Измерению уровня влажности способствуют приборы, которые называются гигрометрами. Также их принято именовать датчиками влажности. Важность наблюдений за влажностью воздуха подтверждается созданием максимального комфорта для жизнедеятельности человека, сельскохозяйственных культур, всевозможного оборудования и т.д.
Канальный датчик влажности S+S REGELTECHNIK
Так, влажность воздушной массы влияет на внутреннее состояние человека. В большей степени чувствительность к влажности проявляют люди, у которых наблюдается метеорологическая зависимость, гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, а также заболевания сердца и сосудов. Низкая влажность воздуха может оказывать негативное воздействие даже на здорового человека, понижая его уровень комфорта, вызывая сон и раздражая кожные покровы. Зачастую от сухого воздуха может пострадать дыхательная система. В результате у человека развиваются острые респираторные заболевания и иногда пневмония.
В производственных условиях из-за влажности воздушной массы могут меняться свойства изделий и техническое состояние средств производства. В агропромышленной сфере достаточно влажная почва способствует плодородию, в то время как повышенный ее уровень может погубить урожай. По этой причине использование датчиков влажности является крайне необходимым.
Существует ряд технических устройств, приоритетность которых ставится на самый высокий уровень. Для их точной настройки необходимо обладать информацией о влажности воздушной массы в окружающем пространстве.
Для измерения влажности используются следующие величины:
Датчики влажности могут быть следующих типов:
Типичный образец емкостного гигрометра – это конденсатор с закаченным воздухом, который является диэлектриком в промежуточном слое. На диэлектрическую проницаемость воздушной массы напрямую влияет влажность. При этом с изменением влажности диэлектрика меняется емкость конденсатора с содержащимся внутри воздухом.
В более сложном варианте гигрометра емкостного типа в воздушной области находится диэлектрик, имеющий диэлектрическую проницаемость, которая имеет способность подвергаться существенным коррективам при изменении уровня влажности. Благодаря такому подходу улучшается качество прибора по сравнению с аналогами, в которых воздух находится посреди обкладок конденсатора.
Использование последних дает возможность проводить измерения объема воды в твердотельных элементах. Местом размещения исследуемого объекта является промежуточная область обкладок конденсатора. При этом сам конденсатор объединяется с электронным генератором и колебательным контуром для измерения собственной частоты созданного контура. Измеренная частота служит для определения емкости, полученной при добавлении анализируемого объекта.
Емкостной датчик влажности
Несомненно, данная методика имеет определенные недостатки: к примеру, если влажность объекта составляет ниже полпроцента, результат измерения отличится неточностью. Помимо этого, требуется очистка исследуемого объекта от частиц, для которых характерна высокая диэлектрическая проницаемость. Также во время измерений необходимо обратить внимание и на форму объекта – исследование должно завершиться с исходной его формой.
Также влажность воздушной массы может измеряться емкостным тонкопленочным датчиком. В его состав входит подложка с двумя электродами гребенчатого типа. Последние выполняют функцию обкладки. В данном случае термическая компенсация достигается за счет добавления в прибор двух термодатчиков.
В состав термисторного датчика влажности входят одинаковые термисторы в количестве двух штук. Следует напомнить, что термистор является нелинейным электронным компонентом, величина сопротивления которого находится в зависимости от температурного режима.
Местом размещения одного из термисторов является герметичная камера, в которую закачен сухой воздух. Второй термистор помещают в камеру, имеющую отверстия. Последние служат для поступления воздушного потока с определенным уровнем влажности, которая является объектом измерений. Для соединения термисторов используется мостовая схема. Одна из диагоналей моста находится под электрическим напряжением, а вторая предназначена для взятия показаний.
Схема термисторного датчика влажности
Если выходные клеммы имеют нулевое напряжение, наблюдается равенство двух компонентов. Это означает о равенстве влажности. Если значение напряжения не равно нулю, можно смело полагать, что внутри камер зафиксирована разная влажность. В данном случае величина напряжения служит поводом для определения влажности.
Давая ответ на вопрос относительно причины изменения температуры термистора под воздействием влажной воздушной массы, нужно понимать, что увеличение влажности приводит к испарению воды, осевшей на корпусе термистора. Наличие воды на корпусе понижает его температуру. С повышением влажности увеличивается интенсивность испарения, непосредственно влияя на скорость остывания термистора.
