KR20150039789A - 휴대용 전자 디바이스 및 증기 센서 카드 - Google Patents

휴대용 전자 디바이스 및 증기 센서 카드 Download PDF

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vapor
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마이클 씨. 팔라쪼토
스테판 에이취. 그리스카
저스틴 퉁준야탐
라이언 디. 에릭슨
하이메 비. 윌러비
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

휴대용 디바이스는 입구 포트, 및 증기 센서 카드를 수용하도록 구성된 외부 슬롯을 포함하는 외부 하우징; 외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 작동 회로; 및 외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 센서 홀더를 포함한다. 센서 홀더는, 입구 포트와 하류 유체 연통 상태에 있는 가스 흡입 챔버를 포함하는 내부 하우징을 포함한다. 가스 흡입 챔버는 증기 센서 카드와 결합하기 위한 센서 카드 소켓을 보유하는 내부 슬롯과 유체 연통 상태에 있는 가스 출구를 갖는다. 센서 홀더는 전기 히터 요소, 팬, 및 난류 유도 부재를 추가로 포함한다. 증기 센서 카드는 센서 하우징 및 용량성 센서 요소를 포함한다.

Description

휴대용 전자 디바이스 및 증기 센서 카드{PORTABLE ELECTRONIC DEVICE AND VAPOR SENSOR CARD}
본 발명은 대체로 증기를 검출하기 위한 전자 센서에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물(volatile organic compound)(VOC) 및 습도의 검출은 환경 및 안전에 대한 관심으로 인해 많은 상업상의, 공공의, 및 주거상의 응용들을 갖는다. 하나의 유용한 센서 유형은 흡수성 재료가 두 개의 전극들 사이에 배치되는 용량성 센서(capacitive sensor)이다. 전형적으로, 전극들 중 적어도 하나는 다공성이거나 그렇지 않으면 측정될 분석물 증기에 의해 투과가능하다. 이들 유형의 센서들에 사용되는 흡수성 재료의 예들에는 소위 고유의 마이크로다공성을 갖는 중합체(Polymer of Intrinsic Microporosity)(PIM, VOC 측정용) 및 설폰화 플루오로중합체(sulfonated fluoropolymer)(습도 측정용)가 포함된다.
대부분의 구매가능한 유기 증기 센서 시스템들은 광이온화 검출기(Photo-Ionization Detector)(PID) 기술에 기초를 두고 있다. PID 감지 기술이 보편적이라 하더라도, 그것은 대형 크기, 고비용, 및 높은 전력 소모와 같은 그 자체의 한계를 갖고 있다. 주변 공기 품질에 관심이 있는 (예컨대, 공장 또는 다른 작업장에서의) 응용들의 경우, 휴대가능성은 매우 바람직하다. 조작의 간편성, 유지보수의 용이성, 및 비용이 또한 중요 관심사이다. 상술한 문제들 중 적어도 하나에 관해 개선을 제공하는 새로운 유기 증기 센서 시스템들에 대한 필요성이 계속 존재한다.
일 태양에서, 본 발명은 휴대용 디바이스로서,
입구 포트, 및 증기 센서 카드를 수용하도록 구성된 외부 슬롯을 포함하는 외부 하우징;
외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 작동 회로; 및
외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 센서 홀더를 포함하고, 센서 홀더는,
입구 포트와 하류 유체 연통 상태에 있고 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 가스 흡입 챔버와, 증기 센서 카드와 결합하도록 구성된 센서 카드 소켓을 보유하고 가스 흡입 챔버를 거쳐 가스 입구와 유체 연통 상태에 있는 내부 슬롯을 포함하는 내부 하우징;
작동 회로와 전기 통신 상태에 있고 센서 카드 소켓과 열적 연통 상태에 있는 전기 히터 요소;
가스를 입구 포트로부터 가스 출구로 향하게 하도록 배치되는 팬; 및
가스 출구의 적어도 일부분에 인접하고 이를 가로질러 연장되는 난류 유도 부재를 포함하는 휴대용 디바이스를 제공한다.
일부 실시예들에서, 센서 카드 소켓은, 센서 카드 소켓과 전기 통신 상태 및 열적 연통 상태에 있는 용량성 센서 요소를 포함하는 증기 센서 카드와 결합한다.
따라서, 다른 태양에서, 본 발명은 증기 센서 카드로서,
대향하는 제1 및 제2 주 표면을 갖는 센서 하우징; 및
저부 표면의 적어도 일부분을 형성하는 용량성 센서 요소를 포함하고, 용량성 센서 요소는 제1 주 표면에 인접하고 저부 표면을 갖는 종방향 채널을 가지며 용량성 센서 요소는,
지지 부재 상에 배치되는 전도성 베이스 전극;
종방향 채널의 저부 표면의 일부분과 증기 센서 카드의 외부 표면의 적어도 일부분을 포함하는 전도성 다공성 전극;
전도성 베이스 전극과 전도성 다공성 전극 사이에 배치되는 흡수성 재료를 포함하는 유전체 검출층;
전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제1 전도성 경로; 및
전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제2 전도성 경로를 포함하는 증기 센서 카드를 제공한다.
본 발명에 따른 휴대용 디바이스 및 증기 센서는 (예컨대, 시장에서 입수가능한 기존의 광이온화 검출기들과 비교할 때) 상대적으로 저렴하게 그리고 소형으로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 휴대용 증기 센서들은 전형적으로 신뢰할 수 있고 사용하기 간편하며, 어떤 이유든지 간에 교체가 필요하게 되면 외부에서 접근가능하고 교체가능한 센서 요소를 갖는다. 유리하게는, 본 발명에 따른 휴대용 증기 센서들은 기존의 PID 증기 검출 기술에 비해, 유기 증기들을 검출함에 있어 그의 상대적으로 낮은 비용, 재현가능성, 및 정확도 면에서 이점들을 갖는다. 이러한 설계에 대한 다른 이점은 일회용 센서 개념의 포함이다. 이러한 개념은 사용자가 디바이스 내측에서 센서를 용이하게 교체하는 것을 허용한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이:
용어 "전도성"은 달리 특정되지 않으면 전기적 전도성을 의미하고;
용어 "하류 유체 연통 상태"는 입구로부터 출구 채널로 디바이스를 거쳐 유동하는 가스의 방향 상태를 의미하고;
수식되지 않은 용어 "팬"은 하나의 표면 또는 다수의 표면들의 이동에 의해 가스의 흐름(예컨대, 공기)을 생성하기 위한 임의의 디바이스를 지칭한다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용뿐만 아니라 첨부된 특허청구범위의 고려 시에 더욱 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 디바이스(100)의 사시도이다.
