Сензори за влажност - как са подредени и работят

Устройство, което измерва нивото на влажност, се нарича хигрометър или просто сензор за влажност. В ежедневието влажността е важен параметър и често не само за обикновения живот, но и за различни съоръжения, както и за селското стопанство (почвена влага) и много други.

По-специално благосъстоянието ни зависи много от степента на влажност на въздуха. Особено чувствителни към влажността са хората, зависими от времето, както и хората, страдащи от хипертония, бронхиална астма, заболявания на сърдечно-съдовата система.

При висока сухота на въздуха дори здравите хора чувстват дискомфорт, сънливост, сърбеж и дразнене на кожата. Често сухият въздух може да провокира заболявания на дихателната система, започвайки от остри респираторни инфекции и остри респираторни вирусни инфекции и завършвайки дори с пневмония.

В предприятията влажността на въздуха може да повлияе на безопасността на продуктите и оборудването, а в селското стопанство влиянието на почвената влага върху плодородието и т.н. е недвусмислено. сензори за влажност - хигрометри.

Някои технически устройства първоначално се калибрират до строго необходимото значение, а понякога за да се прецизира устройството е важно да има точната стойност на влажността в околната среда.

влажност може да се измери с няколко от възможните стойности:

• За да се определи влажността както на въздуха, така и на други газове, измерванията се извършват в грамове на кубичен метър, когато става дума за абсолютната стойност на влажността, или в единици на RH, когато става дума за относителна влажност.

• За измерване на съдържанието на влага в твърди частици или в течности са подходящи измервания като процент от масата на тестовите проби.

• За да се определи съдържанието на влага на слабо смесени течности, ppm (колко части вода на 1 000 000 части от теглото на пробата) ще служи като мерна единица.

Според принципа на действие хигрометрите се делят на:

• капацитивен;

• устойчивост;

• РТС;

• оптичен;

• д.

1) Капацитивен сензор за влажност

Капацитивните хигрометри в най-простия случай са кондензатори с въздух като диелектрик в пропастта. Известно е, че във въздуха диелектричната константа е пряко свързана с влажността, а промените в диелектричната влажност също водят до промени в капацитета на въздушния кондензатор.

По-сложната версия на капацитивен сензор за влажност във въздушната междина съдържа диелектрик, с диелектрична константа, който може да варира значително под въздействието на влажността. Този подход прави качеството на сензора по-добро, отколкото само с въздух между плочите на кондензатора.

Вторият вариант е добре подходящ за измервания по отношение на съдържанието на вода в твърди вещества. Изследваният обект се поставя между плочите на такъв кондензатор, например, обектът може да бъде таблет, а самият кондензатор е свързан към колебателната верига и към електронния генератор, докато естествената честота на получената верига се измерва, а капацитетът, получен чрез въвеждане на тестовата проба, се "изчислява" от измерената честота.

Разбира се, този метод има и някои недостатъци, например, ако влажността на пробата е под 0,5%, тя ще бъде неточна, в допълнение, измерената проба трябва да бъде почистена от частици с висока диелектрична константа, освен това формата на пробата е важна в процеса на измерване, не трябва да промяна по време на изследването.

Третият тип капацитивен сензор за влажност е капацитивен тънкослоен хигрометър. Включва субстрат, върху който са приложени два електрона гребен. В този случай гребените електроди играят ролята на плочи.За целите на термичната компенсация в сензора допълнително се въвеждат още два температурни датчика.

2) Резистивен сензор за влажност

Такъв датчик включва два електрода, които се наслояват върху субстрата, а върху материала върху самите електроди се отлага слой материал, който се различава с доста ниско съпротивление, но той варира значително в зависимост от влажността.

Подходящ материал в устройството може да бъде алуминиев двуокис. Този оксид добре абсорбира вода от външната среда, докато специфичната му устойчивост значително варира. В резултат на това общото съпротивление на измервателната верига на такъв сензор ще зависи значително от влажността. Така че стойността на течащия ток ще показва нивото на влажност. Предимството на сензорите от този тип е тяхната ниска цена.

3) Сензор за влажност на термистора

Терморезисторен хигрометър се състои от двойка еднакви термистори. Между другото, припомнете си това РТС - Това е нелинеен електронен компонент, чието съпротивление силно зависи от неговата температура.

Един от включените в схемата термистори е поставен в запечатана камера със сух въздух. А другото е в камера с отвори, през които навлиза въздух с характерна влажност, чиято стойност трябва да се измери. Термисторите са свързани в мостова верига, напрежение се прилага към един от диагоналите на моста, а показанията се отчитат от другия диагонал.

