DE3019870C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elek­ trischen Fühlers zum Messen der Feuchtigkeit.

Eine der Möglichkeiten zum Messen der Feuchtigkeit eines Me­ diums ist die Anwendung von Fühlern, mittels derer eine An­ gabe über die Feuchtigkeit in ein elektrisches Signal über­ führt wird. Derzeit werden vor allem Fühler mit Lithiumchlo­ rid (LiCl) hergestellt, welches mit einem geeigneten Bindemit­ tel auf eine Unterlage aufgetragen wird, ferner Fühler, bei denen pulverisierter Kohlenstoff mit einem geeigneten Binde­ mittel auf eine Unterlage aufgetragen wird, oder Fühler, die auf der Basis von Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt werden.

Fühler mit Lithiumchlorid (LiCl) und Pulverkohlenstoff sind auf Feuchtigkeit durch Volumenänderungen in den Schichten empfindlich. Deren Nachteile sind jedoch lange Ansprechzeiten auf Feuchtigkeitsänderungen, die Unstabilität ihrer Eichkur­ ven und ihre große Abhängigkeit von der Temperatur des Füh­ lers.

Vorteilhaftere Eigenschaften besitzt ein Fühler, der auf der Basis eines porösen Aluminiumoxids (Al₂O₃) hergestellt ist, wobei an der Porenoberfläche Wasser adsorbiert wird und so die elektrischen Parameter geändert werden. In diesem Fall handelt es sich jedoch um Oberflächen- und nicht um Volumen­ vorgänge und die Ansprechzeit derartiger Fühler ist wesent­ lich kürzer. Eine langzeitig erzielbare Eichstabilität und der gemessene Widerstand dieser Fühler sind jedoch von der Bereitungstechnologie der porösen Schicht von Aluminiumoxid (Al₂O₃) und dessen künstlicher Alterung abhängig. Die besten Ergebnisse werden jetzt mit Fühlern erzielt, die gemäß dem Stover-Vorgang erzeugt werden, wobei die Schicht aus Alumi­ niumoxid (Al₂O₃) an reinem poliertem Aluminium durch anodi­ sche Oxydation durch Wechselstrom einer Dichte von etwa 12 mA/cm³ in einem Elektrolyt mit 50% Schwefelsäure (H₂SO₄) (p. a.) bei einer Temperatur von 33°C während 25 Minuten er­ zeugt wird. Die so entstandene Schicht wird gleich nach dem Waschen mit destilliertem Wasser einer künstlichen Alterung, einem sogenannten Siegeln ausgesetzt, was in siedendem rede­ stilliertem Wasser während etwa 30 Minuten vor sich geht. Auf ihre Oberfläche wird auf geeignete Weise, z. B. durch Va­ kuumaufdampfen, eine halbdurchlässige obere Elektrode aufge­ tragen. Ein Nachteil des so erzeugten Fühlers ist, daß es während des Betriebes zu einer Einwirkung des adsorbierten Wassers auf das Aluminiumoxid (Al₂O₃) kommt und zu dessen fortlaufendem Hydrieren, wobei in den Poren ein Monohydrat von Aluminium, das sogenannte Böhmit gebildet wird, was zu irreversiblen Änderungen der Struktur des Fühlers und dessen Eigenschaften führt. Die erwähnten Eigenschaften können durch Passivieren des elektrischen Feuchtigkeitsfühlers begrenzt werden. Das Passivieren wird derart vorgenommen, daß die po­ röse Oberfläche von Aluminiumoxid (Al₂O₃) in einer wässeri­ gen Lösung 0,01 bis 2 Mol geeigneten Materials benetzt wird, z. B. in Natriumhydrogenphosphat oder Kieselsäure bei einer Temperatur im Bereich von 35 bis 100°C während 10 bis 60 Mi­ nuten.

In der US-PS 35 74 681 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Feuchtigkeitsfühlers beschrieben, wobei man die Oberfläche eines Aluminiumkörpers anodisch behandelt, um eine Schicht an porösem Aluminiumoxid auf der Oberfläche zu erzeugen, diese Schicht von dem Aluminiumkörper abtrennt, so daß die poröse Aluminiumoxid­ schicht an der gegenüberliegenden Fläche der Schicht exponiert wird, eine gegenüber Wasserdampf durchlässige Elektrode auf min­ destens einer der Oberflächen der Schicht des porösen Aluminium­ oxids bildet und eine weitere Elektrode auf der entgegengesetzten Oberfläche der Schicht des porösen Aluminiumoxids.

Die Nachteile des bekannten Verfahrens liegen darin, daß der gemessene Wasserdampf mit der Aluminiumoxidoberfläche che­ misch reagiert. Durch diese langsame Hydratation ändern sich die Oberflächeneigenschaften des Feuchtigkeitsfühlers und damit verbunden ist die zeitliche Änderung der Eichkurve des Fühlers.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt, auf einfache Weise bessere Feuchtigkeitsfüh­ ler herzustellen. Diese Aufgabe wird wie aus den vorstehen­ den Ansprüchen ersichtlich gelöst.

Die Hauptnachteile des Verfahrens der US-PS 35 74 681 werden erfindungsgemäß durch die Passivierung und künstliche Alte­ rung vermieden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Feuch­ tigkeitsfühlers mit einer porösen Schicht auf der Basis von Aluminiumoxid durch Oxydieren in einem Elektrolyt und künstli­ chem Altern und Passivieren wird eine weitere Verbesserung der Langzeit-Stabilität der Eichkurve erzielt. Das Wesen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens beruht darin, daß die poröse Schicht von Aluminiumoxid nach dem Passivieren bei einer Temperatur von 70 bis 110°C in einem chemisch iner­ ten Medium temperiert wird.

Vorzugsweise wird die poröse Schicht von Aluminiumoxid in einem inerten Medium temperiert, das Wasserdampf unter einem niedrigeren Druck enthält als die Tension des Wasserdampfes bei der Temperiertemperatur beträgt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Fühlers ist, daß der so erzeugte Fühler eine wesent­ lich bessere Langzeit-Stabilität der Eichkurve besitzt. Die Verbesserung der Stabilität der Eichkurve zeigen die Zeichnungen. Im einzelnen zeigt in Diagrammen

Fig. 1 den Einfluß des Temperierens auf die Eichstabi­ lität eines Fühlers, der gemäß dem Stover-Ver­ fahren inklusive Siegeln hergestellt wurde und

Fig. 2 den Einfluß des Temperierens auf die Stabilität desselben Fühlers, der noch in einer 0,1 Mol Lösung von NaH₂PO₄ · 2 H₂O bei einer Temperatur 90°C über eine Zeit von 10 Minuten passiviert wird.

Die Eichkurve 1 in Fig. 1a zeigt den Verlauf des Fühlersig­ nals in Abhängigkeit vom Feuchtigkeits-Taupunkt für einen gemäß dem Stover-Verfahren erzeugten Fühler, die Eichkurve 2 in Fig. 1a zeigt dieselbe Abhängigkeit desselben Fühlers, ge­ messen nach fünf Monaten. Die Eichkurven 3 in Fig. 1b bzw. 5 in Fig. 1c zeigen den Verlauf eines Fühlersignals in Abhän­ gigkeit vom Taupunkt für einen gemäß dem Stover-Verfahren er­ zeugten Fühler, der erfindungsgemäß durch Temperieren bei 90°C in Vakuum bzw. in Wasserdampf bei einem Druck 6,5 · 10⁴ Pa behandelt wurde. Die Eichkurven 4 in Fig. 1b bzw. 6 in Fig. 1c zeigen dieselbe Abhängigkeit für diesen Fühler nach fünf Monaten.

Die Eichkurve 7 in Fig. 2a zeigt den Verlauf des Fühlersig­ nals in Abhängigkeit vom Feuchtigkeits-Taupunkt für einen ge­ mäß dem Stover-Verfahren hergestellten Fühler, der in einer NaH₂PO₄ · 2 H₂O-Lösung passiviert wurde ohne folgendes Temperie­ ren, die Eichkurve 8 in Fig. 2c zeigt dieselbe Abhängigkeit desselben Fühlers nach fünf Monaten. Die Eichkurven 9 in Fig. 2b bzw. 11 in Fig. 2c zeigen den Verlauf des Signals eines Fühlers, der gemäß dem Stover-Verfahren hergestellt, in einer Lösung NaH₂PO₄ · 2 H₂O passiviert und durch Temperie­ ren bei einer Temperatur 90°C in Vakuum bzw. in Wasserdampf bei einem Druck 6,5 · 10⁴ Pa behandelt wurde. Die Eichkurven 10 in Fig. 2b bzw. 12 in Fig. 2c zeigen dieselbe Abhängig­ keit für diese Fühler nach fünf Monaten.

Die erwähnten Effekte und Vorteile der Erfindung beruhen auf dem Umstand, daß sich durch Temperieren des Fühlers die Re­ konstruktion der Oberfläche der aktiven Fühlerschicht be­ schleunigt. Unter normalen Bedingungen geht die Gestaltung der Oberfläche von Aluminiumoxid sehr langsam vor sich, mit dem Ergebnis langzeitig andauernder kleiner Änderungen der Empfindlichkeit, der sogenannten Drift der Eichkurve. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Behandlung des Fühlers wird eine aktive Schicht mit besonders stabiler Oberfläche erzielt, wodurch die Drift der Eichkurve wesent­ lich begrenzt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Fühlers zum Messen der Feuchtigkeit, mit einer porösen Schicht auf der Basis von Aluminiumoxid, gebildet durch Oxydation in einem Elektrolyt durch künstliches Altern und Passivieren, da­ durch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht von Aluminiumoxid nach dem Passivieren in einem chemisch inerten Medium bei einer Temperatur von 70 bis 110°C temperiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die poröse Schicht von Aluminiumoxid in Wasserdampf bei einem niedrigeren Druck als die Tension des Wasserdampfes bei Temperiertemperatur temperiert wird.