湿度传感器和传感器元件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种湿度传感器元件，所述湿度传感器元件包括电介质基底、设置在所述电介质基底上的无孔导电电极、具有在4至10纳米范围内的厚度且水蒸气可渗透的可渗透导电电极、以及设置在所述无孔导电电极和所述可渗透导电电极之间的检测层。两个导电电极具有与其附接的相应导电引线。所述检测层包含磺化共聚物，所述磺化共聚物包含包括(I)和(II)的单体单元其中x和y独立地为在2至6范围内的整数，并且其中每个M独立地表示H或碱金属。本发明还公开了一种包括所述湿度传感器元件的湿度传感器。
【专利说明】湿度传感器和传感器元件
【技术领域】
[0001] 本公开广义地涉及电容式传感器元件和湿度传感器。
【背景技术】
[0002] 湿度传感器广泛地用于工业过程的监测和控制、环境应用、电子和生物【技术领域】、 农业、图书馆和家庭应用中。在过去的几年中，对具有高精度、良好可重复性和长期稳定性 的低成本湿度传感器的需求日益增加。遗憾的是，良好的湿度传感器非常昂贵，并且大多数 廉价湿度传感器在高于70 %或低于20 %的相对湿度下表现不佳。
[0003] 已通过在两个平行电极之间夹入湿敏材料来构造电容式湿度传感器。由于其优异 的热稳定性和机械稳定性以及对湿度变化极其快速和准确的响应能力，已将磺化含氟聚合 物用作湿敏材料。
[0004] 在湿度传感器的构造中最广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。这种类型的聚合物可以商品 名NAFION得自特拉华州威尔明顿的杜邦公司（E.I.duPontdeNemoursand Company(Wilmington,Delaware))。例如，美国专利No. 4, 662, 220 (Laue)报道了将已知的 吸水性聚合物用作电容器的方法和设备，该电容器在DC电压下操作，以测量相对湿度。当 形成为多孔导电电极之间的层并在RC振荡器电路中操作时，振荡器频率随着待测水分的 分压成反比变化。在一个优选的实施例中，电容器由NAFION聚合物形成。
[0005] 美国专利No. 5, 036, 704(Pusatcioglu等人）报道了一种利用磺化碳氟化合物膜 的水分传感器，该磺化碳氟化合物膜具有小于约一微米的厚度并能够提供准确的湿度测量 结果和极其快速的湿度变化响应。本发明公开了与传感器一起使用的电系统的一个优选实 施例，并且膜的磺化四氟乙烯全氟醚共聚物形式是尤其优选的。
【发明内容】
[0006] 在一个方面，本公开提供了一种湿度传感器元件，其包括：
[0007] 电介质基底；
[0008] 无孔导电电极，该无孔导电电极具有与其电联接的第一导电构件，其中该无孔导 电电极设置在电介质基底上；
[0009] 可渗透导电电极，该可渗透导电电极具有与其电联接的第二导电构件，其中该可 渗透导电电极具有在4至10纳米范围内的厚度，并且其中该可渗透导电电极为水蒸气可渗 透的；
[0010] 检测层，该检测层设置在（例如，夹在）无孔导电电极和可渗透导电电极之间，其 中该检测层包含磺化共聚物，所述磺化共聚物包含包括下列的单体单元 [0011]
【权利要求】
1. 一种湿度传感器元件，包括： 电介质基底； 无孔导电电极，所述无孔导电电极具有与其电联接的第一导电构件，其中所述无孔导 电电极设置在所述电介质基底上； 可渗透导电电极，所述可渗透导电电极具有与其电联接的第二导电构件，其中所述可 渗透导电电极具有在4至10纳米范围内的厚度，并且其中所述可渗透导电电极为水蒸气可 渗透的； 检测层，所述检测层设置在所述无孔导电电极和所述可渗透导电电极之间，其中所述 检测层包含磺化共聚物，所述磺化共聚物包含包括下列的单体单元
其中x和y独立地为在2至6范围内的整数，并且其中每个M独立地表示H或碱金属。
2. 根据权利要求1所述的湿度传感器元件，其中所述电介质基底是无孔的。
3. 根据权利要求1或2所述的湿度传感器元件，其中所述电介质基底包括玻璃板。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的湿度传感器元件，其中所述可渗透导电电极包 含金。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的湿度传感器元件，其中所述无孔导电电极包含 金。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的湿度传感器元件，其中所述磺化共聚物为无规 共聚物，所述无规共聚物包含由以下化学计量式表示的链段
其中m和n为正整数，并且每个M独立地为H或碱金属。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的湿度传感器元件，其中所述磺化共聚物具有在 660至2000克/磺酸盐当量的范围内的磺酸盐当量重量。
8. -种湿度传感器，包括： 具有进口开口的传感器腔室； 根据权利要求1至7中任一项所述的并具有电容的湿度传感器元件，其中所述湿度传 感器元件设置在与所述进口开口流体连通的传感器腔室内；以及 工作电路，所述工作电路与所述湿度传感器元件的第一导电引线和第二导电引线电连 通，从而如果所述湿度传感器元件连接至电功率源，则所述工作电路测量所述传感器元件 的电容。
9. 根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述传感器腔室还包括与所述进口开口流 体连通的出口开口。
10. 根据权利要求8或9所述的传感器装置，还包括以通信方式与所述工作电路联接的 显示装置。
【文档编号】G05D22/02GK104487831SQ201380027971
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2012年5月29日
【发明者】S·H·格里斯卡, K·A·莱温斯基, M·C·帕拉佐托 申请人:3M创新有限公司