В основу функционирования гигрометра электронного типа заложено изменение уровня концентрации электролита, предназначенного для покрытия электроизоляционного материала. Нужно сказать о существовании устройств, которые имеют автоматический подогрев и непосредственную связь с точкой росы.
Зачастую для измерения точки росы берется концентрированный раствор хлорида лития. Он отличается существенной чувствительностью даже к незначительному изменению влажностного уровня. Чтобы такой прибор использовался максимально удобно, требуется его дополнительное оснащение термометром. Подобный гигрометр является высокоточным и имеет незначительную погрешность. Он предназначен для измерения влажности вне зависимости от установленного температурного режима.
Также востребованность получили обычные электронные датчики влажности, в состав которых входят два электрода. Они размещаются на поверхности грунта и предназначены для контроля его влажности с ориентиром на проводимость. Самым известным производителем подобных датчиков является компания Arduino, предлагающая решения для быстрой настройки автоматического полива отдельных участков земельной грядки или домашних растений, когда по тем или иным причинам отсутствует возможность ручного полива.
Резистивный датчик влажности состоит из двух электродов, размещенных на подложке. Выше электродов располагается материал, имеющий относительно малое сопротивление. При этом на изменение сопротивления материала сильно воздействует влажность.
Схема резистивного датчика влажности
Отличным материалом с низким сопротивлением является оксид алюминия. Он является прекрасным поглотителем воды из окружающего пространства. Процесс поглощения сопровождается существенным изменением удельного сопротивления. В итоге на значение общего сопротивления измерительной цепи значительно влияет влажность. В частности, последняя величина контролируется протекающим электрическим током. Подобные гигрометры являются максимально доступными по стоимости.
Резистивный датчик влажности
Данный тип датчика влажности отличается большой точностью. В функциональном плане гигрометр базируется на явлении, имеющем связь с точкой росы. В частности, когда температура равна точке росы, жидкая и газообразная стадии обретают термодинамическое равновесие.
Например, если поместить стекло в газообразную среду, в которой температура превышает точку росы, и после этого приступить к охлаждению стекла, под воздействием определенного температурного режима стекло покроется водяным конденсатом. В результате образовавшиеся испарины окажутся в жидкой фазе. Данный температурный режим будет соответствовать точке росы.
Из этого следует, что точка росы имеет температуру, зависящую от давления и влажности окружающего пространства. В итоге если есть возможность определения давления и температуры точки росы, вычисление влажности не окажется проблемой. Этим принципом руководствуются при работе гигрометров оптического типа.
Простейший вариант такого устройства включает светодиод, свечение которого отражается на зеркальной поверхности. Установка зеркала способствует изменению направления света с последующей его отправкой в сторону фотодетектора. Зеркальная поверхность поддается нагреву или охлаждению специальным аппаратом изменения высокоточной температуры. Такие функции посильны для термоэлектрического насоса. Само зеркало оборудуют датчиком, измеряющим температуру.
Схема оптического датчика влажности
Перед началом измерений температура зеркальной поверхности должна превышать температуру точки росы. Далее, зеркало подвергается медленному охлаждению. Во время достижения температуры точки росы зеркальная поверхность становится местом конденсации водяных капель, что приводит к преломлению исходящего от диода светового потока и его рассеиванию. В результате цепь фотодетектора оказывается под воздействием слабого тока. Между фотодетектором и регулятором температуры зеркальной поверхности устанавливается обратная связь.
Направляемые от фотодетектора в сторону температурного регулятора сигналы позволяют зеркальной поверхности иметь постоянный температурный режим, который эквивалентен точке росы. При этом благодаря термодатчику станет известна температура. После этого, имея давление и температуру, можно с точностью измерить влажность.
Гигрометр оптического типа является наиболее высокоточным по сравнению с остальными аналогами. Также для этого прибора не характерен гистерезис. Недостатком подобных датчиков является высокая стоимость и значительный расход электричества. Крайне рекомендуется поддерживать зеркальную поверхность датчика влажности в чистоте.
Перед покупкой гигрометра необходимо определиться с измерением абсолютной или относительной влажности. Также обязателен учет измерительного диапазона, исследуемого объекта (грунт или воздушная масса), важности гистерезиса и точности результатов. Самым точным датчиком является вариант оптического типа. Кроме того, важны уровень IP-защиты, условия эксплуатации, соответствие параметров и широта температурного диапазона.
Copyright © 2024
ООО «Балтик-Компани»
