Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Vysoká vlhkost v místnosti může vést k vyčerpání tapety, vytváří příznivé prostředí pro tvorbu hub a plísní, množení hmyzu atd. S nedostatkem vlhkosti ve vzduchu vysychají stěny, zhoršuje se pohoda obyvatel a dochází k předčasnému praskání materiálů. Aby se předešlo negativním důsledkům v důsledku nedodržení mikroklimatu v místnosti, je neustále monitorována koncentrace vody ve vzduchu. Senzor vlhkosti poskytuje neocenitelnou pomoc při řešení tohoto problému.

Typy a princip činnosti

Množství vlhkosti v prostředí se vypočítá jako hmotnost vody na metr krychlový vzduchu a je definováno jako procento nasycení. Činnost jakéhokoli vlhkostního senzoru je založena na převodu fyzikálního množství vlhkosti na elektrický signál. Podle způsobu stanovení množství vody mohou čidla vlhkosti používat přímou nebo nepřímou metodu měření. V závislosti na principu fungování jsou všechna zařízení podmíněně rozdělena do šesti typů, které budeme podrobněji zvažovat.

Resistive

Rýže. 1. Zařízení odporového snímače vlhkosti

Jedná se o jeden z nejlevnějších typů senzorů vlhkosti. Jeho činnost je založena na vlastnosti některých vodivých materiálů absorbovat vlhkost, díky čemuž se mění ohmický odpor prvku.

Jako materiály se používají práškové porézní struktury, nejčastěji oxid hlinitý. Prášek se nanese na desku mezi dvěma elektrodami, vyrobenými ve formě drah, a zapeče se do stavu filmu.Přítomnost povrchu filmu zabraňuje následnému rozpouštění keramického prášku a tvorbě kondenzátu v jeho struktuře. Při interakci s molekulami vody obsaženými ve vzduchu však film mění své fyzikální vlastnosti.

V relativně suchém stavu je tedy vodivost čidla vlhkosti charakterizována jmenovitou hodnotou. Ale jak se vlhkost hromadí na povrchu fólie, odpor takového odporu úměrně klesá, vodivost se zvyšuje, stejně jako velikost proudu tekoucího v obvodu. Vlhkost je monitorována měřením proudu nebo poklesu napětí na odporovém prvku.

Kapacitní

Rýže. 2. Princip činnosti kapacitního čidla vlhkosti

Kapacitní čidlo vlhkosti funguje na principu klasického kondenzátoru, jehož desky interagují se vzduchem okolního prostoru. Celkem existují tři hlavní typy kapacitních snímačů, které se liší konstrukčními prvky:

  • První typ se skládá ze dvou desek, mezi kterými je vzduchový prostor. V suchém stavu je vzduch dielektrikum, takže kapacita kondenzátoru je maximální. Jak je vzduch nasycený vlhkostí, jeho vodivé vlastnosti se zvyšují a kapacita úměrně klesá.
  • Druhým typem je stejný kondenzátor, mezi jehož deskami je citlivé dielektrikum, které aktivně reaguje na vlhkost. Na svorky kondenzátoru jsou přiváděny impulsy nastavené frekvence, což umožňuje přesněji vypočítat stupeň vlhkosti.
  • Třetí typ - je talíř na tabuli, vyrobený ve formě hřebínku. Takové modely vyžadují dodatečnou teplotní kompenzaci během měření.

Termistor

Fungování takového senzoru vlhkosti je založeno na termistoru - nelineárním rezistoru, jehož odpor přímo závisí na okolní teplotě.Termistor má nelineární proudově napěťovou charakteristiku, při sebemenší změně teploty prvku se mění i ohmický odpor.

Rýže. 3. Termistorový snímač vlhkosti

Termistorový snímač vlhkosti je založen na porovnání hodnot dvou termistorů. Jeden z nich je umístěn v uzavřené kapsli se suchým vzduchem a je základním parametrem. Druhý termistor je instalován v perforované kapsli, která interaguje se vzduchovými hmotami. Oba termistory jsou umístěny v ramenech měřícího můstku pro porovnání čtení.

Když je vzduchový prostor zvlhčen, termistor v děrované kapsli je pokryt vlhkostí. Vrstva kapaliny se začíná odpařovat z povrchu odporu, díky čemuž se rychleji ochlazuje, v důsledku čehož se mění vlastnosti zařízení. Kvůli rozdílu odporu mezi dvěma termistory bude můstek nevyvážený.Čím větší vlhkost, tím více se bude měnit elektrická hodnota, jak se změní proud nebo napětí, určí se stupeň vlhkosti.

Optické

Rýže. 4. Princip činnosti optického čidla vlhkosti

Optický senzor vlhkosti funguje na principu zjišťování rosného bodu - stavu prostředí, ve kterém se parní vlhkost ze vzduchu usazuje ve formě kapiček na povrchu. Princip činnosti takového zařízení je založen na následujícím sledu operací:

  • Na jedné straně je zrcadlo vyhříváno nebo ochlazováno, aby se získal rosný bod na jeho povrchu.
  • Na druhou stranu je do něj přiváděn paprsek světla, vyzařovaný zpravidla samostatně instalovanou LED.
  • Světlo se odráží od zrcadla a dopadá na fotodiodu nebo jiný fotocitlivý prvek, který reaguje na intenzitu světelného toku.
  • Když se na povrchu zrcadla objeví kapky, světlo se bude lámat, intenzita toku se sníží a změní se množství proudu procházejícího fotodiodou.

