[發明專利]濕度傳感器

有效

• 申請號: 200680054487.5
• 申請日: 2006-11-27
• 公開（公告）號: CN101438149A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 鈴木一博
• 申請（專利權）人: 德普臘斯工程股份有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N27/12
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 陳海濤;樊衛民

技術領域

本發明涉及一種高精度的濕度傳感器，更具體地，本發明涉及由 于弄清了濕敏機理而在高溫和高濕范圍內基本上具有穩定性的傳感 器。

背景技術

為了使得植物和產品的裝運在維持植物生長環境和在管理工廠的 生產線中具有高質量，對均勻的濕度控制提出了更高的要求。濕度傳 感器按照測量原理分為六種。即，存在如下方法：檢測水的汽化熱、 檢測水的露點、計算水蒸氣帶來的光學吸收、檢測濕敏材料的膨脹和 提取物、檢測濕敏材料的電阻變化以及檢測濕敏材料的電容變化?？? 慮到微型化傳感器元件部分和傳感器輸出信號的算術處理，在這六種 檢測方法中檢測濕敏材料的電阻或電容變化這兩種方法。

例如，在專利文獻1中公開了一種濕敏元件，所述濕敏元件具有 基本上由聚醚砜和聚砜作為濕敏材料組成的濕敏膜。在吸收水量方面， 這種材料低于乙酸丁酸纖維素等，且這種材料的濕敏特性在吸濕過程 和水分解吸過程之間的差別很小。

此外，在專利文獻2中，提出了一種靜電電容類型的濕敏元件， 其中聚苯砜和電極被疊放。根據專利文獻2，可利用聚苯砜提供一種遲 滯較小的濕敏材料。

專利文獻1：日本特公平6-92953(已審查)的專利公報

專利文獻2：美國專利6938482號的說明書。

發明內容

本發明要解決的問題

然而，專利文獻1用于濕敏材料的聚醚砜與聚砜和專利文獻2用 于濕敏材料的聚苯砜(下文中稱之為PPS)，玻璃化轉變溫度最高為 220℃。即，兩種材料的玻璃化轉變溫度都較低，而且，其基本特性如 溫度依賴性和高溫時的長期穩定性也不適合作為濕敏材料。

另外，正相反，在燃料電池和汽車引擎領域，在高溫下對濕度測 量的要求提高了。在那些領域的環境中，玻璃化轉變溫度需要超過 220℃。因此，需要一種新型的濕度傳感器，其能在更高溫度下仍能進 行濕度測量，包括衰變耐久性的穩定性。

于是，本發明的申請人主要探究更高溫度下濕敏材料和其玻璃化 轉變溫度之間關系的根本原因。結果，發現了一種最佳材料，所述材 料在更高溫度范圍內能提供如溫度依存性和長期穩定性的基本特性。

因此，本發明的目的是提供一種濕度傳感器，所述濕度傳感器由 于在更高溫度范圍內具有基本特性如溫度依存性、長期穩定性等的濕 敏材料而被最優化。

解決問題的方法

根據申請人的悉心研究，首先優選使用濕敏材料用于感應相對濕 度，其中吸濕量僅取決于相對濕度，這是因為，如果吸濕量取決于其 它因素如溫度等，則不可能準確地測量濕度，而需要校正。

為了使吸濕量僅取決于相對濕度，則首先需要濕敏材料聚合物中 親水基團與水分子間的結合能等于水分子之間的結合能。

在聚合物中，在穩定狀態親水基團和水分子間的結合能幾乎等于 水分子間的結合能的是磺酰基和羰基。兩種基團中氧原子的不飽和電 子對能夠在氫鍵中具有與水分子間的結合能幾乎相等的能量。

其次，為了防止水分子冷凝，必須用疏水基團將親水基團隔開。 不含側鏈并的確能間隔在親水基團之間的疏水基團是多元環，其中典 型的一種是具有大體積結構的苯基。特別地，優選五元環至八元環。 特別是在容易獲得多元環氟化物的情況下，尤其優選其五元環至八元 環。

在含有側鏈的聚合物中，介電常數主要取決于溫度，即使溫度低 于玻璃化轉變溫度。正好相反，在不含側鏈的聚合物中，在高達玻璃 化轉變溫度時介電常數幾乎為常數，這是有利的。

此外，吸收的水分子的介電常數不依賴于溫度，因為親水基團被 疏水基團間隔開，然后阻止了在旋轉運動中結合的水分子的冷凝。

根據上述觀點，申請人已經發明了下列方法以實現本發明的目的。

根據本發明的第一方面，本發明的濕度傳感器具有用聚合物形成 的濕敏膜，在所述聚合物中親水基團通過至少一個疏水基團與另外一 個親水基團結合在一起，所述疏水基團由多元環組成。所述親水基團 可以為磺?；螋驶４送?，傳感器具有用聚合物形成的濕敏膜，所 述聚合物的玻璃化轉變溫度在240℃～500℃的范圍內。

所述聚合物的特征在于其包含至少一種如下式所示的單元結構。

[化學式1]

(1)

[化學式2]

(2)

[化學式3]