Senzory vlhkosti - jak jsou uspořádány a fungují

Zařízení, které měří úroveň vlhkosti, se nazývá vlhkoměr nebo jen senzor vlhkosti. V každodenním životě je vlhkost důležitým parametrem a často nejen pro běžný život, ale také pro různá zařízení a pro zemědělství (půdní vlhkost) a mnohem více.

Zejména naše blaho závisí hodně na stupni vlhkosti vzduchu. Obzvláště citlivé na vlhkost jsou lidé závislí na počasí a lidé trpící hypertenzí, bronchiálním astmatem, onemocněními kardiovaskulárního systému.

S vysokou suchostí vzduchu cítí i zdraví lidé nepohodlí, ospalost, svědění a podráždění kůže. Suchý vzduch může často vyvolat onemocnění dýchacího systému, počínaje akutními respiračními infekcemi a akutními virovými infekcemi dýchacích cest a končící i pneumonií.

V podnicích může vlhkost vzduchu ovlivnit bezpečnost výrobků a zařízení a v zemědělství je jednoznačně vliv vlhkosti půdy na plodnost atd. senzory vlhkosti - vlhkoměry.

Některá technická zařízení jsou zpočátku kalibrována na nezbytně nutnou důležitost a někdy, aby bylo možné zařízení doladit, je důležité mít přesnou hodnotu vlhkosti v prostředí.

Vlhkost lze měřit několika z možných hodnot:

• Ke stanovení vlhkosti vzduchu i jiných plynů se měření provádí v gramech na metr krychlový, pokud jde o absolutní hodnotu vlhkosti, nebo v jednotkách relativní vlhkosti, pokud jde o relativní vlhkost.

• Pro měření obsahu vlhkosti pevných látek nebo kapalin jsou vhodná měření v procentech hmotnosti zkušebních vzorků.

• Pro stanovení obsahu vlhkosti ve špatně smíchaných kapalinách bude jako měrná jednotka sloužit ppm (kolik dílů vody na 1 000 000 dílů hmotnosti vzorku).

Podle principu činnosti se vlhkoměry dělí na:

• kapacitní;

• odporový;

• termistor;

• optické;

• elektronický.

1) Kapacitní čidlo vlhkosti

Kapacitní vlhkoměry jsou v nejjednodušším případě kondenzátory se vzduchem jako dielektrikem v mezeře. Je známo, že ve vzduchu je dielektrická konstanta přímo úměrná vlhkosti a změny dielektrické vlhkosti také vedou ke změnám v kapacitě kondenzátoru vzduchu.

Složitější verze kapacitního čidla vlhkosti ve vzduchové mezeře obsahuje dielektrikum s dielektrickou konstantou, která se může pod vlivem vlhkosti značně lišit. Tento přístup zvyšuje kvalitu senzoru lépe než vzduch mezi kondenzátorovými deskami.

Druhá možnost je velmi vhodná pro měření obsahu vody v pevných látkách. Sledovaný objekt je umístěn mezi desky takového kondenzátoru, například může jít o tablet, a kondenzátor sám je připojen k oscilačnímu obvodu a k elektronickému generátoru, zatímco je změřena přirozená frekvence získaného obvodu a kapacita získaná zavedením zkušebního vzorku je „vypočtena“ z měřené frekvence.

Tato metoda má samozřejmě určité nevýhody, například pokud je vlhkost vzorku pod 0,5%, bude nepřesná, navíc musí být měřený vzorek očištěn od částic majících vysokou dielektrickou konstantu, navíc je během měření důležitý také tvar vzorku, nemělo by změna během studie.

Třetím typem kapacitního senzoru vlhkosti je kapacitní tenkovrstvý vlhkoměr. Zahrnuje substrát, na který jsou naneseny dvě hřebenové elektrody. V tomto případě hrají roli elektrody hřebenové elektrody.Za účelem tepelné kompenzace jsou do senzoru dodatečně zavedeny další dva teplotní senzory.

2) Odporový snímač vlhkosti

Takový senzor obsahuje dvě elektrody, které jsou naneseny na substrát, a na samotné elektrody je nanesena vrstva materiálu, která se liší poměrně nízkým odporem, ale velmi se mění v závislosti na vlhkosti.

Vhodným materiálem v zařízení může být oxid hlinitý. Tento oxid dobře absorbuje vodu z vnějšího prostředí, zatímco její specifický odpor se výrazně liší. Výsledkem bude, že celkový odpor měřicího obvodu takového senzoru bude výrazně záviset na vlhkosti. Hodnota proudícího proudu bude tedy ukazovat úroveň vlhkosti. Výhodou senzorů tohoto typu je jejich nízká cena.

3) Senzor vlhkosti termistoru

Termistorový vlhkoměr se skládá z páru identických termistoru. Mimochodem, vzpomeňte si na to termistor - Jedná se o nelineární elektronickou součást, jejíž odpor je vysoce závislý na její teplotě.

