kategória: Najlepšie články » Domáca automatizácia
Počet zobrazení: 90 158
Komentáre k článku: 8
Senzory vlhkosti - ako sú usporiadané a ako fungujú
Zariadenie, ktoré meria úroveň vlhkosti, sa nazýva vlhkomer alebo iba snímač vlhkosti. V každodennom živote je vlhkosť dôležitým parametrom a často nielen pre bežný život, ale aj pre rôzne zariadenia a pre poľnohospodárstvo (pôdna vlhkosť) a oveľa viac.
Najmä naša pohoda do značnej miery závisí od stupňa vlhkosti vzduchu. Obzvlášť citlivé na vlhkosť sú ľudia závislí od počasia, ako aj ľudia trpiaci hypertenziou, bronchiálnou astmou, ochoreniami kardiovaskulárneho systému.
Pri vysokej suchosti vzduchu pociťujú aj zdraví ľudia nepohodlie, ospalosť, svrbenie a podráždenie pokožky. Suchý vzduch často môže vyvolať choroby dýchacieho systému, počínajúc akútnymi respiračnými infekciami a akútnymi vírusovými infekciami dýchacích ciest až po zápal pľúc.
V podnikoch môže vlhkosť vzduchu ovplyvniť bezpečnosť výrobkov a zariadení av poľnohospodárstve je vplyv pôdnej vlhkosti na plodnosť atď. Jednoznačný. senzory vlhkosti - vlhkomery.
Niektoré technické zariadenia sa spočiatku kalibrujú na presne požadovanú dôležitosť a niekedy, aby sa zariadenie jemne doladilo, je dôležité mať presnú hodnotu vlhkosti v prostredí.
vlhkosť možno merať pomocou niekoľkých možných hodnôt:
-
Na stanovenie vlhkosti vzduchu aj iných plynov sa merania uskutočňujú v gramoch na meter kubický, ak ide o absolútnu hodnotu vlhkosti, alebo v jednotkách relatívnej vlhkosti, pokiaľ ide o relatívnu vlhkosť.
-
Na meranie obsahu vlhkosti tuhých látok alebo v kvapalinách sú vhodné merania vyjadrené ako percento hmotnosti testovaných vzoriek.
-
Na stanovenie obsahu vlhkosti v zle zmiešaných tekutinách bude ako jednotka merania slúžiť ppm (koľko častí vody na 1 000 000 dielov hmotnosti vzorky).
Podľa princípu činnosti sa vlhkomery rozdeľujú na:
-
kapacitný;
-
odporu;
-
termistor;
-
optická;
-
e.
1) Kapacitný snímač vlhkosti
Kapacitné vlhkomery sú v najjednoduchšom prípade kondenzátory so vzduchom ako dielektrikom v medzere. Je známe, že vo vzduchu je dielektrická konštanta priamo spojená s vlhkosťou a zmeny v dielektrickej vlhkosti tiež vedú k zmenám v kapacite kondenzátora vzduchu.
Zložitejšia verzia kapacitného senzora vlhkosti vo vzduchovej medzere obsahuje dielektrikum s dielektrickou konštantou, ktorá sa môže vplyvom vlhkosti výrazne meniť. Tento prístup zvyšuje kvalitu snímača lepšiu ako vzduch iba medzi doskami kondenzátora.
Druhá možnosť je veľmi vhodná na meranie obsahu vody v pevných látkach. Študovaný objekt sa umiestni medzi doštičky takého kondenzátora, napríklad môže ísť o tabletku a kondenzátor sám je pripojený k oscilujúcemu obvodu a k elektronickému generátoru, zatiaľ čo sa zmeria prirodzená frekvencia získaného obvodu a kapacita získaná zavedením testovanej vzorky sa „vypočíta“ z nameranej frekvencie.
Tento spôsob má, samozrejme, určité nevýhody, napríklad, ak je vlhkosť vzorky menšia ako 0,5%, bude nepresná, okrem toho musí byť odmeraná vzorka očistená od častíc s vysokou dielektrickou konštantou, navyše je počas merania dôležitý aj tvar vzorky, nemal by sa zmena počas štúdie.
Tretím typom kapacitného snímača vlhkosti je kapacitný vlhkomer s tenkou vrstvou. Zahŕňa substrát, na ktorý sú nanesené dve hrebeňové elektródy. V tomto prípade hrebeňové elektródy zohrávajú úlohu dosiek.Za účelom tepelnej kompenzácie sa do senzora dodatočne zavedú ďalšie dva snímače teploty.
2) Odporový snímač vlhkosti
Taký senzor obsahuje dve elektródy, ktoré sú nanesené na substráte, a na vrch samotných elektród je nanesená vrstva materiálu, ktorá sa líši v pomerne nízkom odpore, avšak veľmi sa mení v závislosti od vlhkosti.
Vhodným materiálom v zariadení môže byť oxid hlinitý. Tento oxid dobre absorbuje vodu z vonkajšieho prostredia, zatiaľ čo jeho špecifická odolnosť sa výrazne líši. Výsledkom bude, že celkový odpor meracieho obvodu takého senzora bude významne závisieť od vlhkosti. Hodnota prúdiaceho prúdu bude teda ukazovať úroveň vlhkosti. Výhodou senzorov tohto typu je ich nízka cena.
3) Termistorový snímač vlhkosti
Termistorový vlhkomer sa skladá z páru identických termistorov. Mimochodom, pripomeňme si to termistor - Toto je nelineárny elektronický komponent, ktorého odpor je vysoko závislý od jeho teploty.
