Vochtigheidssensoren - hoe ze zijn gerangschikt en werken

Een apparaat dat het vochtigheidsniveau meet, wordt een hygrometer of gewoon een vochtigheidssensor genoemd. In het dagelijks leven is luchtvochtigheid een belangrijke parameter, en vaak niet alleen voor het gewone leven, maar ook voor verschillende apparatuur, en voor de landbouw (bodemvocht), en nog veel meer.

In het bijzonder hangt ons welzijn sterk af van de luchtvochtigheid. In het bijzonder gevoelig voor vocht zijn weersafhankelijke mensen, evenals mensen die lijden aan hypertensie, bronchiale astma, aandoeningen van het cardiovasculaire systeem.

Met een hoge luchtdroogte voelen zelfs gezonde mensen ongemak, slaperigheid, jeuk en irritatie van de huid. Vaak kan droge lucht ziekten van de luchtwegen veroorzaken, beginnend met acute luchtweginfecties en acute respiratoire virale infecties en zelfs eindigend met longontsteking.

In bedrijven kan luchtvochtigheid de veiligheid van producten en apparatuur beïnvloeden, en in de landbouw is de invloed van bodemvocht op de vruchtbaarheid enz. Ondubbelzinnig. vochtigheidssensoren - hygrometers.

Sommige technische apparaten zijn in eerste instantie gekalibreerd op het strikt vereiste belang, en soms is het voor het afstemmen van het apparaat belangrijk om de exacte waarde van de vochtigheid in de omgeving te hebben.

vochtigheid kan worden gemeten met verschillende van de mogelijke waarden:

• Om de luchtvochtigheid van zowel lucht als andere gassen te bepalen, worden metingen uitgevoerd in grammen per kubieke meter als het gaat om de absolute waarde van de luchtvochtigheid, of in eenheden van RV als het gaat om de relatieve luchtvochtigheid.

• Voor het meten van het vochtgehalte van vaste stoffen of vloeistoffen zijn metingen als een percentage van de massa van de testmonsters geschikt.

• Om het vochtgehalte van slecht gemengde vloeistoffen te bepalen, dient ppm (hoeveel delen water per 1.000.000 delen van het monster) als meeteenheid.

Volgens het werkingsprincipe zijn hygrometers onderverdeeld in:

• capacitieve;

• resistentie;

• thermistor;

• optische;

• e.

1) Capacitieve vochtigheidssensor

Capacitieve hygrometers zijn in het eenvoudigste geval condensatoren met lucht als diëlektricum in de opening. Het is bekend dat in lucht de diëlektrische constante direct verband houdt met vochtigheid, en veranderingen in de diëlektrische vochtigheid leiden ook tot veranderingen in de capaciteit van de luchtcondensor.

Een meer complexe versie van een capacitieve vochtigheidssensor in de luchtspleet bevat een diëlektricum, met een diëlektrische constante, die sterk kan variëren onder invloed van vochtigheid. Deze benadering maakt de kwaliteit van de sensor beter dan alleen met lucht tussen de condensatorplaten.

De tweede optie is goed geschikt voor metingen met betrekking tot het watergehalte van vaste stoffen. Het bestudeerde object wordt tussen de platen van een dergelijke condensator geplaatst, het object kan bijvoorbeeld een tablet zijn en de condensator zelf is verbonden met het oscillerende circuit en de elektronische generator, terwijl de natuurlijke frequentie van het verkregen circuit wordt gemeten en de capaciteit die wordt verkregen door het introduceren van het testmonster wordt "berekend" uit de gemeten frequentie.

Natuurlijk heeft deze methode enkele nadelen, bijvoorbeeld, als de monstervochtigheid lager is dan 0,5%, is deze onnauwkeurig, bovendien moet het gemeten monster worden ontdaan van deeltjes met een hoge diëlektrische constante, bovendien is de vorm van het monster ook belangrijk tijdens de meting, het mag niet verandering tijdens het onderzoek.

Het derde type capacitieve vochtigheidssensor is een capacitieve dunne-film hygrometer. Het bevat een substraat waarop twee kamelektroden worden aangebracht. In dit geval spelen kamelektroden de rol van platen.Voor thermische compensatie worden bovendien nog twee temperatuursensoren in de sensor geïntroduceerd.

2) Weerstandsvochtigheidssensor

Een dergelijke sensor omvat twee elektroden die worden afgezet op een substraat en een laag materiaal wordt afgezet bovenop de elektroden zelf, die verschilt in een vrij lage weerstand, maar deze varieert sterk afhankelijk van de vochtigheid.

Een geschikt materiaal in de inrichting kan aluminiumoxide zijn. Dit oxide absorbeert water uit de externe omgeving, terwijl de specifieke weerstand aanzienlijk varieert. Als een resultaat zal de totale weerstand van het meetcircuit van een dergelijke sensor aanzienlijk afhankelijk zijn van vochtigheid. De waarde van de stromende stroom geeft dus de vochtigheidsgraad aan. Het voordeel van sensoren van dit type is hun lage prijs.

3) Thermistor vochtigheidssensor

Een thermistor-hygrometer bestaat uit een paar identieke thermistoren. Trouwens, onthoud dat thermistor - Dit is een niet-lineair elektronisch component waarvan de weerstand sterk afhankelijk is van zijn temperatuur.

Een van de thermistors in het circuit wordt in een afgesloten ruimte met droge lucht geplaatst. En de andere - in een kamer met gaten waardoor lucht met een karakteristieke vochtigheid erin komt, waarvan de waarde moet worden gemeten. Thermistoren zijn verbonden in een brugcircuit, spanning wordt aangelegd op een van de diagonalen van de brug en de metingen worden gelezen van de andere diagonaal.

