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    公开号:WO1984004595A1
    申请号:PCT/CH1984/000076
    申请日:1984-05-14
    公开日:1984-11-22
    发明作者:Kurd G Groeninger
    申请人:Thalmond Anstalt；
    IPC主号:G01N27-00
    专利说明:
    [0001] Feuchtefühler
    [0002] Die Erfindung betrifft einen Feuchtefühler für ein elektrisches Feuchtemessgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    [0003] Ein solcher Feuchtefühler ist z.B. bekannt aus EP-A-0044 806. Dort wird ein Feuchtefühler mit einem Elektrolytträger und zwei kammartig ineinandergreifenden Elektroden beschrieben, die durch eine Elektrolytschicht leitend miteinander verbunden sind. Diese Elektrolytschicht besteht aus Zeolithpulver, welches mit 5 bis 20 Gewichtprozent Zement unter Zugabe von Wasser zu einem Brei vermischt und dann auf den Elektrolytträger aufgetra¬ gen wurde. Die Elektrolytschicht weist eine poröse Struktur be¬ stehend aus einer Vielzahl von wasseraufnehmenden Kanälen auf.
    [0004] Der beschriebene Feuchtefühler hat jedoch den Nachteil, dass bei relativen Feuchten oberhalb 95% eine Kapillarkondensation auf¬ treten kann, und so das Messresultat nachhaltig beeinflusst wird. Zudem hat die verwendete Elektrolytschicht den Nachteil, dass sie schlecht auf dem Elektrolytträger haftet und sich mit der Zeit ablöst. Zusätzlich haben eingehende Messungen erwiesen, dass die Hysterese des beschriebenen Feuchtefühlers in der Feuchte- Widerstandscharakteristik mehr als 3% relative Feuchte beträgt, wobei bei einer festen Temperatur gemessen worden ist.
    [0005] Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, den bekannten Feuchtefühler derart zu verbessern, dass die Elektrolytschicht eine ausgezeichnete Haftung besitzt, dass die Hysterese in der Feuchte-Widerstandscharakteristik weniger als 1% relative Feuchte beträgt und dass Messungen bis zur Sättigung der Luft zuverlässige Resultate ergeben.
    [0006] Diese Aufgabe wird bei einem Feuchtefühler der vorbeschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
    [0007] OMPI Die Erfindung hat unter anderem den grossen Vorteil, dass die Diffusion in dem wasserdampfdurchlässigen Kunststoff für das Zeitverhalten bestimmend ist. Hieraus folgt, dass das Zeitver¬ halten rein exponentiell ist, was eine sehr schnelle Berechnung des Endwertes eines Messvorganges durch Verarbeitung der An- gleichsfunktion in einem Mikroprozessor gestattet. Zudem wird durch die Verwendung von wasserdampfdurchlässigem Kunststoff das Hystereseverhalten des Feuchtefühlers wesentlich verbessert, so dass bei einer bestimmten Temperatur ein Messwertunterschied erhalten wird, der geringer als 1% relative Feuchte beträgt.
    [0008] Ein anderer wichtiger Vorteil der Erfindung ist, dass nunmehr Einflüsse durch chemische Verunreinigungen, wie z.B. saure Gase, Ammoniak oder Polyalkohol, den Feuchtefühler in seiner Funktion nicht mehr beeinträchtigen. Da der erfindungsgemässe Feuchte¬ fühler eine feuchteempfindliche Schicht mit einer kratzfesten, harten Oberfläche aufweist, stellen Messungen der Wasseraktivi¬ tät von Gütern grosser Härte, z.B. Schüttgüter aus Trocknungs¬ prozessen, keine Probleme mehr dar. Demzufolge kann weitgehend auf feuchtehemmende Vorfilter verzichtet werden, was direkte Mes¬ sungen in verfahrenstechnischen Prozessen mit einer sehr gerin¬ gen Ansprechzeit des Feuchtefühlers ermöglicht. Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der nachstehenden Beschreibung. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispieles wir die Erfin¬ dung näher erläutert. Dabei zeigt:
    [0009] Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Feuchte¬ fühler,
    [0010] Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles I in Fig. 1,
    [0011] Fig. 3 eine Ansicht von unten in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,
    [0012] Fig. 4 Messdiac,-ramme eines Feuchtefühlers mit einer feuchteempfindlichen Schicht aus
    [0013] O PI zeolithischem oder pentasilischem Kristal- lit und Kunststoff,
    [0014] Fig. 5 ein Messdiagramm eines Feüchtefühlers mit einer feuchteempfindlichen Schicht aus zeo¬ lithischem Kristallit, Graphit und Kunst¬ stoff, und
    [0015] Fig. 6 einen zylindrischen Körper zur Halterung des Feuchtefühlers.
