Kosteusanturit - miten ne on järjestetty ja toimivat

Laitetta, joka mittaa kosteustasoa, kutsutaan kosteusmittimeksi tai vain kosteusanturiksi. Arkielämässä kosteus on tärkeä parametri, usein paitsi tavalliselle elämälle, myös useille laitteille, maataloudelle (maaperän kosteus) ja paljon muuta.

Erityisesti hyvinvointimme riippuu paljon ilmankosteuden asteesta. Erityisen herkkiä kosteudelle ovat säästä riippuvaiset ihmiset, samoin kuin ihmiset, jotka kärsivät verenpaineesta, keuhkoastmasta, sydän- ja verisuonisairauksista.

Korkeassa ilmankuivuudessa jopa terveet ihmiset kokevat epämukavuutta, uneliaisuutta, kutinaa ja ihon ärsytystä. Usein kuiva ilma voi provosoida hengityselinten sairauksia, alkaen akuuteista hengitystieinfektioista ja akuuteista hengitystievirusinfektioista ja päättyen jopa keuhkokuumeeseen.

Yrityksissä ilmankosteus voi vaikuttaa tuotteiden ja laitteiden turvallisuuteen, ja maataloudessa maaperän kosteuden vaikutus hedelmällisyyteen jne. On yksiselitteinen. kosteusanturit - kosteusmittarit.

Jotkut tekniset laitteet kalibroidaan alun perin ehdottomasti vaadittavalle tärkeydelle, ja joskus laitteen hienosäätöön on tärkeää, että ympäristössä on tarkka kosteuden arvo.

kosteus voidaan mitata useilla mahdollisilla arvoilla:

• Sekä ilman että muiden kaasujen kosteuden määrittämiseksi mittaukset suoritetaan grammoina kuutiometriä kohden kosteuden absoluuttisesta arvosta, tai suhteellisen kosteuden suhteen suhteellisen kosteuden yksiköinä.

• Kiintoaineiden tai nestemäisten aineiden kosteuspitoisuuden mittaamiseksi mittaukset ovat sopivia prosentteina testinäytteiden massasta.

• Huonosti sekoitettujen nesteiden kosteuspitoisuuden määrittämiseksi ppm (kuinka monta osaa vettä 1 000 000 osaa näytteen painosta) toimii mittayksikönä.

Toimintaperiaatteen mukaan kosteusmittarit jaetaan:

• kapasitiivinen;

• vastarintaa;

• termistoriantureita;

• optinen;

• e.

1) Kapasitiivinen kosteusanturi

Kapasitiiviset kosteusmittarit ovat yksinkertaisimmassa tapauksessa kondensaattoreita, joissa ilma on dielektrinen raossa. On tunnettua, että ilmassa dielektrisyysvakio liittyy suoraan kosteuteen, ja dielektrisen kosteuden muutokset johtavat myös muutoksiin ilmajäähdyttimen kapasitanssissa.

Ilmaraon kapasitiivisen kosteusanturin monimutkaisempi versio sisältää dielektrisen, dielektrisen vakion, joka voi vaihdella suuresti kosteuden vaikutuksesta. Tämä lähestymistapa parantaa anturin laatua paremmin kuin vain kondensaattorilevyjen välisellä ilmalla.

Toinen vaihtoehto sopii hyvin kiinteiden aineiden vesipitoisuuden mittauksiin. Tutkittu esine asetetaan esimerkiksi tällaisen kondensaattorin levyjen väliin, esine voi olla tabletti, ja itse kondensaattori on kytketty värähtelypiiriin ja elektroniseen generaattoriin, samalla kun mitattu saadun piirin luonnollinen taajuus ja testinäytteen tuomalla saatu kapasitanssi lasketaan mitatusta taajuudesta.

Tällä menetelmällä on tietysti joitain haittoja, esimerkiksi jos näytteen kosteus on alle 0,5%, se on epätarkka, lisäksi mitattu näyte on puhdistettava hiukkasista, joilla on korkea dielektrisyysvakio, lisäksi näytteen muoto on tärkeä myös mittauksen aikana, sen ei pitäisi olla muutos tutkimuksen aikana.

Kolmas tyyppi kapasitiivinen kosteusanturi on kapasitiivinen ohutkalvoinen kosteusmittari. Se sisältää substraatin, jolle levitetään kaksi kampaelektrodia. Tässä tapauksessa kampaelektrodit pelaavat levyjen roolia.Lämpökompensointia varten anturiin lisätään lisäksi vielä kaksi lämpötila-anturia.

2) Resistiivinen kosteusanturi

Tällainen anturi sisältää kaksi elektrodia, jotka on kerrostettu substraatille, ja itse elektrodien päälle levitetään materiaalikerros, joka eroaa melko alhaisella vastuksella, kuitenkin vaihtelee suuresti kosteudesta riippuen.

Laitteessa sopiva materiaali voi olla alumiinioksidi. Tämä oksidi imee hyvin vettä ulkoisesta ympäristöstä, kun taas sen ominaisvastus vaihtelee huomattavasti. Seurauksena on, että tällaisen anturin mittauspiirin kokonaisvastus riippuu merkittävästi kosteudesta. Joten virtaavan virran arvo ilmaisee kosteuden tason. Tämän tyyppisten anturien etuna on alhainen hinta.

3) Termistorin kosteusanturi

Termistorihygrometri koostuu parista identtisiä termistoreita. Muuten, muista se termistori - Tämä on epälineaarinen elektroninen komponentti, jonka vastus riippuu suuresti sen lämpötilasta.

