JPH0640083B2 - Humidity sensor - Google Patents
Humidity sensorInfo
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、フッ化ランタンの焼結体を用いた湿度センサ
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a humidity sensor using a lanthanum fluoride sintered body.
(従来の技術) 従来、セラミックスを使用したセンサのうち、フッ化ラ
ンタン(LaF3)を用いたセンサは一般に酸素濃度の
検出、あるいはフッ素イオン濃度等の検出用に使用され
ている。また、フッ化ランタンを湿度センサとして用い
る場合は特開昭64−500222号公報に示されてい
るようにフッ化ランタンの薄膜及び単結晶スライスを用
いている。(Prior Art) Conventionally, among sensors using ceramics, a sensor using lanthanum fluoride (LaF3) is generally used for detecting oxygen concentration or fluorine ion concentration. When lanthanum fluoride is used as a humidity sensor, a thin film of lanthanum fluoride and a single crystal slice are used as disclosed in JP-A-64-500222.
(発明が解決しようとする課題) 上記従来のフッ化ランタン(LaF3)を用いた湿度セ
ンサは、フッ化ランタンの薄膜及び単結晶スライスを形
成するときに高精度の加工技術を必要とするため、その
製造装置が高価でありプロセスも多いことから製造コス
トが高くなるという問題があった。更に、湿度検知能
力、所謂湿度検知感度を上げるためには触媒等の添加物
に頼らなければならないという問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) A humidity sensor using the above-mentioned conventional lanthanum fluoride (LaF3) requires a high-precision processing technique when forming a thin film of lanthanum fluoride and a single crystal slice. There is a problem that the manufacturing cost is high because the manufacturing apparatus is expensive and there are many processes. Further, there is a problem that an additive such as a catalyst must be used in order to increase the humidity detection ability, that is, the so-called humidity detection sensitivity.
そこで本発明では、センサ本体を多孔質のフッ化ランタ
ン焼結体で形成することにより、フッ化ランタンを用い
た湿度センサを安価で且つ高感度にすることを解決すべ
き技術的課題とするものである。Therefore, in the present invention, it is a technical problem to be solved that the humidity sensor using lanthanum fluoride is made inexpensive and highly sensitive by forming the sensor main body with a porous lanthanum fluoride sintered body. Is.
(課題を解決するための手段) 上記課題解決のための技術的手段は、湿度センサを、フ
ッ化ランタン(LaF3)の粒子を細砕し、所要の圧力
を加えて成形したのち、所要温度で焼結することにより
得られた多孔質の焼結体を平板状に整形したセンサ本体
と、前記センサ本体の両面それぞれに蒸着された面状電
極と、前記それぞれの面状電極に接続されたリード部材
とを備えた構成にすることである。(Means for Solving the Problem) The technical means for solving the above problem is that a humidity sensor is obtained by crushing particles of lanthanum fluoride (LaF3) and molding the mixture under a required pressure, and then at a required temperature. A sensor body formed by shaping a porous sintered body obtained by sintering into a flat plate shape, planar electrodes deposited on both sides of the sensor body, and leads connected to the respective planar electrodes. And a member.
(作用) 上記構成の湿度センサによると、フッ化ランタン(La
F3)の粒子を細砕し、所要の圧力を加えて成形したの
ち、所要温度で焼結することにより得られた多孔質の焼
結体を平板状に整形したセンサ本体は、製作工程が簡単
であり、また、多孔質のためにその表面積が大きいこと
から水分子吸着能力が高く、且つ主として空間電荷層利
用による静電容量変化に基づいて湿度を検出するように
すれば、湿度検出感度を高くすることができる。(Operation) According to the humidity sensor having the above configuration, lanthanum fluoride (La
F3) particles are crushed, shaped by applying the required pressure, and then sintered at the required temperature. The porous sintered body obtained is shaped into a flat plate, and the sensor body has a simple manufacturing process. In addition, since the surface area is large due to the porosity, the water molecule adsorption capacity is high, and if humidity is mainly detected based on the capacitance change due to the use of the space charge layer, the humidity detection sensitivity can be improved. Can be higher.
(実施例) 次に、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。(Example) Next, the Example of this invention is described, referring drawings.