도 1b는 휴대용 디바이스(100)의 배면 사시도이다.
도 2a는 센서 홀더(200)의 사시도이다.
도 2b는 제2 내부 부재(214)의 전방 사시도이다.
도 2c는 도 2b의 단면도이다.
도 2d는 제2 내부 부재(214)의 후방 사시도이다.
도 2e는 증기 센서 카드(120)가 내부에 삽입되는 센서 홀더(200)의 분해 사시도이다.
도 2f는 전기 히터 요소(282)가 결합되는 제2 내부 부재(214)의 전방 사시도이다.
도 2g는 난류 유도 부재(346)의 확대 사시도이다.
도 3a는 센서 카드 소켓(264)에 삽입되는 예시적인 증기 센서 카드(120)의 분해 사시도이다.
도 3b는 센서 카드 소켓(264)에 삽입되는 증기 센서 카드(120)의 측단면도이다.
도 4는 센서 카드(120)의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 휴대용 디바이스(500)의 사시도이다.
도 6a는 증기 센서 카드(120)와 센서 카드 소켓(264)이 내부에 삽입되는 내부 하우징(610)의 분해 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 내부 하우징(610)의 단면도이다.
도 6c는 난류 유도 부재(346)와 결합된 내부 하우징(610)의 후방 사시도이다.
도 6d는 증기 센서 카드(120)가 내부에 삽입되는 센서 홀더(610)의 사시도이다.
명세서 및 도면에서의 참조 부호들의 반복적인 사용은 본 발명의 동일 또는 유사한 특징부들이나 요소들을 표현하려고 한 것이다. 여러가지 다른 수정예 및 실시예들이 당업자에 의해 안출될 수 있으며, 이는 본 발명의 원리들의 범주 및 사상 내에 있음을 이해해야 한다. 도면은 일정한 비율로 그려지지 않을 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 하나의 예시적인 실시예에서, 휴대용 디바이스(100)는 외부 하우징(105)을 포함한다. 외부 하우징(105)은 입구 포트(110), 및 증기 센서 카드(120)를 수용하도록 구성된 외부 슬롯(112)을 포함한다. 핸들(172) 및 스프링 클립(175)을 포함하는 부착 부재(170)는 외부 하우징(105)에 부착되며, 사용자가 입은 의류 및/또는 액세서리들에 대해 또는 관심있는 특정 장소에 놓인 체결구(예컨대, 나사 눈(screw eye))에 대해 편리한 부착을 제공한다. 외부 하우징(105)은 예를 들어, 하나의 일체형 부품 또는 (예컨대, 기계식으로 또는 접착식으로) 결합되는 다수의 부품들을 포함할 수 있다. 센서 홀더(200)는 외부 하우징(105) 내에 배치되며, 전도성 부재(182)를 거쳐 작동 회로(160)와 전기 통신 상태에 있다. 전자 디스플레이(140)는 외부 하우징(105) 내에 배치되는 작동 회로(160)에 통신 연결된다. 수동 작동가능 제어부(150)는 사용자가 작동 회로 및 전자 디스플레이를 제어할 수 있게 한다.
외부 하우징이 전자 디스플레이 및 조작자 제어부를 위한 개구를 가질 수 있지만, 이들 구성요소는 하우징 내에 대안으로 또는 추가로 포함될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 하우징은 하우징 내에 포함되는 전자 디스플레이의 가독성(readability)을 허용하는 투명한 재료(예컨대, 투명 플라스틱)로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 조작자 제어부는 하우징을 통해 접근가능 할 수 있는데, 예를 들면, 유도성 근접 센서 제어부의 경우에서와 같다.
이제 도 2a를 참조하면, 센서 홀더(200)는 가스 입구(230) 및 팬(290)을 구비한 내부 하우징(210)을 포함한다. 내부 하우징(210)은 제1 및 제2 내부 하우징 부재(212, 214)를 포함한다. 제1 내부 하우징 부재(212)는 가스 입구(230)를 포함한다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 내부 슬롯(280)은 증기 센서 카드(120)와 결합하는 센서 카드 소켓(264)을 보유한다.
이제 도 2c 및 도 2d를 참조하면, 내부 슬롯(280)은 가스 출구(240)에 인접하고, 이와 하류 유체 연통 상태에 있다. 난류 유도 부재(346)(도 2g에 확대 도시됨)는 가스 출구(240)에 인접하고, 이를 가로질러 연장된다.
이제 도 2f를 참조하면, 전기 히터 요소(282)는 내부 슬롯(280)에 배치되는 센서 카드 소켓(264)(미도시, 도 2e 참조)과 접촉한다. 전기 히터 요소(282)는 작동 회로(160)와 전기 통신 상태에 있고, 센서 카드 소켓(264)과 열적 연통 상태에 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 가스 입구(230) 내에 배치된 팬(290)은 가스를 가스 흡입 챔버(220) 내로 그리고 가스 출구(240)의 외부로 향하게 한다.
외부 및 내부 하우징들은 의도된 사용에 견딜 수 있는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 예들은 금속, 열경화성 재료(예컨대, 베이클라이트(Bakelite)) 및 열가소성 재료(예컨대, 폴리이미드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 및 폴리페닐렌 설파이드와 같은 공업용 플라스틱)를 포함한다.
난류 유도 부재는 가스 스트림이 가스 출구를 떠남에 따라 가스 스트림에 (예컨대, 와류 발산(vortex shedding)을 거쳐) 난류를 야기시키는 역할을 한다. 난류 유도 부재는 플라스틱, 금속, 유리, 또는 치수상 안정적이고 눈에 띄게 탈기(outgas)하지 않은 임의의 다른 재료로 구성될 수 있다. 본 발명자들은 전도성 다공성 전극을 가로지르는 난류 가스 유동이 용량성 센서 요소의 반응 시간을 감소시킬 수 있음을 알아냈다. 임의의 다공성 구조물이 난류 유도 부재로서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 난류 유도 부재는 메시(예를 들어, 중국 허베이 헝슈 소재의 피스 와이어 메시 워크스(Peace Wire Mesh Works)로부터의 34-게이지 스틸 와이어 메시, 모델 30 × 30과 같은 와이어 메시), 직물, 또는 모놀리식 오픈워크(monolithic openwork)(예컨대, 성형 플라스틱으로 됨)를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "오픈워크"는 다수의 개구들을 함유하는 장식용 또는 구조적 작업물을 지칭한다. 일부 실시예들에서, 개구들은 규칙적인 어레이로 배열되지만, 이것이 요구조건은 아니다.