In het geval dat de spanning op de uitgangsklemmen nul is, zijn de temperaturen van beide componenten gelijk, daarom is de vochtigheid hetzelfde. In het geval dat de uitgang een spanning ontvangt die niet nul is, duidt dit op de aanwezigheid van een verschil in vochtigheid in de kamers. De luchtvochtigheid wordt dus bepaald door de waarde van de spanning die tijdens metingen wordt verkregen.

Een onervaren onderzoeker kan een terechte vraag stellen, waarom verandert de temperatuur van een thermistor wanneer deze in wisselwerking staat met vochtige lucht? En het ding is dat bij toenemende luchtvochtigheid water uit de behuizing van de thermistor begint te verdampen, terwijl de temperatuur van de behuizing afneemt en hoe hoger de vochtigheid, hoe intenser de verdamping optreedt en hoe sneller de thermistor afkoelt.

4) Optische (condensatie) vochtigheidssensor

Dit type sensor is het meest nauwkeurig. De basis van de optische vochtigheidssensor is een fenomeen geassocieerd met het concept van "dauwpunt". Wanneer de temperatuur het dauwpunt bereikt, bevinden de gasvormige en vloeibare fasen zich in een thermodynamisch evenwicht.

Dus als u een glas neemt en het in een gasvormig medium installeert, waar de temperatuur op het moment van onderzoek boven het dauwpunt ligt, en vervolgens het koelproces van dit glas start, dan zal zich bij een specifieke temperatuurwaarde watercondensatie op het glasoppervlak beginnen te vormen, deze waterdamp begint in de vloeibare fase over te gaan . Deze temperatuur is slechts het dauwpunt.

De dauwpunttemperatuur is dus onlosmakelijk met elkaar verbonden en hangt af van parameters zoals vochtigheid en druk in de omgeving. Als gevolg hiervan is het gemakkelijk om de luchtvochtigheid te bepalen, omdat u de druk en temperatuur van het dauwpunt kunt meten. Dit principe dient als basis voor de werking van optische vochtigheidssensoren.

Het eenvoudigste circuit van een dergelijke sensor bestaat uit een LED die op een spiegelend oppervlak schijnt. De spiegel reflecteert het licht, verandert van richting en stuurt het naar de fotodetector. In dit geval kan de spiegel worden verwarmd of gekoeld met behulp van een speciale, zeer nauwkeurige temperatuurregelaar. Vaak is een dergelijke inrichting een thermo-elektrische pomp. Natuurlijk is een temperatuursensor op de spiegel gemonteerd.

Voordat met metingen wordt begonnen, wordt de temperatuur van de spiegel ingesteld op een waarde die duidelijk hoger is dan de dauwpunttemperatuur. Voer vervolgens een geleidelijke afkoeling van de spiegel uit.Op het moment dat de temperatuur het dauwpunt begint te overschrijden, beginnen druppels water onmiddellijk op het spiegeloppervlak te condenseren en de lichtstraal van de diode zal hierdoor breken, verstrooiing, en dit zal leiden tot een afname van de stroom in het fotodetectorcircuit. Via feedback werkt de fotodetector samen met de temperatuurregelaar van de spiegel.

Dus, afhankelijk van informatie verkregen in de vorm van signalen van een fotodetector, zal de temperatuurregelaar de temperatuur op het spiegeloppervlak exact gelijk houden aan het dauwpunt, en de temperatuursensor zal dienovereenkomstig de temperatuur weergeven. Met bekende druk en temperatuur kunt u dus nauwkeurig de belangrijkste luchtvochtigheidsindicatoren bepalen.

De optische vochtigheidssensor heeft de hoogste nauwkeurigheid die onbereikbaar is voor andere soorten sensoren, plus de afwezigheid van hysterese. Het nadeel is de hoogste prijs van allemaal, plus een groot elektriciteitsverbruik. Bovendien moet ervoor worden gezorgd dat de spiegel schoon is.

5) Elektronische hygrometer

Het werkingsprincipe van de elektronische luchtvochtigheidssensor is gebaseerd op een verandering in de concentratie elektrolyt, die elk isolatiemateriaal bedekt. Er zijn dergelijke apparaten met automatische verwarming met verwijzing naar het dauwpunt.

Vaak wordt het dauwpunt gemeten over een geconcentreerde oplossing van lithiumchloride, die zeer gevoelig is voor minimale veranderingen in vochtigheid. Voor maximaal gemak is een dergelijke hygrometer vaak bovendien uitgerust met een thermometer. Dit apparaat heeft een hoge nauwkeurigheid en weinig fouten. Het is in staat om de vochtigheid te meten, ongeacht de omgevingstemperatuur.

Eenvoudige elektronische hygrometers in de vorm van twee elektroden zijn ook populair, die eenvoudig in de grond blijven plakken en het vocht regelen op basis van de geleidbaarheid, afhankelijk van deze vochtigheid. Deze sensoren zijn populair bij fans. Arduino, omdat het gemakkelijk is om automatisch een tuinbed of bloem in een pot water te geven, voor het geval het niet handig of handig is om handmatig water te geven.

Overweeg voordat u een sensor koopt, wat u moet meten, relatieve of absolute vochtigheid, lucht of bodem, wat het verwachte meetbereik is, of hysterese belangrijk is en welke nauwkeurigheid nodig is. De meest nauwkeurige sensor is optisch. Let op de IP-beschermingsklasse, het bedrijfstemperatuurbereik, afhankelijk van de specifieke omstandigheden waarin de sensor zal worden gebruikt, of de parameters geschikt zijn voor u.