    [0016] In Fig. 1 ist ein Feuchtefühler 1 dargestellt, der aus einem isolierenden Substrat 2 besteht. Auf der oberen Seite des Sub¬ strates 2 sind Elektroden 3 aufgebracht, die mit einer feuchte¬ empfindlichen Schicht 5 eines kristallischen elektrolytischen Festkörpers überzogen sind. Auf der unteren Seite des Substrates 2 ist ein Temperaturfühler 6 aufgebracht. Ebenfalls sind dort elektrische Kontaktstifte 4, 7 und 8 vorgesehen.
    [0017] Fig. 2 zeigt den Feuchtefühler 1 der Fig. 1 in Draufsicht. Für dieselben Elemente wurden die gleichen Bezugsziffern verwendet. " Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, bestehen die Elektroden 3 je aus konzentrischen Teilkreisen, die über einen Steg mitein¬ ander verbunden sind und einen gleichmässigen Abstand zueinander besitzen. Die Elektroden 3, hier zwei, sind so angeordnet, dass die Teilkreise der beiden Elektroden 3 ineinander greifen und kein direkter elektrischer Kontakt zwischen den Elektroden 3 be¬ steht. Am Rand des Substrates 2 ist um die Elektroden 3 noch eine konzentrische Ringelektrode 9 zur elektrischen Abschirmung vorgesehen. Die Kontaktstifte 4 sind für die Elektroden 3, der Kontaktstift 7 für die Ringelektrode 9 und die Kontaktstifte 8 für den Temperaturfühler 6 aufgelötet.
    [0018] Fig. 3 zeigt die Rückseite des Feuchtefühlers 1. Es wurden wie¬ der die gleichen Bezugsziffern für dieselben Elemente wie in Fig. 1 verwendet. Auf dieser Seite des Substrates 2 ist eine zu- sätzliche Abschirmungselektrode 9* aufgebracht, die mit der Ringelektrode 9 (Fig. 2) durchkontaktiert ist. Auch die An¬ schlüsse für die Kontaktstifte sind durchkontaktiert. Der Tem¬ peraturfühler 6 ist an der Abschirmungselektrode 9' angelötet oder angeklebt, so dass ein ausgezeichneter thermischer Kontakt mit dem Substrat 2 gegeben ist. Der Temperaturfühler kann jedoch auch auf der Vorderseite des Substrates 2 in integrierter Bau¬ weise mit dem Feuchtefühler vorgesehen sein, und auf der Rück¬ seite des Substrates 2 ein Vorverstärker, um Kabeleinflüsse weit¬ gehend zu eliminieren.
