เซ็นเซอร์ความชื้น - วิธีจัดเรียงและทำงาน

อุปกรณ์ที่วัดระดับความชื้นเรียกว่าไฮโกรมิเตอร์หรือเซ็นเซอร์ความชื้น ในชีวิตประจำวันความชื้นเป็นตัวแปรสำคัญและมักจะไม่เพียง แต่สำหรับชีวิตปกติ แต่ยังสำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ และเพื่อการเกษตร (ความชื้นดิน) และอื่น ๆ อีกมากมาย

โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นอยู่ของเราขึ้นอยู่กับระดับความชื้นในอากาศเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งความไวต่อความชื้นเป็นคนขึ้นอยู่กับสภาพอากาศเช่นเดียวกับคนที่ทุกข์ทรมานจากความดันโลหิตสูง, โรคหอบหืดหลอดลม, โรคของระบบหัวใจและหลอดเลือด

ด้วยความแห้งของอากาศสูงแม้คนที่มีสุขภาพจะรู้สึกไม่สบายง่วงนอนคันและระคายเคืองต่อผิวหนัง บ่อยครั้งที่อากาศแห้งสามารถทำให้เกิดโรคในระบบทางเดินหายใจโดยเริ่มจากการติดเชื้อทางเดินหายใจเฉียบพลันและการติดเชื้อไวรัสทางเดินหายใจเฉียบพลันและสิ้นสุดด้วยโรคปอดบวม

ในสถานประกอบการความชื้นในอากาศอาจส่งผลต่อความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์และในการเกษตรอิทธิพลของความชื้นดินที่มีต่อความอุดมสมบูรณ์และอื่น ๆ นั้นไม่มีความชัดเจน เซ็นเซอร์ความชื้น - ไฮโกรมิเตอร์.

อุปกรณ์ทางเทคนิคบางอย่างได้รับการปรับเทียบกับความสำคัญที่จำเป็นอย่างเคร่งครัดในบางครั้งและบางครั้งเพื่อปรับแต่งอุปกรณ์เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมีค่าความชื้นที่แน่นอนในสภาพแวดล้อม

ความชื้น สามารถวัดได้ด้วยค่าที่เป็นไปได้หลายอย่าง:

• เพื่อตรวจสอบความชื้นของอากาศและก๊าซอื่น ๆ การวัดจะดำเนินการในหน่วยกรัมต่อลูกบาศก์เมตรเมื่อมันมาถึงค่าสัมบูรณ์ของความชื้นหรือในหน่วยของ RH เมื่อมันมาถึงความชื้นสัมพัทธ์

• สำหรับการวัดปริมาณความชื้นของของแข็งหรือในของเหลวการวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ของมวลของตัวอย่างทดสอบนั้นเหมาะสม

• ในการกำหนดปริมาณความชื้นของของเหลวที่ผสมไม่ดีให้ ppm (น้ำกี่ส่วนต่อ 1,000,000 ส่วนของน้ำหนักตัวอย่าง) จะทำหน้าที่เป็นหน่วยของการวัด

ตามหลักการของการกระทำ hygrometers แบ่งออกเป็น:

• capacitive;

• ต้านทาน;

• เทอร์มิสเตอร์;

• ออปติคอล

• อี

1) เซ็นเซอร์ความชื้น capacitive

Capacitive hygrometers ในกรณีที่ง่ายที่สุดคือตัวเก็บประจุที่มีอากาศเป็นอิเล็กทริกในช่องว่าง เป็นที่ทราบกันว่าในอากาศค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเกี่ยวข้องโดยตรงกับความชื้นและการเปลี่ยนแปลงของความชื้นอิเล็กทริกยังนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความจุของคอนเดนเซอร์อากาศ

เซ็นเซอร์ความชื้น capacitive รุ่นที่ซับซ้อนมากขึ้นในช่องว่างอากาศประกอบด้วยไดอิเล็กทริกซึ่งมีค่าไดอิเล็กทริกคงที่ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากภายใต้อิทธิพลของความชื้น วิธีการนี้ทำให้คุณภาพของเซ็นเซอร์ดีกว่าด้วยอากาศระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ

ตัวเลือกที่สองเหมาะสำหรับการวัดที่เกี่ยวข้องกับปริมาณน้ำของของแข็ง วัตถุที่ศึกษานั้นวางอยู่ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุเช่นวัตถุสามารถเป็นแท็บเล็ตและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรการสั่นและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ในขณะที่ความถี่ธรรมชาติของวงจรที่ได้รับและค่าความจุที่ได้จากการแนะนำตัวอย่างทดสอบ

แน่นอนว่าวิธีการนี้มีข้อบกพร่องบางอย่างตัวอย่างเช่นถ้าตัวอย่างความชื้นต่ำกว่า 0.5% มันจะไม่ถูกต้องนอกจากนี้ตัวอย่างที่วัดได้จะต้องทำความสะอาดอนุภาคที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงนอกจากนี้รูปร่างของตัวอย่างก็มีความสำคัญเช่นกัน เปลี่ยนระหว่างการศึกษา

