DE1573217A1

DE1573217A1 - Feuchtigkeitsfuehlelement

Info

Publication number: DE1573217A1
Application number: DE19661573217
Authority: DE
Inventors: Sullivan Harris Martin; Misevich Kenneth Walter
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: Johnson Service Co
Priority date: 1965-05-20
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1970-08-13
Also published as: GB1081238A; US3350941A

Description

Feuchtigkeitsfühlelement.
Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Feuchtigkeitsfühlelement zur Verwendung bei Anlagen zur Steuerung und/oder Anzeige von Feuchtigkeit.
Feuchtigkeitsfühlelemente mit elektrischer Kapazität sind gegenüber Änderungen des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft empfindlich und sprechen in Form einer Kapazitätsä@de@ung auf Feuchtigkeitsänderungen an. Bisher sind Feuchtigkeitsfühlelemente dieser Art keine reinen kapazitiven Elemente sondern weisen widerstandsbehaftete Komponenten mit elektrisener Impedanz auf, die zu einem Verlusteffekt (dissipative effect) führen, der zur Erzeugung von Wärme und zu unriehtigen Ablesungen bzw. Anzeigen rührt.
Die Erfindung ist auf ein annähernd reines kapazitives Feuchtigkeitsfühlelement gerichtet, das zur Verwendung in einer Anlage zu, Steuerung von Umgebungsbedingungen geeignet ic und eine schnelle genaue Anzeige des relativen Feuchtigkeitsgehaltes der Lußt Uber außerordentlich große Bereiche von Feuchtigkeit, Temperatur, Druck und anderen veränderlichen Größen der Umgebung schafft. Das Feuchtigkeitsfühlelement weist einen gegenüber Feuchtigkeit unempfindlichen, nicht metallischen Kern mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand und niedriger Dielektrizitätskonstante auf. Dünne Lagen oder Uberzüge eines dielektrischen hochfeuchtigkeitsempfindlichen Materials sind auf gegenüberliegenden Flächen des Kerns angeordnet und können Wasser adsorbieren und ein Gleichgewicht in einer. Zeltraum von weniger als 2 minuten erreichen.
Eine poröse Lage eines elektrischen leitenden Materials, beispielsweise Kohlenruß od. dgl., wird auf die Außenfläche jeder de. feuchtigkeitsempfindlichen Lagen aufgebracht und die poröse Natur des elektrischen leitenden Materials ermöglicht ein Eindrigen von Wasserdampf durch die Lage nindurch mit einer größeren Geschwindigkeit als das Hineindiffundieren in das feuchtigkeitsempfindliche Material.
Zweckentsprechende elektrische Leiter verbinden die elektrisch leitenden Lagen mit einem Stromkreis mit einer Wechselstrombrücke bzw. Last zeigt oder Ladezeitkomponenten, welche die Kapazität messen und sie in ein elektrisches Signal umwandeln, das an einem Meßgerät abgelesen oder zur Betätigung einer Feuchtigkeitssteueranlage verwendet werden kann.
Die Funktion der feuchtigkeitsempfindlichen Außenlagen besteht darin, die Empfindlichkeit des Elementes zu erhöhen, insbesondere bei niedrigen Feuchtigkeiten. Die Kapazität steht zufolge des Wertes der Dielektrizitätskonstante der feuchtigkeitsempfindlichen Lagen in einer Beziehung zu dem Wasserdampfpartialdruck. Da Wasser eine höhere Dielektrizitätskonstante als die meisten als feuchtigkeitsempfindliche Lagen verwendeten Dielektrika aufweist, nimmt die wirksame Dielektrizitätskonstante des Elementes mit dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft zu.
Demgemäß nimmt die Kapazität in Beziehung auf die Zunahme des relativen Feuchtigkeitsgehaltes der Lu.'t ebenfalls zu.
Bei hohen Feuchtigkeitswerten kann der Kern weiterhin das Bestreben habeii, Feuchtigkeit zu absorbieren, wodurch die Dielektrizitätskonstante des Kernmaterials in gewissem Ausmaß geändert wird, war zur Erhöhung des Gesarntkapazitätseffektes beiträgt.
