Mitruma sensori - kā tie ir izvietoti un darbojas

Ierīci, kas mēra mitruma līmeni, sauc par higrometru vai vienkārši par mitruma sensoru. Ikdienas dzīvē mitrums ir svarīgs parametrs, un tas bieži notiek ne tikai parastajā dzīvē, bet arī dažādās iekārtās, lauksaimniecībā (augsnes mitrums) un vēl daudz vairāk.

Jo īpaši mūsu labklājība ir ļoti atkarīga no gaisa mitruma pakāpes. Īpaši jutīgi pret mitrumu ir cilvēki, kas ir atkarīgi no laika apstākļiem, kā arī cilvēki, kas cieš no hipertensijas, bronhiālās astmas, sirds un asinsvadu sistēmas slimībām.

Ar augstu gaisa sausumu pat veseli cilvēki izjūt diskomfortu, miegainību, niezi un ādas kairinājumu. Bieži sausais gaiss var provocēt elpošanas sistēmas slimības, sākot ar akūtām elpceļu infekcijām un akūtām elpceļu vīrusu infekcijām un beidzot pat ar pneimoniju.

Uzņēmumos gaisa mitrums var ietekmēt produktu un aprīkojuma drošību, un lauksaimniecībā augsnes mitruma ietekme uz auglību utt. Ir nepārprotama. mitruma sensori - higrometri.

Dažas tehniskās ierīces sākotnēji tiek kalibrētas atbilstoši stingri nepieciešamajai nozīmei, un dažreiz, lai precīzi iestatītu ierīci, ir svarīgi precīzi noteikt mitruma vērtību vidē.

Mitrums var izmērīt pēc vairākām iespējamām vērtībām:

• Lai noteiktu gaisa un citu gāzu mitrumu, mērījumus veic gramos uz kubikmetru, ja runa ir par absolūto mitruma vērtību, vai RH vienībās, ja runa ir par relatīvo mitrumu.

• Cietu vielu vai šķidrumu mitruma satura mērīšanai ir piemēroti mērījumi procentos no testa paraugu masas.

• Lai noteiktu mitruma saturu slikti sajauktiem šķidrumiem, ppm (cik ūdens daļas uz 1 000 000 parauga svara daļu) kalpos par mērvienību.

Saskaņā ar darbības principu higrometrus iedala:

• kapacitīvs;

• rezistīvs;

• termistoru;

• optiskais;

• elektroniska.

1) kapacitīvs mitruma sensors

Kapacitīvie higrometri, vienkāršākajā gadījumā, ir kondensatori ar gaisu kā dielektriķi spraugā. Ir zināms, ka gaisā dielektriskā konstante ir tieši saistīta ar mitrumu, un dielektriskā mitruma izmaiņas izraisa arī izmaiņas gaisa kondensatora kapacitātē.

Sarežģītāka gaisa spraugas kapacitatīvā mitruma sensora versija satur dielektriku ar dielektrisko konstanti, kas mitruma ietekmē var ievērojami atšķirties. Šī pieeja padara sensora kvalitāti labāku nekā tikai ar gaisu starp kondensatora plāksnēm.

Otrais variants ir labi piemērots mērījumiem attiecībā uz ūdens saturu cietās vielās. Pētītais objekts tiek novietots starp šāda kondensatora plāksnēm, piemēram, objekts var būt planšetdators, un pats kondensators ir savienots ar svārstību ķēdi un elektronisko ģeneratoru, kamēr tiek mērīta iegūtās ķēdes dabiskā frekvence, un kapacitāte, kas iegūta, ievadot testa paraugu, tiek “aprēķināta” no izmērītās frekvences.

Protams, šai metodei ir arī daži trūkumi, piemēram, ja parauga mitrums ir mazāks par 0,5%, tas būs neprecīzs, turklāt izmērītais paraugs jāattīra no daļiņām, kurām ir augsta dielektriskā konstante, turklāt mērīšanas procesā svarīga ir parauga forma, tai nevajadzētu izmaiņas pētījuma laikā.

Trešais kapacitatīvā mitruma sensora tips ir kapacitīvs plānslāņa higrometrs. Tas ietver substrātu, uz kura tiek uzklāti divi ķemmes elektrodi. Šajā gadījumā ķemmes elektrodi spēlē plākšņu lomu.Termiskās kompensācijas nolūkā sensorā papildus ievada vēl divus temperatūras sensorus.

2) pretestības mitruma sensors

Šāds sensors ietver divus elektrodus, kas ir uzklāti uz pamatnes, un uz pašu elektrodiem tiek uzklāts materiāla slānis, kas atšķiras ar diezgan zemu pretestību, tomēr tas ļoti atšķiras atkarībā no mitruma.

Piemērots materiāls ierīcē var būt alumīnija oksīds. Šis oksīds labi absorbē ūdeni no ārējās vides, bet tā īpatnējā pretestība ievērojami atšķiras. Tā rezultātā šāda sensora mērīšanas ķēdes kopējā pretestība būs ievērojami atkarīga no mitruma. Tātad plūstošās strāvas vērtība norāda mitruma līmeni. Šāda veida sensoru priekšrocība ir to zemā cena.

3) Termistora mitruma sensors

Termistoru higrometrs sastāv no identiskiem termistoriem. Starp citu, atcerieties to termistoru - Šī ir nelineāra elektroniska sastāvdaļa, kuras pretestība ir ļoti atkarīga no tā temperatūras.

Vienu no ķēdē iekļautajiem termistoriem ievieto noslēgtā kamerā ar sausu gaisu. Un otrs - kamerā ar caurumiem, caur kurām tajā nonāk gaiss ar raksturīgu mitrumu, kura vērtība ir jāmēra. Termistori ir savienoti tilta ķēdē, spriegums tiek pielikts vienai no tilta diagonālēm, un nolasījumi tiek nolasīti no otras diagonāles.

