DE2010220C3

DE2010220C3 - Kapazitives synthetisches FeuchtigkeitsmeBelement

Info

Publication number: DE2010220C3
Application number: DE2010220A
Authority: DE
Inventors: Paul Edward Burlington Wis. Thoma (V.St.A.)
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: Johnson Service Co
Priority date: 1969-03-06
Filing date: 1970-03-04
Publication date: 1975-01-02
Also published as: GB1297014A; US3582728A; FR2034689B1; FR2034689A1; DE2010220A1; DE2010220B2

Description

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sich auf ein kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement mit thet.sches_m5^u^£2f_n Material bestehenden

einem feuchtigkeitsunempfindlichen, nichtmeta Hschen 60 ^«^^^^^^SSn_M9iaiaaumvl.

Kern mit hohem elektrischen Widerstand und niedriger Kern an dessen beiden_ bei«^n jewe . _f

Dielektrizitätskonstante. Dünne Schichten oder Über- durchlässige .^e^"^^

züge aus dielektrischem, feuchtigkeitsunempfindlichem bracht ist und da ·**^β^™™™^>

Material werden gegen sich gegenüberliegende Ober- be.den AuBenechjchten g ^dielektnscnem M

flächen des Kernes gebunden und eine poröse Schicht 6₅ bestehen in f««S_BÄbS5.

aus einem elektrisch leitfähigem Material, beispiels- elektrisch leitender Partikeln (8) eingebe tet einα weise Kohlenstoff, Ruß, wird auf die Außenoberfläche Auf Grund dieser Ausbildung ergabt sich vor aUem

jeder der feuchtigkeitsempfindlichen Schichten aufge- der wesentliche Vorteil, daß die äußeren bchicnten,

die der freien Einwirkung der Umgebungsluft auszusetzen sind, nunmehr widerstandsfähig gegen Beschädigungen durch Berührungen od. dgl. sind. Die notwendige Anschlußelektrode, die s-<:h bei den bisher bekannten Feuchtigkeitsmeßek-menten als sehr emp- S findJich erwiesen hat, ist in eine feuchtigkeitsdurchlässige dielektrische Außenschicht eingebettet. Während man die Partikeln bisher in Form einet, kostspieligen Oberzuges auf die äußeren Seiten der Außenschleifen mit äußerster Sorgfalt aufgebracht hat, um bei völlig gleichmäßiger Verteilung sowohl ein Anhaften der Partikeln an der äußeren Grenzschicht der Außenschichteo als auch eine gegenseitige Verbindung der Partikeln zu erreichen, vereinfacht sich die Herstellung des Feuchtigkeitsmeßelementes gemäß der »5 erfindungsg^.näßen Ausbildung, da die Einbettung der Partikeln wesentlich einfacher erreicht werden kann. Auch werden hierdurch die Herstellungskosten wesentlich gesenkt. Darüber hinaus entsteht ein relativ niedriger elektrischer Widerstand, der leicht reprodu- ao zierbar ist, was für die Genauigkeit innerhalb einer Massenfertigung von größter Bedeutung ist. Entscheidend bleibt jedoch der Vorteil, daß durch eine genaue Fixierung der Partikeln durch Einbettung in den Außenschichten keine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Feuchtigkeitsmeßelementes durch Veränderungen der Anschlußelektrode auftreten können.

Erfindungsgemäß umfaßt das Element einen feuchtigkeitsempfindlichen dielektrischen Kern, wobei Elek- 3« trodenschichten an gegenüberliegende Oberflächen des Kerns gebunden sind. Jede Elektrodenschicht besteht aus einer Matrix eines dielektrischen feuchtigkeitsdurchlässigen Materials; und einer Vielzahl untereinander verbundener elektrisch leitfähiger Partikeln, beispielsweise aus graphitiertem Kohlenstoff, die innerhalb der Elektrodenschichten dispergiert sind.