Yksi piirin termistoreista sijoitetaan suljettuun kammioon, jolla on kuiva ilma. Ja toinen - kammiossa, jossa on reikiä, joiden läpi ilmaan tulee ominaista kosteutta, jonka arvo on mitattava. Termistorit on kytketty siltapiiriin, jännite syötetään yhteen sillan diagonaaleista ja lukemat luetaan toisesta diagonaalista.

Jos jännite lähtöliittimissä on nolla, molempien komponenttien lämpötilat ovat yhtä suuret, joten kosteus on sama. Tapauksessa, kun lähtö saa jännitteen, joka ei ole nolla, tämä osoittaa kosteuseron esiintymisen kammioissa. Joten kosteus määritetään mittausten aikana saadun jännitteen arvolla.

Kokematon tutkija voi esittää oikeudenmukaisen kysymyksen, miksi termistorin lämpötila muuttuu, kun se on vuorovaikutuksessa kostean ilman kanssa? Ja asia on se, että kosteuden lisääntyessä vesi alkaa haihtua termistorikotelosta, kun taas kotelon lämpötila laskee ja mitä korkeampi kosteus, sitä voimakkaampaa haihtuminen tapahtuu ja sitä nopeammin termistori jäähtyy.

4) Optinen (tiivistyvä) kosteusanturi

Tämäntyyppinen anturi on tarkin. Optisen kosteusanturin perusta on ilmiö, joka liittyy käsitteeseen "kastepiste". Kun lämpötila saavuttaa kastepisteen, kaasumaiset ja nestefaasit ovat termodynaamisen tasapainotilassa.

Joten jos otat lasin ja asennat sen kaasumaiseen väliaineeseen, jonka lämpötila tutkimushetkellä on kastepisteen yläpuolella, ja aloitat sitten tämän lasin jäähdytysprosessin, niin tietyssä lämpötila-arvossa veden tiivistyminen alkaa muodostua lasin pinnalle, tämä vesihöyry alkaa siirtyä nestefaasiin. . Tämä lämpötila on vain kastepiste.

Joten kastepisteen lämpötila on erottamattomasti yhteydessä toisiinsa ja riippuu parametreista, kuten kosteudesta ja ympäristön paineesta. Seurauksena on kyky mitata kastepisteen paine ja lämpötila, joten kosteuden määrittäminen on helppoa. Tämä periaate on perustana optisten kosteusanturien toiminnalle.

Tällaisen anturin yksinkertaisin piiri koostuu LEDistä, joka paistaa peilipinnalla. Peili heijastaa valoa, muuttaa sen suuntaa ja suuntaa sen valotunnistimeen. Tässä tapauksessa peili voidaan lämmittää tai jäähdyttää erityisen tarkan lämpötilansäätimen avulla. Usein tällainen laite on termosähköinen pumppu. Tietysti lämpötila-anturi on asennettu peiliin.

Ennen mittausten aloittamista peilin lämpötila asetetaan arvoon, joka on selvästi korkeampi kuin kastepisteen lämpötila. Jäähdytä sitten peili asteittain.Sillä hetkellä, kun lämpötila alkaa ylittää kastepisteen, vesipisarat alkavat heti tiivistyä peilipinnalle ja diodin valonsäde hajoaa niiden takia, hajoamaan, ja tämä johtaa virran pienenemiseen valodetektoripiirissä. Palautteen avulla valodetektori on vuorovaikutuksessa peilin lämpötilansäätimen kanssa.

Joten valotunnistimelta signaalien muodossa vastaanotettujen tietojen perusteella lämpötilansäädin pitää lämpötilan peilin pinnalla tarkalleen yhtä suurena kuin kastepiste, ja lämpötila-anturi näyttää vastaavasti lämpötilan. Joten tunnetulla paineella ja lämpötilalla voit määrittää tarkasti kosteuden perusindikaattorit.

Optisella kosteusanturilla on suurin tarkkuus, jota muun tyyppisillä antureilla ei ole saavutettavissa, ja hystereesi puuttuu. Haittana on kaikkien korkein hinta plus suuri sähkönkulutus. Lisäksi on varmistettava, että peili on puhdas.

5) Elektroninen kosteusmittari

Elektronisen ilmankosteusanturin toimintaperiaate perustuu elektrolyytin pitoisuuden muutokseen, joka peittää kaikki sähköä eristävät materiaalit. On sellaisia ​​laitteita, joissa on automaattinen lämmitys kastepisteeseen nähden.

Kastepiste mitataan usein litiumkloridin väkevällä liuoksella, joka on erittäin herkkä kosteuden vähäisille muutoksille. Suurimman mukavuuden vuoksi tällainen kosteusmittari on usein lisäksi varustettu lämpömittarilla. Tämä laite on erittäin tarkka ja virheellinen. Se pystyy mittaamaan kosteuden ympäristön lämpötilasta riippumatta.

Suositut ovat myös kahden elektrodin muodossa olevat yksinkertaiset elektroniset kosteusmittarit, jotka tarttuvat vain maaperään ja säätelevät sen kosteutta johtavuusasteen mukaan kosteudesta riippuen. Nämä anturit ovat suosittuja puhaltimien keskuudessa. Työläs, koska puutarhan sängyn tai kukan automaattinen kastelu on helppoa potissa, jos se ei ole kätevää tai kätevää kastaa käsin.

Ennen kuin ostat anturin, harkitse mitä sinun tulee mitata, suhteellinen tai absoluuttinen kosteus, ilma tai maaperä, mikä on odotettu mittausalue, onko hystereesi tärkeä ja mitä tarkkuutta tarvitaan. Tarkin anturi on optinen. Kiinnitä huomiota IP-suojausluokkaan, käyttölämpötila-alueeseen, riippuen erityisistä olosuhteista, joissa anturia käytetään, onko parametrit sinulle sopivia.