WO2000025120A1

WO2000025120A1 - Kapazitiver feuchtigkeitssensor sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: WO2000025120A1
Application number: PCT/CH1999/000475
Authority: WO
Inventors: Marco Koch; Peter Ch. Oberle
Original assignee: Marco Koch; Oberle Peter Ch
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2000-05-04

Abstract

Beim erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtigkeitssensor besteht der zwischen zwei Elektroden (2, 6) angeordnete Isolator (5) aus Polyarylimid. Dieser Werkstoff hat vom Feuchtigkeitsgehalt abhängige dielektrische Eigenschaften und zeichnet sich dadurch aus, daß er eine sehr hohe Temperaturwechsel-Festigkeit aufweist. Solche Feuchtigkeitssensoren können bis zu einer Temperatur von 190 °C eingesetzt werden und zeichnen sich durch eine sehr kleine Drift aus. Daneben sind sie unempfindlich gegen Fremdgase wie Schwefeldioxid, Ammoniak und niedermolekulare Kohlenwasserstoffe und auch gegen Lösungsmittel wie Alkohole, Ester und Ketone resistent. Das an sich nur für die Verarbeitung nach pulvermetallurgischen oder spangebenden Verfahren geeignete Polyarylimid wird zur Erzeugung der den Isolator (5) bildenden Schicht zunächst in einem Lösungsmittel gelöst, dann mittels Tauchbad- oder Lackschleuderverfahren aufgebracht und danach einer Wärmebehandlung unterzogen.

Description

Kapazitiver Feuchtigkeitssensor sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Feuchtigkeitssensor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Solche Feuchtigkeitssensoren eignen sich beispielsweise zur Erfassung der relativen Luftfeuchtigkeit in Räumen.

Ein derartiger Feuchtigkeitssensor ist ein Kondensator mit wenigstens zwei Elektroden, zwischen denen sich ein feuchtigkeitsempfindliches Dielektrikum befindet. Wenigstens eine der beiden Elektroden, die aus einer unterschiedlich geformten metallischen Schicht bestehen können, ist auf einem elektrisch hoch isolierenden Träger vorgesehen, der vorzugsweise aus Glas oder Keramik besteht und häufig als Substrat bezeichnet wird. Die zweite, außen gelegene und gleichfalls als metallische Schicht ausgebildete Elektrode ist feuchtigkeits-, insbesondere wasserdampfdurchlässig: Die in der Luft befindlichen Wassermoleküle können also durch diese Elektrode hindurchdiffundieren. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich das für die Feuchtigkeitsmessung entscheidende feuchtigkeitsempfindliche Dielektrikum. Bei bisher bekannten Feuchtigkeitssensoren dieser Art wird die dielektrische Schicht durch einen Polymerfilm gebildet.

Die Veränderung der Kapazität eines derartigen Feuchtigkeitssensors in Gegenwart von Luft unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehaltes beruht darauf, daß die in der Luft befindlichen Wassermoleküle in den das Dielektrikum bildenden Polymerfilm diffundieren und damit die Dielektrizitäts-Konstante und folglich den Kapazitätswert des so gebildeten Kondensators verändern. Während die Dielektrizitäts-Konstante von Polymeren zwischen 2 bis 3 liegt, beträgt die Dielektrizitäts-Konstante von Wasser 80. Das bedeutet, daß sich die Kapazität des derartigen Kondensators bei Eindringen von Wassermolekülen in die dielektrische Schicht erhöht, was für Feuchtigkeitsmessungen ausgenutzt werden kann.

Ein Feuchtigkeitssensor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der DE- Al-33 39 276 bekannt. Als Dielektrikum findet hier Polyimid Verwendung. Die eine, auf einem Glassubstrat aufgebrachte Elektrode besteht aus Tantal, die zweite, auf dem Dielektrikum angeordnete Elektrode besteht aus Gold. Beide Elektroden sind kammartig ausgebildet und gegeneinander versetzt, wodurch erreicht wird, daß die Wassermoleküle direkt und damit sehr rasch in das Dielektrikum eindringen können.

Ein Feuchtigkeitssensor nach DE-Al-28 48 034 unterscheidet sich vom vorgenannten Sensor hauptsächlich durch die Verwendung anderer Werkstoffe für die Elektroden. Während die eine Elektrode durch eine sehr dünne und damit wasserdampfdurchlässige Goldschicht besteht, besteht die andere Elektrode aus einem nichtrostenden Chrom- Nickel- Stahl.