В случай, че напрежението на изходните клеми е нула, температурите и на двата компонента са равни, следователно влажността е една и съща. В случай, че изходът ще получи ненулево напрежение, това показва наличието на разлика във влажността в камерите. Така че, влажността се определя от стойността на напрежението, получено по време на измерванията.

Неопитен изследовател може да зададе справедлив въпрос, защо температурата на термистора се променя, когато той взаимодейства с влажен въздух? И нещото е, че с увеличаване на влажността водата започва да се изпарява от корпуса на термистора, докато температурата на корпуса намалява и колкото по-висока е влажността, толкова по-интензивно става изпарението и по-бързо термисторът се охлажда.

4) Оптичен (конденз) сензор за влажност

Този тип сензор е най-точен. Основата на сензора за оптична влажност е явление, свързано с концепцията за "точка на оросяване". Когато температурата достигне точката на оросяване, газообразната и течната фаза са в състояние на термодинамично равновесие.

И така, ако вземете чаша и я инсталирате в газообразна среда, където температурата в момента на изследването е над точката на оросяване и след това започнете процеса на охлаждане на това стъкло, след това при определена температура на температурата водната кондензация ще започне да се образува върху стъклената повърхност, тази водна пара ще започне да преминава в течната фаза , Тази температура ще бъде само точката на оросяване.

Така че температурата на точката на оросяване е неразривно свързана и зависи от параметри като влажност и налягане в околната среда. В резултат на това, имайки възможност да измервате налягането и температурата на точката на оросяване, ще бъде лесно да определите влажността. Този принцип служи като основа за работа на оптични сензори за влажност.

Най-простата схема на такъв сензор се състои от светодиод, който свети на огледална повърхност. Огледалото отразява светлината, променя посоката й и я насочва към фотодетектора. В този случай огледалото може да бъде нагрято или охладено с помощта на специално устройство за високо прецизно регулиране на температурата. Често такова устройство е термоелектрична помпа. Разбира се, върху огледалото е монтиран температурен датчик.

Преди започване на измерванията температурата на огледалото се задава на стойност, която очевидно е по-висока от температурата на точката на оросяване. След това извършете постепенно охлаждане на огледалото.В момента, когато температурата започне да пресича точката на оросяване, капки вода веднага ще се кондензират върху повърхността на огледалото и светлинният лъч от диода ще се счупи поради тях, ще се разпръсне и това ще доведе до намаляване на тока във веригата на фотодетектора. Чрез обратна връзка, фотодетекторът взаимодейства с контролера на температурата на огледалото.

Така въз основа на информацията, получена под формата на сигнали от фотодетектор, регулаторът на температурата ще поддържа температурата на огледалната повърхност точно равна на точката на оросяване и съответно температурният сензор ще покаже температурата. Така че, с известни налягане и температура можете точно да определите основните показатели за влажност.

Сензорът за оптична влажност има най-високата точност, непостижима от други видове сензори, плюс липсата на хистерезис. Недостатъкът е най-високата цена от всички плюс голямо потребление на електроенергия. Освен това трябва да се внимава огледалото да е чисто.

5) Електронен хигрометър

Принципът на работа на електронния сензор за влажност на въздуха се основава на промяна в концентрацията на електролит, която покрива всеки изолационен материал. Има такива устройства с автоматично отопление по отношение на точката на оросяване.

Често точката на оросяване се измерва върху концентриран разтвор на литиев хлорид, който е много чувствителен към минимални промени във влажността. За максимално удобство такъв хигрометър често е допълнително оборудван с термометър. Това устройство има висока точност и ниска грешка. Той може да измерва влажността независимо от температурата на околната среда.

Популярни са и обикновените електронни хигрометри под формата на два електрода, които просто се залепват в почвата, контролирайки нейната влага според степента на проводимост, в зависимост от тази влажност. Тези сензори са популярни сред феновете. Arduino, тъй като е лесно да настроите автоматично поливане на градинско легло или цвете в саксия, в случай че не е удобно или удобно да поливате ръчно.

Преди да купите сензор, помислете какво ще трябва да измервате, относителна или абсолютна влажност, въздух или почва, какъв е очаквания диапазон на измерване, дали хистерезисът е важен и каква точност е необходима. Най-точният сензор е оптичен. Обърнете внимание на IP защитния клас, диапазона на работната температура, в зависимост от конкретните условия, при които сензорът ще се използва, дали параметрите са подходящи за вас.