Snímače vlhkosti - princip činnosti, zařízení, typy, aplikace

• Terminologie
• Typy senzorů a jejich princip činnosti
• Detektory rezistivního typu zařízení
• Stručný přehled přístrojů dostupných na trhu

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Pro mnoho výrobních procesů je velmi důležité udržovat nezbytnou mikroklima, zejména určitý obsah vodní páry ve vzduchu nebo plynu. Pro tento účel se používají přístroje jako vlhkoměr a hygrostat. První měří obsah vodní páry, druhá si udržuje požadovanou úroveň. Obrázek 1 ukazuje zařízení Rosa-10, používané jak v průmyslu, tak v zemědělství.

Snímač vlhkosti se však používá nejen při výrobě (např. Při určování vlastností dřeva), ale také k regulaci suchosti vzduchu v místnosti (obr. 2), měření nasycení půdy vodou atd. Navrhujeme zvážit zařízení a princip fungování těchto zařízení. To výrazně přispěje k jejich správnému použití v domácí sféře, například, aby se ventilátor v koupelně, termostat pro koupel nebo domácí teplotní a vlhkostní senzor ve skleníku.

Než se obrátíme k teorii, definujeme terminologii.

Terminologie

Absolutní vlhkost znamená obsah vody (v gramech) v jednom kubickém metru vzduchu. Jednotka měření této hodnoty je tedy g / m3. Stav, ve kterém obsah vody v plynu dosáhne své maximální hodnoty (100%), se nazývá maximální prahová hodnota nasycení nebo kapacita zadržování vody. Po dosažení tohoto limitu začne proces kondenzace.

Je třeba poznamenat, že kapacita vody je přímo úměrná teplotě: čím vyšší je, tím více vody může být obsaženo ve stejném objemu plynu. Proto je digitální nebo analogový modul pro měření vlhkosti téměř vždy vybaven teplotním čidlem.

Pokračujme v definici relativní vlhkosti. Tato hodnota udává poměr objemu vody a absolutní vlhkosti, odpovídající teplotnímu režimu v době měření. Podmínka, ve které jsou tyto hodnoty stejné, se nazývá „rosný bod“.

Nyní, když jsme se rozhodli pro terminologii, zvážíme stávající typy senzorů a zjistíme, na jakém principu pracuje.

Typy senzorů a jejich princip činnosti

Nejrozšířenější jsou čtyři typy zařízení, z nichž každá má svá specifika provozu:

1. Kapacitní. Ve skutečnosti se jedná o běžný kondenzátor vzduchu. Princip činnosti je založen na změně dielektrických vlastností vzduchu v závislosti na obsahu vodní páry v něm, což způsobuje zvýšení nebo snížení kapacity.

   

2. Rezistivní. Základem pro provoz takového zařízení je princip změny odporu hygroskopického materiálu v závislosti na obsahu vlhkosti v něm. Příkladem je detektor SYH-2RS (obr. 4).

Protože detektory tohoto typu jsou nejčastěji používány v amatérských okruzích, vrátíme se k úvahám o jejich zařízeních.

1. Psychometrické. Princip činnosti tohoto typu je postaven na fyzikálních vlastnostech tepelných ztrát během odpařování. Konstrukce používá suchý a mokrý detektor, teplotní rozdíl mezi nimi umožňuje stanovit obsah vodní páry ve vzduchu. Dříve, pro tento účel byly použity speciální psychometrické tabulky, vznik digitální technologie tento proces značně zjednodušil.

   

2. Aspirace. Tento typ se od předchozího liší ventilátorem pro nucenou směs vzduchu nebo plynu. Obrázek 6 ukazuje podobný model. Takové zařízení našlo široké uplatnění v místech, kde dochází ke slabému nebo přerušovanému pohybu vzduchu.

Vedli jsme nejběžnější typy detektorů, ve skutečnosti jsou mnohem větší. Například je zde také optický senzor, kde se používá rozptyl světla, když se vytváří kondenzace při dosažení rosného bodu, tepelné (dva termistory v otevřené a uzavřené komoře), kanál, atd.

Detektory rezistivního typu zařízení

Jak jsme slíbili, budeme uvažovat o konstrukčních vlastnostech odporových senzorů na příkladu modelu SYH-2RS.

1) - boční pohled; 2) - pohled shora.

Legenda:

• - keramický substrát;
• b - uložené elektrody;
• c - hygroskopický povlak na bázi oxidu hlinitého.

Jak můžete vidět, konstrukce senzoru je poměrně jednoduchá, a to kvůli nízké ceně zařízení tohoto typu. A vezmeme-li v úvahu zaměnitelnost takových prvků, není divu, že ve většině domácích zařízení pro domácnost (například čidlo úniku vody), amatéři preferují použití odporových senzorů.

