Drėgmės jutikliai - kaip jie išdėstyti ir veikia

Prietaisas, matuojantis drėgmės lygį, vadinamas higrometru arba tiesiog drėgmės jutikliu. Kasdieniniame gyvenime drėgmė yra svarbus parametras, dažnai ne tik įprastas gyvenimas, bet ir įvairios įrangos, žemės ūkio (dirvožemio drėgmė) ir daug daugiau.

Visų pirma, mūsų savijauta labai priklauso nuo oro drėgnumo laipsnio. Ypač jautrūs drėgmei yra nuo oro sąlygų priklausomi žmonės, taip pat žmonės, kenčiantys nuo hipertenzijos, bronchinės astmos, širdies ir kraujagyslių sistemos ligų.

Esant dideliam oro sausumui, net sveiki žmonės jaučia diskomfortą, mieguistumą, niežėjimą ir odos sudirginimą. Dažnai sausas oras gali išprovokuoti kvėpavimo sistemos ligas, pradedant ūmiomis kvėpavimo takų infekcijomis ir ūmiomis kvėpavimo takų virusinėmis infekcijomis ir baigiant net plaučių uždegimu.

Įmonėse oro drėgmė gali paveikti gaminių ir įrangos saugą, o žemės ūkyje dirvožemio drėgmės įtaka derlingumui ir kt. Yra neabejotina. drėgmės jutikliai - higrometrai.

Kai kurie techniniai prietaisai iš pradžių kalibruojami pagal griežtai reikalaujamą svarbą, o kartais, norint tiksliai sureguliuoti prietaisą, svarbu tiksliai nustatyti aplinkos drėgmę.

Drėgmė galima išmatuoti keliomis iš galimų verčių:

• Oro ir kitų dujų drėgmei nustatyti matuojama gramais kubiniame metre, kai nustatoma absoliuti drėgmės vertė, arba RH vienetais, kai yra santykinė oro drėgmė.

• Kietųjų medžiagų arba skysčių drėgmės kiekiui matuoti tinka matuoti bandinių masės procentą.

• Norint nustatyti blogai sumaišytų skysčių drėgmės kiekį, matavimo vienetas bus ppm (kiek vandens dalių yra 1 000 000 mėginio dalių).

Pagal veikimo principą higrometrai skirstomi į:

• talpinis;

• atsparus;

• termistorius;

• optinis;

• elektroninis.

1) Talpinis drėgmės jutiklis

Talpiniai higrometrai paprasčiausiu atveju yra kondensatoriai, kurių ore dielektrikas yra tarpas. Yra žinoma, kad ore dielektrinė konstanta yra tiesiogiai susijusi su drėgme, o dielektrinės drėgmės pokyčiai taip pat lemia oro kondensatoriaus talpos pokyčius.

Sudėtingesniame oro tarpo talpinio drėgmės jutiklio variante yra dielektrikas su dielektrine konstanta, kuri gali labai skirtis veikiant drėgmei. Šis požiūris padaro jutiklio kokybę geresnį nei vien tik su oru tarp kondensatoriaus plokštelių.

Antrasis variantas yra tinkamas kietųjų dalelių vandens kiekiui matuoti. Tiriamas objektas dedamas tarp tokio kondensatoriaus plokštelių, pavyzdžiui, objektas gali būti planšetinis kompiuteris, o pats kondensatorius yra prijungtas prie virpesių grandinės ir prie elektroninio generatoriaus, o išmatuojamas gautos grandinės natūralus dažnis, o talpa, gauta įvedant bandinį, „apskaičiuojama“ iš išmatuoto dažnio.

Be abejo, šis metodas turi tam tikrų trūkumų, pavyzdžiui, jei mėginio drėgnumas yra mažesnis nei 0,5%, jis bus netikslus, be to, išmatuotas mėginys turi būti išvalytas iš dalelių, turinčių didelę dielektrinę konstantą, be to, matavimo metu svarbi ir mėginio forma, ji neturėtų būti pokytis tyrimo metu.