Aus EP 0 403 994 AI ist bekannt, eine spezielle Gruppe von Imiden, nämlich Polyetherimid, als Dielektrikum für Feuchtigkeitssensoren zu verwenden. Es wird angegeben, daß diese Polyimide hinsichtlich Drifteigenschaften und Reproduzierbarkeit besser seien als die bis dahin verwendeten Polyimide. Bemerkenswert ist, daß offensichtlich die Kennlinien solcher Feuchtigkeitssensoren weitestgehend linear sind.

Die Firma Vaisala Oy, Helsinki, bietet unter der Bezeichnung "Humicap" einen Dünnschicht-Sensor an, bei welchem auf ein Glassubstrat als Träger für zwei Dünnschicht- Gold-Elektroden ein feuchtigkeitsempfindliches Polymer vom Zelluloseazetat-Typ aufgebracht ist. Die zweite Elektrode ist bei dieser Anordnung von einer sehr dünnen Gold-Elektrode mit einer Dicke von 100 A° bis 200 A° gebildet, welche als gemeinsame Gegenelektrode für die beiden auf dem Glassubstrat aufgebrachten Elektroden dient. Diese beiden unteren Elektroden sind kontaktiert, so daß die Kapazität zwischen den beiden unteren Elektroden mit dem polymeren Dielektrikum gemessen wird, wobei die elektrischen Feldlinien parallel zueinander zur oberen potentialfreien Elektrode verlaufen.

Bei einem anderen Feuchtigkeitssensor, der von der Firma Coreci mit der Typenbezeichnung "H 2000" angeboten wird, dient als Dielektrikum gleichfalls ein Polymer, das aus Zelluloseazetat-Butyrat besteht. Die untere Elektrode besteht aus auf ein Glassubstrat aufgesputtertem Tantal, das anschließend oxidiert ist. Die außen gelegene feuchtigkeitsdurchlässige Elektrode besteht aus einer 1 μm dicken Chromschicht, welche über eine Chrom-Nickel-Gold-Elektrode kontaktiert ist. Zur Verkürzung der Ansprechzeit ist diese Sensoranordnung nach Fertigstellung einer Wärmebehandlung derart ausgesetzt, daß die Chromelektroden samt der darunter befindlichen Polymerschicht grabenartig aufgebrochen sind. Die bisher verwendeten Dielektrika, insbesondere die Polymeren aus der Gruppe der Polyimide, zeigen starke Drifteigenschaften und mangelnde Reproduzierbarkeit bzgl. der elektrischen Charakteristik beim Einsatz in Feuchtigkeitssensoren bei Feuchten über 90% relative Feuchtigkeit. Die Anwendung von Polyetherimid scheint hinsichtlich der Drift eine Verbesserung zu bringen.

Als Dielektrika sind auch andere Substanzen, beispielsweise Polysulfone und Polyetherimide, verwendet worden. Diese haben im Vergleich zu Polyimiden eine wesentlich geringere Steigung, d.h. die Änderung der Kapazität gegenüber der relativen Luftfeuchtigkeit ist zum Teil so gering, daß eine elektronische Auswertung des Sensorsignals nur mit erheblichem Aufwand und daher sehr teuer zu gewährleisten ist.

Die Verstärkungsfaktoren der elektronischen Schaltungen sind so groß, daß Aussagen über Änderungen von wenigen Zehntel Prozent relativer Feuchtigkeit an sich erzielbar wären. Wenn aber wegen einer Drift des Sensors die Reproduzierbarkeit kleiner ist als die Auflösung, sind solche Genauigkeiten nicht wirklich erzielbar.

Für die bisher verwendeten Dielektrika ist bei Feuchtigkeitssensoren von einer oberen Temperatur-Einsatzgrenze von 100 °C auszugehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feuchtigkeitssensor zu schaffen, der bis zu einer Temperatur von 190 °C einsetzbar ist, wobei es sowohl auf die Verträglichkeit für diese Temperatur als auch auf die Verträglichkeit hinsichtlich Temperaturwechsel ankommt, der außerdem zwischen 0 und 99 % relativer Luftfeuchtigkeit hinreichend genau mißt, dabei eine stetige, möglichst lineare Kennlinie möglichst großer Steilheit aufweist und sich durch eine hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit unwesentliche Drift auszeichnet. Daneben sollte der Sensor unempfindlich gegen Fremdgase wie Schwefeldioxid, Ammoniak und niedermolekulare Kohlenwasserstoffe sein und auch gegen Lösungsmittel wie Alkohole, Ester und Ketone resistent sein.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, als Dielektrikum den Werkstoff Polyarylimid zu verwenden. Diese Substanz ist kein Thermoplast. Sie besitzt folglich keinen Schmelzpunkt, also auch keine niedrige Glasübergangstemperatur. Es hat sich gezeigt, daß daraus ein besonderer Vorteil erwächst, denn die Werkstoffeigenschaften ändern sich auch bei Temperatur-Wechselbeanspruchung praktisch nicht. Dieser Werkstoff ist auch gegen Schwefeldioxid, Ammoniak und niedermolekulare Kohlenwasserstoffe und gegen Lösungsmittel wie Alkohole, Ester und Ketone resistent. Eine Beeinflussung der

