Senzori de umiditate - modul în care sunt aranjați și funcționează

Un dispozitiv care măsoară nivelul de umiditate se numește higrometru sau doar senzor de umiditate. În viața de zi cu zi, umiditatea este un parametru important și adesea nu numai pentru viața obișnuită, ci și pentru diverse echipamente, precum și pentru agricultură (umiditatea solului) și multe altele.

În special, starea noastră de bine depinde foarte mult de gradul de umiditate al aerului. Deosebit de sensibile la umiditate sunt persoanele dependente de vreme, precum și persoanele care suferă de hipertensiune, astm bronșic, boli ale sistemului cardiovascular.

Cu uscăciune mare a aerului, chiar și persoanele sănătoase simt disconfort, somnolență, mâncărime și iritare a pielii. Adesea, aerul uscat poate provoca boli ale sistemului respirator, începând cu infecții respiratorii acute și infecții virale acute respiratorii și terminând chiar și cu pneumonie.

La întreprinderi, umiditatea aerului poate afecta siguranța produselor și echipamentelor, iar în agricultură, influența umidității solului asupra fertilității etc. este lipsită de ambiguitate. senzori de umiditate - higrometre.

Unele dispozitive tehnice sunt calibrate inițial la importanța strict necesară, iar uneori pentru a regla fin dispozitivul, este important să aveți valoarea exactă a umidității din mediu.

umiditate poate fi măsurat cu mai multe dintre valorile posibile:

• Pentru a determina umiditatea atât a aerului, cât și a altor gaze, măsurătorile se efectuează în grame pe metru cub atunci când este vorba de valoarea absolută a umidității sau în unități de RH când vine vorba de umiditate relativă.

• Pentru măsurarea conținutului de umiditate a solidelor sau a lichidelor, sunt adecvate măsurările procentuale din masa probelor de testare.

• Pentru a determina conținutul de umiditate al lichidelor slab amestecate, ppm (câte părți de apă la 1.000.000 de părți din greutatea probei) va servi ca unitate de măsură.

Conform principiului acțiunii, higrometrele sunt împărțite în:

• capacitiv;

• rezistență;

• termistor;

• optice;

• e.

1) Senzor capacitiv de umiditate

Igrometre capacitive, în cel mai simplu caz, sunt condensatoare cu aer ca dielectric în gol. Se știe că în aer constanta dielectrică este direct legată de umiditate, iar modificările umidității dielectrice conduc, de asemenea, la modificări ale capacității condensatorului de aer.

O versiune mai complexă a unui senzor de umiditate capacitiv în golul de aer conține un dielectric, cu o constantă dielectrică, care poate varia foarte mult sub influența umidității. Această abordare îmbunătățește calitatea senzorului decât cu aerul între plăcile condensatorului.

A doua opțiune este potrivită pentru măsurători privind conținutul de apă al solidelor. Obiectul studiat este plasat între plăcile unui astfel de condensator, de exemplu, obiectul poate fi o tabletă, iar condensatorul în sine este conectat la circuitul oscilant și la generatorul electronic, în timp ce frecvența naturală a circuitului obținut este măsurată, iar capacitatea obținută prin introducerea probei de testare este „calculată” din frecvența măsurată.

Desigur, această metodă are unele dezavantaje, de exemplu, dacă umiditatea eșantionului este sub 0,5%, va fi inexactă, în plus, proba măsurată trebuie curățată de particule care au o constantă dielectrică ridicată, în plus, forma eșantionului este importantă și în timpul măsurării, nu ar trebui schimbare în timpul studiului.

Al treilea tip de senzor de umiditate capacitiv este un higrometru capacitiv cu film subțire. Include un substrat pe care se aplică doi electrozi de pieptene. În acest caz, electrozii de pieptene joacă rolul plăcilor.În scopul compensării termice, sunt adăugați suplimentar încă doi senzori de temperatură în senzor.

2) Senzor de umiditate rezistiv

Un astfel de senzor include doi electrozi care se depun pe un substrat, iar deasupra electrozii se aplică un strat de material care diferă într-o rezistență destul de scăzută, însă variază mult în funcție de umiditate.

Un material adecvat în dispozitiv poate fi alumina. Acest puț de oxid absoarbe apa din mediul extern, în timp ce rezistența sa specifică variază semnificativ. Drept urmare, rezistența totală a circuitului de măsurare a unui astfel de senzor va depinde semnificativ de umiditate. Deci, valoarea curentului care curge va indica nivelul de umiditate. Avantajul senzorilor de acest tip este prețul lor redus.

3) Senzor de umiditate termistor

Un higrometru termistor este format dintr-o pereche de termistori identici. Apropo, amintiți-vă că termistor - Aceasta este o componentă electronică neliniară a cărei rezistență depinde în mare măsură de temperatură.

Unul dintre termistorii incluși în circuit este plasat într-o cameră sigilată cu aer uscat. Iar cealaltă - într-o cameră cu găuri prin care intră aer cu o umiditate caracteristică, a cărei valoare trebuie măsurată. Termistoarele sunt conectate într-un circuit de punte, tensiunea este aplicată pe una dintre diagonalele podului, iar citirile sunt citite din cealaltă diagonală.