Optický senzor vlhkosti je považován za nejpřesnější, ale také nejdražší. Hlavním problémem při obsluze takového zařízení je nutnost udržovat povrch čistý, jinak bude přesnost měření výrazně snížena.

Elektronický

Fungování elektronického čidla vlhkosti je založeno na principu změny stavu elektrolytu v závislosti na faktoru vlhkosti. Takové zařízení je vybaveno sondou, obvykle se dvěma od sebe vzdálenými elektrodami. Elektrody jsou umístěny v kontrolovaném prostoru a po přivedení napětí začnou vést elektrický proud. Jak se mezera mezi elektrodami namočí, vodivost se zvýší a proud se zvýší.

Tyto modely jsou skvělé pro elektronické systémy jako měřící těleso, které analyzuje úroveň vlhkosti. Mohou být připojeny k nejjednodušším mikrokontrolérům nebo relé.

Mechanické

Rýže. 5. Mechanický snímač vlhkosti

Na rozdíl od předchozích typů senzorů se vlhkost měří pomocí mechanických pohybů. Nejoblíbenější jsou váha a vlasy.

První typ zahrnuje zkumavky naplněné hygroskopickou látkou, obvykle chloridem vápenatým nebo chloristanem hořečnatým. Která pohlcuje vlhkost z okolí a zvyšuje její hmotnost. S rostoucí hmotností se ukazatel váhy pohybuje mechanicky.

Prodlužování vlasů funguje na principu prodloužení lidského vlasu, který je vystaven vlhkosti. Mechanické snímače jsou levné, nevyžadují další napájení, ale mají poměrně velkou chybu.

Schémata připojení

Čidlo vlhkosti může mít různé účely, které určí jeho schéma zapojení. Jako jednoduchý příklad zvažte připojení k digestoři.

Rýže. 6. Příklad připojení čidla vlhkosti k digestoři

Jak můžete vidět na obrázku, fázový vodič L je připojen přes senzorový spínač. Když je vzduch nasycený vlhkostí do nastaveného limitu, kontakty se sepnou a napájení bude přivedeno do napájecího obvodu ventilátoru. Což povede k nucenému větrání místnosti.

Rýže. 7. Schéma připojení čidla vlhkosti k mikrokontroléru

Jak můžete vidět, toto schéma ukazuje princip činnosti čidla vlhkosti prostřednictvím analogového signálu. Zde se připojení provede připojením výstupů senzoru ke svorkám mikrokontroléru Arduino:

  • VCC na Arduino pin 7;
  • Konektor GND na GND;
  • A0 až A0 stejného jména.

Doporučuji také, abyste se seznámili s projektem meteorologické stanice Arduino.

Vlastnosti senzorů vlhkosti

V běžném životě musí člověk vyřešit řadu jak výrobních, tak domácích úkolů. A pro každý z nich je nutné vybrat vhodný typ čidla vlhkosti. Nejdůležitějším kritériem pro měření je kontrolované prostředí.

Na půdu.

Rýže. 8. Použití snímače půdní vlhkosti

Vzhledem k instalaci čidla vlhkosti je možné zajistit automatické zavlažování záhonů nebo květináčů se sazenicemi. K tomu se nejčastěji používají elektronické senzory, jejichž sonda je instalována v půdě závodu.

Při zalévání se zvyšuje obsah vlhkosti v zemi, což výrazně zvyšuje vodivost půdy. Jakmile se voda odpaří, půda vyschne a odpor mezi elektrodami senzoru se opět zvýší.

Pro vzduch.

Kapacitní, odporové, termistorové a optické senzory jsou skvělé pro vzduch. Uvnitř nebo kolem citlivých prvků snadno cirkuluje plyn s naměřenou vlhkostí.

Snímače s utěsněnými nebo utěsněnými sondami méně reagují na změny vlhkosti. Proto jsou vhodné do prostředí, kde se plynule mění koncentrace vlhkosti bez náhlých změn.

Oblasti použití

Voda hraje důležitou roli nejen v životě člověka, ale také v řadě technologických procesů. Proto je rozsah senzoru vlhkosti poměrně rozsáhlý:

  • Výroba chemikálií a surovin;
  • Při přepravě paliv a maziv;
  • V souladu s článkem 5.7.2 GOST R 54082-2010 se ve zkušebních komorách používají snímače vlhkosti ke stanovení koncentrace vodní páry;
  • Pro účely farmaceutické výroby a skladování;
  • Pro údržbu chladicích jednotek;
  • V továrnách na zpracování papíru a buničiny;
  • V oblasti výroby a zpracování potravin;
  • Pro řízení klimatu v laboratořích, skladech, obytných místnostech atd.;
  • Pro zemědělství a lehký průmysl.

Reference

    Berliner M.A. "Měření vlhkosti" 1973
  1. Wigleb G. "Sensors" 1989
  2. Fryden J. „Moderní senzory. Příručka» 2005
  3. RMG 75-2014 GSI

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář