JPS63184302A - Temperature sensor - Google Patents

Temperature sensor

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JPS63184302A
JPS63184302A JP62016678A JP1667887A JPS63184302A JP S63184302 A JPS63184302 A JP S63184302A JP 62016678 A JP62016678 A JP 62016678A JP 1667887 A JP1667887 A JP 1667887A JP S63184302 A JPS63184302 A JP S63184302A
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JP
Japan
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resistance
humidity
temperature
sensing element
humidity sensing
Prior art date
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Pending
Application number
JP62016678A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
淀川 正忠
昭 須田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS63184302A publication Critical patent/JPS63184302A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば空調機器、調理機器、加湿器等にお
いて使用される湿度検知素子に係り、特に、PTC抵抗
特性(正温度係数抵抗特性)を有するヘルプスカイト型
酸化物半導体を用い、湿度の変化を電気抵抗の変化とし
て検知できるようにした湿度検知素子に関するものであ
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a humidity sensing element used in, for example, air conditioners, cooking equipment, humidifiers, etc. The present invention relates to a humidity sensing element that uses a helpskite-type oxide semiconductor having the following characteristics and is capable of detecting changes in humidity as changes in electrical resistance.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、湿度の変化によって電気抵抗が変化する性質を利
用した湿度検知素子としては、リチウム、リン、バナジ
ウム等の感湿性の高い化合物を用いたものや、樹脂の膨
潤を用いたもの、あるいは、多孔質物質への水分吸着を
用いたもの等が知られていた。このような湿度検知素子
の具体例としては、例えば、特開昭51−89196号
公報に記載されているCr2O3とTiO2を主成分と
した感湿抵抗素子、あるいは、特開昭57−15210
5号公報に記載されているZrO2とY2O3とを用い
た多孔質の焼結体から成る感湿素子等が知られている。
Conventionally, humidity sensing elements that utilize the property that electrical resistance changes with changes in humidity include those that use highly moisture-sensitive compounds such as lithium, phosphorus, and vanadium, those that use swelling resin, or those that use porous A method using water adsorption to a material has been known. Specific examples of such humidity sensing elements include, for example, a humidity sensitive resistance element mainly composed of Cr2O3 and TiO2 described in JP-A-51-89196, or JP-A-57-15210.
A moisture sensing element made of a porous sintered body using ZrO2 and Y2O3, which is described in Japanese Patent No. 5, is known.

第9図は、上記従来の多孔質焼結体を用いた湿度検知素
子の一部拡大図であり、100は高抵抗の結晶、101
は細孔を示す。この湿度検知素子は、使用状態では、上
記細孔101内へ入り込み結晶100の表面へ吸着する
水分の量によって電気抵抗が変化し、湿度を検知するも
のである。
FIG. 9 is a partially enlarged view of the humidity sensing element using the conventional porous sintered body, in which 100 is a high-resistance crystal, 101
indicates pores. When this humidity sensing element is in use, its electrical resistance changes depending on the amount of moisture that enters the pores 101 and adsorbs to the surface of the crystal 100, and detects humidity.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のような従来の湿度検知素子においては、大部分の
ものが原理的に経時劣化が大きいため、一定期間毎に取
り換えなければならない欠点があった。また、第9図に
示したような多孔質の焼結体を用いた湿度検知素子にお
いては、次のような欠点があった。すなわち、湿度の上
昇時には多孔質体の細孔内へ入り込む水分の量が増加す
るので湿度の検知能力は良好である。しかし、湿度の減
少時には、細孔内へ入り込んだ水分が外部へ放出されに
くいため、正常な湿度検知ができにくい欠点があった。
Most of the conventional humidity sensing elements described above have the disadvantage that they have to be replaced at regular intervals because most of them in principle deteriorate significantly over time. Furthermore, the humidity sensing element using a porous sintered body as shown in FIG. 9 has the following drawbacks. That is, when the humidity increases, the amount of moisture that enters the pores of the porous body increases, so the humidity detection ability is good. However, when the humidity decreases, it is difficult for the moisture that has entered the pores to be released to the outside, making it difficult to detect humidity normally.