Trečiasis talpinio drėgmės jutiklio tipas yra talpinis plonasluoksnis higrometras. Tai apima pagrindą, ant kurio uždedami du šukų elektrodai. Tokiu atveju šukų elektrodai atlieka plokštelių vaidmenį.Šiluminės kompensacijos tikslais į jutiklį papildomai įvedami dar du temperatūros jutikliai.

2) varžinis drėgmės jutiklis

Tokį jutiklį sudaro du elektrodai, kurie nusėda ant substrato, o ant pačių elektrodų yra dedamas medžiagos sluoksnis, kuris skiriasi gana mažu pasipriešinimu, tačiau jis labai skiriasi priklausomai nuo drėgmės.

Tinkama prietaiso medžiaga gali būti aliuminio oksidas. Šis oksidas gerai sugeria vandenį iš išorinės aplinkos, o jo savitasis atsparumas labai skiriasi. Dėl to bendras tokio jutiklio matavimo grandinės pasipriešinimas labai priklausys nuo drėgmės. Taigi tekančios srovės vertė parodys drėgmės lygį. Šio tipo jutiklių pranašumas yra maža jų kaina.

3) Termistorinis drėgmės jutiklis

Termistorinis higrometras susideda iš identiškų termistorių poros. Beje, prisimink tai termistorius - Tai netiesinis elektroninis komponentas, kurio atsparumas labai priklauso nuo jo temperatūros.

Vienas iš termistorių, įtrauktų į grandinę, dedamas į sandarią kamerą su sausu oru. O kitas yra kameroje su skylutėmis, pro kurias į ją patenka oras su būdingu drėgnumu, kurio vertę reikia išmatuoti. Termistoriai jungiami tilto grandinėje, įtampa įdedama į vieną iš tilto įstrižainių, o rodmenys skaitomi iš kitos įstrižainės.

Tuo atveju, kai išėjimo gnybtų įtampa yra lygi nuliui, abiejų komponentų temperatūra yra lygi, todėl drėgmė yra vienoda. Tuo atveju, kai išėjime bus naudojama nulinė įtampa, tai rodo, kad kamerose yra drėgmės skirtumas. Taigi, drėgmė nustatoma pagal įtampos vertę, gautą matuojant.

Nepatyręs tyrėjas gali užduoti teisingą klausimą, kodėl keičiasi termistoriaus temperatūra, kai jis sąveikauja su drėgnu oru? Ir dalykas yra tas, kad didėjant drėgmei, vanduo pradeda išgaruoti iš termistoriaus korpuso, tuo tarpu korpuso temperatūra mažėja, ir kuo didesnė drėgmė, tuo intensyvesnis garinimas vyksta ir tuo greičiau termistorius atvėsta.

4) optinis (kondensacinis) drėgmės jutiklis

Šio tipo jutikliai yra tiksliausi. Optinio drėgmės jutiklio pagrindas yra reiškinys, susijęs su „rasos taško“ sąvoka. Kai temperatūra pasiekia rasos tašką, dujinė ir skysčio fazės yra termodinaminės pusiausvyros būsenoje.

Taigi, jei jūs paimsite stiklinę ir įdėsite ją į dujinę terpę, kurioje tyrimo metu temperatūra yra aukštesnė nei rasos taškas, ir tada pradėkite šio stiklo aušinimo procesą, tada esant tam tikrai temperatūros vertei ant stiklo paviršiaus pradės formuotis vandens kondensatas, šie vandens garai pradės pereiti į skystą fazę. . Ši temperatūra bus tik rasos taškas.

Taigi rasos taško temperatūra yra neatsiejamai susijusi ir priklauso nuo tokių parametrų kaip drėgmė ir slėgis aplinkoje. Dėl to, įvertinus rasos taško slėgį ir temperatūrą, bus lengva nustatyti drėgmę. Šis principas yra optinių drėgmės jutiklių veikimo pagrindas.