Das Element ist innerhalb der zentralen Öffnung in einem Rahmen abgestützt und der Rahmen umfaßt ein Paar elektrisch leitfähiger Ringe, von denen ein jeder in elektrischem Kontakt mit einer Elektrodenschicht steht und so ausgebildet ist, daß er in einen elektrischen Kreis geschaltet werden kann. Wenigstens eine der Elektrodenschichten ist völlig der zu messenden Umgebung ausgesetzt.

Mit dem Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung sorgen Änderungen in der relativen Feuchte für Änderungen in der Kapazität des Elementes, und dies kann in ein Signal umgewandelt werden, um die relative Feuchte direkt anzuzeigen oder ein Feuchtigkeits- so regelsystem zu betätigen.

Das Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung ist relativ einfach in der Herstellung und in den Kosten niedrig.

Auf Grund der Tatsache, daß die elektrisch leitfähigen Partikeln m die äußeren Schichten eingebettet sind, sind die Elektrodenschichten stabiler, da die Partikeln nicht zufällig vom Element abgerieben oder verdrängt werden können.

Als weiteren Vorteil hat das Element einen relativ fio niedrigen elektrischen Widerstand, welcher von Element zu Element reproduzierbar ist.

Das Element nach der Erfindung ist ein annähernd rein kapazitives Element, welches in beachtlicher Weise den mit Verlust behafteten Effekt bei bekannten Arten kapazitiver feuchtigkeitsmessender Elemente reduziert. Das Element gibt eine schnelle und genaue Anzeige der Feuchtigkeit im Bereich von 5 bis 95% relativer Feuchte, und das Element wird auch durch extreme Feuchten nicht beschädigt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf das kapazitive Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs dei Linie IMJ der Fig. 1,

Fig. 3 eine elektrische Schaltung und die typische Art, in der das Element in ein Feuchiigkeitsanzeigesystem einschaltbar ist,

Fig. 4 eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt und eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung, wo bei das Feuchtigkeitsmeßelement hydrolisierte Oberflächenschichten aufweist und

Fig. 6 eine Draufsicht zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des Elementes.

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein kapazitives Feuchtigkeitsmeßelement 1, welches in einem ringförmigen, elektrisch isolierenden Rahmen 2 abgestützt wird. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt der Rahmen 2 ein Paar innerer, elektrisch leitfähiger Ringe 3, die aus Kupfer od. dgl. gebildet sind und in elektrischem Kontakt mit dem Element 1 stehen. Zuführungen 4 erstrecken sich durch den Rahmen 2 und sind mit den leitenden Ringen verbunden.

Das Element 1 umfaßt einen blattartigen Kern 5 aus dielektrischem Material, welches empfindlich gegen Feuchtigkeitsbedingungen ist und Elektrodenschichten 6 die an sich gegenüberstehende Flächen des Kernes 5 aufgebracht sind. Jede Elektrodenschicht umfaßt eine Matrix aus einem dielektrischen, feuchtigkeitsdurchlässigen Material 7 und eine Vielzahl untereinander verbundener, elektrisch leitfähiger Partikeln 8, die innerhalb der Matrix 7 dispergiert sind. Kern 5 und Matrix 7 sind fähig, wenigstens 1% — bezogen auf das Trockengewicht — der Feuchtigkeit zu absorbieren, wenn sie einer relativen Feuchte von 95% bei 21 C während einer Periode von einer halben Stunde ausgesetzt sind, wobei das zu messende Trockengewicht bei weniger als 5% Feuchte bei 21"C liegt.

Zusätzlich sollten Kern 5 und Matrix 7 eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 10 haben, die im allgemeinen im Bereich von 1,1 bis 8 bei relativen Feuchten von 5 % und weniger liegen sollte, und Kern 5 und Matrix 7 sollten bei einer relativen Feuchte von 80% eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens dem l,5fachen der Dielektrizitätskonstante des trockenen Materials aufweisen.

Kern 5 und Matrix 7 sollten einen hohen elektrischen spezifischen Widerstand oberhalb 2,5 · 10⁹ Ohm/cm aufweisen.