    [0019] Das Substrat 2 besteht aus einem bekannten, elektrisch isolie¬ renden Material, wie z.B. Silizium, Glas, Glasepoxy oder einer Aluminium- oder Glaskeramik. Die Elektroden 3 bestehen aus Kupferbahnen, die mit einer Goldschicht galvanisch überzogen sind. Die feuchteempfindliche Schicht 5 des elektrolytischen Festkörpers besteht aus einem AluminoSilikat, wie Zeolith oder Pentasil, und aus einem wasserdampfdurchlässigen Kunststoff, wie die Zellulosederivate, Celluloseacetat, Cellulosepropionat oder Cellulσseacetobutyrat. Vorzugsweise wird als elektrolytischer Festkörper ein Zeolith mit Faujasit-Struktur verwendet. Auf je¬ den Fall sind kristallische, elektrolytische Festkörper mit Lithium-Ionen zu bevorzugen. Da der Kunststoff Hohlräume und Kanäle des Anionengitters des Kristall!ten ausfüllt, wird eine Kapillarkondensation verhindert. Dadurch wird erreicht, dass die Impedanz der feuchteempfindlichen Schicht 5 auch bei hohen Um¬ gebungsfeuchten, z.B. über 95% relative Feuchte, stetig an¬ steigt und so weiterhin ein Mass für die zu messende Feuchte bildet, d.h., dass eine rein exponentielle Abhängigkeit zwi¬ schen der relativen Feuchte und der Impedanz über den ganzen Feuchtebereich bis zur Sättigung gegeben ist. Beimischung eines bestimmten Anteils Graphit zu dem elektrolytischen Festkörper ergibt sogar eine lineare Kennlinie. Der Graphitanteil selbst wird so hoch gewählt, dass zufolge der Behinderung der Konden¬ sation von Wasser an der hydrophoben Graphitoberfläche eine Kapillarkondensation im Gesamtsystem elektrolytischer Fest¬ körper-Graphit eliminiert wird. Die Beimischung von Graphit ver¬ ringert im wesentlichen die Hysterese in der Feuchte-Impedanz- Charakteristik. Die beschriebene feuchteempfindliche Schicht 5 kann sehr dünn mit Körnern des elektrolytischen Festkörpers von einer gleichmässigen Grosse unter 1 um hergestellt werden. Die Schicht 5 ist sehr biegsam und mechanisch stark beanspruch¬ bar, und kann je nach Wahl des Kunststoffes für Messungen bis 150°C oder sogar bis 200°C eingesetzt werden. Ausserdem ist sie kratzfest und haftet ausserordentlich gut auf dem Substrat 2. Wenn die Schicht 5 durch Ionen oder polare Moleküle inaktiviert worden ist, lassen sich die Kristallite durch blosses Erhitzen leicht regenerieren. Nach einer Vakuumexposition wurden ausser¬ dem keine irreversible Veränderungen festgestellt.
    [0020] In Fig. 4 sind nun die Messdiagramme dargestellt, die mit den vorbeschriebenen Feuchtefühlern aufgenommen worden sind. Die Abszisse stellt dabei die relative Feuchte (0 der Umgebung (in %rF) dar, die Ordinate der Impedanzwert z des Feuσhtefühlers in logarithmischer Teilung. Die Charakteristik entspricht dem AusgangsSignal eines logarithmischen Verstärkers und führt zu einer linearen Kennlinie. Die Kennlinie A ist aufgenommen mit einem Feuchtefühler, der eine feuchteempfindliche Schicht 5 aus Zeolith und Kunststoff besitzt, die Kennlinie B mit einer Schicht 5 aus Pentasil und Kunststoff.
    [0021] Fig. 5 zeigt ein Messdiagramm eines Feuchtefühlers mit einer feuchteempfindliσhen Schicht 5 aus einem zeolithischem Kristal- lit, Graphit und Kunststoff. Die Impedanz ist hier in linearer Teilung aufgetragen.
    [0022] In Fig. 6 ist ein Schnitt durch einen zylindrischen Körper 10 dargestellt, der zur Halterung des Feuchtefühlers 1 dient. Die Kontaktstifte 4, 7 und 8 sind dazu in Buchsen 11 eingesteckt, die in einer KunststoffScheibe 12 eingefasst sind. Die Buchsen 11 sind mit einem Kabel 13 verbunden, das zu einer Auswerte¬ elektronik führt. Diese ist weiter nicht dargestellt, besteht aber im wesentlichen aus einem logarithmischen Verstärker und einer KompensationsSchaltung, um den Einfluss der Temperatur auf das Ausgangssignal zu eliminieren. Dies wird dadurch ermög¬ licht, dass die Temperaturdrift des oben beschriebenen Feuchte¬ fühlers, im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Feuchtefühlern, nur von der Temperatur und nicht von der Umgebungsfeuchte ab¬ hängt. Im zylindrischen Körper 10 sind Löcher 14 vorgesehen für die Befestigung an Wänden oder sonstigen Drittkörpern. Ein Gummiring 15 auf der Höhe des Feuchtefühlers 1 umfasst den zy¬ lindrischen Körper 10 und dient zur Befestigung flexibler was¬ serdampfdurchlässiger Folien. Diese werden benötigt, wenn ein elektrischer Nebenschluss über das zu messende Gut zu befürch¬ ten ist.