Meßgenauigkeit durch diese Substanzen wurde nicht beobachtet. Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, daß die dielektrischen Eigenschaften von einer Güte sind, die den Einsatz als Dielektrikum in Kondensatoren darstellenden Feuchtigkeitssensoren ermöglichen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Feuchtigkeitssensors,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Sensor nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm mit einer Kennlinie für ein Exemplar eines solchen Sensors,

Fig. 4 ein Diagramm mit Kennlinien eines Sensors vor und nach einer Heißdampfbehandlung,

Fig. 5 ein Diagramm mit Kennlinien eines Sensors vor und nach einer Temperatur- Wechselbelastung und

Fig. 6 ein Diagramm mit Kennlinien einiger Sensoren vor und nach

Behandlung mit verschiedenen Lösungsmitteln.

In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Träger, der aus einem hoch isolierenden Material, beispielsweise aus Glas oder Keramik, besteht. Auf diesen Träger 1 ist nach den üblichen Verfahren eine erste Elektrode 2 aufgebracht, die in bekannter Weise aus einem elektrisch gut leitenden Material besteht. Diese Elektrode 2 besteht vorteilhaft aus einer

Schichtenfolge Platin - Tantal - Tantaloxid, wobei zuerst das Platin auf dem Träger 1 abgeschieden wird, anschließend Tantal. Durch eine Wärmebehandlung wird die oberste Schicht des Tantals teilweise oxidiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn anstelle von Tantal Zirkonium abgeschieden wird. Auch dieses wird anschließend teilweise oxidiert. Zirkonium und Zirkoniumoxid sind gegen Umwelteinflüsse beständiger als Tantal und Tantaloxid, so daß sich aus der Verwendung dieses Metalls und dessen Oxids Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer solcher Sensoren ergeben, wenn sie in einer aggressive Substanzen wie Schwefeldioxid oder Ammoniak enthaltenden Atmosphäre eingesetzt werden.

Eine Vorteilhaftigkeit der Zirkoniumoxidschicht besteht auch hinsichtlich der Isolationseigenschaften. Es ist deshalb von Vorteil, eine solche Zirkoniumoxidschicht auch dann anzuwenden, wenn ein anderes Metall als Elektrodenwerkstoff verwendet wird. Die erste Elektrode 2 kann also beispielsweise aus Platin und/oder mindestens einem anderen Metall bestehen. Vorteilhaft wird auf diese Metallschicht bzw. Metallschichten noch eine Zirkoniumoxidschicht aufgebracht. Diese kann beispielsweise so erzeugt werden, daß zunächst metallisches Zirkonium abgeschieden wird, das dann vollständig oxidiert wird. Die oberste Schicht der Elektrode 2 besteht also unabhängig davon, aus welchen Schichten die Elektrode 2 sonst aufgebaut ist, aus Zirkoniumoxid.

Mit der Elektrode 2 steht eine Anschlußfahne 3 in Verbindung, die aus Platin besteht und gleichzeitig mit der ersten Schicht der Elektrode 2 hergestellt wird. Diese Anschlußfahne 3 enthält die Tantal- bzw. Zirkoniumschicht und die zugehörige Oxidschicht nicht.

Gleichzeitig mit der Aufbringung der Platinschicht der Elektrode 2 wird auf dem Träger 1 ein Kontakt 4 aufgebracht, der ebenfalls aus Platin besteht und der elektrischen Verbindung zu einer später noch beschriebenen zweiten Elektrode dient.

