Páratartalom-érzékelők - azok felépítése és működése

A páratartalom mérésére szolgáló készüléket hidrométernek vagy csak páratartalom érzékelőnek hívják. A mindennapi életben a páratartalom fontos paraméter, és gyakran nem csak a hétköznapi életben, hanem a különféle felszerelésekben, valamint a mezőgazdaságban (talajnedvesség) és még sok másban is.

Különösen jólétünk nagyban függ a levegő páratartalmától. Különösen érzékenyek a páratartalomra az időjárástól függő emberek, valamint a magas vérnyomásban, hörgőasztmában és a szív- és érrendszeri betegségekben szenvedők.

Magas levegőszárazság mellett az egészséges emberek is diszkomfortot, álmosságot, viszketést és a bőr irritációját érzik. A száraz levegő gyakran provokálhatja a légzőrendszer betegségeit, kezdve akut légzőszervi fertőzésekkel és akut légzőszervi vírusos fertőzésekkel, és akár tüdőgyulladással is.

A vállalkozásoknál a levegő páratartalma befolyásolhatja a termékek és berendezések biztonságát, a mezőgazdaságban pedig a talaj nedvességtartalmának egyértelmű hatása van a termékenységre stb. páratartalom érzékelők - nedvességmérők.

Néhány műszaki eszközt eredetileg a szigorúan szükséges fontosságra kalibrálnak, és néha az eszköz finomhangolása érdekében fontos, hogy pontos legyen a környezet páratartalmának értéke.

páratartalom többféle lehetséges értékkel mérhető:

• A levegő és más gázok páratartalmának meghatározására a méréseket gramm / köbméterben kell elvégezni, ha a páratartalom abszolút értéke van, vagy a relatív páratartalom egységeiben, ha a relatív páratartalmat kell meghatározni.

• A szilárd vagy folyékony folyadékok nedvességtartalmának mérésére a mérés a tesztminták tömegének százalékában kifejezve megfelelő.

• A rosszul keveredő folyadékok nedvességtartalmának meghatározásához ppm (hány rész víz a minta tömegének 1 000 000 részére vonatkoztatva) lesz a mértékegység.

A cselekvés elve szerint a higrométereket a következőkre osztják:

• kapacitív;

• ellenállás;

• termisztor;

• optikai;

• e.

1) Kapacitív páratartalom érzékelő

A kapacitív higrométerek, a legegyszerűbb esetben, olyan kondenzátorok, amelyek levegője dielektromos a résben. Ismeretes, hogy a levegőben az dielektromos állandó közvetlenül kapcsolódik a páratartalomhoz, és a dielektromos páratartalom változásai a légkondenzátor kapacitásának változásához is vezetnek.

A légrésben lévő kapacitív páratartalom-érzékelő bonyolultabb változata dielektrikumot tartalmaz, amelynek dielektromos állandója nagymértékben változhat a páratartalom hatására. Ez a megközelítés jobbá teszi az érzékelő minőségét, nem csak a kondenzátorlemezek közötti levegőnél.

A második lehetőség kiválóan alkalmas a szilárd anyagok víztartalmának mérésére. A vizsgált tárgyat egy ilyen kondenzátor lemezei közé helyezik, például egy tárgy lehet egy tabletta, és maga a kondenzátor csatlakozik az oszcilláló áramkörhöz és az elektronikus generátorhoz, miközben megmérik a kapott áramkör természetes frekvenciáját, és a tesztminta bevezetésével kapott kapacitást "kiszámítják" a mért frekvenciából.

Ennek a módszernek természetesen vannak hátrányai is, például ha a minta páratartalma 0,5% alatt van, akkor pontatlan lesz, ráadásul a mért mintát meg kell tisztítani a nagy dielektromos állandóval rendelkező részecskékről, ráadásul a minta alakja is fontos a mérés során, nem szabad változás a tanulmány során.

A kapacitív páratartalom érzékelők harmadik típusa egy kapacitív vékony film higrométer. Ez magában foglal egy hordozót, amelyre két fésű elektródát alkalmaznak. Ebben az esetben a fésűelektródák játszanak lemezeket.A hőkompenzáció céljából további két hőmérséklet-érzékelőt vezetnek be az érzékelőbe.

2) Ellenállásos páratartalom érzékelő

Egy ilyen érzékelő két elektródát tartalmaz, amelyek egy hordozón helyezkednek el, és maguk az elektródok tetejére egy olyan anyagréteget alkalmaznak, amely meglehetősen alacsony ellenállásban különbözik, azonban a nedvességtől függően nagyban változik.

A készülékben megfelelő anyag lehet alumínium-oxid. Ez az oxid jól elnyeli a vizet a külső környezetből, fajlagos ellenállása jelentősen változik. Ennek eredményeként az ilyen érzékelők mérési áramkörének teljes ellenállása jelentősen függ a páratartalomtól. Tehát az áramló áram értéke jelzi a páratartalmat. Az ilyen típusú érzékelők előnye az alacsony ár.

3) Termisztor páratartalom érzékelő

A termisztoros higrométer azonos termisztorpárból áll. Mellesleg, emlékezz rá termisztor - Ez egy nemlineáris elektronikus alkatrész, amelynek ellenállása erősen függ a hőmérséklettől.

Az áramkörbe beépített termisztorok egyikét száraz levegővel ellátott zárt kamrába helyezik. A másik - lyukakkal ellátott kamrában, amelyen keresztül jellegzetes páratartalmú levegő lép be, amelynek értékét meg kell mérni. A termisztorokat egy hídáramkörben összekötik, a híd egyik átlójára feszültséget adnak, a másik átlóról pedig a leolvasásokat.