เซ็นเซอร์ความชื้น capacitive ชนิดที่สามเป็นไฮโกรมิเตอร์แบบฟิล์มบาง มันรวมวัสดุพิมพ์ซึ่งใช้อิเล็กโทรดหวีสองตัว ในกรณีนี้หวีอิเล็กโทรดจะทำหน้าที่เป็นเพลตเพื่อวัตถุประสงค์ในการชดเชยความร้อนเซ็นเซอร์อุณหภูมิอีกสองตัวจะถูกนำมาใช้เพิ่มเติมในเซ็นเซอร์

2) เซ็นเซอร์ความชื้นแบบ Resistive

เซ็นเซอร์ดังกล่าวรวมถึงอิเล็กโทรดสองตัวที่ถูกวางลงบนพื้นผิวและชั้นของวัสดุจะถูกวางไว้ที่ด้านบนของอิเล็กโทรดด้วยตัวเองซึ่งแตกต่างกันในการต้านทานที่ค่อนข้างต่ำอย่างไรก็ตามมันแตกต่างกันอย่างมาก

วัสดุที่เหมาะสมในอุปกรณ์อาจเป็นอลูมินา ออกไซด์นี้ดูดซับน้ำได้ดีจากสภาพแวดล้อมภายนอกในขณะที่ความต้านทานจำเพาะนั้นแตกต่างกันอย่างชัดเจน ดังนั้นความต้านทานรวมของวงจรการวัดของเซ็นเซอร์จะขึ้นอยู่กับความชื้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นค่าของกระแสที่ไหลจะบ่งบอกระดับของความชื้น ข้อดีของเซ็นเซอร์ประเภทนี้คือราคาถูก

3) เซ็นเซอร์ความชื้นเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์ไฮโกรมิเตอร์ประกอบด้วยเทอร์มิสเตอร์ชนิดเดียวกัน โดยวิธีการจำได้ว่า เทอร์มิสเตอร์ - เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นซึ่งความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของมัน

เทอร์มิสเตอร์หนึ่งในวงจรถูกวางไว้ในห้องที่ปิดผนึกด้วยอากาศแห้ง และอีกส่วนหนึ่ง - ในห้องที่มีรูซึ่งอากาศที่มีความชื้นเข้าสู่มันจะต้องวัดค่าที่ต้องการ เทอร์มิสเตอร์เชื่อมต่อในวงจรบริดจ์แรงดันไฟฟ้าจะถูกนำไปใช้กับเส้นทแยงมุมของสะพานและการอ่านจะถูกอ่านจากอีกเส้นทแยงมุม

ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเอาท์พุทเป็นศูนย์อุณหภูมิของส่วนประกอบทั้งสองจะเท่ากันดังนั้นความชื้นจึงเหมือนกัน ในกรณีที่เอาต์พุตจะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่ไม่เป็นศูนย์แสดงว่ามีความแตกต่างของความชื้นในห้อง ดังนั้นความชื้นจะถูกกำหนดโดยค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับระหว่างการวัด

นักวิจัยที่ไม่มีประสบการณ์อาจถามคำถามที่ยุติธรรมทำไมอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนไปเมื่อมันสัมผัสกับอากาศชื้น และสิ่งที่เกิดขึ้นก็คือเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นน้ำเริ่มระเหยจากเคสเทอร์มิสเตอร์ในขณะที่อุณหภูมิเคสลดลงและยิ่งมีความชื้นมากขึ้นการระเหยที่รุนแรงก็จะยิ่งมากขึ้นและเทอร์มิสเตอร์ก็เย็นลงเร็วขึ้น

4) เซ็นเซอร์วัดความชื้น (Optical)

เซ็นเซอร์ประเภทนี้แม่นยำที่สุด พื้นฐานของเซ็นเซอร์ความชื้นแสงเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดของ "จุดน้ำค้าง" เมื่ออุณหภูมิถึงจุดน้ำค้างขั้นตอนของก๊าซและของเหลวจะอยู่ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์

ดังนั้นถ้าคุณนำแก้วและติดตั้งในสื่อที่เป็นก๊าซที่อุณหภูมิในช่วงเวลาของการสอบสวนอยู่เหนือจุดน้ำค้างจากนั้นเริ่มกระบวนการทำความเย็นของแก้วนี้แล้วที่การควบแน่นของน้ำที่มีค่าอุณหภูมิเฉพาะจะเริ่มก่อตัวบนพื้นผิวของแก้ว . อุณหภูมินี้จะเป็นเพียงจุดน้ำค้าง