Auf den mit der Elektrode 2 versehenen Träger 1 wird anschließend der als Dielektrikum wirkende Isolator 5 aufgebracht, der erfindungsgemäß ganz oder überwiegend aus Polyarylimid besteht. Beim Fabrikationsprozeß entsteht er durch Polymerisation von in flüssigem Zustand aufgetragenen Arylimid. Die aufgetragene Schicht kann neben Arylimid andere polymerisationsfähige Substanzen enthalten. Auf diese Weise ist es möglich, die dielektrischen Eigenschaften je nach gewünschten Anforderungen zu variieren. Um die hohe Temperaturverträglichkeit, insbesondere die hohe Temperaturwechsel-Beständigkeit, zu erreichen, ist erfindungsgemäß Arylimid der anteilsmäßig überwiegende Teil des Isolators 5. Der Isolator 5 bedeckt die erste Elektrode 2, läßt aber die Anschlußfahne 3 und den Kontakt 4 frei.

Polyarylimid zeigt keinen Schmelzpunkt und wird deshalb üblicherweise nach pulvermetallurgischen oder spangebenden Verfahren zu Formteilen verarbeitet. Derartige Verfahren scheiden aber zur Herstellung so dünner Schichten, wie sie bei

Feuchtigkeitssensoren geboten sind, vollkommen aus. Es sind demzufolge besondere Maßnahmen erforderlich, um den gewünschten flüssigen Zustand zu erreichen. Es hat sich gezeigt, daß das vom Hersteller gelieferte amorphe Ausgangsprodukt in hochpolaren Lösungsmitteln löslich ist. Offenbar ist das Ausgangsprodukt noch nicht vollständig vernetzt und erreicht die für den Gebrauchszustand gewünschte Vernetzung, die die Basis ist für die hervorragenden mechanischen und technologischen Eigenschaften, erst durch die pulvermetallurgische Verarbeitung. Als Lösungsmittel hat sich 1,3-Dimethyl- 2-imidazolidinon als besonders vorteilhaft herausgestellt. Bei der Herstellung des Isolators 5 werden also erfindungsgemäß nacheinander folgende Verfahrensschritte absolviert: Das amorphe Ausgangsprodukt wird im Lösungsmittel gelöst und dann im Tauchbad- oder Lackschleuderverfahren auf den Träger 1 aufgebracht, auf dem zuvor schon die Elektrode 2, die Anschlußfahne 3 und der Kontakt 4 aufgebracht worden sind. Nachdem das gelöste Polyarylimid aufgebracht ist, wird das Fertigungsobjekt einer Wärmebehandlung unterzogen. Es hat sich gezeigt, daß hierfür ein breiter Spielraum besteht. So kann die Temperatur im Bereich 200 °C bis 450 °C liegen und die

Expositionszeit kann 30 Minuten bis 24 Stunden betragen, wobei in der Regel niedrigeren Temperaturen eine größere Zeit zugeordnet ist. Durch diese Wärmebehandlung verdampft das Lösungsmittel und das Polyarylimid vernetzt vollständig und erreicht seine maximalen Festigkeits- und Gebrauchswerte.

Es kann vorteilhaft sein, dem im Lösungsmittel aufzulösenden amorphen Ausgangsprodukt Polyarylimid bestimmte kleinere Mengen eines anderen Dielektrikum- Werkstoffs beizumengen. Damit ist es möglich, die Dielektrizitäts-Konstante in gewissen Grenzen zu variieren. Um die technologischen Eigenschaften von Polyarylimid weitestgehend zu erhalten, sollten solche Beimengungen aber eine gewisse Grenze nicht überschreiten, so daß der Isolator wenigstens überwiegend aus Polyarylimid besteht. In einem weiteren Fertigungsschritt wird auf den Isolator 5 und auf den Kontakt 4 eine zweite Elektrode 6 aufgebracht. Die Elektrode 6 ist wasserdampfdurchlässig, so daß durch sie hindurch die Feuchtigkeit in den Isolator 5 eindiffündieren kann. Sie besteht vorteilhaft aus einer Schichtenfolge Gold - Zirkonium - Gold oder Gold - Chrom - Gold und wird durch Aufdampfen erzeugt.

Mit der Anschlußfahne 3, die mit der ersten Elektrode 2 elektrisch leitend in Verbindung steht, ist ein erster Drahtanschluß 7 verbunden, während mit dem Kontakt 4, der mit der zweiten Elektrode 6 elektrisch leitend in Verbindung steht, ein zweiter Drahtanschluß 8 verbunden ist. Die Drahtanschlüsse 7, 8 führen zu einer nicht dargestellten Meßeinrichtung, mit der die Kapazität des Sensors ermittelt wird.