このため、上記多孔質体の近傍に加熱手段のようなりリ
ーニング装置を設げ、一定期間毎にクリーニングするこ
とによって、細孔内へ入り込んだ水分を除去する必要が
あった。さらに、従来のものは、全般的に湿度変化に対
する応答時間も長い欠点があった。
For this reason, it has been necessary to provide a leaning device such as a heating means near the porous body and clean it at regular intervals to remove moisture that has entered the pores. Further, conventional devices generally have a long response time to changes in humidity.

この発明は、上記のような従来の欠点を解決するために
なされたものであり、湿度検知素子の経時劣化を減少さ
せて寿命を長くし、従来のようなりリーニング機構を不
要とすると共に、湿度検知の応答特性を改善し、さらに
、周辺回路を簡略化できるようにすることを目的とした
ものである。
This invention was made in order to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and it reduces the deterioration of the humidity sensing element over time, extends its lifespan, eliminates the need for the conventional leaning mechanism, and The purpose of this is to improve the detection response characteristics and further simplify the peripheral circuitry.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するため、この発明は、所望の感湿温
度領域で負の抵抗温度特性を有するようにキューリー点
を変えたヘルプスカイト型酸化物半導体の表面に、相対
向する電極を設けて湿度検知素子としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides opposing electrodes on the surface of a helpskite-type oxide semiconductor whose Curie point has been changed so as to have negative resistance-temperature characteristics in a desired humidity-sensitive temperature range. This is used as a humidity sensing element.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
1図はこの発明の1実施例である湿度検知素子の外観を
示した図である。図において、1はヘルプスカイト型酸
化物半導体の焼結体であり、この上には、Au(金)、
RuO2(ルテニウム酸化物)その他の電極材を用いて
電極2.3を形成する。この電極2.3は、2つの相対
向する櫛形電極構造とし、この両電極の端部には、それ
ぞれ、外部引出端子4及び5を接続したものである。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the appearance of a humidity sensing element which is an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a sintered body of a helpskite-type oxide semiconductor, on which Au (gold),
Electrode 2.3 is formed using RuO2 (ruthenium oxide) or other electrode material. This electrode 2.3 has a structure of two comb-shaped electrodes facing each other, and external lead terminals 4 and 5 are connected to the ends of both electrodes, respectively.

第2図は、この発明の他の実施例である湿度検知素子の
外観を示した図である。この実施例のものは、第1図の
ものと電極の形状のみを異ならせたものであり、他の部
分は同一である。この場合、電極2及び3は、一定の距
離を離して相対向させて形成したものである。
FIG. 2 is a diagram showing the appearance of a humidity sensing element according to another embodiment of the present invention. This embodiment differs from the one shown in FIG. 1 only in the shape of the electrode, and the other parts are the same. In this case, electrodes 2 and 3 are formed facing each other with a certain distance apart.

第3図は、第1図及び第2図に図示したPTC抵抗特性
を有するヘルプスカイト型酸化物半導体から成る焼結体
1の具体的な1例を一部拡大図として示したものである
。図において、1oは結晶であり、これは上記従来例に
おける結晶とは異なり、低抵抗の結晶である。また、P
TC抵抗特性を有するヘルプスカイト型酸化物半導体で
はこの結晶の表面部分には、高抵抗層11が形成されて
いる。全体としては多孔質体というよりは、比較的緻密
な結晶組織となっている。そして、この例では、焼結体
の表面12に電極を形成するが、この電極形成面は焼結
体の焼成面をそのまま使用するものである。また、上記
高抵抗N11は、水分を吸着した場合、その抵抗値を減
少させ、水分を脱着した場合には抵抗値を増加させる性
質がある。
FIG. 3 is a partially enlarged view of a specific example of a sintered body 1 made of a helpskite oxide semiconductor having the PTC resistance characteristics shown in FIGS. 1 and 2. . In the figure, 1o is a crystal, and unlike the crystal in the conventional example, this is a low-resistance crystal. Also, P
In the helpskite type oxide semiconductor having TC resistance characteristics, a high resistance layer 11 is formed on the surface portion of this crystal. As a whole, it has a relatively dense crystal structure rather than a porous body. In this example, electrodes are formed on the surface 12 of the sintered body, but the fired surface of the sintered body is used as it is as the electrode forming surface. Further, the high resistance N11 has a property of decreasing its resistance value when it adsorbs moisture, and increasing its resistance value when it desorbs moisture.