In den meisten Fällen wird die Matrix 7 der Elektrodenschichten 6 aus Materialien geformt sein, die die gleiche Feuchtigkeitsempfindlichkeit wie die Materialien des Kerns 5 aufweisen, in einigen Fällen jedoch kann die Matrix 7 mehr feuchteempfindlich als der Kern oder weniger feuchteempfindlich als der Kern sein. Insbesondere können Kern 5 und Matrix 7 der Elektrodenschichten 6 aus Materialien, wie Zelluloseester zusammengesetzt sein, wobei die Ester bildenden Säuren bis zu 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatome enthalten, wie Zelluloseazetat, Zelluloseazetatbutyrat, Zelluloseazetatpropionat, ZeI-luloseazetatvalerat und Zellulosesuccinat, Zellulose, Äthylzellulose, Methylzellulose, Gelatine, Polyvinyl-

alkohol, Polyacrylamid, Polyacrylsäure, Keratin, CoI- Der Kern 5 und die Elektrodenschichten 6 sind an-

latin, Stärke und Stärkederivate, regeneriertes Protein, einander über ihre Gesamterstreckung gebunden und z. B. Kasein und Zein, und synthetische Polymerisate, verschiedene Verfahren können angewendet werden, wie Polyvinylpyrrolidon und Nylon. um die Bindung zwischen den Elementen zu schaffen.

Zusätzlich können Kern 5 und Matrix 7 der Elek- 5 Beispielsweise können die Elektrodenschichten 6 auftrodenschichten 6 aus vernetzten Materialien gebildet gebracht werden, indem der Kern 5 mit einer Lösungssein. Insbesondere wird das vernetzte Material gebildet miittellösung der Matrix 7, welche die Partikeln 8 entdurch die Reaktion einer Glucosid-Ketten enthaltenden hält, überzogen und anschließend das Lösungsmittel Verbindung, wie Zellulosematerial und einem stabili- verdampft wird, oder die Elektrodenschichten 6 könsierenden Monomer oder einem Teilpolymer, welches io nen an den Kern 5 durch Verwendung von Hilfsklebin der Lage ist, mit den Hydroxylgruppen der Glyco- stoffen gebunden werden.

side zu reagieren. Die Glycosid enthaltende Verbin- Wie Fig. 2 am besten erkennen läßt, ist eine der

dung kann aus Zellulose oder Zelluloseester bestehen, Elektrodenschichten völlig der zu messenden Umwobei die Ester bildenden Säuren bis zu 20 Kohlen- gebung ausgesetzt und selbst nicht gegen den Rahmen stoffatome, vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatome 15 verklemmt. Nach Fig. 2 ist der Umfang der Elektroenthalten. Spezifische Beispiele sind Zellulosenitrat, dcnschicht, der die gleiche Erstreckung wie die öffnung Zellulosetriacetat, Zellulosebutyrat, Zellulosepropio- im Rahmen 2 hat, mit einem elektrisch leitfähigen nat, Zellulosesuccinat, Zellulosephthalat od. dgl. ZeI- Überzug 9, beispielsweise einem Silberauftrag, auf lulosiemischester, wie Zelluloseacetatbutyrat, Zellulose- einem der leitfähigen Ringe 3 verbunden. Die Elektroacetutpropionat, Zelluloseäther, bei denen der Ester ao denschicht 6 auf der gegenüberliegenden Fläche des bildende Alkohol bis zu 8 Kohlenstoffe enthält, wie Kernes 5 jedoch hat die gleiche Erstreckung wie der Äthylzellulose, Methylzellulose, Hydroxypropylme- Kern und verläuft mit dem Kern zwischen den Abthybellulose und Hydroxybutylmethylzellulose können schnitten 10 des Rahmens 2. Ein elektrisch leitfähiger auch verwendet werden. Das stabilisierende Monomer Überzug 11, z. B. ein Silberauftrag, kann auf die Ver- oder Teilpolymer kann in der Form von Harnstoff- as bindung zwischen der Elektrodenschicht und dem formaldehyd, Phenolformaldehyd, Melaminformalde- anderen Ring 3 aufgebracht sein. Die Rahmenabhyd, Triazinformaldehyd, Hexamethoxymethylmel- schnitte 10 können mit Klemmen, Befestigungsei nrichamin. Glyoxal, 2-Hydroxyadipaldehyd u. dgl. vor- tungen oder Klebmitteln miteinander verbunden sein, liegen. Es ist notwendig, daß wenigstens eine der Elektro-

