Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Wysoka wilgotność w pomieszczeniu może prowadzić do niszczenia tapet, stwarza sprzyjające środowisko do powstawania grzybów i pleśni, rozmnażania się owadów itp. Przy braku wilgoci w powietrzu ściany wysychają, samopoczucie mieszkańców pogarsza się, dochodzi do przedwczesnego pękania materiałów. Aby zapobiec negatywnym konsekwencjom wynikającym z nieprzestrzegania mikroklimatu w pomieszczeniu, stale monitorowane jest stężenie wody w powietrzu. Czujnik wilgotności stanowi nieocenioną pomoc w rozwiązaniu tego problemu.

Rodzaje i zasada działania

Ilość wilgoci w środowisku jest obliczana jako masa wody na metr sześcienny powietrza i jest definiowana jako procent nasycenia. Działanie dowolnego czujnika wilgotności opiera się na przetwarzaniu fizycznej ilości wilgoci na sygnał elektryczny. W zależności od sposobu określania ilości wody czujniki wilgotności mogą wykorzystywać bezpośrednią lub pośrednią metodę pomiaru. W zależności od zasady działania wszystkie urządzenia są warunkowo podzielone na sześć typów, które rozważymy bardziej szczegółowo.

Rezystancyjny

Ryż. 1. Urządzenie rezystancyjnego czujnika wilgotności

To jeden z najtańszych rodzajów czujników wilgotności. Jego działanie opiera się na właściwości niektórych materiałów przewodzących do pochłaniania wilgoci, dzięki czemu zmienia się rezystancja omowa elementu.

Jako takie materiały stosuje się pudrowe struktury porowate, najczęściej tlenek glinu. Proszek jest nakładany na płytkę między dwiema elektrodami, wykonanymi w formie ścieżek i wypalany do stanu filmu.Obecność powierzchni folii zapobiega późniejszemu rozpuszczaniu się proszku ceramicznego i tworzeniu się kondensatu w jego strukturze. Jednak podczas interakcji z cząsteczkami wody zawartymi w powietrzu film zmienia swoje właściwości fizyczne.

Tak więc w stanie względnie suchym przewodność czujnika wilgotności charakteryzuje się wartością nominalną. Ale ponieważ wilgoć gromadzi się na powierzchni folii, rezystancja takiego rezystora maleje proporcjonalnie, wzrasta przewodnictwo, podobnie jak wielkość prądu płynącego w obwodzie. Wilgotność jest monitorowana poprzez pomiar prądu lub spadku napięcia na elemencie rezystancyjnym.

Pojemnościowy

Ryż. 2. Zasada działania pojemnościowego czujnika wilgotności

Pojemnościowy czujnik wilgotności działa na zasadzie klasycznego kondensatora, którego okładki oddziałują z powietrzem otaczającej przestrzeni. W sumie istnieją trzy główne typy czujników pojemnościowych, które różnią się cechami konstrukcyjnymi:

  • Pierwszy typ składa się z dwóch płyt, pomiędzy którymi znajduje się przestrzeń powietrzna. W stanie suchym powietrze jest dielektrykiem, więc pojemność kondensatora jest maksymalna. Gdy powietrze jest nasycone wilgocią, jego właściwości przewodzące wzrosną, a pojemność będzie proporcjonalnie malała.
  • Drugi typ to ten sam kondensator, między okładkami którego znajduje się czuły dielektryk aktywnie reagujący na wilgoć. Na zaciski kondensatora podawane są impulsy o ustawionej częstotliwości, co pozwala dokładniej obliczyć stopień zawilgocenia.
  • Trzeci typ - to tabliczka na desce, wykonana w formie grzebienia. Takie modele wymagają dodatkowej kompensacji temperatury podczas pomiarów.

Termistor

Działanie takiego czujnika wilgotności opiera się na termistorze - nieliniowym rezystorze, którego rezystancja zależy bezpośrednio od temperatury otoczenia.Termistor ma nieliniową charakterystykę prądowo-napięciową, przy najmniejszej zmianie temperatury elementu zmienia się również rezystancja omowa.

Ryż. 3. Termistorowy czujnik wilgotności

Termistorowy czujnik wilgotności opiera się na porównaniu wskazań dwóch termistorów. Jeden z nich umieszczony jest w szczelnej kapsule z suchym powietrzem i jest parametrem podstawowym. Drugi termistor jest zainstalowany w perforowanej kapsule, która oddziałuje z masami powietrza. Oba termistory znajdują się w ramionach mostka pomiarowego w celu porównania odczytów.