Jeden z termistorov zapojených do obvodu je umiestnený v uzavretej komore so suchým vzduchom. A druhá - v komore s otvormi, cez ktoré do nej vstupuje vzduch s charakteristickou vlhkosťou, ktorej hodnota sa musí merať. Termistory sú zapojené v mostovom obvode, napätie je privedené k jednej z uhlopriečok mostíka a hodnoty sú načítané z druhej uhlopriečky.
V prípade, že napätie na výstupných svorkách je nulové, teplota oboch komponentov je rovnaká, preto je vlhkosť rovnaká. V prípade, že výstup dostane nenulové napätie, znamená to, že v komorách je rozdiel vo vlhkosti. Vlhkosť je teda určená hodnotou napätia získaného počas meraní.
Neskúsený výskumný pracovník môže položiť spravodlivú otázku, prečo sa teplota termistora mení, keď reaguje s vlhkým vzduchom? A vec je, že so zvyšujúcou sa vlhkosťou sa voda začína vyparovať z termistorového puzdra, zatiaľ čo teplota puzdra klesá a čím vyššia je vlhkosť, tým intenzívnejšie sa vyparuje a tým rýchlejšie sa termistor ochladzuje.
4) Optický (kondenzačný) snímač vlhkosti
Tento typ senzora je najpresnejší. Základom optického senzora vlhkosti je jav spojený s koncepciou „rosného bodu“. Keď teplota dosiahne rosný bod, plynná a kvapalná fáza sú v stave termodynamickej rovnováhy.
Ak teda vezmete pohár a nainštalujete ho do plynného média, kde teplota v čase skúmania je nad rosným bodom, a potom začnete proces ochladzovania tohto skla, potom sa pri špecifickej teplote začne na povrchu skla vytvárať kondenzácia vody, táto vodná para začne prechádzať do kvapalnej fázy , Táto teplota bude iba rosný bod.
Teplota rosného bodu je teda neoddeliteľne spojená a závisí od parametrov, ako je vlhkosť a tlak v prostredí. Výsledkom je, že so schopnosťou merať tlak a teplotu rosného bodu bude ľahké určiť vlhkosť. Tento princíp slúži ako základ pre činnosť optických senzorov vlhkosti.
Najjednoduchší obvod takého senzora pozostáva z LED, ktorá svieti na zrkadlovej ploche. Zrkadlo odráža svetlo, mení jeho smer a nasmeruje ho na fotodetektor. V tomto prípade môže byť zrkadlo vyhrievané alebo chladené pomocou špeciálneho vysoko presného zariadenia na reguláciu teploty. Často je také zariadenie termoelektrické čerpadlo. Na zrkadle je samozrejme namontovaný snímač teploty.
Pred začatím merania sa teplota zrkadla nastaví na hodnotu, ktorá je zjavne vyššia ako teplota rosného bodu. Potom zrkadlo postupne ochladzujte.V okamihu, keď teplota začne prekročiť rosný bod, sa na povrchu zrkadla okamžite začne kondenzovať kvapka vody a svetelný lúč z diódy sa kvôli nim rozbije, rozptyl, a to povedie k zníženiu prúdu v obvode fotodetektora. Prostredníctvom spätnej väzby fotodetektor spolupracuje s regulátorom teploty zrkadla.
Takže na základe informácií získaných vo forme signálov z fotodetektora bude regulátor teploty udržiavať teplotu na povrchu zrkadla presne rovnú rosnému bodu a teplotný senzor bude zodpovedajúcim spôsobom ukazovať teplotu. Takže so známym tlakom a teplotou môžete presne určiť základné ukazovatele vlhkosti.
Optický snímač vlhkosti má najvyššiu presnosť, ktorú nedosahujú iné typy senzorov, a navyše chýba hysteréza. Nevýhodou je najvyššia cena zo všetkých plus veľká spotreba elektrickej energie. Okrem toho sa musí dbať na to, aby bolo zrkadlo čisté.
5) Elektronický vlhkomer
Princíp činnosti elektronického snímača vlhkosti vzduchu je založený na zmene koncentrácie elektrolytu, ktorý pokrýva akýkoľvek elektrický izolačný materiál. Existujú také zariadenia s automatickým ohrevom s odkazom na rosný bod.
Rosný bod sa často meria na koncentrovanom roztoku chloridu lítneho, ktorý je veľmi citlivý na minimálne zmeny vlhkosti. Pre maximálny komfort je taký vlhkomer často doplnený teplomerom. Toto zariadenie má vysokú presnosť a nízku chybu. Je schopný merať vlhkosť bez ohľadu na okolitú teplotu.
Populárne sú aj jednoduché elektronické vlhkomery vo forme dvoch elektród, ktoré jednoducho ulpievajú do pôdy a regulujú jej vlhkosť podľa stupňa vodivosti v závislosti od tejto vlhkosti. Tieto senzory sú obľúbené u fanúšikov. Arduino, pretože je jednoduché nastaviť automatické zalievanie záhradnej postele alebo kvetiny v kvetináči, v prípade, že nie je vhodné alebo vhodné ručné zalievanie.
Pred zakúpením snímača zvážte, čo budete musieť zmerať, relatívnu alebo absolútnu vlhkosť, vzduch alebo pôdu, aký je očakávaný rozsah merania, či je dôležitá hysterézia a aká presnosť je potrebná. Najpresnejší senzor je optický. Venujte pozornosť triede krytia IP, rozsahu prevádzkovej teploty, v závislosti od konkrétnych podmienok, v ktorých sa bude snímač používať, či sú parametre pre vás vhodné.
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: