Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Vysoká vlhkosť v miestnosti môže viesť k vyčerpaniu tapety, vytvára priaznivé prostredie pre tvorbu húb a plesní, rozmnožovanie hmyzu atď. Pri nedostatku vlhkosti vo vzduchu sa steny vysychajú, zhoršuje sa pohoda obyvateľov a dochádza k predčasnému praskaniu materiálov. Aby sa predišlo negatívnym následkom v dôsledku nedodržania mikroklímy v miestnosti, neustále sa monitoruje koncentrácia vody vo vzduchu. Senzor vlhkosti poskytuje neoceniteľnú pomoc pri riešení tohto problému.
Typy a princíp činnosti
Množstvo vlhkosti v prostredí sa vypočíta ako hmotnosť vody na meter kubický vzduchu a je definované ako percento nasýtenia. Činnosť akéhokoľvek snímača vlhkosti je založená na premene fyzikálneho množstva vlhkosti na elektrický signál. Podľa spôsobu stanovenia množstva vody môžu snímače vlhkosti využívať priamu alebo nepriamu metódu merania. V závislosti od princípu fungovania sú všetky zariadenia podmienene rozdelené do šiestich typov, ktoré budeme podrobnejšie zvážiť.
Resistive
Ryža. 1. Zariadenie odporového snímača vlhkosti
Toto je jeden z najlacnejších typov snímačov vlhkosti. Jeho činnosť je založená na vlastnosti niektorých vodivých materiálov absorbovať vlhkosť, vďaka čomu sa mení ohmický odpor prvku.
Ako materiály sa používajú práškové porézne štruktúry, najčastejšie oxid hlinitý. Prášok sa nanáša na dosku medzi dvoma elektródami, vyrobenými vo forme stôp, a pečie sa do stavu filmu.Prítomnosť povrchu filmu zabraňuje následnému rozpúšťaniu keramického prášku a tvorbe kondenzátu v jeho štruktúre. Pri interakcii s molekulami vody obsiahnutými vo vzduchu však film mení svoje fyzikálne vlastnosti.
V relatívne suchom stave je teda vodivosť snímača vlhkosti charakterizovaná menovitou hodnotou. Ale ako sa vlhkosť hromadí na povrchu fólie, odpor takéhoto odporu sa úmerne znižuje, vodivosť sa zvyšuje, rovnako ako veľkosť prúdu tečúceho v obvode. Vlhkosť sa monitoruje meraním prúdu alebo poklesu napätia na odporovom prvku.
Kapacitné
Ryža. 2. Princíp činnosti kapacitného snímača vlhkosti
Kapacitný snímač vlhkosti funguje na princípe klasického kondenzátora, ktorého dosky interagujú so vzduchom okolitého priestoru. Celkovo existujú tri hlavné typy kapacitných snímačov, ktoré sa líšia konštrukčnými vlastnosťami:
- Prvý typ tvoria dve platne, medzi ktorými je vzduchová medzera. V suchom stave je vzduch dielektrikum, takže kapacita kondenzátora je maximálna. Keď je vzduch nasýtený vlhkosťou, jeho vodivé vlastnosti sa zvýšia a kapacita sa úmerne zníži.
- Druhým typom je rovnaký kondenzátor, medzi doskami ktorého je citlivé dielektrikum, ktoré aktívne reaguje na vlhkosť. Na svorky kondenzátora sa privádzajú impulzy nastavenej frekvencie, čo umožňuje presnejšie vypočítať stupeň vlhkosti.
- Tretí typ - je tanier na dosku, vyrobený vo forme hrebeňa. Takéto modely vyžadujú dodatočnú teplotnú kompenzáciu počas meraní.
Termistor
Fungovanie takéhoto snímača vlhkosti je založené na termistore - nelineárnom rezistore, ktorého odpor priamo závisí od teploty okolia.Termistor má nelineárnu prúdovo-napäťovú charakteristiku, pri najmenšej zmene teploty prvku sa mení aj ohmický odpor.
Ryža. 3. Termistorový snímač vlhkosti
Termistorový snímač vlhkosti je založený na porovnaní hodnôt dvoch termistorov. Jeden z nich je umiestnený v uzavretej kapsule so suchým vzduchom a je základným parametrom. Druhý termistor je inštalovaný v perforovanej kapsule, ktorá interaguje so vzduchovými hmotami. Oba termistory sú umiestnené v ramenách meracieho mostíka pre porovnanie čítania.
Keď je vzduchový priestor zvlhčený, termistor v perforovanej kapsule je pokrytý vlhkosťou. Vrstva kvapaliny sa začína odparovať z povrchu odporu, vďaka čomu sa ochladzuje rýchlejšie, v dôsledku čoho sa menia vlastnosti zariadenia. Kvôli rozdielu odporu medzi dvoma termistormi bude mostík v nerovnováhe.Čím väčšia vlhkosť, tým viac sa bude meniť elektrická hodnota, pri zmene prúdu alebo napätia sa určí stupeň vlhkosti.
Optické
Ryža. 4. Princíp činnosti optického snímača vlhkosti
Optický senzor vlhkosti funguje na princípe zisťovania rosného bodu - stavu prostredia, v ktorom sa parná vlhkosť zo vzduchu usadzuje vo forme kvapiek na povrchu. Princíp činnosti takéhoto zariadenia je založený na nasledujúcom poradí operácií:
- Na jednej strane je zrkadlo vyhrievané alebo chladené, aby sa získal rosný bod na jeho povrchu.
- Na druhej strane je do nej dodávaný lúč svetla, ktorý spravidla vydáva samostatne inštalovaná LED.
- Svetlo sa odráža od zrkadla a dopadá na fotodiódu alebo iný fotocitlivý prvok, ktorý reaguje na intenzitu svetelného toku.
- Keď sa na povrchu zrkadla objavia kvapky, svetlo sa bude lámať, intenzita toku sa zníži a množstvo prúdu prechádzajúceho fotodiódou sa zmení.
Optický snímač vlhkosti je považovaný za najpresnejší, ale aj najdrahší. Hlavnou ťažkosťou pri prevádzke takéhoto zariadenia je potreba udržiavať povrch čistý, inak sa presnosť merania výrazne zníži.
Elektronické
Fungovanie elektronického snímača vlhkosti je založené na princípe zmeny stavu elektrolytu v závislosti od faktora vlhkosti. Takéto zariadenie je vybavené sondou, zvyčajne s dvoma od seba vzdialenými elektródami. Elektródy sú umiestnené v kontrolovanom priestore a po privedení napätia začnú viesť elektrický prúd. Keď sa medzera medzi elektródami namočí, vodivosť sa zvýši a prúd sa zvýši.
Tieto modely sú skvelé pre elektronické systémy ako meracie teleso, ktoré analyzuje úroveň vlhkosti. Môžu byť pripojené k najjednoduchším mikrokontrolérom alebo relé.
Mechanické
Ryža. 5. Mechanický snímač vlhkosti
Na rozdiel od predchádzajúcich typov snímačov sa vlhkosť meria pomocou mechanických pohybov. Najobľúbenejšie sú váha a vlasy.
Prvý typ zahŕňa skúmavky naplnené hygroskopickou látkou, zvyčajne chloridom vápenatým alebo chloristanom horečnatým. Ktorý absorbuje vlhkosť z prostredia a zväčšuje svoju hmotnosť. Keď sa hmotnosť zvyšuje, ukazovateľ váhy sa pohybuje mechanicky.
Predlžovanie vlasov funguje na princípe predlžovania ľudského vlasu, ktorý je vystavený vlhkosti. Mechanické snímače sú lacné, nevyžadujú dodatočné napájanie, ale majú pomerne veľkú chybu.
Schémy zapojenia
Senzor vlhkosti môže mať rôzne účely, ktoré určia jeho schému zapojenia. Ako jednoduchý príklad zvážte spojenie s odsávačom pár.
Ryža. 6. Príklad pripojenia snímača vlhkosti k digestoru
Ako môžete vidieť na obrázku, fázový vodič L je pripojený cez spínač snímača. Keď je vzduch nasýtený vlhkosťou až po nastavenú hranicu, kontakty sa zatvoria a napájací obvod ventilátora sa privedie napájanie. Čo povedie k nútenému vetraniu miestnosti.
Ryža. 7. Schéma pripojenia snímača vlhkosti k mikrokontroléru
Ako môžete vidieť, tento diagram znázorňuje princíp činnosti snímača vlhkosti prostredníctvom analógového signálu. Tu sa pripojenie vykoná pripojením výstupov senzora na svorky mikrokontroléra Arduino:
- VCC na Arduino pin 7;
- Konektor GND na GND;
- A0 až A0 s rovnakým názvom.
Odporúčam tiež, aby ste sa oboznámili s projektom meteorologickej stanice Arduino.
Vlastnosti snímačov vlhkosti
V bežnom živote musí človek vyriešiť množstvo výrobných aj domácich úloh. A pre každý z nich je potrebné vybrať vhodný typ snímača vlhkosti. Najdôležitejším kritériom merania je kontrolované prostredie.
Na pôdu.
Ryža. 8. Použitie snímača pôdnej vlhkosti
Vďaka inštalácii snímača vlhkosti je možné zabezpečiť automatické zalievanie záhonov alebo črepníkov so sadenicami. Na to sa najčastejšie používajú elektronické snímače, ktorých sonda je inštalovaná v pôde závodu.
Pri polievaní sa zvyšuje obsah vlhkosti v zemi, čo výrazne zvyšuje vodivosť pôdy. Akonáhle sa voda odparí, pôda vyschne a odpor medzi elektródami senzora sa opäť zvýši.
Na vzduch.
Kapacitné, odporové, termistorové a optické senzory sú skvelé pre vzduch. Vo vnútri alebo okolo citlivých prvkov ľahko cirkuluje plyn s nameranou vlhkosťou.
Snímače s utesnenými alebo utesnenými sondami menej reagujú na zmeny vlhkosti. Preto sú vhodné do prostredia, kde sa plynule mení koncentrácia vlhkosti bez náhlych zmien.
Oblasti použitia
Voda zohráva dôležitú úlohu nielen v živote človeka, ale aj v množstve technologických procesov. Preto je rozsah snímača vlhkosti pomerne rozsiahly:
- Výroba chemikálií a surovín;
- Pri preprave palív a mazív;
- V súlade s článkom 5.7.2 GOST R 54082-2010 sa v testovacích komorách používajú snímače vlhkosti na určenie koncentrácie vodnej pary;
- Na účely farmaceutickej výroby a skladovania;
- Na údržbu chladiacich jednotiek;
- V továrňach na spracovanie papiera a celulózy;
- V oblasti výroby a spracovania potravín;
- Na kontrolu klímy v laboratóriách, skladoch, obytných priestoroch atď.;
- Pre poľnohospodárstvo a ľahký priemysel.
Referencie
- Berliner M.A. "Meranie vlhkosti" 1973
- Wigleb G. "Sensors" 1989
- Fryden J. „Moderné senzory. Príručka» 2005
- RMG 75-2014 GSI