Um die Übersicht zu erleichtern, sind in der Fig. 1 die Bezugslinien zur ersten Elektrode 2, zum Isolator 5 und zur zweiten Elektrode 6 auf die Ränder dieser Elemente gerichtet. Da sich diese Teile überdecken ist die Kontur der zuoberst liegenden zweiten Elektrode 6 mit einer durchgehenden Linie gezeichnet, während die Kontur des darunter liegenden Isolators 5 gestrichelt und die Kontur der wiederum darunter liegenden ersten Elektrode 2 feiner gestrichelt gezeichnet ist. Auch die teilweise von der zweiten Elektrode 6 abgedeckte Kontur des Kontakts 4 ist fein gestrichelt gezeichnet.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II (Fig. 1) gezeigt. Hier wird der zuvor beschriebene Schichtaufbau nochmals deutlich. Die Bezugszahlen korrespondieren dabei mit jenen der Fig. 1.

In den Fig. 3 bis 6 sind Diagramme gezeigt, in die Kennlinien einzelner Exemplare erfindungsgemäßer Feuchtigkeitssensoren eingezeichnet sind. In allen Diagrammen ist auf der Abszissenachse die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent aufgetragen, auf der Ordinatenachse die gemessen Kapazität in der Einheit pF.

Die Fig. 3 zeigt eine typische Kennlinie eines Feuchtigkeitssensors. Bei 1 % relativer Luftfeuchtigkeit wurde eine Kapazität von 301 pF gemessen, bei 99 % relativer Feuchtigkeit eine Kapazität von 424 pF. Die mittlere Empfindlichkeit beträgt etwa 1,2 pF je Prozent relativer Feuchtigkeit. Die Kennlinie ist zwar nicht linear, aber sie ist über den ganzen Meßbereich stetig, so daß sie mit einer Polynom-Funktion beschrieben werden kann. Die Nichtlinearität ist damit kein Nachteil, weil der Stand der Technik für die Meßeinrichtung, die aus den Meßwerten für die Kapazität den Wert der relativen Feuchtigkeit ermittelt und als Anzeigewert ausgibt, Lösungen bietet, mit denen Nichtlinearitäten der Kennlinie beherrschbar sind. Wesentlich sind nur die Stetigkeit der Funktion und die Reproduzierbarkeit.

Die Fig. 4 zeigt zwei Kennlinien eines Exemplars eines erfindungsgemäßen

Feuchtigkeitssensors, nämlich eine Kennlinie Ki dieses Exemplars im Ursprungszustand und eine Kennlinie K₂ des gleichen Exemplars nach Absolvierung eines Heißdampftests. Dieser Test wurde wie folgt durchgeführt. Das Sensorexemplar wurde zwei Mal jeweils 30 Minuten lang Heißdampf von 120 °C bei einem Druck von 2 bar ausgesetzt. Im Anschluß an diese Behandlung erfolgte die Nachmessung. Der Vergleich der Kennlinien Ki und K zeigt, daß der maximale Fehler bei hoher Luftfeuchtigkeit von etwa 90 % am größten ist, aber nicht höher liegt als 2 % relative Luftfeuchtigkeit.

Die Fig. 5 zeigt entsprechend zwei Kennlinien Ki und K₂ vor und nach dem folgenden Testprozedere: Der Sensor wurde in einen Raum mit einer Temperatur von 190 °C gebracht, dort zehn Minuten belassen, dann 10 Minuten lang in kochendes Wasser getaucht, danach in Eiswasser abgeschreckt, für eine Minute darin belassen und dann nochmals für zehn Minuten in den Raum mit einer Temperatur von 190 °C gebracht. Der Vergleich der Kennlinien Ki und K zeigt, daß der maximale Fehler bei hoher Luftfeuchtigkeit von etwa 90 % und bei tiefer Luftfeuchtigkeit von 5 bis 20 % am größten ist, aber nicht größer ist als 1,5 % relative Luftfeuchtigkeit.