第1図は、本発明に成る湿度センサ1の側面図である。
湿度センサ1のセンサ本体2は、第3図の製作工程図で
も説明するように、フッ化ランタン(LaF3)の粒子
を細砕し、所要の圧力を加えて成形したのち、所要温度
で焼結することにより得られた多孔質の焼結体を例えば
厚さ1ミリ、直径が15ミリの円板状に研磨され、整形
されたものである。センサ本体2の両面それぞれには所
要の面積に亘り、金をオングストロームオーダーの厚さ
で蒸着した金電極3,4が形成されており、それぞれの
金電極3,4の中央部にはリード線としての白金線5,
6が銀ペースト7,8により電気的に接続され、それぞ
れの接続部は樹脂系接着剤9、10で固定されている。FIG. 1 is a side view of the humidity sensor 1 according to the present invention.
As described in the manufacturing process diagram of FIG. 3, the sensor body 2 of the humidity sensor 1 crushes particles of lanthanum fluoride (LaF3), molds them by applying a required pressure, and then sinters them at a required temperature. The porous sintered body thus obtained is polished and shaped into, for example, a disc having a thickness of 1 mm and a diameter of 15 mm. Gold electrodes 3 and 4 are formed by depositing gold in a thickness of angstrom order on both surfaces of the sensor body 2 respectively. The gold electrodes 3 and 4 serve as lead wires at the central portions of the gold electrodes 3 and 4, respectively. Platinum wire 5,
6 are electrically connected by silver pastes 7 and 8, and the respective connection portions are fixed by resin adhesives 9 and 10.
第2図は、第1図のA部拡大図である。この図に示すよ
うにセンサ本体2はサブミクロンから5ミクロン程度の
多数のポーラス形状の細孔2Aを有しており、気孔率は
約20%から50%に形成されている。FIG. 2 is an enlarged view of part A of FIG. As shown in this figure, the sensor main body 2 has a large number of porous pores 2A of submicron to 5 microns, and the porosity is formed to about 20% to 50%.
センサ本体2は、多孔質のためにその表面積が大きいこ
とから水分子吸着能力が高く、且つ後述するように主と
して空間電荷層利用による静電容量変化に基づいて湿度
を検出するため湿度検出感度が高いという特性を有す
る。Since the sensor body 2 has a large surface area due to its porosity, it has a high water molecule adsorption capacity, and as described later, it mainly detects humidity based on a change in capacitance due to the use of a space charge layer, and therefore has a humidity detection sensitivity. It has the characteristic of being high.
第3図は、センタ本体2の製作工程を示したものであ
る。FIG. 3 shows a manufacturing process of the center main body 2.
第3図に示すように、センサ本体2は、第1工程におい
てフッ化ランタン(LaF3)の粒子を60ミクロン以
下に粉砕したあと、第2工程において7t/cm2の圧力
で成形し、第3工程で800℃のエア雰囲気中で焼結し
たあと、第4工程において直径が15mm、厚みが1mmの
円板形になるように研磨整形されるものである。As shown in FIG. 3, the sensor main body 2 is formed by crushing particles of lanthanum fluoride (LaF3) into particles of 60 microns or less in the first step, and then molding it at a pressure of 7 t / cm 2 in the second step. After being sintered in an air atmosphere at 800 ° C. in the step, it is polished and shaped in the fourth step so as to have a disk shape having a diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm.
第4図は、前記湿度センサ1を湿度測定位置に配設した
うえ、その湿度測定位置における相対湿度を変化させた
ときの湿度センサ1に流れる電流を測定する実験回路で
ある。第4図に示すようにこの実験回路は、湿度センサ
1に対し、100Ωの抵抗11を介してファンクション
ジェネレータ12から出力されたた実効値30ボルト,
10Hzの交流電圧が印加されており、湿度測定位置に
おける相対湿度を変化させたときの湿度センサ1に流れ
る電流の値をマイクロアンペアのオーダーでディジタル
マルチメータ13により測定するようにしたものであ
る。尚、この実験は20℃において行ったものであり、
その実験結果を第5図に示している。FIG. 4 is an experimental circuit for measuring the current flowing through the humidity sensor 1 when the humidity sensor 1 is arranged at the humidity measuring position and the relative humidity at the humidity measuring position is changed. As shown in FIG. 4, in this experimental circuit, for the humidity sensor 1, an effective value of 30 V output from the function generator 12 via the resistor 11 of 100Ω,
An AC voltage of 10 Hz is applied, and the value of the current flowing through the humidity sensor 1 when the relative humidity at the humidity measurement position is changed is measured by the digital multimeter 13 in the order of microamperes. This experiment was conducted at 20 ° C,
The experimental results are shown in FIG.