Die elektrisch leitfähigen Partikeln 8 können aus 30 denschichten 6 völlig gegen die zu messende Umirgendeinem elektrisch leitfähigen Material, beispiels- gebung, wie in Fig. 2 dargestellt, frei liegt. Ist das weise Kohlenstoff, Zink, Aluminium od. dgl. bestehen, Element so konstruiert, daß beide Elektrodenschichvorzugsweise jedoch sind die Partikeln 8 aus graphi- ten 6 sich zwischen und in Kontakt mit den nichttiertem Kohlenstoff gebildet. Graphitierter Kohlen- leitenden Rahmenabschnitten 10 erstrecken, so sorgt stoff ist eine Form des Kohlenstoffs, der eine gleich- 35 eine Änderung in der relativen Feuchte für ein relativ förmige Oberfläche mit einer hohen Oberflächenaus- langsames Ansprechen des Elementes auf Grund der dehnung verbindet. Die Kohlenstoffpartikeln werden niedrigen Übertragung von Feuchte aarch den Film graphitiert, indem diese in Abwesenheit von Luft bei zwischen den nichtleitenden Rahmenabschnitten. Es Temperaturen oberhalb 2700 C und im allgemeinen ist daher wichtig, daß wenigstens eine der Elektrodenim Bereich von 2700 bis 3000C erwärmt werden. 40 schichten völlig gegen die zu messende Umgebung frei Während des Graphitierungsverfahrens nehmen die liegt.

Kristallitabmessungen zu und die mittlere Zwischen- Bei dem in den Fig. 1,2 dargestellten Element dringt

schichttrennung nimmt ab. In den meisten Fällen be- die Feuchte in der Atmosphäre durch die Elektrodenhalten die Kohlenstoffpartikeln ihre turbostratische schichten 6 und wird innerhalb des feuchteempfind-Natur bei, d. h. die Schichtebenen bleiben ungeordnet 45 liehen Kerns 5 absorbiert. Eine Absorption der Feuchte um die Normalschicht orientiert. So ist die Kristall- im Kern sorgt für eine Änderung in der Kapazität struktur des graphitierten Kohlenstoffes nicht iden- im Element.

tisch mit der Graphitkristallstruktur, wo die Schicht- Das feuchtemessende Element kann in eine Schalebenen spezifisch um die Schicht normal zueinander tung eingebaut sein, die die Kapazität mißt und diese orientiert sind. 50 in ein elektrisches Signa! umformt, welches dann auf

Graphitierter Kohlenstoff ist hydrophob, was be- einer Ablesevorrichtung abgelesen oder verwendet deutet, daß er weniger als 4 Gewichtsprozent Wasser werden kann, um ein Feuchtigkeitsregelsystem zu bei 25,6°C und relativen Feuchteänderungen zwischen steuern. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das Feuchtig-0 und 90% adsorbiert und/oder absorbiert, Vorzugs- keitsmeßelement 1 parallel zn einem Kondensator 12 weise weniger ate 1 % Wasser unter diesen Bedingun- 55 in einen Zweig einer modifizierten Wien-Brücke gelegt gen. Der graphitierte Kohlenstoff kann in einer Menge und der Ausgang der Brücke ist über einen Verstärker bis zu 75% und allgemein im Bereich zwischen 25 und 13 an ein Meßgerät 14 angeschlossen, welches so ge-60 Gewichtsprozent der Elektrodenschichten 6 vor- eicht ist, daS die relative Feuchte angezeigt wird, banden sein. Fig. 4 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der