しかし、このような水分の吸着あるいは脱着があっても
、結晶10の抵抗値はほとんど変化せず、低抵抗のまま
である。
However, even if such moisture is adsorbed or desorbed, the resistance value of the crystal 10 hardly changes and remains low.

第4図は、第3図とは異なる焼結体の具体例を示したも
のである。この例では、第3図と同じ焼結体を用いるが
、該焼結体の表面を研磨し平らな表面12′としたもの
である。そして、平らな表面12′上に電極を形成して
湿度検知素子とする。
FIG. 4 shows a specific example of a sintered body different from that shown in FIG. 3. In this example, the same sintered body as in FIG. 3 is used, but the surface of the sintered body is polished to give a flat surface 12'. Electrodes are then formed on the flat surface 12' to form a humidity sensing element.

第5図は、上記実施例で示したPTC抵抗特性を有する
ヘルプスカイト型酸化物半導体の特性曲線を示したもの
であり、横軸は温度(T℃)、縦軸は抵抗(RΩ)であ
る。図において、tcはキューリー点の温度であり、キ
ューリー点以下の温度では負の抵抗温度特性をもったN
TC領域となる。また、tc以上の温度では、正の抵抗
温度特性をもったPTC領域となるが、所定の温度tN
以上になるとNTC領域に変化する性質がある。
Figure 5 shows the characteristic curve of the helpskite-type oxide semiconductor having the PTC resistance characteristics shown in the above example, where the horizontal axis is temperature (T°C) and the vertical axis is resistance (RΩ). be. In the figure, tc is the temperature at the Curie point, and at temperatures below the Curie point, N
This becomes the TC area. Moreover, at a temperature higher than tc, the PTC region has a positive resistance-temperature characteristic, but at a predetermined temperature tN
When the temperature exceeds this level, there is a property that the temperature changes to the NTC region.

この場合、ヘルプスカイト型酸化物半導体として、例え
ば、BaTiO3系半導体を用い、これに、S r T
 i O3、BaSnO3、BaZrO3、PbTio
3等を適宜添加すれば、上記tcおよびtNの温度を変
えることが可能である。そして、この発明において使用
されるヘルプスカイト型酸化物半導体としては、第5図
における温度tcまたはtN以上のNTC抵抗領域を使
用するため、この温度範囲が湿度測定温度範囲となるよ
うにキューリー点を移動したものを使用する。すなわち
、上記の添加物の調整によってキューリー点を低温域に
移動させ、その結果、tcまたはtN以上のPTCまた
はNTC領域が湿度検知素子として使用された場合の環
境温度範囲となるようにするものである。
In this case, for example, a BaTiO3-based semiconductor is used as the helpskite oxide semiconductor, and S r T
i O3, BaSnO3, BaZrO3, PbTio
By appropriately adding 3, etc., it is possible to change the temperatures of tc and tN. Since the helpskite-type oxide semiconductor used in this invention uses the NTC resistance region above the temperature tc or tN in FIG. 5, the Curie point is Use the moved one. In other words, the Curie point is moved to a low temperature range by adjusting the additives described above, and as a result, the PTC or NTC region of tc or tN or higher becomes the environmental temperature range when used as a humidity sensing element. be.

