DE3231422C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Taufühler gemäß dem Ober­ begriff von Patentanspruch 1.

Taufühler sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, von denen einige z. B. in DE 24 50 600 A1 beschrieben sind. Ins­ besondere werden Messungen von Leitfähigkeit oder Dielektri­ zitätskonstante ausgeführt. Es ist aber auch bekannt, den sich mit zunehmender Feuchtigkeit erniedrigenden Widerstand eines Ionenleiters zu messen. Eine Anordnung, die diesen Effekt aus­ nutzt, ist aus US-42 63 576 bekannt. Es handelt sich um eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Sie weist Abgreifelektroden auf, die als paralleles Elektroden­ paar oder als Kammelektrodenpaar ausgebildet sind. In jedem Fall sind die Abgreifelektroden ganz mit dem feuchteempfind­ lichen Element bedeckt. Die Empfindlichkeit und das Ansprech­ verhalten dieser bekannten Anordnung schien verbesserungswür­ dig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Taufühler mit feuchteempfindlichen Element anzugeben, der hohe Empfindlich­ keit und schnelles Ansprechverhalten aufweist.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, mehrere feuchte­ empfindliche Elemente zu verwenden und so anzuordnen, daß die Abgreifelektroden in dem Bereich der feuchteempfindlichen Elemente zumindest teilweise freiliegen.

Die partielle Freilegung der Abgreifelektroden wird durch die erfindungsgemäße Unterteilung in eine Anzahl diskreter feuch­ teempfindlicher Elemente erreicht. Durch diese Anordnung wird die Ionenübertragung gefördert und insbesondere eine gegenüber herkömmlichen Taufühlern erhöhte Meßempfindlichkeit erreicht.

In bezug auf die Lageanordnung können entweder die feuchte­ empfindlichen Elemente auf den Abgreifelektroden oder umgekehrt angebracht sein.

Die feuchteempfindlichen Elemente können auch außerhalb der durch sie verbundenen Abgreifelektroden endseitig alle mit­ einander verbunden sein.

Die Widerstandswerte der feuchteempfindlichen Elemente werden mit zunehmender Feuchte kleiner.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungs­ form näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1, 2, 3 und 4 Draufsichten auf vier unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Der ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bildende und in Fig. 1 dargestellte Taufühler trägt auf einem aus einem Iso­ liermaterial wie Aluminiumoxid, Zirkon(di)oxid o. dgl. herge­ stellten isolierenden Substrat 1 ein Paar z. B. aus Gold her­ gestellter Abgreifelektroden 2 und 3, die durch eine Anzahl von auf ihnen in Abständen zueinander verteilter streifenför­ miger feuchteempfindlicher Elemente 4 verbunden sind. An dafür vorgesehenen Endabschnitten der Abgreifelektroden 2 und 3 sind Anschlußdrähte 5 und 6 festgelötet.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Er­ findung ist dem in Fig. 1 dargestellten weitgehend ähnlich, so daß hier nur auf den wesentlichen Unterschied in Form der in Fig. 2 kammförmig ausgebildeten und unter Einhaltung von Ab­ ständen miteinander verschachtelten Abgreifelektroden 2 und 3 hinzuweisen ist.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein zusammenhängendes feuchteempfindliches Element durch Einarbeitung von mehreren in Abständen verteil­ ten parallelen Schlitzen 7 in eine Anzahl von in Abständen verteilten parallelen sowie den Ausführungen von Fig. 1 und 2 entsprechenden feuchtempfindlichen Elementen 4 unterteilt, die jedoch (im Gegensatz zu Fig. 1 und 2) endseitig alle mitein­ ander verbunden sind. Die übrigen Einzelheiten entsprechen denen in Fig. 1 und werden daher nicht noch einmal beschrieben.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist lediglich die Lagenfolge der Abgreifelektro­ den 2, 3 und der streifenförmigen feuchteempfindlichen Elemen­ te 4 auf dem isolierenden Substrat 1 umgekehrt worden, d. h. die Elemente 4 sind direkt auf dem Substrat 1, und über den Elemen­ ten 4 sind die Elektroden 2 und 3 angeordnet. Diese Bauweise kann auch bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten erfindungsge­ mäßen Taufühlern angewandt werden.

Die Abgreifelektroden können, abweichend von der in den Aus­ führungsbeispielen gewählten Form, ganz verschieden ausgeführt werden, beispielsweise schraubenförmig. Wesentlich ist dabei nur, daß über sie auftretende Widerstandsänderungen in den feuchte­ empfindlichen Elementen 4 einwandfrei ermittelt werden können.