上記のようにして湿度センサ1の湿度検出特性が確立さ
れるため、湿度センサ1に印加する交流電圧を一定にし
ておき、湿度センサ1に流れる電流、もしくはその電流
に対応した電圧を検出することにより、被測定場所の相
対湿度を検知することができる。Since the humidity detection characteristic of the humidity sensor 1 is established as described above, the AC voltage applied to the humidity sensor 1 is kept constant and the current flowing through the humidity sensor 1 or the voltage corresponding to the current is detected. This makes it possible to detect the relative humidity of the measurement location.
第6図は、第4図と異なった実験回路を示したものであ
る。FIG. 6 shows an experimental circuit different from that of FIG.
第6図中、タイマー21はノーマリーオープンスイッチ
AとノーマリークローズスイッチBとを有しており、ノ
ーマリーオープンスイッチAが閉じると、ノーマリーク
ローズスイッチBが開き、逆にノーマリーオープスイッ
チAが開くと、ノーマリークローズスイッチBが閉じる
ものであって、この実験回路において、タイマー21は
ノーマリーオープンスイッチAを0.05秒間閉じたあ
と、4.95秒間開くように時限制御するようになって
いる。従って、直流5ボルトの電圧を出力するパワーサ
プライPSから100Ωの抵抗22を介して湿度測定位
置に配設された湿度センサ1に0.05秒間パルス電圧
が印加されたときに湿度センサ1に流れる電流をディジ
タルマルチメータ23で測定するものである。そして上
記パルス電圧が印加されたあと、ノーマリーオープンス
イッチAを開き、4.95秒間ノーマリークローズスイ
ッチBを閉じることにより100Ωの抵抗24を介して
湿度センサ1に充電された電荷を放電させるものであ
る。In FIG. 6, the timer 21 has a normally open switch A and a normally closed switch B. When the normally open switch A is closed, the normally closed switch B is opened, and conversely the normally open switch A is closed. The normally-closed switch B is closed when is opened. In this experimental circuit, the timer 21 controls the normally-opened switch A to be closed for 0.05 seconds and then opened for 4.95 seconds. Has become. Therefore, when a pulse voltage is applied for 0.05 seconds to the humidity sensor 1 arranged at the humidity measurement position from the power supply PS that outputs a voltage of DC 5 V through the resistor 22 of 100Ω, the current flows to the humidity sensor 1. The current is measured by the digital multimeter 23. Then, after the pulse voltage is applied, the normally open switch A is opened to close the normally closed switch B for 4.95 seconds to discharge the electric charge charged in the humidity sensor 1 through the resistor 24 of 100Ω. Is.
以上のような実験回路において、湿度測定位置における
相対湿度を25℃のもとで変化させたときの湿度センサ
1に流れる電流の値をマイクロアンペアのオーダーでデ
ィジタルマルチメータ23により測定したときの結果を
第7図に示す。In the above experimental circuit, the result of measuring the value of the current flowing through the humidity sensor 1 by the digital multimeter 23 in the order of microamperes when the relative humidity at the humidity measuring position was changed at 25 ° C. Is shown in FIG.
以上のようにして測定された結果に基づき、湿度センサ
1に流れる電流、もしくはその電流に対応した電圧を検
出することにより、被測定場所における相対湿度を検出
することができる。The relative humidity at the measurement location can be detected by detecting the current flowing through the humidity sensor 1 or the voltage corresponding to the current on the basis of the result of the measurement as described above.