なお、このようなNTC領域を使用するのがよい理由は
次のように考えられる。図示のようにPTC抵抗特性を
有するヘルプスカイト型酸化物半導体は、キューリー点
温度tc以上、tN以下の範囲で正の抵抗温度特性をも
つ。これは、結晶粒内の抵抗が低いにもかかわらず、結
晶粒界近傍の抵抗がこの温度領域で増加するために起る
現像である。そして、増加した粒界層の抵抗が外界の水
分の吸着により、減少することが見い出された。
Note that the reason why it is preferable to use such an NTC area is considered as follows. As shown in the figure, the helpskite oxide semiconductor having PTC resistance characteristics has positive resistance-temperature characteristics in a range from the Curie point temperature tc to tN. This is a development that occurs because the resistance near the grain boundaries increases in this temperature range even though the resistance within the grains is low. It was also found that the increased resistance of the grain boundary layer was reduced by adsorption of external moisture.

したがって、この現像を利用すれば、上記のように温度
tcまたはtN以上のPTCまたはNTC抵抗領域にお
いて湿度の検知が可能となるものである。このように、
増加した粒界層の抵抗が水分の吸着により減少すること
を利用して湿度を検知するものであるが、もともと、結
晶粒内の抵抗は低いため、粒界層の抵抗減少により、全
体とじて大きな抵抗減少を示すため、湿度検知素子とし
て十分な感度を有する。また、特に上記NTC抵抗領域
は、広範囲にわたって直線性が良好であり、かつ、温度
変化に対して安定した変化をするため湿度検知素子とし
ては利用しやすい。
Therefore, by utilizing this development, it becomes possible to detect humidity in the PTC or NTC resistance region where the temperature is higher than tc or tN as described above. in this way,
Humidity is detected by utilizing the fact that the increased resistance of the grain boundary layer decreases due to moisture adsorption, but since the resistance within the grain is originally low, the overall resistance decreases due to the decrease in the resistance of the grain boundary layer. Since it shows a large resistance reduction, it has sufficient sensitivity as a humidity sensing element. In particular, the NTC resistance region has good linearity over a wide range and changes stably with respect to temperature changes, so it is easy to use as a humidity sensing element.

以上の理由によって、上記のように、温度tcまたtN
以上のNTC抵抗領域を使用範囲とするが、抵抗変化幅
を大きくして高感度とするためには、M n % F 
e % Cr % V等の遷移金属元素を微量添加すれ
ばよく、焼結しやすくするためには、Ti0z、5i0
2、Al2O3等を添加すればよい。さらに、この他目
的に合った感湿性能とするために、Ca T i O3
を添加することもさしつかえない。なお、上記の説明で
は、焼結体を用いた例について説明したが、このような
ものに限らず、表面に高抵抗層を有する単結晶のヘルプ
スカイト型酸化物半導体を用いてもよい。
For the above reasons, as mentioned above, the temperature tc or tN
The above NTC resistance region is used, but in order to increase the resistance change width and achieve high sensitivity, M n % F
It is sufficient to add a small amount of transition metal elements such as e % Cr % V, and in order to facilitate sintering, Ti0z, 5i0
2. Al2O3 etc. may be added. Furthermore, in order to achieve moisture sensitivity performance suitable for other purposes, Ca Ti O3
It is also permissible to add. Note that, in the above description, an example using a sintered body has been described, but the present invention is not limited to this, and a single-crystal helpskite-type oxide semiconductor having a high-resistance layer on the surface may be used.

第6図は実験データの例を示す。FIG. 6 shows an example of experimental data.

第6図の例は、直径15mm、厚み1 、5mmの円板
状に成型焼成したBaTiO3−3rTiO3系の酸化
物半導体の両面に電極を形成し、25℃で測定したもの
である。
In the example shown in FIG. 6, electrodes were formed on both sides of a BaTiO3-3rTiO3-based oxide semiconductor formed and fired into a disk shape with a diameter of 15 mm and a thickness of 1.5 mm, and measurements were taken at 25°C.

なお、この酸化物半導体のキューリー温度は、−45℃
で、測定温度(25℃)では、正の抵抗温度特性を示す
ものである。
Note that the Curie temperature of this oxide semiconductor is -45°C
At the measurement temperature (25° C.), it shows a positive resistance temperature characteristic.