이제 도 2c를 참조하면, 제2 내부 하우징 부재(214)와 팬(290)은 가스 흡입 챔버(220)를 형성한다. 가스 흡입 챔버(220)는 입구 포트(110)(도 1a 참조)로부터 하류 유체 연통 상태에 있다. 가스 흡입 챔버(220)는 가스 입구(230)로부터 하류측에 그리고 가스 출구(240)로부터 상류측에 있다. 도시된 실시예에서, 가스에 의해 충돌되는 가스 흡입 챔버(220)의 내부 표면(226)은 불균일한 유동의 문제(예컨대, "데드" 스폿("dead" spot))를 경감하기 위해 인접한 벽들의 교차부에서 둥글게 되어 있다. 제조 관점에서는 다수의 구성요소 부재들로부터 내부 하우징(210)을 조립하는 것이 편리할 수 있지만, 내부 하우징을 (예컨대, 성형가공 또는 신속 프로토타이핑(rapid prototyping)에 의해) 단일편으로서 제조하는 것도 가능하다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 증기 센서 카드(120)는, 센서 카드 소켓(264)과 결합되는 경우, 제1 및 제2 전도성 경로(412, 432)(예컨대, 와이어, 트레이스(trace), 및/또는 트랙(track))와 센서 카드 소켓(264)의 전기 단자(268)들 사이에 전기 접점(즉, 전기 통신)을 형성하며, 이들 전기 단자는 차례로 작동 회로(160)와 전기 통신 상태에 있다. 전도성 경로(412, 432)는 각각 베이스 전도성 전극 및 다공성 전도성 전극과 전기 통신 상태에 있다. 일부 실시예들에서, 센서 카드 소켓(264)은 SD 메모리 소켓을 포함한다. 일부 실시예들에서, 증기 센서 카드(120) 및/또는 센서 카드 소켓(264)은 그의 형태 및 전기적 상호접속에 관해 개인용 컴퓨터 메모리 카드 국제 협회(Personal Computer Memory Card International Association) PCMCIA 2.0 표준에 따른다. 일 실시예에서, 증기 센서 카드(120)는 SD 메모리 카드의 형상 및 크기를 갖는다.
이제 도 4를 참조하면, 예시적인 증기 센서 카드(120)는 상부 하우징 부재(425)와 하부 하우징 부재(427) 사이에 배치되는 용량성 센서 요소(400)를 포함한다. 종방향 채널(470)은 저부 표면(462)을 갖고, 증기 센서 카드(120)의 주 표면(480)에 인접해 있다. 용량성 센서 요소(400)는 저부 표면(462)의 일부분을 형성하도록 배치된다. 증기 센서 카드(120)가 센서 카드 소켓(264)과 결합함에 따라, 종방향 채널(470)은 외부 하우징(105)의 외부 슬롯(112)을 통해 연장됨으로써, 입구 포트(110)를 통해 휴대용 디바이스(100) 내로 끌어 들인 가스(예컨대, 주변의 대기 샘플)를 위한 출구를 제공한다. 도시된 실시예에서는 가스가 종방향 채널을 거쳐 센서 디바이스를 빠져 나가지만, 가스가 빠져나가는 것을 허용하기 위해 외부 하우징에 적어도 하나의 개구가 존재하는 한, 다른 구성들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 증기 센서 카드는 어떤 종방향 채널도 갖지 않을 수 있지만, 외부 슬롯에 인접한 구멍은 가스가 외부 하우징을 탈출하게 하는 길을 제공한다.
용량성 센서 요소(400)는 선택적 지지 부재(415) 상에 배치되는 전도성 베이스 전극(410)과, 전도성 다공성 전극(430), 및 유전체 검출층(420)을 포함하며, 유전체 검출층은 흡수성 재료를 포함하고 전도성 베이스 전극(410)과 전도성 다공성 전극(430) 사이에 배치된다. 용량성 센서 요소(400)는, 전도성 다공성 전극이 종방향 채널의 저부에 배치되어 종방향 채널을 통해 유동하는 가스와 접촉하도록 증기 센서 카드(120) 내에 보유된다. 이러한 구성에서, 용량성 센서 요소(400)는 우발적인 물리적 손상으로부터 보호될 수 있고, 증기 센서 카드(120)는 용이하게 그리고/또는 안전하게 취급될 수 있다.
전도성 다공성 전극(430)은, 센서 홀더 내로 삽입되는 경우, 센서 홀더를 통과하는 가스와 유체 접촉한다. 전도성 경로(412, 432)들은 각각 전도성 베이스 전극(410) 및 전도성 다공성 전극(430)으로부터 연장된다. 증기 센서 카드(120)가 센서 카드 소켓(264)과 결합되는 경우, 전도성 경로(412, 432)들은 전기 단자(268)들과 전기 통신 상태로 된다.
강성 또는 가요성일 수 있는 선택적 지지 부재(415)는 센서 요소에 대해 일정 정도의 취급성을 제공하도록 충분한 보전성(integrity)을 가져야 한다. 일부 실시예들에서, 선택적 지지 부재는 증기 센서 카드 내로 용이하게 통합될 수 있도록 사실상 평면의 형상을 갖는다. 적합한 선택적 지지 부재의 예들은 중합체 필름(예컨대, 폴리에스테르 또는 폴리이미드), 유리, 종이, 및 판지(cardboard)를 포함한다. 선택적 지지 부재가 존재하지 않는다면, 전도성 베이스 전극은 전형적으로 (예컨대, 상부 및 하부 부분들을 결합시킴으로써 조립되는 증기 센서 카드의 경우에) 하나의 증기 센서 카드의 내부 표면 상에 장착될 것이다.