Die Dicke des Kerns hat eine Beziehung zur Dicke 60 Erfindung, bei der die beiden Elektrodenschichten 6 der Elektrodenschichten. Der Kern S hat im allge- völlig gegen die zu messende Umgebung frei liegen. In meinen eine Dicke von weniger als 0,005 cm, und jede diesem Fall erstreckt sich nor der Kern 5 zwischen den Elektrodenschicht € sollte wenigstens 5 % der Gesamt- Abschnitten 10 des Rahmens 2, und der Umfang jeder dicke der Verbundstruktur ausmachen, und jede Elek- Elektrodenschicht endet in der Nähe des !eitfähigen trodenschicht sollte vorzugsweise zwischen 10 und 65 Ringes 3. Wie hn Falle der ersten Ausführungsform 40% der Dicke der Verbundstruktur abhängig von ist eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Mateder Empfindlichkeit, Ansprechzeit und dem im EIe- rial, beispielsweise einem Silberauftrag, auf die Verment erforderlichen Widerstand aufweisen. bindung zwischen jeder Schicht 6 nnH H«n nino %

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gegeben, um eine gute elektrische Verbindung zwischen Schicht und zugehörigem Ring zu gewähren.

Die Empfindlichkeit gegen Feuchte und die Ansprechgi'schwindigkeit des kapazitiven, die Feuchtigkeit messenden Elementes kann gesteigert werden, indem die Außenfläche der Matrix 7 der Elektrodenschicht 6, wie in Fig. 5 gezeigt, hydrolysiert wird, um eine hydrolysierte Schicht 15 zu schaffen. Ist die Matrix 7 aus einem Zelluloseester gebildet, so kann die Außenfläche an regenerierte Zellulose hydrolysiert sein, um die Empfindlichkeil gegen Feuchte und die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Zelluloseestermatrix 7 kann dem Einfluß entweder eines alkalinen oder sauren Mediums ausgesetzt sein, um im wesentlichen sämtliche der Säurereste oder Säureradikale auf der Oberfläche zu hydrolysieren und hierdurch den regenerierten Zellulosefilm zu erhalten, der eine maximale Feuchtigkeitsempfindlichkeit schafft. Die Hydrolyse kann erreicht werden, indem das Element in ein alkalines oder saures Bad getaucht wird und es in diesem Bad über eine zeitliche Periode ge halten wird, die ausreicht, um die Säuregruppen auf der Oberfläche der Matrix 7 zu hydrolysieren. Alkaline Materialien, die für die Hydrolyse verwendet werden können, sind wäßrige oder alkoholische Lösungen von Alkalimetallbasen, wie Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder Lithiumhydroxyd. Alternativ können auch alkoholische Lösungen starker organischer Basen, wie fetramethylguanidin, Triäthylamin, Benzyltrimethylammoniurrhydroxyd, für die Hydrolyse verwendet werden.

Heiße alkalische Lösungen werden bevorzugt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu steigern. Die Kontakt- oder Eintauchzeit in der alkalinen Lösung hängt von den verwendeten Materialien, der Temperatur und den Stärken der Lösung ab. Die wirksamsten Reaktionsbedingungen erhielt man, wenn man das Element in eine 4Ü"„ige Natriumhydroxydlösung von 110 C über eine Periode von 1 bis 4 Minuten abhängig von der gewünschten Schichtdicke tauchte.

Nach der Hydrolyse wird das Element vorzugsweise in Wasser gewaschen, um den alkalinen Rest zu entfernen oder zu verdünnen.

Lösungen von Mineralsäuren, wie Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure, können auch verwendet werden, um die hydrolysierte Oberflächenschicht 15 zu bilden. Die Verwendung alkaliner Materialien sorgt für eine schnellere Hydrolyse; diese werden daher bevorzugt.

Die Hydrolysebehandlung kann auch angewendet werden, um eine vergrößerte Feuchtigkeitsempfindlichkeit für eine aus anderen Materialien bestehende Matrix, beispielsweise ein Mischpolymerisat des Vinylenkarbonats und Vinylacetats zu schaffen.