În cazul în care tensiunea la bornele de ieșire este zero, temperaturile ambelor componente sunt egale, prin urmare umiditatea este aceeași. În cazul în care ieșirea va primi o tensiune non-zero, aceasta indică prezența unei diferențe de umiditate în camere. Deci, umiditatea este determinată de valoarea tensiunii obținute în timpul măsurătorilor.

Un cercetător neexperimentat poate pune o întrebare corectă, de ce se schimbă temperatura unui termistor atunci când interacționează cu aerul umed? Și lucrul este că, odată cu umiditatea în creștere, apa începe să se evapore din carcasa termistorului, în timp ce temperatura carcasei scade și cu cât umiditatea este mai mare, cu atât se produce mai intensă evaporarea și cu atât mai rapid se răcește termistorul.

4) Senzor de umiditate optic (condens)

Acest tip de senzor este cel mai precis. Baza senzorului optic de umiditate este un fenomen asociat cu conceptul de „punct de rouă”. Când temperatura atinge punctul de rouă, fazele gazoase și lichide sunt în condițiile echilibrului termodinamic.

Deci, dacă luați un pahar și îl instalați într-un mediu gazos, unde temperatura la momentul investigării este peste punctul de rouă, apoi începeți procesul de răcire a acestui pahar, atunci la o valoare specifică a temperaturii, condensul de apă va începe să se formeze pe suprafața sticlei, acest vapor de apă va începe să treacă în faza lichidă . Această temperatură va fi doar punctul de rouă.

Deci, temperatura punctului de rouă este indisolubil legată și depinde de parametri precum umiditatea și presiunea din mediu. Ca urmare, având capacitatea de a măsura presiunea și temperatura punctului de rouă, va fi ușor de determinat umiditatea. Acest principiu servește ca bază pentru funcționarea senzorilor de umiditate optici.

Cel mai simplu circuit al unui astfel de senzor constă dintr-un LED care strălucește pe o suprafață a oglinzii. Oglinda reflectă lumina, schimbându-și direcția și direcționând-o către fotodetector. În acest caz, oglinda poate fi încălzită sau răcită cu ajutorul unui dispozitiv special de control al temperaturii de înaltă precizie. Adesea, un astfel de dispozitiv este o pompă termoelectrică. Desigur, pe oglindă este montat un senzor de temperatură.

Înainte de începerea măsurătorilor, temperatura oglinzii este setată la o valoare care este evident mai mare decât temperatura punctului de rouă. Apoi efectuați o răcire treptată a oglinzii.În momentul în care temperatura începe să traverseze punctul de rouă, picăturile de apă se vor condensa imediat pe suprafața oglinzii, iar fasciculul de lumină din diodă se va rupe din cauza lor, se va împrăștia, iar acest lucru va duce la o scădere a curentului din circuitul fotodetectorului. Prin feedback, fotodetectorul interacționează cu regulatorul de temperatură al oglinzii.

Deci, bazându-se pe informațiile obținute sub formă de semnale de la un fotodetector, regulatorul de temperatură va menține temperatura pe suprafața oglinzii exact egală cu punctul de rouă, iar senzorul de temperatură va arăta în consecință temperatura. Deci, cu presiunea și temperatura cunoscute, puteți determina cu precizie indicatorii de bază ai umidității.

Senzorul optic de umiditate are cea mai mare precizie care nu poate fi atinsă de alte tipuri de senzori, plus absența histerezei. Dezavantajul este cel mai mare preț dintre toate, plus un consum mare de energie electrică. În plus, trebuie să aveți grijă să vă asigurați că oglinda este curată.

5) higrometru electronic

Principiul de funcționare al senzorului electronic de umiditate a aerului se bazează pe o modificare a concentrației de electrolit, care acoperă orice material izolant. Există astfel de dispozitive cu încălzire automată cu referire la punctul de rouă.

Adesea punctul de rouă este măsurat pe o soluție concentrată de clorură de litiu, care este foarte sensibilă la modificările minime ale umidității. Pentru o maximă comoditate, un astfel de higrometru este adesea echipat suplimentar cu un termometru. Acest dispozitiv are o precizie ridicată și o eroare redusă. Este capabil să măsoare umiditatea indiferent de temperatura ambiantă.

Sunt populare și igrometre electronice simple sub formă de doi electrozi, care se lipesc pur și simplu în sol, controlându-și umiditatea în funcție de gradul de conductivitate, în funcție de această umiditate. Acești senzori sunt populari în rândul fanilor. Arduino, deoarece este ușor să configurați udarea automată a unui pat de grădină sau a unei flori într-un vas, în cazul în care nu este convenabil sau convenabil să udati manual.

Înainte de a cumpăra un senzor, luați în considerare ceea ce veți avea nevoie pentru a măsura, umiditatea relativă sau absolută, aer sau sol, care este intervalul de măsurare preconizat, dacă este importantă isterie și ce precizie este necesară. Cel mai precis senzor este optic. Acordați atenție clasei de protecție IP, intervalului de temperatură de funcționare, în funcție de condițiile specifice în care va fi utilizat senzorul, dacă parametrii sunt potriviți pentru dvs.