전도성 베이스 전극 및 전도성 다공성 전극은 전도성인 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 베이스 전극은 금속 층을 포함할 수 있다. 예시적인 금속들은 귀금속들(예컨대, 금, 백금, 이리듐, 팔라듐, 오스뮴, 은, 로듐, 및 루테늄)을 포함한다. 상이한 재료들(전도성 및/또는 비전도성)의 조합이, 충분한 총 전도성이 제공되는 한, 상이한 층들로서 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 전형적으로, 전도성 베이스 전극 및 전도성 다공성 전극은 약 107 ohm/square 미만의 시트 저항을 갖는다.
전도성 베이스 전극을 제조하는 데 사용될 수 있는 재료의 예들에는 유기 재료, 무기 재료, 금속, 합금, 및 이들 재료 중 임의의 것 또는 전부를 포함하는 다양한 혼합물 및 복합물이 포함된다. 소정 실시예에서, 코팅된(예를 들어, 열 증기 코팅된, 스퍼터 코팅된 등) 금속 또는 금속 산화물, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 적합한 전도성 재료에는, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 티타늄, 주석, 인듐-주석 산화물, 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 크롬, 및 이들의 조합이 포함된다. 전도성 베이스 전극은 그가 전도성인 한 임의의 두께로 될 수 있는데; 예를 들어, 4 나노미터(nm) 이상 내지 400 nm, 7 nm 이상 내지 300 nm, 또는 10 nm 이상 내지 200 nm의 범위의 두께일 수 있다. 예를 들어, 전도성 베이스 전극은 자립형(self-supporting)이 되기에 충분한 두께(예컨대, 10 마이크로미터 내지 1 센티미터의 범위 내)를 가질 수 있지만, 더 큰 두께 및 더 작은 두께가 또한 사용될 수 있다.
전도성 베이스 전극은 전도성 탄소섬유 전극을 포함할 수 있다. 그러한 전극은 2012년 6월 25일자로 출원된 발명의 명칭이 "센서 요소, 그 제조 방법, 및 그 사용 방법(Sensor Element, Method of Making, and Method of Using the Same)"인 미국 가출원 제61/663,688호(그리스카(Gryska) 등)에 기술되어 있다.
전도성 다공성 전극은 수증기 및/또는 적어도 하나의 유기 화합물 증기에 대해 다공성(예를 들어, 마이크로다공성(microporous) 및 나노다공성(nanoporous)을 포함)인 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 전도성 다공성 전극을 제조하는 데 사용될 수 있는 재료들의 예에는 유기 재료, 무기 재료, 금속, 합금, 및 이들 재료 중 일부 또는 전부를 포함하는 다양한 혼합물 및 복합물이 포함된다. 소정 실시예에서, 코팅된(예를 들어, 열 증기 코팅된, 스퍼터 코팅된 등) 금속 또는 금속 산화물, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 전도성 다공성 전극에 사용하기 적합한 재료에는 예를 들어, 금, 은, 백금, 팔라듐, 탄소 나노튜브, 및 이들의 조합이 포함된다. 은 잉크 코팅된 전도성 다공성 전극에 관한 상세사항은 또한 미국 특허 출원 공개 제2011/0045601 A1호(그리스카 등)에서 알 수 있다. 증착된 증기-투과성 전도성 전극에 관한 상세사항이 또한 미국 가특허 출원 제61/388,146호(팔라조토(Palazzotto) 등)에서 알 수 있다.
충분한 전체 전도성 및 투과성이 제공되는 한, 상이한 재료(전도성 및/또는 비전도성)의 조합이, 상이한 층으로서 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 전도성 다공성 전극은 전형적으로, 1 나노미터(nm) 내지 500 nm의 범위의 두께를 갖지만, 다른 두께들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전도성 다공성 전극이 증착된 금을 포함하는 실시예들에서, 전도성 다공성 전극은 약 4 내지 약 9 나노미터(nm)의 범위의 두께를 가질 수 있다. 전도성 다공성 전극이 은 잉크를 포함하는 실시예들에서, 전도성 다공성 전극은 약 50 내지 약 400 nm의 범위의 두께를 가질 수 있다.
더 큰 두께는 바람직하지 않게 낮은 수준의 투과성을 가질 수 있는 반면, 더 작은 두께는 불충분한 전도성인 것으로 될 수 있고/있거나 제2 전도성 부재에 전기적으로 접속하기가 어렵게 될 수 있다. 전도성 다공성 전극이 투과성이기 때문에, 전도성 베이스 전극은 전형적으로 연속적이고 중단되지 않은 층을 포함하지만, 이는 원하는 경우 개구 또는 다른 중단부를 포함할 수 있다.
흡수성 재료는 마이크로다공성이고 그 내부에 적어도 하나의 분석물 증기를 흡수할 수 있는 임의의 유전체 재료(예컨대, 무기물 또는 유기물)일 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "마이크로다공성의" 및 "마이크로다공성"은 재료가 상당한 양의 내부, 상호연결된 기공 부피를 가지며, 이때 (예를 들어, 등온 흡착 과정에 의해 특성화된 바와 같은) 평균 기공 크기가 약 100 나노미터(nm) 미만, 전형적으로 약 10 nm 미만임을 의미한다. 그러한 마이크로다공성은 분석될 증기의 분자들(즉, 분석물)이 재료의 내부 기공 부피로 침투할 수 있고 내부 기공 내에 체류할 수 있도록 규정한다. 내부 기공 내에서의 그러한 분석물의 존재는 유전 상수(또는 임의의 다른 적합한 전기적 특성)의 변화가 관찰될 수 있도록 재료의 유전 특성을 변경시킬 수 있다.
흡수성 재료의 선택은 일반적으로 분석될 증기에 좌우될 것이다. 예를 들어, 습도(수증기)를 측정하려고 하면, 예컨대 설폰화 플루오로중합체와 같은 흡습성 재료를 포함하는 흡수성 재료가 유리하게 사용될 수 있다.
그러나, 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 분석하기 원할 경우, 소위 고유의 마이크로다공성을 갖는 중합체(PIM)를 포함하는 흡수성 재료가 유용할 수 있다. PIM은 중합체 사슬의 비효율적인 패킹으로 인해 나노미터 규모의 기공을 갖는 중합체 재료이다. 예를 들어, 문헌[Chemical Communications, 2004, (2), pp. 230-231, Budd et al.]에는 강성 및/또는 뒤틀린 단량체 빌딩 블록(building block)(즉, 단량체 단위)들 사이에 다이벤조다이옥산 결합을 함유하는 일련의 고유의 마이크로다공성의 재료들이 보고되어 있다. 이러한 중합체들 군의 대표 구성원에는 도식 1에 따라 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 A(예컨대, A1, A2, 또는 A3)와 성분 B(예컨대, B1, B2, 또는 B3)의 축합에 의해 생성된 것들이 포함된다.
[도식 1]
Figure pct00001
[표 1]
Figure pct00002
추가의 적합한 성분 A 및 성분 B와, 생성되는 고유의 마이크로다공성을 갖는 중합체가, 예를 들어, 버드(Budd) 등의 문헌[Journal of Materials Chemistry, 2005, Vol. 15, pp. 1977―1986]; 맥권(McKeown) 등의 문헌[Chemistry, A European Journal, 2005, Vol. 11, pp. 2610 ― 2620]; 가넴(Ghanem) 등의 문헌[Macromolecules, 2008, vol. 41, pp. 1640-1646]; 가넴 등의 문헌[Advanced Materials, 2008, vol. 20, pp. 2766-2771]; 카르타(Carta) 등의 문헌[Organic Letters, 2008, vol. 10(13), pp. 2641-2643]; PCT 공개 출원 WO 2005/012397 A2호(맥권 등); 및 미국 특허 출원 공개 제2006/0246273호(맥권 등)에 보고된 바와 같이 본 기술분야에서 공지되어 있다.
그러한 중합체는, 예를 들어, 염기성 조건하에서, 예를 들어, A1(5,5',6,6'-테트라하이드록시-3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로비스인단)과 같은 비스-카테콜이, 예를 들어, B1(테트라플루오로테레프탈로니트릴)과 같은 플루오르화 아렌과 반응하게 되는 단계-성장 중합에 의해 합성될 수 있다. 생성된 중합체의 골격의 강성 및 뒤틀린 속성으로 인하여, 이들 중합체는 고체 상태에서 조밀하게 패킹될 수 없으며 따라서 10% 이상의 자유 부피를 갖고 고유의 마이크로다공성이다.
PIM은 다른 재료와 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, PIM은, 그 자체가 흡수성 유전체 재료가 아닌 재료와 블렌딩될 수 있다. 그러한 재료는, 분석물 증기 반응에 기여하지 않는다 하더라도, 다른 이유들 때문에 유용할 수 있다. 예를 들어, 그러한 재료는 우수한 기계적 특성 등을 갖는 PIM-함유 층의 형성을 허용할 수 있다. 일 실시예에서, PIM은 다른 재료와 함께 통상의 용매 중에 용해되어 균질한 용액을 형성할 수 있는데, 이 균질한 용액은 PIM과 다른 중합체(들) 둘 모두를 포함하는 흡수성 유전체 블렌드 층을 형성하도록 캐스팅될 수 있다. PIM은 또한 흡수성 유전체 재료인 재료(예를 들어, 제올라이트, 활성탄, 실리카 겔, 과다-가교결합된 중합체 네트워크 등)와 블렌딩될 수 있다. 그러한 재료는 PIM 재료를 포함하는 용액 중에 현탁된 불용성 재료를 포함할 수 있다. 그러한 용액/현탁물의 코팅 및 건조는 PIM 재료와 추가의 흡수성 유전체 재료 둘 모두를 포함하는 복합 흡수성 유전체 층을 제공할 수 있다.
PIM은 전형적으로, 예를 들어 테트라하이드로푸란과 같은 유기 용매에 용해성이며, 따라서 용액으로부터 (예컨대, 스핀-코팅, 딥 코팅, 또는 바 코팅에 의해) 필름으로서 캐스팅될 수 있다. 그러나, 이들 중합체의 용액으로부터 제조되는 필름의 특성들(액세스가능한 두께, 광학 투명성, 및/또는 외양)은 필름을 캐스팅하는 데 사용되는 용매 또는 용매 시스템에 따라 현저하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 더 큰 분자량의 고유의 마이크로다공성을 갖는 중합체는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 증기 센서에 사용하기에 바람직한 특성을 갖는 필름을 생성하기 위해서, 비교적 통상적이지 않은 용매(예를 들어, 사이클로헥센 옥사이드, 클로로벤젠, 또는 테트라하이드로피란)로부터 캐스팅될 필요가 있을 수 있다. 용액 코팅 방법에 더하여, 검출층은 임의의 다른 적합한 방법에 의해 전도성 베이스 전극에 적용될 수 있다.
PIM이 흡수성 유전체 층을 포함하도록 침착(예를 들어, 코팅)되거나 달리 형성된 후에, 이 재료는, 예를 들어, 비스(벤조니트릴)팔라듐(II) 다이클로라이드와 같은 적합한 가교결합제를 사용해 가교결합될 수 있다. 이러한 공정은 흡수성 유전체 층이 유기 용매 중에서 불용성이 되게 할 수 있고/있거나, 소정 응용에서 바람직할 수 있는 내구성, 내마모성 등과 같은 소정 물리적 특성을 향상시킬 수 있다.
PIM은 소수성일 수 있어서, 재료가 현저히 팽윤하거나 또는 달리 물리적 특성의 현저한 변화를 나타내는 정도로 액체 물을 흡수하지는 않을 것이다. 그러한 소수성 특성은 물의 존재에 대해 상대적으로 민감하지 않은 유기 분석물 증기 센서 요소를 제공함에 있어서 유용하다. 그러나, 이 재료는 특정 목적을 위해 상대적으로 극성인 부분을 포함할 수 있다.
대안으로, 습도를 검출하기 위해 용량성 센서 요소가 사용되는 실시예들에서, 검출층은 바람직하게는 친수성이다. 예를 들어, 검출층은 하기를 포함하는 단량체 단위를 갖는 공중합체를 포함할 수 있다:
Figure pct00003
및
Figure pct00004
여기서, M은 H(즉, 수소) 또는 알칼리 금속(예컨대, 리튬, 소듐, 또는 포타슘)을 나타냄.
그러한 공중합체가 예를 들어, 미국 특허 제7,348,088호(햄록(Hamrock) 등)에 기재되어 있다. 일 실시예에서, 공중합체는 하기 화학양론적 식으로 표시되는 구획을 갖는 랜덤 공중합체일 수 있다:
Figure pct00005
식 중, m 및 n은 양의 정수(즉, 1, 2, 3 등)이고, M은 상기 정의된 바와 같음. 예를 들어, 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로알콕실기와 같은 다른 펜던트기도 존재할 수 있다. 전형적으로, 다른 어떤 펜던트기도 공중합체 내에 실질적으로 (예로서, 5 몰 퍼센트 미만) 존재하지 않으며; 더욱 전형적으로, 다른 어떤 펜던트기도 존재하지 않는다.