Das Feuchtigkeitsmeßelement nach der Erfindung ist ein annähernd rein kapazitives Element, welches normalerwiese 0,1 bis 2% Kapazitätsänderung bei einer I %igen Änderung in der relativen Feuchte bei Temperaturen im Bereich von 4 bis 93 C liefert. Die Kapazitätsänderung kann durch Änderung der Materialien variiert werden, und es ist möglich, eine Einheit so auszulegen, daß sie eine kleinere Kapazitätsänderung als der oben angegebene Bereich aufweist, wobei in diesem Fall die kleinere Änderung verstärkt werden kann, um das gewünschte elektrische Signal zu liefern.

Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung des Feuchtigkeitsmeßelcmentes nach der Erfindung.

Beispiel I

Eine Lösung für eine Elektrodenschicht wurde untei Vermischung der folgenden Bestandteile hergestellt:

7,5 g Zelluloseacetatbutyrat (17% gebundenes

Butyryl),

7,5 g Graphon (graphitierter Kohlenstoff),
130 g Äthylendichlorid.

Eine Lösungsmittellösung des dielektrischen Kerns wurde hergestellt, indem die folgenden Materialien gemischt wurden:

5,0 g Zelluloseacetatbutyral (26% gebundenes

Butyryl),
95,0 g Äthylendichlorid.

Ein Film der Elektrodenschichtlösung wurde aul eine saubere Glasplatte mit einer verstellbaren Abstreicherschiene aufgegossen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde die Oberfläche der Elektrodenschicht sandgestrahlt, bis sie glatt war. Ein Film dei Kernschichtlösung wurde dann über die erste Elektrodenschicht mit einer einstellbaren Abstreicherschiene gegossen und das Lösungsmittel von der Kernschichtlösung verdampft.

Ein Streifen Mylarband mit einem Siliconhaftmittel auf einer Seite mit im Abstand angeordneten gestanzten Löchern wurde über die dielektrische Kernschichi auf der Glasplatte angeordnet, wobei die Löcher im Band die Bereiche der zweiten zu gießenden Elektrodenschicht bildeten.

Ein Film der Eiektrodenschichtlösung wurde dann über das Myiarband gegossen und drang in die Löchei ein.

Das Mylarband wurde sofort von dem Verbundfilm entfernt, nachdem die zweite Elektrodenschichtlösunj gegossen wurde. Das Lösungsmittel von der zweiter Elektrodenschichtlösung wurde dann verdampft. Das Auftreten des Dreischichtfilmes auf der Glasplatte nach Entfernung des Mylarbandes ist in Fig. 6 dargestellt.

Eine Reihe von Proben wurden dann aus dem Dreischichtfilm längs der gestrichelten Linien in Fig. ( ausgeschnitten.

Jede der entstandenen Dreischichtfilmanordnunger wurde dann zwischen die Isolierrahmenabschnitte IC entweder durch mechanische Befestigungseinrichtungen oder Lösungsmittelbindung angebracht und eir Silberauftrag wurde auf die Verbindung zwischen der Kupferringen 3 und den Elektrodenschichten aufgetragen.

Beispiel 2

Eine vernetzbare dielektrische Kernlösung wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile vermischt wurden:

6,20 g Zelluloseacetatbutyrat (26% gebundenes

Butyryl),

1,55 g Harnstofformaldehydmonomer,
0,65 g n-Butylalkohol,
0,53 g Äthylalkohol,
0,15 g p-Toluolsulfonsäure,
1,60 g Triäthylamin,
89,32 g Äthylendichlorid.

Eine Elektrodenschichtlösung wurde vorbereitet, indem die folgenden Bestandteile vermischt wurden:

409681/155

7,50 g Zelluloseacetatbutyrat (17% gebundenes

Butyryl),

6,00gGraphon (graphitierter Kohlenstoff),
130,00 g Athylendichlorid.