なお、第6図の例は、正の抵抗温度特性を有するヘルプ
スカイト型酸化物半導体の例であるが、PTC領域を越
えて、負の抵抗温度特性を有する領域のものを用いても
、同様のデータが得られた。
Note that the example in FIG. 6 is an example of a helpskite type oxide semiconductor having a positive resistance-temperature characteristic, but even if a semiconductor in a region having a negative resistance-temperature characteristic beyond the PTC region is used, Similar data were obtained.

第7図及び第8図はこの発明の湿度検知素子を使用した
場合の1例を示した図であり、第7図は回路図、第8図
はその構造を示す図である。
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing an example of the use of the humidity sensing element of the present invention, with FIG. 7 being a circuit diagram and FIG. 8 being a diagram showing its structure.

これらの図において20.21は電源端子であり、定電
圧を印加する。また、この電源端子2o、21間には、
2つの湿度検知素子22.23を直列に接続する。この
場合、湿度検知素子22及び23としては、上記のよう
なヘルプスカイト型酸化物半導体を用いた同一特性のも
のを使用する。
In these figures, 20 and 21 are power supply terminals to which a constant voltage is applied. Moreover, between the power terminals 2o and 21,
Two humidity sensing elements 22 and 23 are connected in series. In this case, the humidity sensing elements 22 and 23 are made of the above-mentioned helpskite type oxide semiconductor and have the same characteristics.

そして、湿度検知素子22を湿度検知用とし、その両端
子間より出力端子24.25を導出する。
The humidity detection element 22 is used for humidity detection, and output terminals 24 and 25 are led out between both terminals thereof.

この湿度検知素子22は、第8図に示したように、多数
の貫通孔28を有する湿度検知室26内に設置する。ま
た、他方の湿度検知素子23は、乾燥空気中のような一
定の雰囲気か、被測定空気から遮断した状態の室27内
に設置し、温度補正用とする。この室27は、ガラス封
入でもよく、メタルケースや合成樹脂に封入したもので
もよい。なお、従来のものは、湿度を検知する場合、N
TCサーミスタを用いて温度補正していたが、湿度セン
サの材料とサーミスタの材料が全く異なるために、厳密
な温度補正が困難であった。しかし、この発明のように
、全く同じ材質の素子を2個直列接続し、一方の素子2
2を温度検知用とし、他方の素子23を温度補正用とす
れば、常に正しい湿度の検出が可能となる。
This humidity sensing element 22 is installed in a humidity sensing chamber 26 having a large number of through holes 28, as shown in FIG. The other humidity sensing element 23 is installed in a constant atmosphere such as dry air or in a chamber 27 that is isolated from the air to be measured, and is used for temperature correction. This chamber 27 may be enclosed in glass, or may be enclosed in a metal case or synthetic resin. In addition, when detecting humidity, the conventional type
Temperature correction was performed using a TC thermistor, but since the material of the humidity sensor and the material of the thermistor were completely different, exact temperature correction was difficult. However, as in this invention, two elements made of the same material are connected in series, and one element
If element 2 is used for temperature detection and the other element 23 is used for temperature correction, accurate humidity detection is always possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明によれば、比較的緻密な
粒界構造を有するヘルプスカイト型酸化物半導体を用い
るため、経時劣化を非常に小さくすることができ、湿度
検知素子としての寿命が長くなる。また、吸着した水分
を除去するためのクリーニング機構を備える必要もなく
、周辺回路も極めて簡略化することができる効果がある
。さらに、抵抗値の変化が広範囲にわたって良好な直線
性を有するため、従来のように、対数変換をする必要も
なく、応答特性も非常に良くなるなど、多くの効果があ
る。
As explained above, according to the present invention, since a helpskite-type oxide semiconductor having a relatively dense grain boundary structure is used, deterioration over time can be extremely reduced, and the life of the humidity sensing element can be extended. become longer. Further, there is no need to provide a cleaning mechanism for removing the adsorbed moisture, and the peripheral circuitry can also be extremely simplified. Furthermore, since the change in resistance value has good linearity over a wide range, there is no need to perform logarithmic conversion as in the conventional method, and the response characteristics are also very good.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の1実施例である湿度検知素子の外観
を示した図、第2図はこの発明の他の実施例である湿度
検知素子の外観を示した図、第3図、第4図はそれぞれ
第1図、第2図に示した焼結体の一部拡大図、第5図は
PTC抵抗特性を有するヘルプスカイト型酸化物半導体
の特性曲線を示した図、第6図はBaTiO2−3rT
iO3系の半導体を用いた感湿素子の特性例である。 第7図及び第8図はこの発明の湿度検知素子を使用した
場合の例を示す図であり、第7図は回路図、第8図はそ
の構造を示した図、第9図は従来の湿度検知素子に用い
る焼結体の一部拡大図である。 1−ヘルプスカイト型酸化物 半導体の焼結体 2.3−電極 4.5−出力端子  10・−結晶 11−高抵抗層 12.12 ’−焼結体表面 20.21−電源端子 22.23−湿度検知素子 24.25−出力端子 26−湿度検知用の室 27一温度補償用の室 28−貫通孔
FIG. 1 is a diagram showing the appearance of a humidity sensing element which is one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the appearance of a humidity sensing element which is another embodiment of the invention, and FIGS. Figure 4 is a partially enlarged view of the sintered body shown in Figures 1 and 2, respectively, Figure 5 is a diagram showing the characteristic curve of a helpskite-type oxide semiconductor having PTC resistance characteristics, and Figure 6 is BaTiO2-3rT
This is an example of the characteristics of a moisture-sensitive element using an iO3-based semiconductor. 7 and 8 are diagrams showing an example of using the humidity sensing element of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram, FIG. 8 is a diagram showing its structure, and FIG. 9 is a diagram showing a conventional humidity sensing element. FIG. 2 is a partially enlarged view of a sintered body used in a humidity sensing element. 1-Sintered body of helpskite type oxide semiconductor 2.3-Electrode 4.5-Output terminal 10.-Crystal 11-High resistance layer 12.12'-Sintered body surface 20.21-Power terminal 22. 23 - Humidity detection element 24. 25 - Output terminal 26 - Humidity detection chamber 27 - Temperature compensation chamber 28 - Through hole