Abban az esetben, ha a kimeneti kapcsokon a feszültség nulla, akkor a két elem hőmérséklete azonos, tehát a páratartalom azonos. Abban az esetben, ha a kimenet nem nulla feszültséget fog kapni, ez azt jelzi, hogy a kamrákban páratartalom-különbség van. Tehát a páratartalmat a mérések során kapott feszültség értéke határozza meg.

Egy tapasztalatlan kutató méltányos kérdést tehet fel. Miért változik a termisztor hőmérséklete, amikor a nedves levegővel kölcsönhatásba lép? És az a helyzet, hogy a növekvő páratartalom mellett a víz elpárologni kezd a termisztor házából, miközben az edény hőmérséklete csökken, és minél magasabb a páratartalom, annál intenzívebb a párolgás, és annál gyorsabban lehűl a termisztor.

4) Optikai (kondenzációs) páratartalom érzékelő

Ez a típusú érzékelő a legpontosabb. Az optikai páratartalom-érzékelő alapja a „harmatpont” fogalmához kapcsolódó jelenség. Amikor a hőmérséklet eléri a harmatpontot, a gáznemű és a folyékony fázis termodinamikai egyensúlyi állapotban van.

Tehát, ha befogad egy üvegpoharat egy gáznemű közegbe, ahol a hőmérséklet a vizsgálat idején meghaladja a harmatpontot, majd elkezdi ennek az üvegnek a hűtési folyamatát, akkor egy meghatározott hőmérsékleti értéknél vízkondenzáció kezd kialakulni az üveg felületén, ez a vízgőz elkezdi átjutni a folyadékfázisba. . Ez a hőmérséklet csak a harmatpont lesz.

Tehát a harmatpont hőmérséklete elválaszthatatlanul kapcsolódik és olyan paraméterektől függ, mint például a páratartalom és a környezet nyomása. Ennek eredményeként, mivel képes megmérni a harmatpont nyomását és hőmérsékletét, könnyen meg lehet határozni a páratartalmat. Ez az elv szolgál az optikai páratartalom-érzékelők működésének alapjául.

Az ilyen érzékelők legegyszerűbb áramköre egy LED-ből áll, amely a tükör felületén világít. A tükör tükrözi a fényt, megváltoztatva annak irányát, és a fénydetektor felé irányítva. Ebben az esetben a tükör melegíthető vagy hűthető egy speciális, nagy pontosságú hőmérsékletszabályozó berendezés segítségével. Az ilyen eszköz gyakran termoelektromos szivattyú. Természetesen egy hőmérséklet-érzékelő van felszerelve a tükörre.

A mérés megkezdése előtt a tükör hőmérsékletét olyan értékre állítják, amely nyilvánvalóan magasabb, mint a harmatpont hőmérséklete. Ezután hajtsa végre a tükör fokozatos hűtését.Abban a pillanatban, amikor a hőmérséklet elkezdi átlépni a harmatpontot, a vízcseppek azonnal kondenzálódnak a tükör felületén, és a diódából származó fénysugár ezek miatt szétesik, szétszóródik, és ez csökkenti a fotodetektor áramkörének áramát. Visszajelzés révén a fotodetektor kölcsönhatásba lép a tükör hőmérséklet-szabályozójával.

Tehát a fotodetektorból származó jel formájában nyert információkra támaszkodva a hőmérsékletszabályozó pontosan a harmatponttal megegyező hőmérsékletet tart a tükör felületén, és ennek megfelelően a hőmérséklet-érzékelő megmutatja a hőmérsékletet. Tehát az ismert nyomás és hőmérséklet mellett pontosan meghatározhatja az alapvető páratartalom-mutatókat.

Az optikai páratartalom-érzékelő a legmagasabb pontossággal rendelkezik, amelyet más típusú érzékelők nem érhetnek el, plusz hiszterézis hiánya. Hátránya az összes legmagasabb ár, plusz a nagy villamosenergia-fogyasztás. Ezenkívül ügyeljen arra, hogy a tükör tiszta legyen.

5) elektronikus nedvességmérő

Az elektronikus levegő páratartalom érzékelő működésének elve az elektrolit koncentrációjának változásán alapul, amely minden elektromos szigetelő anyagot lefedi. Vannak olyan készülékek, amelyek automatikus fűtéssel rendelkeznek a harmatpont függvényében.

A harmatpontot gyakran lítium-klorid koncentrált oldatával mérik, amely nagyon érzékeny a minimális páratartalom-változásokra. A maximális kényelem érdekében egy ilyen nedvességmérő gyakran kiegészítő hőmérővel van felszerelve. Ez az eszköz nagy pontossággal és alacsony hibával rendelkezik. Képes a páratartalom mérésére, a környezeti hőmérséklettől függetlenül.

Két elektróda formájában készített egyszerű elektronikus nedvességmérők is népszerűek, amelyek egyszerűen beletapadnak a talajba, és ennek nedvességtartalmától függően szabályozzák nedvességét a vezetőképesség fokának megfelelően. Ezek az érzékelők népszerűek a rajongók körében. Arduino, mivel könnyű beállítani a kerti ágy vagy virág automatikus öntözését a fazékban, abban az esetben, ha nem kényelmes vagy kényelmes a manuális öntözés.

Mielőtt érzékelőt vásárol, mérlegelje meg, hogy mit kell mérnie, a relatív vagy abszolút páratartalmat, a levegőt vagy a talajt, mi a várható mérési tartomány, hogy fontos-e a hiszterézis és milyen pontosság szükséges. A legpontosabb érzékelő optikai. Vegye figyelembe az IP védettségi osztályt, az üzemi hőmérsékleti tartományt, attól függően, hogy az érzékelőt mikor fogják használni, hogy a paraméterek megfeleljenek-e az Ön számára.