濕度傳感器及其傳感器元件的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種濕度傳感器元件，所述濕度傳感器元件包括電介質(zhì)基底、設(shè)置在所述電介質(zhì)基底上的無孔導電電極、具有4至10納米范圍內(nèi)的厚度并且水蒸氣可滲透的可滲透導電電極，和夾在所述無孔導電電極和所述可滲透導電電極之間的檢測層。所述可滲透導電電極平行于所述無孔電極。兩個導電電極均具有與其附接的相應導電引線。所述檢測層包含具有單體單元的共聚物，所述單體單元包括其中M表示H或堿金屬。還公開了一種濕度傳感器，所述濕度傳感器包括濕度傳感器元件。
【專利說明】濕度傳感器及其傳感器元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開廣義地涉及電容式傳感器元件和濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度傳感器廣泛地用于工業(yè)過程的監(jiān)測和控制、環(huán)境應用、電子和生物【技術(shù)領(lǐng)域】、農(nóng)業(yè)、圖書館和家庭應用中。在過去的幾年中，對具有高精度、良好可重復性和長期穩(wěn)定性的低成本濕度傳感器的需求不斷增加。遺憾的是，良好的濕度傳感器非常昂貴，并且大多數(shù)廉價濕度傳感器在高于70%或低于20%的相對濕度下表現(xiàn)不佳。
[0003]已通過在兩個平行電極之間夾入濕敏材料構(gòu)造電容式濕度傳感器。由于其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性以及對濕度變化極其快速和準確的響應能力，磺化含氟聚合物已用作濕敏材料。
[0004]在濕度傳感器的構(gòu)造中最廣泛使用的磺化含氟聚合物之一包括CF2=CFoCF2CF (CF3) OCF2CF2SO3H和四氟乙烯的共聚物。該類型的聚合物可以商品名NAFION得自特拉華州威爾明頓的杜邦公司(E.1.du Pont de Nemours and Company ofWilmington, Delaware)。例如，美國專利4，662，220 (Laue)報道了將已知的吸水性聚合物用作電容器的方法和設(shè)備，該電容器在DC電壓下操作來測量相對濕度。當成形為多孔導電電極之間的層并在RC振蕩器電路中操作時，振蕩器頻率隨著待測量水分的分壓逆向變化。在一個優(yōu)選的實施例中，電容器由NAFION聚合物形成。
[0005]美國專利5，036, 704 (Pusatcioglu等人)報道了一種利用磺化碳氟化合物膜的水分傳感器，該磺化碳氟化合物膜具有小于約一微米的厚度并能夠提供準確的濕度測量結(jié)果和極其快速的濕度變化響應。公開了與傳感器一起使用的電系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例，并且膜的磺化四氟乙烯全氟醚共聚物形式是尤其優(yōu)選的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方面，本公開提供了一種濕度傳感器元件，其包括:
[0007]電介質(zhì)基底；
[0008]無孔導電電極，其具有與其電聯(lián)接的第一導電構(gòu)件，其中無孔導電電極設(shè)置在電介質(zhì)基底上；
[0009]可滲透導電電極，其具有與其電聯(lián)接的第二導電構(gòu)件，其中可滲透導電電極具有4至10納米范圍內(nèi)的厚度，并且其中可滲透導電電極為水蒸氣可滲透的；
[0010]檢測層，其夾在無孔導電電極和可滲透導電電極之間，其中檢測層包含具有單體單元的共聚物，所述單體單元包括
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種濕度傳感器元件，包括: 電介質(zhì)基底； 無孔導電電極，所述無孔導電電極具有與其電聯(lián)接的第一導電構(gòu)件，其中所述無孔導電電極設(shè)置在所述電介質(zhì)基底上； 可滲透導電電極，所述可滲透導電電極具有與其電聯(lián)接的第二導電構(gòu)件，其中所述可滲透導電電極具有4至10納米范圍內(nèi)的厚度，其中所述可滲透導電電極平行于所述無孔導電電極，并且其中所述可滲透導電電極為水蒸氣可滲透的； 檢測層，所述檢測層夾在所述無孔導電電極和所述可滲透導電電極之間，其中所述檢測層包含具有單體單元的共聚物，所述單體單元包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器元件，其中所述電介質(zhì)基底是無孔的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濕度傳感器元件，其中所述電介質(zhì)基底包括玻璃板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的濕度傳感器元件，其中所述可滲透導電電極包含金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的濕度傳感器元件，其中所述無孔導電電極包含金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的濕度傳感器元件，其中所述共聚物為無規(guī)共聚物，所述無規(guī)共聚物具有由以下化學計量式表示的鏈段

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的濕度傳感器元件，其中所述共聚物具有500至1000克/磺酸鹽當量范圍內(nèi)的磺酸鹽當量重量。
8.—種濕度傳感器,包括: 傳感器室，所述傳感器室具有入口開口 ； 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的并且具有電容的濕度傳感器元件，其中所述濕度傳感器元件設(shè)置在與所述入口開口流體連通的傳感器室內(nèi)；和 操作電路，所述操作電路與所述濕度傳感器元件的第一和第二導電引線電連通，從而如果所述濕度傳感器元件連接至電力源，則所述操作電路測量所述傳感器元件的電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器裝置，其中所述傳感器室還包括與所述入口開口流體連通的出口開口。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的傳感器裝置，還包括以通信方式與所述操作電路聯(lián)接的 顯示裝置。
【文檔編號】G01N27/22GK103547915SQ201280024812
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月8日
【發(fā)明者】S·H·吉爾斯卡, M·C·帕拉佐托, K·A·萊溫斯基 申請人:3M創(chuàng)新有限公司