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所望の感湿温度領域で正の抵抗温度特性またはそ
の領域を越えて負の抵抗温度特性を有するようにキュー
リー点を設定した正の抵抗温度特性を有するヘルプスカ
イト型酸化物半導体に相対向する電極を設けたことを特
徴とする湿度検知素子。
(1) A helpskite-type oxide semiconductor with positive resistance-temperature characteristics whose Curie point is set so that it has positive resistance-temperature characteristics in the desired humidity-sensitive temperature region or negative resistance-temperature characteristics beyond that region. A humidity sensing element characterized by having electrodes facing each other.
(2)所望の感湿温度領域で負の抵抗温度特性を有する
ようにキューリー点を設定した正の抵抗温度特性を有す
るヘルプスカイト型酸化物半導体に相対向する電極を設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の湿度
検知素子。
(2) The feature is that electrodes are provided opposite to a helpskite-type oxide semiconductor having a positive resistance-temperature characteristic whose Curie point is set so as to have a negative resistance-temperature characteristic in a desired humidity sensitive temperature range. A humidity sensing element according to claim 1.
(3)上記ヘルプスカイト型酸化物半導体としてCaT
iO_3系、BaTiO_3系、SrTiO_3系、P
bTiO_3系、BaSnO_3系の材料を使用したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の湿度検知素
子。
(3) CaT as the above-mentioned helpskite-type oxide semiconductor
iO_3 series, BaTiO_3 series, SrTiO_3 series, P
The humidity sensing element according to claim 1, characterized in that bTiO_3-based and BaSnO_3-based materials are used.
JP62016678A 1987-01-27 1987-01-27 Temperature sensor Pending JPS63184302A (en)

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