Das Feuchtigkeitsfühlelement gemäß der Erfindung ist ein annähernd reines kapazitives Element, durch welches der Verlusteffelct beträchtlich verringert wird, der bei bekannten liapazit iven Feuchtigkeitsfühlelementen vorhanden ist. Das Element gibt eine schnelle und genaue Feuchtigkeits anzeige im Bereich von 5 bis 95 % relativer Feuchtigkeit, und es wird durch übergroße Feuchtigkeit nicht beschädißt oder zerstört.
Zwecke und Vorteile der Erfindung gelen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in wel@@er die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert ist.
Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Feuchtigkeitsfühlelementes gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach Linie 2-2 der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht der dielektrischen Lagen und der Befestigung derRahmen an den Lagen.
Fig. 4 ist ein elelctrisches Stromkreisdiagramm, in welchem eine typische Art dargestellt ist, auf welche das Element in eine Feuchtigkeitsanzeigeanlage geschaltet werden kann.
In den Figuren 1 bis ist ein Feuchtigkeitsfühlelement 1 dargestellt, das einen flachen bzw. ebenen scheibenartigen Kern 2 und Lagen 3 aus einem feuchtigkeitsempfindlicnen dielektrischen Material aufweist, die auf gegenüberliegenden Flächen des Kernes 2 zum Bilden einer einstückigen Ausführung angeordnet sind. Der Außenumfang des Kernes 2 und der Lagen 5 ist zwischen zwei nicht-leitenden Rahmen r befestigt, und zwar mi tels einer Klebstofflage 5.
Ein poröser Uberzug aus einem elektrisch leitenden Material 6 ist auf der Außenfläche jeder der Lagen 3 angeordnet und befindet sich in elektrische. Kontakt mit einer ar dem R@hmen 4 befindlichen elektrisch leitenden Fläche 7. Die Rahmen 4 sind Us einem elektrisch nicht-leI.tenden Material, beispielsweise aus faserverstärktem Harz, gebildet und der leitende Überzug 7 kann aus irgendeinem elektrisch leitenden Material gebildet sein, beispielsweise aus Silberfarbe od. dgl.. Anschlüsse 8 sind an den leitenden Überzug 7 angelötet oder auf andere WeiseFit ihm verbunden.
Der Kern 2 ist aus einem feuchtigkeitsunempfindlichen, dielektrischen Material mit einem hohen elektrischen Widerstand von mehr als 1 x 109 Ohm je Zoll gebildet. Außerdem hat der Kern 2 eine verhältnismäßig kleine Dielektrizitätskonstante, und zwar kleiner als 10 und allgemein im Bereich von 2 bis 6, sowie einen niedrigen Verlust faktor, und zwar niedriger als 0,5. Es ist weiterhin erwünscht, daß der Kern 2 dimensionsstabil ist derart, daß er bei einer Anderung von 0 bis 100 ffi relativer Feuchtigkeit eine Dimensionszunahme von weniger als 2 ß und vorzugsweise weniger als 1 ß hat.
Organische Polymerisate mit einer minimalen Anzahl von polaren Gruppen, beispielsweise Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino-und Iminogruppen können als Kernmaterial verwendet werden.
Besondere organische Polymerisate, die als Kernmaterial verwendet werden können, sind Celluloseester, in denen die Veresterungssäuren bis zu 8 Kohlenstoffatome und vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele solcher Ester sind Cellulosetriacetat, Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatpropionat, Celluloseacetatvalerat, Cellulosebutyrat, Cellulosesuccinat, Cellulosephthalat u. dgl. Es wird vorgezogen, daß die Cellulose im wesentlichen zu 100 ß verestert ist, so daß eine minimale Anzahl von Hydroxylgruppen in dem Mole1cUl verbleiben. Demgemäß wird Cellulosetriacetat gegenüber Cellulosemonoacetat oder Cellulosediacetat vorgezogen.
Andere organische Filme oder Folien, die als Kernmaterial verwendet erden können, sind Polyearbonatfolien, Mischpolymerisate aus Vinylencarbonat und Vinylacetat mit etwa 30 Mol je ffi Vinylencarbonat, lineare Acetalpolymerisatfolien, aus nicht-verzweigtem Polyoxymethylen mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 1000 oder meht, beispielsweise"Delrint' (E.I. Du Pont de Nemours & Co.), orientierte Polyesterfolien wie "Mylar" (E.I. Lu Pont de Nemours & Co.) und"Kodar" (Eastman Kodak Company), orientierte Polyolefinfolien, beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen, u. dgl.