ดังนั้นอุณหภูมิจุดน้ำค้างเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออกและขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ต่างๆเช่นความชื้นและความดันในสภาพแวดล้อม เป็นผลให้มีความสามารถในการวัดความดันและอุณหภูมิของจุดน้ำค้างมันจะง่ายต่อการตรวจสอบความชื้น หลักการนี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการทำงานของเซ็นเซอร์ความชื้นแสง

วงจรที่ง่ายที่สุดของเซ็นเซอร์นั้นประกอบด้วย LED ที่ส่องบนพื้นผิวกระจก กระจกสะท้อนแสงเปลี่ยนทิศทางและควบคุมไปยังตัวตรวจจับแสง ในกรณีนี้กระจกสามารถทำให้ร้อนหรือเย็นได้โดยอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูงพิเศษ บ่อยครั้งที่อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นปั๊มความร้อน แน่นอนเซ็นเซอร์อุณหภูมิติดตั้งอยู่บนกระจก

ก่อนเริ่มการวัดอุณหภูมิของกระจกจะถูกกำหนดเป็นค่าที่สูงกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างอย่างเห็นได้ชัด จากนั้นทำการระบายความร้อนของกระจกอย่างค่อยเป็นค่อยไปในขณะที่อุณหภูมิเริ่มผ่านจุดน้ำค้างหยดน้ำจะควบแน่นบนพื้นผิวของกระจกทันทีและลำแสงจากไดโอดจะแตกเนื่องจากพวกมันกระจายและสิ่งนี้จะนำไปสู่การลดลงของกระแสในวงจรโฟโตตรวจจับ photodetector โต้ตอบกับตัวควบคุมอุณหภูมิของกระจก

ดังนั้นตามข้อมูลที่ได้รับในรูปแบบสัญญาณจากตัวตรวจจับแสงเครื่องควบคุมอุณหภูมิจะรักษาอุณหภูมิบนพื้นผิวกระจกเท่ากับจุดน้ำค้างและเซ็นเซอร์อุณหภูมิจะแสดงอุณหภูมิตามนั้น ดังนั้นด้วยความดันและอุณหภูมิที่รู้จักคุณสามารถกำหนดตัวชี้วัดพื้นฐานของความชื้นได้อย่างถูกต้อง

เซ็นเซอร์ความชื้นแบบแสงมีความแม่นยำสูงสุดที่ไม่สามารถบรรลุได้โดยเซ็นเซอร์ประเภทอื่นรวมถึงการไม่มีฮิสเทรีซิส ข้อเสียคือราคาสูงสุดของทั้งหมดรวมทั้งปริมาณการใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ นอกจากนี้ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ากระจกสะอาด

5) ไฮโกรมิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ความชื้นอากาศอิเล็กทรอนิกส์ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งครอบคลุมวัสดุฉนวนไฟฟ้า มีอุปกรณ์ดังกล่าวที่มีความร้อนอัตโนมัติโดยอ้างอิงถึงจุดน้ำค้าง

บ่อยครั้งที่จุดน้ำค้างถูกวัดบนสารละลายเข้มข้นของลิเธียมคลอไรด์ซึ่งมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นน้อยมาก เพื่อความสะดวกสูงสุดไฮโกรมิเตอร์ดังกล่าวมักติดตั้งเครื่องวัดอุณหภูมิเพิ่มเติม อุปกรณ์นี้มีความแม่นยำสูงและมีข้อผิดพลาดต่ำ มีความสามารถในการวัดความชื้นโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิโดยรอบ

เครื่องวัดความชื้นอิเล็กทรอนิกส์แบบง่าย ๆ ในรูปแบบของขั้วไฟฟ้าสองขั้วยังได้รับความนิยมเช่นกันซึ่งติดอยู่กับพื้นดินควบคุมความชื้นตามระดับการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความชื้นนี้ เซ็นเซอร์เหล่านี้ได้รับความนิยมจากแฟน ๆ Arduinoเนื่องจากง่ายต่อการตั้งค่าการรดน้ำอัตโนมัติของเตียงสวนหรือดอกไม้ในหม้อในกรณีที่ไม่สะดวกหรือสะดวกในการรดน้ำด้วยตนเอง

ก่อนที่คุณจะซื้อเซ็นเซอร์ให้พิจารณาสิ่งที่คุณต้องใช้ในการวัดความชื้นสัมพัทธ์หรือสัมบูรณ์อากาศหรือดินสิ่งที่เป็นช่วงการวัดที่คาดไว้ไม่ว่าจะเป็นฮิสเทรีซิสนั้นสำคัญหรือไม่ เซ็นเซอร์ที่แม่นยำที่สุดคือออปติคัล ให้ความสนใจกับระดับการป้องกัน IP ช่วงอุณหภูมิขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเฉพาะที่จะใช้เซ็นเซอร์ไม่ว่าจะเป็นพารามิเตอร์ที่เหมาะสำหรับคุณ