Ja spriegums pie izejas spailēm ir nulle, abu komponentu temperatūra ir vienāda, tāpēc mitrums ir vienāds. Gadījumā, ja izeja saņems spriegumu, kas nav nulle, tas norāda uz mitruma starpības klātbūtni kamerās. Tātad mitrumu nosaka pēc sprieguma vērtības, kas iegūta mērījumu laikā.

Nepieredzējušam pētniekam var uzdot taisnīgu jautājumu, kāpēc mainās termistoru temperatūra, mijiedarbojoties ar mitru gaisu? Un lieta ir tāda, ka, palielinoties mitrumam, ūdens sāk iztvaikot no termistora korpusa, kamēr korpusa temperatūra samazinās, un jo augstāks ir mitrums, jo intensīvāka iztvaikošana notiek, un jo ātrāk termistors atdziest.

4) optiskais (kondensāta) mitruma sensors

Šāda veida sensors ir visprecīzākais. Optiskā mitruma sensora pamats ir parādība, kas saistīta ar jēdzienu “rasas punkts”. Kad temperatūra sasniedz rasas punktu, gāzveida un šķidruma fāzes atrodas termodinamiskā līdzsvara stāvoklī.

Tātad, ja jūs paņemat glāzi un ievietojat to gāzveida vidē, kur temperatūra izmeklēšanas laikā ir virs rasas punkta, un pēc tam sāciet šī stikla dzesēšanas procesu, tad pie noteiktas temperatūras vērtības uz stikla virsmas sāks veidoties ūdens kondensāts, šie ūdens tvaiki sāks pāriet šķidrā fāzē. . Šī temperatūra būs tikai rasas punkts.

Tātad rasas punkta temperatūra ir nesaraujami saistīta un atkarīga no tādiem parametriem kā mitrums un spiediens vidē. Tā rezultātā, spējot izmērīt rasas punkta spiedienu un temperatūru, būs viegli noteikt mitrumu. Šis princips kalpo par pamatu optisko mitruma sensoru darbībai.

Vienkāršākā šāda sensora shēma sastāv no gaismas diodes, kas spīd uz spoguļa virsmas. Spogulis atspoguļo gaismu, mainot tās virzienu un novirzot to uz fotodetektoru. Šajā gadījumā spoguli var sildīt vai atdzesēt, izmantojot īpašu augstas precizitātes temperatūras kontroles ierīci. Bieži vien šāda ierīce ir termoelektrisks sūknis. Protams, uz spoguļa ir uzstādīts temperatūras sensors.

Pirms mērījumu uzsākšanas spoguļa temperatūru noregulē uz vērtību, kas acīmredzami ir augstāka par rasas punkta temperatūru. Pēc tam veiciet pakāpenisku spoguļa atdzesēšanu.Brīdī, kad temperatūra sāk šķērsot rasas punktu, uz spoguļa virsmas nekavējoties sāks kondensēties ūdens pilieni, un gaismas stars no diodes to dēļ saplīst, izkliedējas, un tas novedīs pie strāvas samazināšanās fotodetektora ķēdē. Izmantojot atgriezenisko saiti, fotodetektors mijiedarbojas ar spoguļa temperatūras regulatoru.

Tātad, paļaujoties uz informāciju, kas iegūta signālu veidā no fotodetektora, temperatūras regulators temperatūru uz spoguļa virsmas saglabās precīzi vienādu ar rasas punktu, un temperatūras sensors attiecīgi parādīs temperatūru. Tātad ar zināmu spiedienu un temperatūru jūs varat precīzi noteikt mitruma pamata rādītājus.

Optiskajam mitruma sensoram ir visaugstākā precizitāte, ko nespēj sasniegt cita veida sensori, kā arī histerēzes neesamība. Trūkums ir visaugstākā cena no visiem, kā arī liels elektroenerģijas patēriņš. Turklāt ir jārūpējas par to, lai spogulis būtu tīrs.

5) elektroniskais higrometrs

Gaisa mitruma elektroniskā sensora darbības princips ir balstīts uz elektrolīta koncentrācijas izmaiņām, kas aptver jebkuru elektrisko izolācijas materiālu. Ir šādas ierīces ar automātisku sildīšanu, ņemot vērā rasas punktu.

Bieži rasas punktu mēra ar koncentrētu litija hlorīda šķīdumu, kas ir ļoti jutīgs pret minimālām mitruma izmaiņām. Maksimālai ērtībai šāds higrometrs bieži tiek papildus aprīkots ar termometru. Šai ierīcei ir augsta precizitāte un zema kļūda. Tas spēj izmērīt mitrumu neatkarīgi no apkārtējās vides temperatūras.

Populāri ir arī vienkārši elektroniski higrometri divu elektrodu formā, kas vienkārši pielīp augsnei, kontrolējot tās mitrumu atbilstoši vadītspējas pakāpei, atkarībā no šī mitruma. Šie sensori ir iecienījuši ventilatorus. Arduino, tā kā dārza gultnes vai zieda automātisku laistīšanu podā ir viegli, ja tas nav ērti vai ērti laistīt manuāli.

Pirms sensora pirkšanas apsveriet, kas būs nepieciešams, lai izmērītu relatīvo vai absolūto mitrumu, gaisu vai augsni, kāds ir paredzētais mērījumu diapazons, vai histerēze ir svarīga un kāda precizitāte ir nepieciešama. Visprecīzākais sensors ir optiskais. Pievērsiet uzmanību IP aizsardzības klasei, darba temperatūras diapazonam, atkarībā no konkrētajiem apstākļiem, kuros sensors tiks izmantots, vai parametri ir piemēroti jums.