Stručný přehled přístrojů dostupných na trhu

Zvažte zařízení, která mohou být užitečná v každodenním životě, začněme spínačem vlhkosti vzduchu HIG-2 (obr. 8), který slouží k ovládání digestoře v koupelně.

Klíčové vlastnosti:

• zařízení je napájeno z domácího zdroje 220 voltů;
• provoz při relativní vlhkosti od 60% do 90% (nastaveno);
• přípustný proud - ne více než 2 A;
• Doba provozu ventilátoru po spuštění je nastavena časovačem (2-20 min.).

Jak připojit senzor vlhkosti HIG-2?

Pro správné připojení zařízení stačí dodržet schéma uvedené v návodu k zařízení, viz obrázek 9.

Na svorkovnici zařízení jsou odpovídající označení, proto tato operace nezpůsobí potíže. Pokud kabeláž bytu nebo ventilátoru samotného není k dispozici pro uzemnění, pak jej nemůžete připojit, prostě nutně nezapněte napájení.

Ti, kteří jsou fascinováni konceptem „inteligentního domova“, se jistě zajímají o externí senzor Mi Smart (obr. 10). Při instalaci speciální aplikace na smartphonu můžete získat informace o teplotě a vlhkosti v bytě. Pokud v takovém programu zadáte určité parametry mikroklimatu, upozorní vás, pokud jsou podmínky porušeny.

Mějte na paměti, že toto zařízení má poměrně nízkou chybu měření (pro vlhkost je do 3%, s ohledem na teplotu, přesnost měření je přibližně 0, 3 ° C). Významnou nevýhodou je software, ale tento problém bude brzy vyřešen.

Pro ty, kteří chtějí zavlažovat pro skleník s vlhkostním senzorem, můžeme doporučit senzor Gardena (obr. 11), který reguluje činnost ventilů systémů stejného výrobce.

Pro napájení zařízení se používají dvě alkalické baterie, jejich nabíjení trvá 10-12 měsíců nepřetržitého provozu.

Nyní vezměte v úvahu charakteristiky průmyslového modelu digitálního měřiče Ivit-M.T (obr. 12), který lze použít v průmyslovém sektoru, zemědělství nebo veřejných službách.

Seznam hlavních rysů:

• pro napájení zařízení vyžaduje napětí 18-36 V;
• relativní vlhkost může být měřena v rozsahu od 5% do 95% (maximální chyba není větší než 4%);
• měření teploty vzduchu v rozsahu od -40 ° C do 50 ° C (modifikace H1, V) nebo od -40 ° C do 60 ° (modely H2, K1, K2), přesnost 2 ° C;
• zařízení může být provozováno v teplotním rozsahu od -40 ° C do 50 ° C.

Milovníci experimentů se jistě zajímají o senzory DHT11 a DHT22 (obr. 13), které jsou používány ve spojení s platformou Arduino. V síti najdete mnoho zajímavých řešení pro tento prvek základny.

a) DHT22; b) DHT11.

Jak je vidět z obrázku, vzhled těchto senzorů je téměř identický, totéž platí i pro pinouts. Technické vlastnosti senzorů jsou velmi podobné, s výjimkou přesnosti a rozsahu měření. Dáváme tato data.

Hlavní technické parametry DHT11:

• připojení ke zdroji konstantního napětí 3-5 V;
• během požadavku není maximální spotřeba proudu vyšší než 2, 5 mA;
• hranic měřené vlhkosti a teploty - 20-80% a 0-50 С °, chyba 5% a 2 С °;
• vzorkovací frekvence 1 Hz, to znamená, že můžete přijímat data jednou za sekundu.

Nyní porovnejte tyto parametry s přesnějším modelem DHT22:

• napájecí napětí zůstává nezměněno, stejně jako spotřeba proudu při přenosu dat;
• vlhkost se měří v celém rozsahu 0-100%, chyba je v rozsahu 2-5%;
• Hranice měřené teploty jsou oproti předchozímu modelu výrazně rozšířeny, minimum je -40 ° C, maximum je +125 ° C.

Cena těchto zařízení je na Aliexpressu cenově dostupná, lze je objednat s poštovným zdarma na $ 1.28 (DHT11) a $ 4.9 (DHT22). Pokud si koupíte v Rusku, cena bude asi jeden a půl až dvakrát dražší. Pokud jde o základní platformu, Arduino Uno deska může být zakoupena v Číně za $ 25- $ 48 (cena závisí na konfiguraci). Software a firmware jsou stahovány zdarma.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!