Sensor kelembapan - bagaimana ia disusun dan berfungsi

Peranti yang mengukur tahap kelembapan dipanggil hygrometer atau sensor kelembapan. Dalam kehidupan sehari-hari, kelembapan adalah parameter penting, dan sering bukan sahaja untuk kehidupan biasa, tetapi juga untuk pelbagai peralatan, dan untuk pertanian (kelembapan tanah) dan banyak lagi.

Khususnya, kesejahteraan kita banyak bergantung pada kelembapan udara. Terutamanya sensitif terhadap kelembapan adalah orang yang bergantung kepada cuaca, serta orang yang menderita hipertensi, asma bronkial, penyakit sistem kardiovaskular.

Dengan kekeringan udara yang tinggi, orang yang sihat juga berasa tidak selesa, mengantuk, gatal-gatal dan kerengsaan kulit. Selalunya udara kering boleh menimbulkan penyakit sistem pernafasan, bermula dengan jangkitan pernafasan akut dan jangkitan virus pernafasan akut, dan berakhir walaupun dengan radang paru-paru.

Di perusahaan, kelembapan udara boleh menjejaskan keselamatan produk dan peralatan, dan dalam pertanian, pengaruh kelembapan tanah pada kesuburan, dan sebagainya tidak jelas. sensor kelembapan - hygrometers.

Sesetengah peranti teknikal pada awalnya ditentukurkan kepada kepentingan yang sangat diperlukan, dan kadang-kadang untuk menyempurnakan peranti, penting untuk mempunyai nilai kelembapan yang tepat di alam sekitar.

Kelembapan boleh diukur dengan beberapa nilai yang mungkin:

• Untuk menentukan kelembapan kedua-dua udara dan gas-gas lain, pengukuran dijalankan dalam gram per meter padu apabila ia datang kepada nilai mutlak kelembapan, atau dalam unit RH apabila ia datang kepada kelembapan relatif.

• Untuk mengukur kandungan lembapan pepejal atau dalam cecair, ukuran sebagai peratusan jisim sampel ujian adalah sesuai.

• Untuk menentukan kandungan kelembapan cecair yang kurang bercampur, ppm (berapa banyak bahagian air bagi setiap 1,000,000 bahagian berat sampel) akan berfungsi sebagai unit pengukuran.

Menurut prinsip tindakan, hygrometers dibahagikan kepada:

• kapasitif;

• resistif;

• termistor;

• optik;

• elektronik.

1) sensor kelembapan kapasitif

Hygrometers kapasitif, dalam kes yang paling mudah, adalah kapasitor dengan udara sebagai dielektrik dalam jurang. Adalah diketahui bahawa di udara pemalar dielektrik secara langsung berkaitan dengan kelembapan, dan perubahan kelembapan dielektrik juga menyebabkan perubahan dalam kapasitansi kondensor udara.

Versi sensor kelembapan kapasitif yang lebih kompleks dalam jurang udara mengandungi dielektrik, dengan pemalar dielektrik, yang boleh berbeza-beza di bawah pengaruh kelembapan. Pendekatan ini menjadikan kualiti sensor lebih baik daripada hanya dengan udara antara plat kapasitor.

Pilihan kedua adalah sesuai untuk pengukuran mengenai kandungan air pepejal. Objek yang dipelajari diletakkan di antara plat kapasitor seperti itu, sebagai contoh, objek itu boleh menjadi tablet, dan kapasitor itu sendiri disambungkan kepada litar berayun dan penjana elektronik, manakala frekuensi asli litar yang diperoleh diukur, dan kapasitansi yang diperoleh dengan memperkenalkan sampel ujian adalah "dikira" dari frekuensi diukur.

Sudah tentu, kaedah ini mempunyai beberapa kelemahan, contohnya, jika kelembapan sampel adalah di bawah 0.5%, ia akan tidak tepat, di samping itu, sampel diukur mesti dibersihkan zarah yang mempunyai pemalar dielektrik yang tinggi, lebih-lebih lagi, bentuk sampel juga penting semasa pengukuran, berubah semasa kajian.

Jenis ketiga sensor kelembapan kapasitif adalah hygrometer filem nipis kapasitif. Ia termasuk substrat di mana dua elektrod sikat digunakan. Dalam kes ini, elektrod sikat memainkan peranan plat.Untuk tujuan pampasan termal, dua sensor suhu tambahan juga diperkenalkan ke sensor.

2) sensor kelembapan tahan

Sensor sedemikian termasuk dua elektrod yang didepositkan pada substrat, dan di atas elektrod itu sendiri lapisan bahan digunakan yang berbeza dengan rintangan yang agak rendah, bagaimanapun, ia sangat berbeza bergantung kepada kelembapan.

Bahan yang sesuai di dalam peranti mungkin alumina. Baik oksida ini menyerap air dari persekitaran luaran, sementara rintangan spesifiknya berbeza dengan ketara. Akibatnya, jumlah rintangan litar pengukuran sensor sedemikian akan sangat bergantung kepada kelembapan. Oleh itu, nilai arus mengalir akan menunjukkan tahap kelembapan. Kelebihan sensor jenis ini adalah harga rendah mereka.

3) sensor kelembapan termistor

Hygrometer termistor terdiri daripada sepasang thermistors yang sama. By the way, ingat itu termistor - Ini adalah komponen elektronik bukan linear yang ketahanannya sangat bergantung pada suhunya.

