわち、図のように、素子８のまわりにニクロム抵抗
発熱体５を設け、これに電流を流し発熱させる。

６はリード端子である。７は支持台であり、温度湿度検
出素子８と抵抗発熱体５を支持するものである。

そして、この温度湿度検出素子８のサーミスタ特性を利
用して、クリーニング温度を制御する。

以上のように、本発明にかかる温度湿度検出素子は、Ｍ
ｇＣｒ２Ｏ４成分９０〜９９９モル％とＭｇＯ成分１０
〜０．１モル％を含む磁器で、サーミスタ特性とを有す
ることを特徴とするものである。

この素子は、０〜１００％の相対湿度領域において高い
感度を示し、温度検出が可能となる温度領域において直
線的なサーミスタ特性を示す。

そして、その組成比を選ぶことにより、希望する特性の
ものが得られる。

この磁器質で構成したものは、高温度下で使用すること
ができ、高温高湿度下での使用によっても特性劣化のき
わめて少ないものである。

このため、食品の加工、調理の分野などでの湿度センサ
として、あるいは空気調整システムの湿度センサなどと
して有用なものである。

なお、本発明において、他の成分をさらに導入して特性
などの改善をはかることも可能である。

たとえば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ
３などを鉱化剤として添加して、焼結性を改善すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂはそれぞれ本発明の一実施例の温度湿度検
出素子の側面図、斜視図であり、第２図ａ、ｂは本発明
の一実施例の温度湿度検出素子の特性曲線図、第３図は
第１図の素子にクリーニング用発熱体を巻回させたもの
の斜視図である。１．２・・・・・・試料面、３・・・・・・櫛型状電極
、４・・・・・・リード線、５・・・・・・発熱体、６
・・・・・・リード端子、７・・・・・・支持台、８・
・・・・・温度湿度検出素子。

Claims

【特許請求の範囲】１ＭｇＣｒ２Ｏ４成分９０〜９９．９モル％に、Ｍｇ
Ｏ成分１０〜０．１モル％を含ませた焼結体からなる温
度湿度検出素子。２焼結体の周囲にクリーニング用発熱体を巻回したと
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の温度湿度
検出素子。