    [0023] Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen der Erfin¬ dung möglich sind und ebenso gute Resultate liefern können.
    [0024] Technische Anwendungen der Erfindung liegen weitgestreut, z.B. in der Nahrungsmittelindustrie, Landwirtschaft, Chemie, kurz in allen Sparten, wo hygroskopische Güter verarbeitet, getrocknet und gelagert werden müssen. Die Anwendung in verfahrenstechni¬ schen Prozessen ist eine wirksame Methode, Energie zu sparen und die Qualität des Produktes zu sichern. Eine weitere Anwen¬ dung der Erfindung liegt in der Regelung von Klimaanlagen, wo heute meist mit wenig zuverlässigen, wartungsintensiven Mess¬ methoden gearbeitet wird. Der vorbeschriebene Feuchtefühler ist deshalb wegen seiner stabilen Eigenschaften ausgezeichnet zur kontinuierlichen und/oder semikontinuierlichen Messung der re¬ lativen Feuchte in verfahrenstechnischen Prozessen geeignet.
    [0025] PI
    权利要求:
    Claims
    Patentansprüche
    1. Feuchtefühler (1) für ein elektrisches Feuchtemessgerät mit mindestens zwei Elektroden (3) auf einem elektrisch isolierenden Substrat (2), die über eine feuchteempfindliche Schicht (5) eines kristallischen, porösen elektrolytischen Festkörpers leitend miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem elektrolytischen Festkörper ein wasserdampfdurchlässiger Kunststoff beigemischt ist, derart, dass der Festkörper eine blasenfreie, nichtporöse Struktur aufweist.
    2. Feuchtefühler (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Substrat (2) aus Silizium, Glas, Glasepoxy oder aus einer isolierenden Aluminium- oder Glaskeramik besteht, und die Elektroden (3) aus einer goldbeschichteten Kupferschicht bestehen.
    3. Feuchtefühler (1) nach Anspruch 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektroden (3) auf der gleichen Seite des Substrates (2) aufgebracht sind und je aus mehreren konzentrischen Teilkreisen bestehen, derart, dass die Teilkreise sich gegenseitig umfassen und sich nicht berühren.
    4. Feuchtefühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der elektrolytische Festkörper (5) aus einem Aluminosilikat besteht.
    5. Feuchtefühler (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der elektrolytische Festkörper (5) aus kristallischem Zeolith besteht.
    6. Feuchtefühler (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der elektrolytische Festkörper (5) aus kristallischem Pentasil besteht.
    7. Feuchtefühler (1) nach einemder Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der elektrolytische Festkörper (5) Lithium-Ionen enthält.
    8. Feuchtefühler (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem elektrolytischen Festkörper (5) Graphit beigemischt ist.
    9. Feuchtefühler (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der wasserdampfdurchlässige Kunststoff aus einem Zellulosederivat besteht.
    10. Verwendung des Feuchtefühlers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur kontinuierlichen und/oder semikontinuierlichen Messung der relativen Feuchte in verfahrenstechnischen Prozessen.
    Bezeichnungsliste1. Feuchtefühler2. Substrat3. Elektroden4. Kontaktstifte für die Elektroden5. feuchteempfindliche Schicht6. Temperaturfühler7. Kontaktstift für die Ringelektrode8. Kontaktstifte für den Temperaturfühler9. Ringelektrode 10. zylindrischer Körper 11. Buchse 12. Kunststoff scheibe 13. Kabel 14. Befestigungslöcher 15. Gummiring A,B Kennlinien
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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