Fuktighetssensorer - hur de är ordnade och fungerar

En enhet som mäter fuktighetsnivån kallas en hygrometer eller bara en fuktighetssensor. I vardagen är fuktighet en viktig parameter, och ofta inte bara för vanligt liv, utan också för olika utrustningar, och för jordbruk (markfukt), och mycket mer.

Speciellt beror vårt välbefinnande mycket på graden av luftfuktighet. Särskilt känsliga för luftfuktighet är väderberoende personer, liksom personer som lider av högt blodtryck, bronkialastma, sjukdomar i hjärt-kärlsystemet.

Med hög lufttorrhet känner även friska människor obehag, dåsighet, klåda och irritation i huden. Ofta kan torr luft framkalla sjukdomar i andningsorganen, börjar med akuta luftvägsinfektioner och akuta luftvägsinfektioner och slutar även med lunginflammation.

Hos företag kan luftfuktighet påverka säkerheten för produkter och utrustning, och inom jordbruket är markfuktens påverkan på fertilitet etc. otvetydig. fuktighetssensorer - hygrometrar.

Vissa tekniska apparater kalibreras ursprungligen till den absolut nödvändiga vikten, och ibland för att finjustera enheten är det viktigt att ha det exakta luftfuktighetsvärdet i miljön.

fuktighet kan mätas med flera av de möjliga värdena:

• För att bestämma luftfuktigheten för både luft och andra gaser utförs mätningar i gram per kubikmeter när det gäller det absoluta fuktighetsvärdet, eller i enheter av RH när det gäller relativ fuktighet.

• För mätning av fukthalten i fasta ämnen eller i vätskor är mätningar i procent av massan av testproverna lämpliga.

• För att bestämma fuktinnehållet i dåligt blandade vätskor kommer ppm (hur många delar vatten per 1 000 000 delar av provets vikt) att fungera som mätenhet.

Enligt handlingsprincipen är hygrometrar indelade i:

• kapacitiv;

• motstånd;

• termistor;

• optisk;

• e.

1) Kapacitiv fuktighetssensor

Kapacitiva hygrometrar är i enklaste fall kondensatorer med luft som dielektrik i spalten. Det är känt att i luft är den dielektriska konstanten direkt relaterad till fuktighet, och förändringar i den dielektriska fuktigheten leder också till förändringar i luftkondensatorns kapacitans.

En mer komplex version av en kapacitiv fuktighetssensor i luftspalten innehåller en dielektrik, med en dielektrisk konstant, som kan variera mycket under påverkan av fukt. Detta tillvägagångssätt gör sensorns kvalitet bättre än bara med luft mellan kondensatorplattorna.

Det andra alternativet är väl lämpat för mätningar beträffande vattenhalten i fasta ämnen. Det studerade objektet placeras mellan plattorna i en sådan kondensator, till exempel kan objektet vara en tablett, och kondensatorn är själv ansluten till oscillerande krets och till den elektroniska generatorn, medan den erhållna kretsens naturliga frekvens mäts, och kapacitansen som erhålls genom att testprovet införs "beräknas" från den uppmätta frekvensen.

Naturligtvis har denna metod också några nackdelar, till exempel, om provfuktigheten är under 0,5%, kommer den att vara felaktig, dessutom måste det uppmätta provet rengöras för partiklar med en hög dielektrisk konstant, dessutom är provets form viktigt i mätprocessen, det bör inte förändring under studien.

Den tredje typen av kapacitiv fuktighetssensor är en kapacitiv tunnfilmshygrometer. Den innehåller ett substrat på vilket två kamelektroder appliceras. I detta fall spelar kamelektroder plattans roll.För termisk kompensation införs ytterligare två temperatursensorer i sensorn.

2) Resistiv fuktighetssensor

En sådan sensor inkluderar två elektroder som är avsatta på ett underlag, och ett skikt av material avsätts ovanpå själva elektroderna, vilket skiljer sig i ganska lågt motstånd, men det varierar mycket beroende på fuktighet.

Ett lämpligt material i anordningen kan vara aluminiumoxid. Denna oxid absorberar väl vatten från den yttre miljön, medan dess specifika motstånd varierar markant. Som ett resultat kommer det totala motståndet för mätkretsen för en sådan sensor att vara väsentligt beroende av fuktighet. Så kommer värdet på den strömmande strömmen att indikera fuktighetsnivån. Fördelen med sensorer av denna typ är deras låga pris.

3) Termistor-fuktighetssensor

En termistorhygrometer består av ett par identiska termistorer. Kom ihåg det förresten termistor - Detta är en icke-linjär elektronisk komponent vars motstånd är mycket beroende av dess temperatur.

En av termistorerna som ingår i kretsen placeras i en tät kammare med torr luft. Och den andra är i en kammare med hål genom vilka luft med en karakteristisk fuktighet kommer in i den, vars värde måste mätas. Termistorer är anslutna i en bryggkrets, spänning appliceras på en av bryggans diagonaler och avläsningar avläses från den andra diagonalen.