Die Außenflächenlagen 3 sind aus einem dielektrischen Material gebildet, das eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit hat. Das Material der Lage 3, die eine Dicke von etwa 0,0254 mm (0,001") oder weniger hat, soll-te wenigstens 5 %, bezogen auf das Trockengewicht, Feuchtigkeit adsorbieren können, enn es während einer 1/2 Stunde einer relativen Feuchtigkeit von 95 % bei einer Temperatur von 210 C (700 F) ausgesetzt ist. Das Trockengewicht soll bei einem relativen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5 % und bei einer Temperatur von 210 C (700 F) gemessen sein.
Die Feuchtigkeitsempfindlichkeit der Lagen 5 ist größer als die des Kernes 2 und das Material der Lagen 5 kann eine merkbar größere Feuchtigkeitsmenge als der Kern 2 unter den gleichen Bedingungen adsorbieren.
Das trockene Material der Lagen 3 sollte eine ielektrizitätskonstante von kleiner als 10 und allgemein in dem Bereich von 2 bis 8 bei einer relativen Feuchtigkeit von weniger als 5 % haben. Weiterhin sollte das Material bei einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Dielelctrizitätskonstante haben, die wenigstens doppelt so groß wie die des trockenen Materials ist. Da die gesamte wirksame Dielektrizitätskonstante der Kapazität wenigstens teilweise durch die Dicke der feuchtigkeitsempfindlichen Lage bestimmt ist, sind die oben genannten Grnzen anwendbar auf eine Lage mit einer Dicke in dem Bereich von etwa 0,00127 mm (0,00005") bis zu weniger als der hälfte der aidgtlltigcn Gesamtdicke der dielektrischen Kapazität.
Allgemein ausgedrückt sind die Lagen 3 aus einen Material gebildet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es molekulare Kettdn mit lange@ massigen Wiederholungseinheiten aufweist, die Kettensegmente an einer DRehung gehindert sind und daß es polare Gruppen aufweist, beispielsweise Hydroxyl-, Carboxyi -, Imino- oder Aminogruppe@.
Diese @harakteristiken führen zu wiederholbaren Dimensionsänderungen und hohe@ Di ffusionstransp @rtgesohwindigke 1 ten für Wasser. Besondere Beispiele von feuchtigkeitsempfindliche Materialien, die für die Lagen 3 verwendet werden können, sind Cellulose, Hydroxyläthylcellulose, Ca. Carboxylmethylcellulose, Cellulosederivate. wie Celluloseäther, Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyacrylamid, Polyacrylsäure, Keratin, Collagen, Stärke und Stärkederivate, regenerierte Proteine wie Cassein und Zein, synthetisches Material wie Polyvinylpyrrolidon und modifiziertes Polyamid u. dgl.
Die Dicke des Kernes 2 hat eine definitive Beziehung zu der Dicke der Lagen 3. Jede Lage 5 sollte wenigstens 5 % der Gesamtdicke des zusammengesetzten Aufbaus und vorzugsweise zwischen 10 und 40 % der Dicke des zusammengesetzten Aufbaus in Abhängigkeit von der geforderten Empfindlichkeit des Elementes haben.
Der Kern 2 und die Lagen 5 sind auf ihrer Erstreckung miteinander verbunden, und es sind verschiedene Verfahren verwendet worden, um die Bindung zwischen den Teilen zu schaffen. Beispielsweise können die Lagen 5 durch chemische Behandlung der Fläche des Kernes 2 aufgebaut werden. Stattdessen können die Lagen 3 durch Uberziehen des Kernes 2 mit einer Lösungsmittellösung des feuchtigkeitsempfindlichen Materials und darauffolgendes Verdampfen des Lösungsmittels aufgebracht werden. In einem dritten Verfahren können die feuchtigkeitsempfindlichon Lagen 5 durch Verwendung von Hilfsklebemitteln oder durch Aufschmelzen auf den Kern 2 aufgebracht bzw. an diesen gebunden werden.
Es wird vorgezogen, daß die Lagen 5 und der Kern 2 ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, weil Unterschiede in dem Wärmeausdeiinungskoeffizienten des Kernes 2 und der Lagen 5 Beanspruchungen an den Zwischenflächen hervorrufen können. Gewöhnlich ist es erwünscht, den Wärmedehnungskoeffizienten so niedrig wie möglich zu halten, um irgendeine Temperaturwirkung auf die Leistung des Elementes zu vermeiden, und in den meisten Fällen liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient in dem Bereich von 1 x 10-5 bis 10 x 10-5.
Es ist gefunden worden, daß ein Celluloseesterkern 2, dessen Außenfläche zu regenerierter Cellulose hydrolysiert worden ist, ein ausgezeichnetes Feuchtigkeissfühlelement schafft. Der Celluloseesterkern kann dem Einfluß eines alkalischen oder eines sauren Mittels unterworfen werden, um im wesentlichen alle sauren Radikale in der Oberflächenlage zu hydrolysieren, um dadurch einen Film aus regenerierter Cellulose zu erhalten, der eine maximale Feuchtigkeitsempfindlichkeit schafft. Die Hydrolyse kann durch Eintauchen des Celluloseesterkerns in ein alkalisches oder saures Bad und durch Halt->n des Kerns in dem Bad während einer Zeitperiode erhalten werden, die zur Hydrolyse der sauren Gruppen an der Fläche des Kerns ausreichend ist.
Alkalische Materialien, die für die Hydrolyse verwendet werden können, sind wässrige oder alkoholische Lösungen von Alkalimetallbasen, beispielsweise Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder Lithiumhydroxyd. Stattdessen können für die Hydrolyse alkoholische Lösungen von starken organischen Basen, beispielsweise Tetramethylquanidin, Trimethylamin, Benzyltrimethylammoniumhydroxyd, verwendet werden.
Heiße alkalische Lösungen werden bevorzugt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Berührungszeit oder Eintauchzeit mit bzw. in der alkalischen Lösung hängt von den verwendeten Materialien, der Temperatur und der Stärke der Lösung ab. Beispielsweise war eine zweiständige Hydrolyseperiode bei Verwendung einer 5 %igen Natriumhydroxydlösung erforderlich, um einen gemischten Celluloseesterkern zu einem zufriedenstellenden Element zu hydrolysieren. Durch Erhöhen der Stärke der Lösung auf 50 % wurde eine im wesentlichen unittelbare Hydrolyse hervorgerufen. Es wurde gefunden, daß di wirksamsten Reaktionsbedingungen erhalten werden, indem das Kernmaterial in ein-e 40 ziege Natriumhydroxydlösung bei 1100 C (2500 F) während 1 bis 4 Minuten - in Abhängigkeit von der gewünschten Lagendicke-gebracht wird.
Nach der Hydrolyse wird das Element vorzugsweise in Wasser gespült, um den alkalischen Rest zu entfernen und zu verdünnen.
Lösungen von Mineralsäuren, beispielsweise Hydrochlorsäure und Schwefelsäure können ebenfalls zur Hydrolyse des Celluloseesters verwendet werden. Jedoch führt die Verwendung alkalischen Materials zu einer schnelleren Hydrolyse und wird demgemäß bevorzugt.
Die Hydrolysebehandlung kann weiterhin dazu verwendet werden, eine feuchtigkeitsempfindliche Außenlage an dem Kern zu schaffen, der aus einem Mischpolymerisat von Vinylencarbonat und Vinylacetat besteht. Das nicht-hydrolysierte Mischpolymerisat ist ein zäher, dimensionsstabiler Film mit wenig Feuchtigkeitsempfindlichkeit. Durch Hydrolysieren der Außenfläche des Mischpolymerisats mit einem alkalischen Material gemäß vorstehender Beschreibung wird ein Film oder eine Lage 5 erzeugt, die gegenüber relativer Feuchtigkeit empfindlich ist.
Anstelle durch die chemische Behandlung des Kernmaterials können die feuchtigkeitsempfindlichen Außenflächen aus Lösungsmittellösungen erhalten werden. In diesem Fall wird die Lösung des feuchtigkeitsempfindlichen Materials in Form eines dünnen Films auf die Fläche des Kernmaterials aufgebracht. Das zusammengesetzte Material wird dann getrocknet, um das Lösungsmi. tel zu verdampfen. Das Endprodukt hat eine feuchtigkeitsempfindliche Oberfläche, die an den feuchtigkeitsempfindlichen Kern fest gebunden ist.
Die elektrisch leitenden Lagen 6 sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet und sind durcnlässig, um ein Eindrigen von Wasserdampf durch die Lagen hindurch und eine Berührung mit den feuchtigkeltsempfindlichen Lagen 5 i zuzulassen. Die Lage 6 kann in Form fein zerteilter Staubpartikel oder in Form einer porösen aufgesprühten Lage oder dgl. vorhanden sein. Irgendein elektrisch leitendes Material kann als Lage 6 verwendet werden, beispielsweise Kohlenstoff, Zinlc, Aluminium u. dgl.. Es ist gefunden worden, daß Kohlenruß oder andere Kohlenstoffpartikel, die auf die Außenfläche der Lagen 5 aufgeblasen bzw. aufgestaubt worden sind, eine gleichmäßige elektrisch leitende Lage 6 bilden, die gegenüber Wasserdampf durchlässig ist.
Wenn elektrisch leitende Partikel, beispielsweise Kohlenstaub, für die leitende Lage verwendet werden, werden die Partikel auf die Lagen 5 aufgeblasen bzw. aufgestaubt und haften an diesen ohne Hilfsklebemittel. Es ist notwendig, daß eine enge physikalische Berührung zwischen den elektrisch leitenden Partikeln und den Lagen 3 vorhanden ist, jedoch wird vorgezogen, kein Hilfsbindemittel zur Bindung der Partikel an die feuchtigkeitsempfindlichen Lagen 5 zu verwenden, da das Hilfsbindemittel das Bestreben haben kann, die Fläche abzudichten und eine Berührung der Feuchtigkeit mit den Lagen 3 zu verhindern.
Die Außenflächen der Lagen 5 können hinsichtlich ihrer Aufnahmefähigkeit für die elektrisch leitenden Partikel des Überzugs 6 verbessert werden, und zwar durch anfängliches Aufrauhen oder Strahlen der Flächen mit einem abreibenden Schlamm, um eine geriffelte Oberfläche zu schaffen.
Es ist weiterhin gefunden worden, daß das Anhaften der leitenden Partikel an den Lagen 5 durch Aufsprühen eines zerstäubten Lösungsmittels für das Material der Lagen 3 auf die Außenflächen der Lagen verbessert werden kann, auf welche die leitenden Partikel 6 zuvor aufgebracht worden sind. Das Lösungsmittel hat das Bestreben, einen dünnen Film der Lagen 5 zu lösen, wodurch ein Einsinken der Partikel 6 in den Film hervorgerufen wird, und bei Verdämpfung des Lösungsmittels werden die Partikel in den verfestigten Lagen 3 fest gerjalten.
Zusätzlich zu der Verwendung metallischer Partikel kann der Überzug 6 auf die Lagen 3 durch Metallsprühen, Verdampfen oder Vakuumverdampfen aufgebracht werden, wodurch ein dünner poröser Überzug erhalten wird.
Um die kapazitive Wirkung vollständig ausnutzen zu können, sollte der elektrisch leitende Überzug 6 auf den ganzen Flächen der feuchtigkeitsempfindlichen Lagen 5 aufgefracht werden.
Das Feuchtigkeitsfühlelement gemäß der Erfindung ist ein annähernd reines kapazitives Element, das gewöhnlich eine Kapazitätsänderung von 0,1 bis 2 ß für eine Änderung der relativen Feuchtigkeit von 1 ß bei Temperaturen im Bereich von 4 bis 950 C (40 bis 2000 F) hat. Die Kapazitätsänderung kann durch Anderung der Materialien geändert werden und es ist möglich, ein Element zu bilden, das in dem oben genannten Bereich eine kleinere Kapazitätsänderung hat.
In diesem Fall kann die kleinere Anderung verstärkt werden, um das gewünschte elektrische Signal zu erhalten.
Das Feuchtigkeitsfühlelement kann in irgendeinen Wechselstromkreis oder Brückenstromkreis oder Last- bzw. Ladezeitkreis geschaltet werden, welcher die Kapazität mißt und sie zu einem elektrischen Signal umwandelt, das dann an einem Anzeigegerät abgelesen oder zur Betätigung einer Feuchtigkeitssteueranlage verwendet werden kann. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist das Feuchtigkeitsfühlelement 1 an einen bzw. parallel zu einem Kondensator 9 eines Schenkels einer abgeänderten Wien-Brücke geschaltet und der Ausgang der Brücke ist über einen Verstärker 10 an ein Meßgerät 11 geschaltet, das zum Anzeigen der relativen Feuchtigkeit geeicht ist.
Der Kapazitätswert des Elementes 1 ist viel kleiner als der Kapazitätswert des Kondensators 9, so daß der Ausgang der Brücke mit Kapazitätsänderungen des Elementes 1 annähernd linear ist.
Anstelle zu der Feuchtigkeitsanzeigeeinrichtung 11 kann die Spannung von dem Verstärker 10 an einen Empfänger-Kontroller angelegt werden, der ein Signal für ein Betätigungsorgan einer Feucntigkeitssteueranlage geben kann.
Die Herstellung eines feuchtigkeitsempfindlichen Elementes gemäß der Erfindung wird nachstehend an Beispielen erläutert.
Eine 12 ziege Filmgießlösung wurde hergestellt, indem 18 gr Celluloseacetatbutyratpulver 132 gr Aceton zugegeben wurden, der Behälter zwecks Vermeidung von Lösungsmittelverdampfung verschlossen und das Ganze in einer MUhle gemischt wurde. Das Mischen wird üblicherweise während 10 Minuten fortgesetzt, nachdem alle Feststoffe in Lösung gegangen sind. Die Lösung wurde dann etwa 1/2 Stunde stehen gelassen, um eine Trennung von Luft vor dem Aufgießen der Filme zu vervollständigen. Das Aufgießen des Filmes wurde auf einer 12" x 18" Nr. 18 Glasplatte unter Verwendung einer 0,15 mm Aufbringeinrichtung (6 -mil Bird applicators) durchgeführt. Nach dem Gießen wurde der Film vor dem Abstreifen 10 Minuten getrocknet. Die erhaltene Filmdicke betrug etwa 0,0178 mm (0,0007") nach der Verdampfung des Acetons.
Eine 2" x 6 Probe der Celluloseacetatbutyratfolie wurde in 1000 ml einer 40 zeigen (Gewichtsprozent) Natriumhydroxydlösung in destilliertem Wasser einer Temperatur von 1100 C (2300 F) eingetaucht. Ein vollständiges Eintauchen in die Lösung wurde durch Belasten des Endes der Probe mit Klammern aus rostfreiem Stahl gewährleistet. Die Reaktionszeit betrug 4 Minuten Danach wurde mit Wasser (tap water) gespült und die Probe wurde bei 210 C (700 F) und 50 % relativer Feuchtigkeit unter der durch die Belastungsklammern geschaffenen Spannung luftgetrocknet. Die erhaltene Filmdicke des Schichtsystems betrug etwa 0,0165 mm (0g0006511). Der Verlust an Dicke von etwa 0,0013 mm (0,00005") ergab sich aus der Entfernung des Seitenkettenacetyls und der Butyralgruppen zufolge der Hydrolyse.
Jede hydrolysierte Außenlage hatte eine Dicke von etwa 0,0025 mm (0,0001").
Eine wässerige Dispersion eines Abriebmittels (6 Micron SiO2) wurde mit einem Druck von 0,21 kg/cm2 (30 psi) gegen die Außenfläche jeder hydrolysierten Lage geblasen, um eine Riffel- bzw. Aufrauhwirkung zu erhalten.
Das erhaltene Element wurde dann mittels eines Klebemittels zwischen zwei glasfaserverstärkten Hzrzlagen gebunden und Kohlenruß mit einer Partikelgröße von etwa 17 Millimicron wurde dann auf die Außenfläche jeder hydrolysierten Lage mit einer Luftbürste aufgestaubt.
Achtzehn solcher Elemente wurden hergestellt und die mittlere Kapazität der achtzehn Elemente bei 5 ß relativer Feuchtigkeit und 280 C (850 F) betrug 1,33 Millimicrofarad. Eine Erhöhung der relativen Feuchtigkeit auf 95 ffi führte zu einer annähernd linearen Zunahme der Kapazität in dem Ausmaß von 0,0123 Millimicrofarad Je 1 % relativer Feuchtigkeit.
90 ß der Elemente hatten eine Ansprechzeit von einer Minute bei Änderung der relativen Feuchtigkeit bei 290 C (85° F)vun 10 auf 60 % und bei einer Luftstromgeschwindigkeit von etwa 9 m, Minute (30 Fuß Je Minute).

Claims

Patentansprüche 1. FeuchtiglceitsfUhlelement, gekennzeichnet durch einen dielektrischen feuchtigkeitsunempfindlichen Kern (2) mit einem hohen elektrischen Widerstand, einer neidrigen Dielektrizitätskonstante und einem niedrigen Verlust faktor, eine in Berührung mit einer Fläche des Kerns angeordnete Lage (3) aus feuchtigkeitsempfindlichen Material, das beträchtliche Wassermengen absorbieren und größere Feuchtigkeitsmengen als der Kern unter den gleichen Feuchtigkeitsbedingungen adsorbieren kann, und durch eine auf die Außenfläche der feuchtigkeitsempfindlichen Lage aufgebrachte Lage (6) aus elektrisch leitendem Material, die genügend porös ist, um eine Hindurchdringen von Wasserdampf und dessen Berührung mit der feuchtigkeitsempfindlichen Lage zu ermögllchen.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) einen Widerstand von mehr als 1 x 109 Ohm je Zoll, eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 10 und einen Verlustfaktor von weniger als 0,5, und das feuchtigkeitsempfindliche Material eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 10 hat.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchtigkeitsempfindliche Material bei Aussetzen einer relativen Feuchtigkeit von 95 % bei 210 C während einer Zeit von 30 Minuten wenigstens 5 %, bezogen auf sein Trockengewicht, Feuchtigkeit adsorbieren kann.
4. Element nach Anspruch 3, durch gekennzeichnet, daß das feuchtigkeitsempfindliche Material eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 2 bis 6 beieniger als 5 % relativer Feuchtigkeit und beim Gleichgewicht bei einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die wenigstens das Doppelte der Dielektrizitätskonstante des trockenen Materials beträgt.
5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) ein dünner blattartiger Teil ist, das feuchtigkeitsempfindliche Material an gegenüberliegenden Flächen des Kernes an diesen gebunden und das elektrisch leitende Material auf die Außenfläche jeder Lage (3) aus feuchtigkeitsempfindlichem Material aufgebracht ist.
6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichndt durch einen elektrischen Stromkreis zum Verbinden der Lagen aus elektrisch leitendem Material mit einem elektrischen Stromkreis.
7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material Kohlenruß ist.
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) und die feuchtigkeitsempfindliche Lage (3) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 1 x 10-5 bis 10 x 10-5 haben.
9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (6) aus elektrisch leitendem Material eine Mehrzahl von miteinander verbundenen fein verteilten Metallpartikeln aufweist, zwischen die der Wasserdampf frei eintreten kann.
10. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material (6) sich in direkter physikalischer Berührung mit den feuchtigkeitsempfindlichen Lagen (3) befindet und die Fläche zwischen dem leitenden Material und im feuchtigkeitsempfindlichen Material frei von Bindemitteln ist.
11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeiclmet, daß der Kern (2) eine derartige Dimensionsstabilität hat, daß seine Dimensionszunahme bei einer änderung von 0 auf 100 % relativer Feuchtigkeit weniger als 2 % beträgt.
12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kapazitätsänderung von 0,1 bis 2 « bei einer 1 eigen Xnderung der relativen Feuchtigkeit bei Temperaturen in dem Bereich von 4 bis 95° C aufweist.
13. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) aus Celluloseester gebildet ist, in welchem die Veresterungssäure bis zu 8 Kohlenstoffatome enthält, und dß das feuchtigkeitserpfindliche Material aus Cellulose gebildet ist.
14. Element nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Celluloseester von Hydroxylgruppen im wesentlichen frei ist.
15. Element nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung in dem elektrischen Stromkreis zum Messen der Kapazität des Elementes und durch- eine Einrichtung zum Umwandeln der Kapazität zu einem elektrischen Signal, das zum Anzeigen oder zum Steuern einer Feuchtigkeitsanlage verwendet wird.
16. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch isolierender Rahmen (4) vorgesehen ist, der an der ußenfläche der Lagen (3) aus feuchtigkeitsemprindlichem Material befestigt ist und eine mittlere öffnung zum Freilegen der betreffenden Lage durch die Öffnung aufweist, der Überzug (6) aus elektrisch leitendem Material auf der Außenfläche des in der Uffnung freigelegten Teiles jeder feuchtigkeitsempfindlichen Lage aufgebracht ist, das elektrisch leitende Material auf der Außenfläche des Rahmens angeordnet ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die zum Verbinden des elektrischen leitenden Materials mit einem elektrischen Stromkreis mit dem an dem Rahmen angeordneten Teil des elektrisch leitenden Materials verbunden ist.