上記のような湿度検出特性を有する湿度センサ1は誘電
体の特性を有し、水蒸気の無い雰囲気中では、湿度セン
サ1自体が持つ静電容量、抵抗によるインピーダンスに
よって湿度センサ1を流れる電流値が決まる。一方、雰
囲気中の水蒸気量が増していくと、前記金電極3,4表
面、センサ本体2表面、または細孔2Aからセンサ本体
2内部に水分子が吸着し、水分子層を形成するようにな
る。そして金電極3,4表面の水分子層は空間電荷層を
形成するとともに、センサ本体2表面及び内部の水分子
層はセンサ本体2の内部抵抗を減少させるため、湿度セ
ンサ1全体のインピーダンスを減少させることから、こ
のインピーダンス変化を利用することにより湿度を検出
することができる。The humidity sensor 1 having the humidity detection characteristics as described above has the characteristics of a dielectric, and in an atmosphere without water vapor, the current value flowing through the humidity sensor 1 is changed by the impedance of the humidity sensor 1 itself and the impedance of the resistance. Decided. On the other hand, as the amount of water vapor in the atmosphere increases, water molecules are adsorbed inside the sensor body 2 through the surfaces of the gold electrodes 3 and 4, the sensor body 2 or the pores 2A, forming a water molecule layer. Become. The water molecule layer on the surface of the gold electrodes 3 and 4 forms a space charge layer, and the water molecule layer on the surface and inside of the sensor body 2 reduces the internal resistance of the sensor body 2, thus reducing the impedance of the humidity sensor 1 as a whole. Therefore, the humidity can be detected by utilizing this impedance change.
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、センサ本体として、フッ
化ランタン(LaF3)の粒子を細砕し所要の圧力を加
えて成形したのち、所要温度で焼結することにより得ら
れた多孔質の焼結体を用いたため、前記従来のフッ化ラ
ンタンの薄膜及び単結晶スライスを製造するプロセスに
比較して工程が簡単であり、高精度の製造装置を必要と
しないことから湿度センサの製作コストを安くすること
ができるという効果がある。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a sensor body is obtained by crushing particles of lanthanum fluoride (LaF3), applying a required pressure to the particles, and then sintering the particles at a required temperature. Since a porous sintered body was used, compared to the conventional process for producing a thin film and a single crystal slice of lanthanum fluoride, the steps are simple, and a high-precision production apparatus is not required, so that the humidity is low. There is an effect that the manufacturing cost of the sensor can be reduced.
また、センサ本体及び面状電極部は、多孔質のためにそ
の表面積が大きいことから水分子吸着能力が高くなり、
その水分子吸着量に対応した空間電荷層の静電容量変化
に基づいて湿度を検出することから、湿度検出感度を高
くすることができるという効果がある。In addition, since the sensor body and the planar electrode portion have a large surface area due to their porous nature, the water molecule adsorption capacity is high,
Since the humidity is detected based on the change in the electrostatic capacity of the space charge layer corresponding to the amount of adsorbed water molecules, there is an effect that the humidity detection sensitivity can be increased.
図面は実施例に係り、第1図は湿度センサ1の側面図、
第2図は第1図の部分詳細図、第3図はセンサ本体の製
作工程図、第4図は第1の実験回路図、第5図は第1の
実験結果を示したデータ図、第6図は第2の実験回路
図、第7図は第2の実験結果を示したデータ図である。 1:湿度センサ 2:センサ本体 2A:細孔 3,4:金電極 5,6:白金線 7,8:銀ペースト1 is a side view of a humidity sensor 1, FIG.
FIG. 2 is a partial detailed view of FIG. 1, FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the sensor body, FIG. 4 is a first experimental circuit diagram, and FIG. 5 is a data diagram showing the first experimental result. FIG. 6 is a second experimental circuit diagram, and FIG. 7 is a data diagram showing the second experimental result. 1: Humidity sensor 2: Sensor body 2A: Pore 3,4: Gold electrode 5,6: Platinum wire 7,8: Silver paste
Claims (1)
し、所要の圧力を加えて成形したのち、所要温度で焼結
することにより得られた多孔質の焼結体を平板状に整形
したセンサ本体と、 前記センサ本体の両面それぞれに蒸着された面状電極
と、 前記それぞれの面状電極に接続されたリード部材とを備
えたことを特徴とする湿度センサ。1. A porous sintered body obtained by crushing particles of lanthanum fluoride (LaF3), applying a required pressure to the particles, and then sintering the particles at a required temperature to form a flat plate. A humidity sensor, comprising: the sensor main body; planar electrodes deposited on both surfaces of the sensor main body; and lead members connected to the respective planar electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2210105A JPH0640083B2 (en) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | Humidity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2210105A JPH0640083B2 (en) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | Humidity sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0495764A JPH0495764A (en) | 1992-03-27 |
| JPH0640083B2 true JPH0640083B2 (en) | 1994-05-25 |
Family
ID=16583898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2210105A Expired - Lifetime JPH0640083B2 (en) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | Humidity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640083B2 (en) |
-
1990
- 1990-08-07 JP JP2210105A patent/JPH0640083B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0495764A (en) | 1992-03-27 |
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