Die Elektrodenschicht wurde dann als Film auf eine saubere Glasplatte mit einer verstellbaren Abstreicherschiene aufgegossen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde die dielektrische Kernschicht als Film über die getrocknete erste Elektrodenschicht gegossen. Man ließ die Lösungsmittel vom Film verdampfen und die Kernschicht wurde durch Erwärmen des Films auf der Glasplatte auf eine Temperatur von 177 "C 15 Minuten lang vernetzt.

Nach der Kühlung wurde eine zweite dielektrische Kernschicht als Film über die erste vernetzte Kernschicht gegossen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde eine Reihe von Stanzlöchern enthaltendes Mylarband ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, über die zweite nicht vernetzte dielektrische Kernschicht angeordnet. Eine zweite Elektrodenschicht wurde dann als Film über das Mylarband gegossen und drang in die Löcher innerhalb des Bandes ein. Das Band wurde unmittelbar danach entfernt, es wurde nur der Teil der Elektrodenschichtlösung zurückgelassen, der durch die Löcher des Bandes drang.

Die Verbundstruktur wurde dann auf eine Temperatur von 177"C 15 Minuten lang erwärmt, um die Materialien der zweiten Kernschicht zu vernetzen. Die dielektrische Kernschicht wurde in zwei Schichten hergestellt, um die Kohlenstoffpartikeln daran zu hindern, durch die Kernschicht zu wandern.

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden Proben dann aus der Verbundstruktur längs der gestrichelten, in Fig. 6 gezeigten Linien geschnitten.

ίο Die Verbundfilme, die von der Glasplatte abgelöst wurden, indem kaltes Wasser über die Filme geleitet wurde, wurden dann hydrolysiert, indem sie eine Minute lang in eine wäßrige 40% Natriumhydroxyd enthaltende Lösung getaucht wurden. Nach der Hydrolysebehandlung wurden die Elemente in Wasser abgewaschen und getrocknet. Jeder Film wurde dann zwischen zwei isolierten Abschnitten 10 des Rahmens 2 montiert und eine Silberauftragsschicht zwischen die Verbindung der Kupferringe 3 auf dem Rahmen und jeder Elektrodenschicht 6 des Elementes aufgetragen. Die mittlere Kapazität der Elemente bei 5% relativer Feuchte und 27 ⁰C lag bei 1,0 Nanofarad. Die Steigerung der relativen Feuchte auf 95% sorgte für einen etwa linearen Anstieg in der Kapazität bei einem Wert von 0,006 Nanofarad/1 % relative Feuchte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

, γλ· ,λ«» Natur des elektrisch leitfähigen bracht. 1DieP?™fht12tUdrÄaSSerdan1pf eindringt Patentansprüche: ^nf ^^eTeÄe^mpf^lichen SchicMen^if-

1. Kapazitives, synthetisches Feuchtigkeitsmeß- ^f„^undie _t ^rt· ^ί "«εΤε^Γ^Τη Änderungen in der element mit einem aus Wasserdampf absorbieren- 5 ^Pf ^e _f?™" ?!;-£_{it fü}'_r eine Änderung in der Kapadem Material bestehenden Kern an dessen beiden relativen N*"^c""^B _si , „„,gewandelt werden kann, Seiten jeweils eine wasserdampfdurchlässige elek- Zitat me " * Feuchtigkeit anzeigt oder ein

trisch leitende Außenschicht aufgebracht ist, d a - welches die i^aive

d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die be.den ^Fe«^ch^*^eiX„£^ Feuchtigkeitsmeßelement nach Außenschichten (6) aus dielektrischem Material io ^Bf ^d5™ ,*_tschrift3 350 941 besteht der Kern aus bestehen, in die eine Vielzahl miteinander verbun- der usa.-^i - _pf_indij_chen, dielektrischen,

dener, elektrisch leitender Partikeln (8) eingebettet einem J^e"^c"'S^^SU _w^_derstand versehenen Mate-