Salah satu termistor yang termasuk dalam litar diletakkan di dalam ruang tertutup dengan udara kering. Dan yang lain - dalam ruangan dengan lubang di mana udara dengan kelembapan ciri masuk ke dalamnya, nilai yang perlu diukur. Thermistors disambungkan dalam litar jambatan, voltan digunakan pada salah satu daripada jambatan jambatan, dan pembacaan dibaca dari pepenjuru yang lain.

Dalam kes apabila voltan di terminal output adalah sifar, suhu kedua-dua komponen adalah sama, oleh itu kelembapan adalah sama. Dalam kes apabila output akan menerima voltan bukan sifar, ini menunjukkan kehadiran perbezaan kelembapan dalam bilik. Jadi, kelembapan ditentukan oleh nilai voltan yang diperoleh semasa pengukuran.

Seorang penyelidik yang tidak berpengalaman boleh bertanya soalan yang saksama, mengapa suhu termistor berubah apabila ia berinteraksi dengan udara lembap? Dan perkara itu adalah dengan peningkatan kelembapan, air mula menguap dari kes thermistor, manakala suhu kes menurun, dan semakin tinggi kelembapan, semakin kuat penyejatan berlaku, dan lebih cepat termistor menyejukkan.

4) Sensor kelembapan optik (kondensasi)

Jenis sensor ini adalah paling tepat. Asas sensor kelembapan optikal adalah fenomena yang berkaitan dengan konsep "titik embun". Apabila suhu mencapai titik embun, fasa gas dan cecair berada dalam keadaan keseimbangan termodinamik.

Oleh itu, jika anda mengambil gelas dan memasangnya dalam medium gas, di mana suhu pada masa penyiasatan berada di atas titik embun, dan kemudian memulakan proses penyejukan kaca ini, maka pada suhu tertentu nilai pemeluwapan air akan mula terbentuk di permukaan kaca, wap air ini akan mula lulus ke dalam fasa cair . Suhu ini akan menjadi titik embun.

Oleh itu, suhu titik embun dikaitkan secara terikat dan bergantung kepada parameter seperti kelembapan dan tekanan di alam sekitar. Akibatnya, dengan keupayaan untuk mengukur tekanan dan suhu titik embun, mudah untuk menentukan kelembapan. Prinsip ini berfungsi sebagai asas untuk operasi sensor kelembapan optik.

Litar paling mudah seperti sensor terdiri daripada LED yang bersinar di permukaan cermin. Cermin mencerminkan cahaya, menukar arahnya, dan mengarahkannya ke photodetector. Dalam kes ini, cermin boleh dipanaskan atau didinginkan dengan cara alat kawalan suhu khusus ketepatan tinggi. Selalunya peranti itu adalah pam thermoelectric. Sudah tentu, sensor suhu dipasang pada cermin.

Sebelum memulakan pengukuran, suhu cermin ditetapkan pada nilai yang jelas lebih tinggi daripada suhu titik embun. Kemudian lakukan penyejukan secara beransur-ansur cermin.Pada masa ini apabila suhu mula menyeberangi titik embun, titisan air akan segera mula mengalir di permukaan cermin, dan rasuk cahaya dari dioda akan pecah disebabkan olehnya, berselerak, dan ini akan mengakibatkan pengurangan semasa dalam litar fotodetektor. Melalui maklum balas, photodetector berinteraksi dengan pengawal suhu cermin.

Oleh itu, bergantung kepada maklumat yang diperolehi dalam bentuk isyarat dari photodetector, pengawal suhu akan menjaga suhu di permukaan cermin tepat sama dengan titik embun, dan sensor suhu akan dengan sewajarnya menunjukkan suhu. Jadi, dengan tekanan dan suhu yang diketahui, anda boleh menentukan penunjuk kelembapan asas dengan tepat.

Sensor kelembapan optik mempunyai ketepatan tertinggi yang tidak dapat dicapai oleh jenis sensor lain, serta ketiadaan histeresis. Kelemahannya adalah harga tertinggi semua, termasuk penggunaan elektrik yang besar. Di samping itu, penjagaan mesti diambil untuk memastikan cermin itu bersih.

5) Elektronik hygrometer

Prinsip pengoperasian sensor kelembapan udara elektronik adalah berdasarkan perubahan kepekatan elektrolit yang meliputi bahan penebat elektrik. Terdapat peranti sedemikian dengan pemanasan automatik dengan merujuk kepada titik embun.

Selalunya titik embun diukur melalui penyelesaian pekat litium klorida, yang sangat sensitif terhadap perubahan kelembapan minimum. Untuk kemudahan maksimum, hygrometer seperti ini sering dilengkapi dengan termometer. Peranti ini mempunyai ketepatan yang tinggi dan ralat rendah. Ia mampu mengukur kelembapan tanpa mengira suhu ambien.

Hygrometers elektronik mudah dalam bentuk dua elektrod juga popular, yang hanya melekat ke dalam tanah, mengawal kelembapannya mengikut tahap kekonduksian, bergantung kepada kelembapan ini. Sensor ini popular dengan peminat. Arduino, kerana mudah untuk menyiapkan penyiraman secara automatik dari katil taman atau bunga dalam periuk, jika tidak mudah atau mudah untuk air secara manual.

Sebelum anda membeli sensor, pertimbangkan apa yang anda perlukan untuk mengukur, kelembapan relatif atau mutlak, udara atau tanah, apa julat jangkauan jangkaan, sama ada histeresis adalah penting, dan ketepatan apa yang diperlukan. Sensor yang paling tepat adalah optik. Beri perhatian kepada kelas perlindungan IP, julat suhu operasi, bergantung pada keadaan tertentu di mana sensor akan digunakan, sama ada parameter sesuai untuk anda.