I det fall spänningen vid utgångsterminalerna är noll är temperaturen för båda komponenterna lika, därför är fuktigheten densamma. I fallet då utgången får en spänning utan noll, indikerar detta närvaron av en skillnad i fuktighet i kamrarna. Så fuktigheten bestäms av värdet på den spänning som erhålls under mätningarna.

En oerfaren forskare kan ställa en rättvis fråga, varför ändrar temperaturen på en termistor när den interagerar med fuktig luft? Och saken är att med ökande luftfuktighet börjar vatten avdunsta från termistorkåpan, medan fallstemperaturen sjunker, och ju högre luftfuktigheten är, desto intensivare förångning sker, och desto snabbare kyls termistorn.

4) Optisk (kondens) fuktighetssensor

Denna typ av sensor är mest exakt. Grunden för den optiska fuktighetssensorn är ett fenomen som är förknippat med begreppet "daggpunkt". När temperaturen når daggpunkten är gasformiga och flytande faser i en termodynamisk jämvikt.

Så om du tar ett glas och installerar det i ett gasformigt medium, där temperaturen vid undersökningstillfället är över daggpunkten och sedan börjar kylningsprocessen för detta glas, kommer det vid ett specifikt temperaturvärde att bilda vattenkondensation på glasytan, kommer denna vattenånga att börja passera in i vätskefasen . Denna temperatur är bara daggpunkten.

Så daggpunkttemperaturen är oöverskådligt kopplad och beror på parametrar som luftfuktighet och tryck i miljön. Som ett resultat, med förmågan att mäta daggpunktens tryck och temperatur, kommer det att vara lätt att bestämma fuktighet. Denna princip tjänar som grund för drift av sensorer för optisk fuktighet.

Den enklaste kretsen för en sådan sensor består av en LED som lyser på en spegelyta. Spegeln reflekterar ljuset, ändrar dess riktning och riktar det till fotodetektorn. I detta fall kan spegeln värmas upp eller kylas med hjälp av en speciell temperaturregleringsanordning med hög precision. Ofta är en sådan anordning en termoelektrisk pump. Naturligtvis är en temperatursensor monterad på spegeln.

Innan mätningarna påbörjas är spegelns temperatur inställd på ett värde som uppenbarligen är högre än daggpunktstemperaturen. Utför sedan en gradvis kylning av spegeln.Just nu när temperaturen börjar korsa daggpunkten börjar droppar vatten omedelbart kondensera på spegelytan, och ljusstrålen från dioden kommer att gå sönder på grund av dem, spridning, och detta kommer att leda till en minskning av strömmen i fotodetektorkretsen. Genom feedback interagerar fotodetektorn med spegelns temperaturregulator.

Så, baserat på information som mottas i form av signaler från en fotodetektor, kommer temperaturkontrollen att hålla temperaturen på spegelytan exakt lika med daggpunkten, och temperatursensorn kommer därför att visa temperaturen. Så med känt tryck och temperatur kan du noggrant bestämma de grundläggande indikatorerna för luftfuktighet.

Den optiska fuktighetssensorn har den högsta noggrannheten som inte kan uppnås av andra typer av sensorer, plus frånvaron av hysteres. Nackdelen är det högsta priset av alla, plus en stor elförbrukning. Dessutom måste man se till att spegeln är ren.

5) Elektronisk hygrometer

Funktionen för den elektroniska luftfuktighetssensorn baseras på en förändring i koncentrationen av elektrolyt som täcker eventuellt elektriskt isolerande material. Det finns sådana apparater med automatisk uppvärmning med hänsyn till daggpunkten.

Ofta mäts daggpunkten över en koncentrerad lösning av litiumklorid, som är mycket känslig för minimala luftförändringar. För maximal bekvämlighet är en sådan hygrometer ofta dessutom utrustad med en termometer. Den här enheten har hög noggrannhet och låg fel. Den kan mäta fuktighet oavsett omgivningstemperatur.

Enkla elektroniska hygrometrar i form av två elektroder är också populära, som helt enkelt fastnar i jorden och styr dess fuktighet beroende på graden av konduktivitet, beroende på denna fuktighet. Dessa sensorer är populära bland fans. Arduino, eftersom det är lätt att sätta upp automatisk vattning av en trädgårdsbädd eller blomma i en kruka, om det inte är bekvämt eller bekvämt att vattna manuellt.

Innan du köper en sensor bör du tänka på vad du kommer att behöva för att mäta, relativ eller absolut fuktighet, luft eller jord, vad är det förväntade mätområdet, om hysteres är viktigt och vilken noggrannhet som behövs. Den mest exakta sensorn är optisk. Var uppmärksam på IP-skyddsklassen, driftstemperaturområdet, beroende på de specifika förhållanden där sensorn kommer att användas, om parametrarna är lämpliga för dig.