^{mi h}Ä I S jil i ö

J^ _w^_derstand sind- _u , ^{mi h}Ä In AuSnschichten 3 ist jeweils eine poröse

2. Feuchtigkeitsmeßelement nach Anspruch 1, na!. Aömiau _e|ektrisch leitenden, feuchtigkeitsdadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) m.nde- ,5 Schicht aus einem ^e*^K _f ._{acht Die} Gefahr von stens 1 % Feuchtigkeit, bezogen auf sein Trocken- durchlass.ge;n Materiauiug^ ^.^ _fi ^ _beson(Jers gewicht, aufnehmen kann, wenn er während einer «V^KT™ vermeiden, weil mindestens eine der Zeitdauer von 30 Minuten einer relativen Feuchtig- deshalb townimι ve „ _{tandig der} Umgebungsiuft keit von 95% bei einer Temperatur von 21"C P⁰™⁵^™'^ _muB damit unverfälschte Meßausgesetzt ist. *° ^ausg" *" _pr7ielt werden können. Ebensowenig wie

3. Feuchtigkeitselement nach Anspruch 1, da- ^e^^b"ffl "^S_n der porösen Schicht 6 miteinander durch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden man de ^Part'^ke^ ^ . ^P _d _Auß_enSchichten verkleben Partikeln (8) aus graphiertem Kohlenstoff bestehen. und mit der audbhc ^ ^ _{Schjchten 6}

4. Feuchtigkeitsmeßelement nach einem oder kann isJ*™™ Beanspruchung abzudecken. Darmehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, 25 gegen ^mecha"'^sche^J, _geri_ngfügige Kratz- oder dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Kern (S) ^S^SS^SV^ ^Sch^^ht' ^{um dnen} als auch die Außenschichten (6) aus Zelluloseestern Stoßbeanspruchungen^ p_^^ ^ ^.^

gebildet sind. . η« Frfindune läse daher die Aufgabe zugrunde,

5. Feuchtigkeitsmeßelement nach einem oder Der tninaung, e: auszubilden, daß die mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, 30 ^/^^'^S en gLn Beschädigungen durch dadurch gekennzeichnet, daß mindestens e ne der außenl.egenden Sch.chtenjeg _dje ^ Außenschichten (6) aus einem Zelluloseester geb.l- Beruhrungen od^dgl. »^J« _{d die} Herstellung zu det ist und an der äußeren Oberfläche dieser Außen- genauigkeit zu vermindern una

schicht (6) ein hydrolisierter Film (15) aus Zellulose ^ers£^nwe™_{u dieser Aufga}be wird erfindungsgemäß

aufgebracht ist. 35 . p„^_htißkei_tsmeßelement vorgesehen, das dadurch

6. Feuchtigkeitsmeßeiement nach einem oder ^ein/^euch"^g _n ^k _pf-^ _daß [_n jeder aus dielektrischem mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeifihnet «*· ^dJ ££J_{icht eine} Vielzahl mitdadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln (8) aus Material ^^^ηΑ£^ _leitender Partikeln grafitiertem Kohlenstoff bestehen, der weniger als einander ^"«/^*^ _Der Kern ist zwecks Gewichtsprozent Wasser bei 25,6° C^ bei rela- 40 Jj^^^f Ja^ämpfdurchiässigen Außen-

tiven Feuchteänderungen zwischen 0 und 90«/. ad- Aufnahme d^cie^^^ Kapazitätsänderungen besorbieren und/oder absorbieren kann. SÄ vSÄph aus einem wasserdampfab-

sorbierenden Material ausgebildet. 45 Bei dieser Ausbildung des Feuchtigkeitsmeßelemen-

⁴⁵ tes sind die Partikeln nicht mehr wie buher auf die

Außenschicht aufgebracht, sondern innerhalb derselben eingebettet. Die Einbettung und die Verteilung erfolgt so, daß die Partikeln miteinander verbunden

Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives syn- ₅o sind. 1Dadun^es^h^d^^ljjejrÄsthetisches Feuchtigkeitsmeßelement zur Verwendung "^^^^^^„ϊϊΓίϊβΐηϋΐη feuchtigin einem Feuchtigkeitsrege.- und/oder Feuchtigkerts- ^^^^SSÜÜ sondern er bildet den