공중합체는 테트라플루오로에틸렌과 4'-플루오로설포닐-1',1',2',2',3',3',4',4'-옥타플루오로부틸옥시-1,2,2-트라이플루오로에틸렌 (즉, CF2=CFO(CF2)4SO2F)과의 공중합에 의하여 제조될 수 있으며, 이어서 설포닐 플루오라이드의 알칼리 금속 설포네이트 형태 또는 설폰산 형태로의 염기성 가수분해가 일어난다. 추가의 공단량체가 포함되어 공중합체 내에서 퍼플루오로알킬 또는 퍼플루오로알킬 에테르 펜던트기를 제공할 수 있다. 비닐리덴 플루오라이드도 단량체로서 사용될 수 있다. 중합은 수성 유화 중합을 포함하는, 임의의 적합한 방법에 의하여 달성될 수 있다. 공중합체는 전형적으로 설포네이트 균등물 당 적어도 500 그램, 더욱 전형적으로는 설포네이트 균등물 당 적어도 650 그램, 및 더욱 전형적으로는 설포네이트 균등물 당 적어도 750 그램의 설포메이트 당량 (즉, 하나의 -SO3M 기를 갖는 공중합체의 중량)을 가질 수 있다. 공중합체는 전형적으로 설포네이트 균등물 당 1200 그램 미만, 더욱 전형적으로는 설포네이트 균등물 당 1100 그램 미만, 또는 설포네이트 균등물 당 심지어는 1000 그램 이하의 설포네이트 당량을 갖는다. 일부 실시예에서, 공중합체는 설포네이트 균등물 당 500 내지 1000 그램의 범위의 설포네이트 당량을 갖는다.
구매가능한 공중합체들의 예에는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 "쓰리엠 퍼플루오로설폰산 아이오노머(3M PERFLUOROSULFONIC ACID IONOMER)"로 입수가능한 것들이 포함된다.
검출층은 임의의 적합한 기술에 의해 (예컨대, 전도성 전극 상에) 침착될 수 있다. 검출층을 용매 또는 물로부터 캐스팅하고, 이어서 가열하여 건조 및 선택적으로 어닐링(annealing)하는 것은, 전형적으로 효과적인 방법이다. 원한다면, 플루오로설포닐화 공중합체 전구체가 상술한 바와 같이, 용매로부터 캐스팅되고, 이어서 가수분해될 수 있다.
유전체 마이크로다공성 재료가 유기실리케이트 재료인 흡수성 정전용량 센서 요소에 관한 추가의 상세사항이 미국 특허 출원 공개 제2011/0254568 A1호(토마스(Thomas) 등)에 기재되어 있다.
검출층은 임의의 두께를 가질 수 있으나, 전형적으로는 약 100 나노미터(nm) 내지 1 밀리미터의 범위이다. 더욱 전형적으로는, 검출층은 500 내지 10000 nm, 또는 심지어 700 내지 3500 nm의 범위의 두께를 갖는다.
PIM을 포함하는 정전용량 센서 요소의 제조 및 그의 작동 원리에 관한 추가의 상세사항은, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2011/0045601 A1호(그리스카 등) 및 제2011/0031983 A1호(데이비드(David) 등), 및 2010년 9월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 "센서 요소, 그 제조 방법, 및 그를 포함하는 센서 디바이스(Sensor Element, Method of Making the Same, and Sensor Device Including the Same)"인 미국 가출원 제61/388,146호(팔라조토 등)에서 알 수 있다.
설폰화 플루오로중합체를 포함하는 정전용량 센서 요소의 제조 및 그의 작동 원리에 관한 추가의 상세사항은, 예를 들어, 2011년 6월 8일자로 출원된 발명의 명칭이 "습도 센서 및 그를 위한 센서 요소(Humidity Sensor and Sensor Element Therefor)"인 미국 가출원 제61/494,578호(그리스카 등) 및 2012년 5월 29일자로 출원된 발명의 명칭이 "습도 센서 및 그를 위한 센서 요소"인 미국 가출원 제61/652,496호(그리스카 등)에서 알 수 있다.
검출층은 예를 들어 착색제, 잔류 유기 용매, 충전제, 및/또는 가소제와 같은 하나 이상의 부가 성분을 함유할 수 있다.
일 실시예에서, 유전체 마이크로다공성 재료는 연속적인 매트릭스를 포함한다. 그러한 매트릭스는 재료의 고체 부분이 (전술된 다공도의 존재 또는 이하에서 논의되는 선택적인 첨가제의 존재와 상관없이) 연속적으로 상호연결되는 집합체(예를 들어, 코팅, 층 등)로서 정의된다. 즉, 연속적인 매트릭스는 입자의 응집체(예컨대, 제올라이트, 활성탄, 또는 탄소 나노튜브)를 포함하는 집합체와는 구별될 수 있다. 예를 들어, 용액으로부터 침착된 층 또는 코팅은 전형적으로 (코팅 자체가 패턴화된 방식으로 적용되고/되거나 미립자 첨가제를 포함할지라도) 연속적인 매트릭스를 포함할 것이다. 분말 분무, 분산물(예를 들어, 라텍스)의 코팅 및 건조를 통해, 또는 졸-겔 혼합물의 코팅 및 건조에 의해 침착된 입자들의 모임은 연속적인 네트워크를 포함하지 않을 수 있다. 그러나, 그러한 라텍스, 졸-겔 등의 층이 개별 입자들이 더 이상 식별가능하지도 않고 상이한 입자들로부터 얻어졌던 집합체의 영역들을 식별하는 것이 가능하지도 않도록 압밀될 수 있는 경우에는, 그러한 층은 연속적인 매트릭스인 것으로 간주될 수 있다.
도 5에 도시된 다른 예시적인 실시예에서, 휴대용 디바이스(500)는 외부 하우징(505)을 포함한다. 외부 하우징(505)은 입구 포트(510), 및 증기 센서 카드(120)를 수용하도록 구성된 외부 슬롯(512)을 포함한다. 핸들(172) 및 스프링 클립(175)을 포함하는 부착 부재(170)는 외부 하우징(505)에 부착되며, 사용자가 착용한 의류 및/또는 액세서리들에 대해 편리한 부착을 제공한다.