Es wurde für Meßzwecke ein erfindungsgemäßer Taufühler nach folgendem Rezept hergestellt:
Aus einer Mischung aus 0,9 g Epoxyharz, 4,7 g MnO₂ und 3,8 g TiO₂ unter Zusatz einer alkoholischen Zirkonium-Oxychlorid-Lösung wurde eine Masse für das feuchteempfindliche Element herge­ stellt.

Dann wurde ein Substrat aus Aluminiumoxid mit sich in einem Abstand von 0,5 mm und auf einer gegenseitigen Länge von 66 mm gegenüberliegenden Abgreifelektroden aus Gold belegt. Die Abgreifelektroden wurden anschließend mit der zuvor angegebe­ nen Masse belegt, und zwar bei vier Versuchsstücken mit je­ weils unterschiedlichen Beschichtungsmustern, jedoch unter Einhaltung einer konstanten Beschichtungsfläche des feuchte­ empfindlichen Elements von 55 mm². Bei dem Versuchsstück 1 wurden die Abgreifelektroden vollständig (Stand der Technik), bei dem Versuchsstück 2 unter Freilassung von 10%, bei dem Versuchsstück 3 unter Freilassung von 33% und bei dem Ver­ suchsstück 4 unter Freilassung von 50% der Oberseite der Elek­ troden mit der Masse bedeckt. Sämtliche vier Versuchsstücke wurden dann auf eine Temperatur von 150°C erhitzt.

Zur Prüfung der Ansprechzeit und eines Widerstandswertes wur­ den sämtliche Versuchsstücke, deren Anfangs-Widerstandswert 10⁴ MΩ groß war, bei einer Temperatur von 25°C bei einer relativen Luftfeuchte von 40% einer Taueinwirkung ausgesetzt. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle enthalten:

Der Tabelle kann entnommen werden, daß die erfindungsgemäß ausgebildeten Versuchsstücke 2, 3 und 4 eine kürzere Ansprech­ zeit und eine größere Widerstandsänderung in Relation zum Anfangswert aufweisen als der herkömmliche Taufühler (Versuchs­ stück 1). Dieses günstige Ergebnis dürfte darauf zurückzufüh­ ren sein, daß erstens durch die erfindungsgemäß gebildete Vielzahl von Grenzabschnitten zwischen den feuchteempfind­ lichen Elementen und dem Aluminiumoxid-Substrat die Ionen­ übertragung gefördert und zweitens die mit Tau oder Wasser benetzten feuchteempfindlichen Elemente selbst im gelösten Zustand des Taus oder Wassers durch Gasbildung schneller davon befreit werden, wodurch wiederum die Ionenübertragung geför­ dert und die Meßempfindlichkeit des Fühlers erhöht wird. Bei den erfindungsgemäßen Taufühler-Ausführungen wirken sich fer­ ner die zwischen den einzelnen feuchteempfindlichen Elementen gebildeten Zwischenräume (Schlitze 7) günstig aus, weil das Wasser aus dem Bereich der Zwischenräume die feuchteempfind­ lichen Elemente besonders leicht und auch in dem Fall, daß deren Oberflächen kontaminiert sind, erreichen kann.

Claims (7)

1. Taufühler mit einem feuchteempfindlichen Element und einem Paar von Abgreifelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem isolierenden Substrat (1)

• - das Abgreifelektroden-Paar (2, 3) in einer sich gegen­ überliegenden Anordnung und
• - eine Anzahl feuchteempfindlicher Elemente (4) in einer die sich gegenüberliegenden Abgreifelektroden verbin­ denden Anordnung

befestigt sind.

2. Taufühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchteempfindlichen Ele­ mente (4) auf den Abgreifelektroden (2, 3) angeordnet sind.

3. Taufühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgreifelektroden (2, 3) auf den feuchteempfindlichen Elementen (4) angebracht sind.

4. Taufühler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der feuchteempfindlichen Elemente (4) eine mit zunehmender Feuchte abfallende Wider­ standswert-Kennlinie hat.

5. Taufühler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche feuchteempfindlichen Elemente (4) außerhalb der sich gegenüberliegenden Abgreif­ elektroden (2, 3) an ihren beiden Enden miteinander verbun­ den sind (z. B. Fig. 3).

6. Taufühler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchteempfindlichen Ele­ mente (4) voneinander getrennt angebracht sind.