Jeden z termistorů obsažených v obvodu je umístěn v uzavřené komoře se suchým vzduchem. A druhá - v komoře s otvory, kterými do ní vstupuje vzduch s charakteristickou vlhkostí, jejíž hodnotu je třeba změřit. Termistory jsou zapojeny v můstkovém obvodu, napětí je přivedeno na jednu z diagonál můstku a hodnoty jsou čteny z druhé úhlopříčky.

V případě, že napětí na výstupních svorkách je nulové, jsou teploty obou složek stejné, proto je vlhkost stejná. V případě, že výstup přijme nenulové napětí, to znamená přítomnost rozdílu vlhkosti v komorách. Vlhkost je tedy určena hodnotou napětí získaného během měření.

Nezkušený vědec může položit spravedlivou otázku, proč se teplota termistoru mění, když reaguje s vlhkým vzduchem? A věc je, že se zvyšující se vlhkostí se voda začíná vypařovat z termistorového pouzdra, zatímco teplota pouzdra klesá a čím vyšší je vlhkost, tím intenzivnější je odpařování a čím rychleji se termistor chladí.

4) Optický (kondenzační) snímač vlhkosti

Tento typ senzoru je nejpřesnější. Základem optického senzoru vlhkosti je jev spojený s konceptem „rosného bodu“. Když teplota dosáhne rosného bodu, jsou plynná a kapalná fáze ve stavu termodynamické rovnováhy.

Pokud tedy vezmete sklenici a instalujete ji do plynného média, kde teplota v době zkoumání je nad rosným bodem, a poté zahájíte proces chlazení tohoto skla, pak se při určité teplotě začne na povrchu skla tvořit kondenzace vody, tato vodní pára začne přecházet do kapalné fáze . Tato teplota bude jen rosný bod.

Teplota rosného bodu je tedy neoddělitelně spjata a závisí na parametrech, jako je vlhkost a tlak v prostředí. Výsledkem je, že schopnost měřit tlak a teplotu rosného bodu bude snadné určit vlhkost. Tento princip slouží jako základ pro provoz optických senzorů vlhkosti.

Nejjednodušší obvod takového senzoru sestává z LED, která svítí na zrcadlovém povrchu. Zrcadlo odráží světlo, mění svůj směr a směřuje k fotodetektoru. V tomto případě může být zrcátko vyhříváno nebo chlazeno pomocí speciálního vysoce přesného zařízení pro regulaci teploty. Takové zařízení je často termoelektrické čerpadlo. Na zrcátku je samozřejmě namontován teplotní senzor.

Před zahájením měření je teplota zrcátka nastavena na hodnotu, která je zjevně vyšší než teplota rosného bodu. Poté proveďte postupné chlazení zrcadla.V okamžiku, kdy teplota začíná překračovat rosný bod, se na povrchu zrcadla okamžitě kondenzuje kapka vody a světelný paprsek z diod se díky nim rozptýlí, rozptyluje se, což povede ke snížení proudu ve fotodetektorovém obvodu. Díky zpětné vazbě fotodetektor spolupracuje s regulátorem teploty zrcátka.

Takže, na základě informací získaných ve formě signálů z fotodetektoru, bude regulátor teploty udržovat teplotu na povrchu zrcadla přesně rovnou rosnému bodu a teplotní senzor bude odpovídajícím způsobem zobrazovat teplotu. Takže se známým tlakem a teplotou můžete přesně určit základní ukazatele vlhkosti.

Optický vlhkostní senzor má nejvyšší přesnost nedosažitelnou u jiných typů senzorů, plus absence hystereze. Nevýhodou je nejvyšší cena ze všech plus velká spotřeba elektřiny. Kromě toho je třeba dbát na to, aby bylo zrcadlo čisté.

5) Elektronický vlhkoměr

Princip činnosti elektronického čidla vlhkosti vzduchu je založen na změně koncentrace elektrolytu pokrývající jakýkoli elektrický izolační materiál. Existují taková zařízení s automatickým ohřevem s odkazem na rosný bod.

Rosný bod se často měří na koncentrovaném roztoku chloridu lithného, ​​který je velmi citlivý na minimální změny vlhkosti. Pro maximální pohodlí je takový vlhkoměr často navíc vybaven teploměrem. Toto zařízení má vysokou přesnost a nízkou chybu. Je schopen měřit vlhkost bez ohledu na okolní teplotu.

Populární jsou také jednoduché elektronické vlhkoměry ve formě dvou elektrod, které jednoduše přilnou do půdy a řídí její vlhkost podle stupně vodivosti v závislosti na této vlhkosti. Tyto senzory jsou oblíbené u fanoušků. Arduino, protože je snadné nastavit automatické zavlažování zahradní postele nebo květiny v květináči, v případě, že není vhodné nebo vhodné zavlažovat ručně.

Než si koupíte senzor, zvažte, co budete muset měřit, relativní nebo absolutní vlhkost, vzduch nebo půdu, jaký je očekávaný rozsah měření, zda je důležitá hystereze a jaká přesnost je nutná. Nejpřesnější senzor je optický. Věnujte pozornost třídě ochrany IP, rozsahu provozních teplot, v závislosti na konkrétních podmínkách, ve kterých bude senzor použit, zda jsou parametry pro vás vhodné.