센서 홀더(600)는 외부 하우징(505) 내에 배치되며, 전도성 부재(182)를 거쳐 작동 회로(160)와 전기 통신 상태에 있다. 전자 디스플레이(140)는 외부 하우징(505) 내에 배치되는 작동 회로(160)에 통신 연결된다. 수동 작동가능 제어부(150)는 사용자가 작동 회로 및 전자 디스플레이를 제어할 수 있게 한다.
이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 센서 홀더(600)는 내부 하우징(610)을 포함하고, 이 내부 하우징은 입구 포트(510)와 하류 유체 연통 상태에 있는 가스 흡입 챔버(620)(도 6b 참조)를 포함한다. 가스 흡입 챔버(620)는 가스 입구(630) 및 가스 출구(640)를 포함한다. 내부 슬롯(680)은 증기 센서 카드(120)와 결합하도록 구성된 센서 카드 소켓(264)을 보유한다.
이제 도 6d를 참조하면, 센서 카드 소켓(264)과 접촉하는 전기 히터 요소(282)는 작동 회로(160)와 전기 통신 상태에 있고, 센서 카드 소켓(264)과 열적 연통 상태에 있다.
다시 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 가스 입구(630) 내에 배치되는 팬(290)은 가스를 입구 포트(510)로부터 내부 슬롯(680)으로 향하게 한다. 난류 유도 부재(346)는 가스 출구(640)에 인접하고, 이를 가로질러 연장된다.
이제 도 6b를 참조하면, 사용 중에 가스에 의해 충돌되는 가스 흡입 챔버(620)의 내부 표면(626)은 불균일한 가스 유동의 문제(예컨대, "데드" 스폿)를 경감하기 위해 인접한 벽들의 교차점에서 둥글게 되어 있다. 제조 관점에서는 다수의 구성요소 부재들로부터 내부 하우징(610)을 조립하는 것이 편리할 수 있지만, 내부 하우징을 (예컨대, 성형가공 또는 신속 프로토타이핑에 의해) 단일편으로서 제조하는 것도 가능하다. 이러한 구성에서, 외부 하우징은 혼합 가스 흡입 챔버로서 작용하는데, 여기서 팬을 빠져 나오는 유동이 센서 요소 위를 지나가기 전에 재분배되는 것이 허용된다.
본 발명의 선택 실시예
제1 실시예에서, 본 발명은 휴대용 디바이스로서,
입구 포트, 및 증기 센서 카드를 수용하도록 구성된 외부 슬롯을 포함하는 외부 하우징;
외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 작동 회로; 및
외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 센서 홀더를 포함하고, 센서 홀더는,
입구 포트와 하류 유체 연통 상태에 있고 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 가스 흡입 챔버와, 증기 센서 카드와 결합하도록 구성된 센서 카드 소켓을 보유하고 가스 흡입 챔버를 거쳐 가스 입구와 유체 연통 상태에 있는 내부 슬롯을 포함하는 내부 하우징;
작동 회로와 전기 통신 상태에 있고 센서 카드 소켓과 열적 연통 상태에 있는 전기 히터 요소;
가스를 입구 포트로부터 가스 출구로 향하게 하도록 배치되는 팬; 및
가스 출구의 적어도 일부분에 인접하고 이를 가로질러 연장되는 난류 유도 부재를 포함하는 휴대용 디바이스를 제공한다.
제2 실시예에서, 본 발명은 센서 카드 소켓이 증기 센서 카드와 결합하고, 증기 센서 카드가,
대향하는 제1 및 제2 주 표면을 갖는 센서 하우징; 및
센서 하우징 내에 부분적으로 배치되는 용량성 센서 요소를 포함하고, 용량성 센서 요소와 센서 하우징이 합쳐져서 하우징의 제1 주 표면을 따라 종방향 채널을 한정하고, 용량성 센서 요소가,
지지 부재 상에 배치되는 전도성 베이스 전극;
종방향 채널의 저부 표면의 일부분과 증기 센서 카드의 외부 표면의 적어도 일부분을 포함하는 전도성 다공성 전극;
전도성 베이스 전극과 전도성 다공성 전극 사이에 배치되는 흡수성 재료를 포함하는 유전체 검출층;
전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제1 전도성 경로; 및
전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제2 전도성 경로를 포함하고,
용량성 센서 요소가 가스 입구와 하류 유체 연통 상태에 있는, 제1 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제3 실시예에서, 본 발명은 전도성 베이스 전극과 전도성 다공성 전극이 금속 층을 포함하는, 제2 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제4 실시예에서, 본 발명은 전도성 다공성 전극이 다공성 금 전극을 포함하는, 제2 실시예 또는 제3 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제5 실시예에서, 본 발명은 흡수성 재료가 설폰화 플루오로중합체를 포함하는, 제2 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제6 실시예에서, 본 발명은 흡수성 재료가 강성의, 뒤틀린, 또는 강성이고 뒤틀린 단량체 단위들 사이에 다이벤조다이옥산 결합을 함유하는 고유의 마이크로다공성을 갖는 중합체를 포함하는, 제2 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제7 실시예에서, 본 발명은 작동 회로에 통신 연결되는 전자 디스플레이를 추가로 포함하는, 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제8 실시예에서, 본 발명은 작동 회로를 제어하기 위한 적어도 하나의 수동 작동가능 제어부를 추가로 포함하는, 제1 실시예 내지 제7 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제9 실시예에서, 본 발명은 팬이 가스 입구 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 제1 실시예 내지 제8 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제10 실시예에서, 본 발명은 외부 하우징에 부착되는 부착 부재를 추가로 포함하는, 제1 실시예 내지 제9 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제11 실시예에서, 본 발명은 내부 하우징이,
가스 입구를 포함하는 제1 내부 하우징 부재; 및
가스 출구를 포함하며, 제1 부재와 결합하여 가스 흡입 챔버를 형성하는 제2 내부 하우징 부재를 포함하는, 제1 실시예 내지 제10 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 휴대용 디바이스를 제공한다.