Paprasčiausią tokio jutiklio grandinę sudaro šviesos diodas, kuris šviečia ant veidrodžio paviršiaus. Veidrodis atspindi šviesą, pakeisdamas jos kryptį ir nukreipdamas ją į fotodetektorių. Tokiu atveju veidrodį galima pašildyti arba atvėsinti specialiu didelio tikslumo temperatūros reguliavimo įtaisu. Dažnai toks prietaisas yra termoelektrinis siurblys. Žinoma, ant veidrodžio sumontuotas temperatūros jutiklis.

Prieš pradedant matavimus, veidrodžio temperatūra nustatoma iki reikšmės, kuri yra akivaizdžiai aukštesnė už rasos taško temperatūrą. Tada palaipsniui atvėsinkite veidrodį.Tuo metu, kai temperatūra pradeda kirsti rasos tašką, ant veidrodžio paviršiaus iš karto pradeda kondensuotis vandens lašai, o šviesos diodas nuo jų nutrūks, išsisklaidys ir tai lems srovės sumažėjimą fotodetektoriaus grandinėje. Per grįžtamąjį ryšį fotodetektorius sąveikauja su veidrodžio temperatūros reguliatoriumi.

Taigi, remdamasis informacija, gauta iš fotodetektoriaus gaunamų signalų, temperatūros reguliatorius išlaikys veidrodžio paviršiaus temperatūrą tiksliai lygią rasos taškui, o temperatūros jutiklis atitinkamai parodys temperatūrą. Taigi, turėdami žinomą slėgį ir temperatūrą, galite tiksliai nustatyti pagrindinius drėgmės rodiklius.

Optinio drėgmės jutiklio tikslumas yra aukščiausias, kurio neįmanoma pasiekti naudojant kitų tipų jutiklius, be to, nėra histerezės. Trūkumas yra didžiausia kaina iš visų, plius didelis elektros energijos suvartojimas. Be to, reikia pasirūpinti, kad veidrodis būtų švarus.

5) Elektroninis higrometras

Elektroninio oro drėgmės jutiklio veikimo principas grindžiamas elektrolito koncentracijos, apimančios bet kurią elektrinę izoliacinę medžiagą, pokyčiais. Yra tokių įtaisų su automatiniu šildymu, atsižvelgiant į rasos tašką.

Dažnai rasos taškas matuojamas koncentruotame ličio chlorido tirpale, kuris yra labai jautrus minimaliems drėgmės pokyčiams. Maksimaliam patogumui toks higrometras dažnai papildomai komplektuojamas su termometru. Šis prietaisas pasižymi dideliu tikslumu ir maža klaida. Jis gali išmatuoti drėgmę nepriklausomai nuo aplinkos temperatūros.

Taip pat populiarūs yra paprasti elektroniniai dviejų elektrodų higrometrai, kurie tiesiog prilimpa prie dirvožemio, kontroliuodami jo drėgmę pagal laidumo laipsnį, atsižvelgiant į šią drėgmę. Šie jutikliai yra populiarūs gerbėjų tarpe. Arduino, nes nesunku nustatyti automatinį sodo lovos ar gėlės laistymą vazonėlyje, tuo atveju, jei nėra patogu ar patogu laistyti rankiniu būdu.

Prieš pirkdami jutiklį, pagalvokite, ką reikės išmatuoti, santykinę ar absoliučią drėgmę, orą ar dirvožemį, koks yra numatomas matavimo diapazonas, ar svarbi histerezė ir koks tikslumas reikalingas. Tiksliausias jutiklis yra optinis. Atkreipkite dėmesį į IP apsaugos klasę, darbinės temperatūros diapazoną, atsižvelgiant į konkrečias sąlygas, kuriose jutiklis bus naudojamas, ar parametrai jums tinka.