Die Fig. 6 zeigt in Analogie zu den Fig. 4 und 5 das Verhalten von Testexemplaren des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensors bei Lösungsmitteltests. Bei allen Tests wurden die Sensoren vor dem Test ausgemessen, was durch die Kennlinien K_Aι, K_Bι, Kci und KD_I belegt ist. Die Tests erfolgten derart, daß die Testobjekte dreißig Minuten lang in ein Lösungsmittel getaucht wurden. Anschließend wurden die Behältnisse mit den

Testobjekten für 90 Sekunden in ein Ultraschall-Reinigungsgerät verbracht. Danach wurden die Testobjekte herausgenommen und nach dem Trocknen erneut ausgemessen. Bei einem ersten dieser Tests, dem Test A, wurde als Lösungsmittel N-Methylpyrolidon verwendet. Beim zweiten Test, dem Test B, kam Ethylacetat zur Anwendung. Beim dritten Test C wurde Methyl-Ethyl-Keton angewendet und beim vierten Test D das Lösungsmittel l,3-Dimethyl-2-imidazolidinon. Die Kennlinien K_A2, K_B2, K_<_₂ und KD₂ zeigen die Messungen nach den Tests. Es ist ersichtlich, daß auch diese außerordentlich scharfen Tests nur geringfügige Änderungen der Te-stobjekte bewirken.

Besonders bemerkenswert sind dabei die Werte des Tests D. Bei diesem Lösungsmittel handelt es sich um jenes, das, wie zuvor angegeben, im Rahmen des Herstellungsprozesses für den Isolator 5 als Lösungsmittel für das Polyarylimid gedient hat. Hat also im Anschluß an die Aufbringung des Isolators 5 die beschriebene Wärmebehandlung stattgefunden, so ist das Polyarylimid vollständig vernetzt und in diesem Zustand nicht mehr in 1,3- Dimethyl-2-imidazolidinon löslich.

Aufgrund dieser Meßresultate ist zu erwarten, daß die erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensoren unter üblichen Betriebsbeanspruchungen außerordentlich stabil sind, so daß die Reproduzierbarkeit der Meßresultate sehr gut ist. Daraus folgt, daß die Genauigkeit der Feuchtigkeitsmessung gegenüber dem bekannten Stand der Technik deutlich verbessert ist.

Damit hat sich gezeigt, daß Polyarylimid als Dielektrikum für Feuchtigkeitssensoren außerordentlich vorteilhaft ist. Dies war insofern überraschend, weil Polyarylimid bisher für mechanisch hoch beanspruchte Konstruktionselemente unter schwierigen Betriebsbedingungen verwendet wurde.

Das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel eines Feuchtigkeitssensors ist nur als Beispiel zu verstehen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, einen solchen Sensor ohne Aufbringung auf einen als Träger dienendes Substrat zu fertigen, beispielsweise also derart, daß die beiden Elektroden auf die beiden Seiten eines selbsttragenden Folienfilms aus Polyarylimid aufgebracht werden.

Claims

Patentansprüche

1. Kapazitiver Feuchtigkeitssensor, bestehend aus einem Kondensator mit wenigstens zwei die Elektroden (2, 6) bildenden metallischen Schichten, von denen wenigstens eine wasserdampfdurchlässig ist, wobei zwischen den Elektroden (2, 6) ein als Dielektrikum wirkender Isolator (5) angeordnet ist, dessen dielektrische Eigenschaften sich mit dem Feuchtigkeitsgehalt ändern, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (5) aus Polyarylimid besteht.

2. Kapazitiver Feuchtigkeitssensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyarylimid kleinere Anteile eines anderen dielektrischen Werkstoffs beigemengt sind.

3. Kapazitiver Feuchtigkeitssensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (2) aus der Schichtenfolge Platin - Zirkonium - Zirkoniumoxid besteht.

4. Kapazitiver Feuchtigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Schicht der Elektrode (2) unabhängig davon, aus welchen Schichten die Elektrode (2) aufgebaut ist, aus Zirkoniumoxid besteht.

5. Kapazitiver Feuchtigkeitssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Elektrode (6) aus der Schichtenfolge Gold - Zirkonium - Gold oder Gold - Chrom - Gold besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Feuchtigkeitssensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem auf einen Träger (1) in einem ersten Verfahrensschritt eine erste Elektrode (2) aufgebracht wird, über der in einem zweiten Verfahrensschritt ein Isolator (5) angeordnet wird, über dem anschließend in einem dritten Verfahrensschritt eine zweite Elektrode (6) aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verfahrensschritt zur Erzeugung des Isolators (5) aus den Teilschritten a) Auflösung des Werkstoffs für den Isolator (5) in einem Lösungsmittel, b) Aufbringung des gelösten Werkstoffs mittels Tauchbad- oder Lackschleuderverfahren und c) Ausführen einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur im Bereich 200 °C bis 450 °C - π - und mit einer Expositionszeit von 30 Minuten bis 24 Stunden besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel l,3-Dimethyl-2-imidazolidinon ist.