제12 실시예에서, 본 발명은 증기 센서 카드로서,
대향하는 제1 및 제2 주 표면을 갖는 센서 하우징; 및
저부 표면의 적어도 일부분을 형성하는 용량성 센서 요소를 포함하고, 용량성 센서 요소가 제1 주 표면에 인접하고 저부 표면을 갖는 종방향 채널을 가지며 용량성 센서 요소가,
지지 부재 상에 배치되는 전도성 베이스 전극;
종방향 채널의 저부 표면의 일부분과 증기 센서 카드의 외부 표면의 적어도 일부분을 포함하는 전도성 다공성 전극;
전도성 베이스 전극과 전도성 다공성 전극 사이에 배치되는 흡수성 재료를 포함하는 유전체 검출층;
전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제1 전도성 경로; 및
전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제2 전도성 경로를 포함하는 증기 센서 카드를 제공한다.
제13 실시예에서, 본 발명은 센서 하우징이 상부 및 하부 하우징 부재를 포함하는, 제12 실시예에 따른 증기 센서 카드를 제공한다.
본 발명에 대한 다른 변경 및 변형이 첨부된 특허청구범위에 더 구체적으로 기술되는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 실시될 수 있다. 위의 다양한 실시예의 태양들은 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있거나 또는 다양한 실시예의 다른 태양과 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 특허증을 위한 상기 출원에서 열거한 모든 참고 문헌, 특허 또는 특허 출원들은 그 전체 내용을 일관된 방식으로 언급함으로써 본 명세서에 인용한다. 인용된 참고 문헌 부분들과 본 출원 사이에 불일치나 모순이 있는 경우, 앞의 설명의 정보가 지배하여야 한다. 본 기술 분야의 통상의 기량을 가진 자가 특허청구범위의 개시 내용을 실시할 수 있도록 제공한 앞의 설명은 특허청구범위 및 그 전체 등가물에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (13)

  1. 휴대용 디바이스로서,
    입구 포트, 및 증기 센서 카드를 수용하도록 구성된 외부 슬롯을 포함하는 외부 하우징;
    상기 외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 작동 회로; 및
    상기 외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 센서 홀더를 포함하고, 센서 홀더는,
    상기 입구 포트와 하류 유체 연통 상태에 있고 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 가스 흡입 챔버와, 상기 증기 센서 카드와 결합하도록 구성된 센서 카드 소켓을 보유하고 상기 가스 흡입 챔버를 거쳐 상기 가스 입구와 유체 연통 상태에 있는 내부 슬롯을 포함하는 내부 하우징;
    상기 작동 회로와 전기 통신 상태에 있고 상기 센서 카드 소켓과 열적 연통 상태에 있는 전기 히터 요소;
    가스를 상기 입구 포트로부터 상기 가스 출구로 향하게 하도록 배치되는 팬; 및
    상기 가스 출구의 적어도 일부분에 인접하고 이를 가로질러 연장되는 난류 유도 부재를 포함하는, 휴대용 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 카드 소켓은 증기 센서 카드와 결합하고, 상기 증기 센서 카드는,
    대향하는 제1 및 제2 주 표면을 갖는 센서 하우징; 및
    상기 센서 하우징 내에 부분적으로 배치되는 용량성 센서 요소를 포함하고, 상기 용량성 센서 요소와 상기 센서 하우징은 합쳐져서 상기 하우징의 제1 주 표면을 따라 종방향 채널을 한정하고, 상기 용량성 센서 요소는,
    지지 부재 상에 배치되는 전도성 베이스 전극;
    상기 종방향 채널의 저부 표면의 일부분과 상기 증기 센서 카드의 외부 표면의 적어도 일부분을 포함하는 전도성 다공성 전극;
    상기 전도성 베이스 전극과 상기 전도성 다공성 전극 사이에 배치되는 흡수성 재료를 포함하는 유전체 검출층;
    상기 전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 상기 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제1 전도성 경로; 및
    상기 전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 상기 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제2 전도성 경로를 포함하고,
    상기 용량성 센서 요소는 상기 가스 입구와 하류 유체 연통 상태에 있는, 휴대용 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전도성 베이스 전극과 상기 전도성 다공성 전극은 금속 층을 포함하는, 휴대용 디바이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전도성 다공성 전극은 다공성 금 전극을 포함하는, 휴대용 디바이스.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수성 재료는 설폰화 플루오로중합체를 포함하는, 휴대용 디바이스.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수성 재료는 강성의, 뒤틀린, 또는 강성이고 뒤틀린 단량체 단위들 사이에 다이벤조다이옥산 결합을 함유하는 고유의 마이크로다공성을 갖는 중합체(Polymer of Intrinsic Microporosity)를 포함하는, 휴대용 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로에 통신 연결되는 전자 디스플레이를 추가로 포함하는, 휴대용 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로를 제어하기 위한 적어도 하나의 수동 작동가능 제어부를 추가로 포함하는, 휴대용 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팬은 상기 가스 입구 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 휴대용 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징에 부착되는 부착 부재를 추가로 포함하는, 휴대용 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 하우징은,
    상기 가스 입구를 포함하는 제1 내부 하우징 부재; 및
    상기 가스 출구를 포함하며, 상기 제1 부재와 결합하여 상기 가스 흡입 챔버를 형성하는 제2 내부 하우징 부재를 포함하는, 휴대용 디바이스.
  12. 증기 센서 카드로서,
    대향하는 제1 및 제2 주 표면을 갖는 센서 하우징; 및
    상기 저부 표면의 적어도 일부분을 형성하는 용량성 센서 요소를 포함하고, 상기 용량성 센서 요소는 상기 제1 주 표면에 인접하고 저부 표면을 갖는 종방향 채널을 가지며 상기 용량성 센서 요소는,
    지지 부재 상에 배치되는 전도성 베이스 전극;
    상기 종방향 채널의 저부 표면의 일부분과 상기 증기 센서 카드의 외부 표면의 적어도 일부분을 포함하는 전도성 다공성 전극;
    상기 전도성 베이스 전극과 상기 전도성 다공성 전극 사이에 배치되는 흡수성 재료를 포함하는 유전체 검출층;
    상기 전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 상기 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제1 전도성 경로; 및
    상기 전도성 베이스 전극과 전기 통신 상태에 있고 상기 센서 하우징의 외측으로 연장되는 제2 전도성 경로를 포함하는, 증기 센서 카드.
  13. 제12항에 있어서, 상기 센서 하우징은 상부 및 하부 하우징 부재를 포함하는, 증기 센서 카드.
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