Gdy przestrzeń powietrzna jest nawilżona, termistor w perforowanej kapsule jest pokryty wilgocią. Warstwa cieczy zaczyna odparowywać z powierzchni rezystora, dzięki czemu szybciej się ochładza, w wyniku czego zmieniają się właściwości urządzenia. Ze względu na różnicę rezystancji między dwoma termistorami, mostek będzie niezrównoważony.Im większa wilgotność, tym bardziej zmieni się wartość elektryczna, ponieważ wraz ze zmianą prądu lub napięcia zostanie określony stopień wilgotności.

Optyczny

Ryż. 4. Zasada działania optycznego czujnika wilgotności

Optyczny czujnik wilgotności działa na zasadzie wyznaczania punktu rosy - stanu środowiska, w którym wilgoć w postaci pary wodnej z powietrza osadza się w postaci kropel na powierzchni. Zasada działania takiego urządzenia opiera się na następującej kolejności operacji:

  • Z jednej strony lustro jest podgrzewane lub chłodzone w celu uzyskania punktu rosy na jego powierzchni.
  • Z drugiej strony dostarczany jest do niego strumień światła, emitowany z reguły przez oddzielnie zainstalowaną diodę LED.
  • Światło odbija się od lustra i uderza w fotodiodę lub inny element światłoczuły, który reaguje na natężenie strumienia świetlnego.
  • Kiedy na powierzchni lustra pojawią się krople, światło ulegnie załamaniu, natężenie strumienia zmniejszy się i zmieni się ilość prądu przepływającego przez fotodiodę.

Optyczny czujnik wilgotności jest uważany za najdokładniejszy, ale i najdroższy. Główną trudnością w obsłudze takiego urządzenia jest konieczność utrzymania powierzchni w czystości, w przeciwnym razie dokładność pomiaru zostanie znacznie zmniejszona.

Elektroniczny

Działanie elektronicznego czujnika wilgotności opiera się na zasadzie zmiany stanu elektrolitu w zależności od współczynnika wilgotności. Takie urządzenie wyposażone jest w sondę, zwykle z dwiema rozmieszczonymi elektrodami. Elektrody są umieszczone w kontrolowanej przestrzeni i po przyłożeniu napięcia zaczynają przewodzić prąd. Gdy szczelina między elektrodami zamoczy się, przewodność wzrośnie, a prąd wzrośnie.

Te modele świetnie sprawdzają się w układach elektronicznych jako korpus pomiarowy analizujący poziom wilgotności. Można je podłączyć do najprostszych mikrokontrolerów lub przekaźników.

Mechaniczny

Ryż. 5. Mechaniczny czujnik wilgotności

W przeciwieństwie do poprzednich typów czujników, pomiar wilgotności odbywa się za pomocą ruchów mechanicznych. Najpopularniejsze to waga i włosy.

Pierwszy typ to rurki wypełnione substancją higroskopijną, najczęściej chlorkiem wapnia lub nadchloranem magnezu. Który pochłania wilgoć z otoczenia i zwiększa swoją masę. Wraz ze wzrostem ciężaru wskazówka wagi porusza się mechanicznie.

Przedłużanie włosów działa na zasadzie wydłużania ludzkiego włosa pod wpływem wilgoci. Czujniki mechaniczne są tanie, nie wymagają dodatkowego zasilania, ale mają stosunkowo duży błąd.

Schematy połączeń

Czujnik wilgotności może mieć różne zastosowania, od których zależy schemat jego podłączenia. Jako prosty przykład rozważ połączenie z okapem.

Ryż. 6. Przykład podłączenia czujnika wilgotności do okapu

Jak widać na schemacie, przewód fazowy L jest podłączony poprzez przełącznik sensorowy. Gdy powietrze zostanie nasycone wilgocią do ustawionego limitu, styki zostaną zwarte i zasilanie zostanie dostarczone do obwodu zasilania wentylatora. Co doprowadzi do wymuszonej wentylacji pomieszczenia.

Ryż. 7. Schemat podłączenia czujnika wilgotności do mikrokontrolera

Jak widać na tym schemacie przedstawiono zasadę działania czujnika wilgotności poprzez sygnał analogowy. Tutaj połączenie odbywa się poprzez podłączenie wyjść czujnika do zacisków mikrokontrolera Arduino:

  • VCC do pinu 7 Arduino;
  • złącze GND do GND;
  • A0 do A0 o tej samej nazwie.

Również polecam zapoznać się z projektem stacji pogodowej Arduino.

Właściwości czujników wilgotności

W życiu codziennym człowiek musi rozwiązywać szereg zadań zarówno produkcyjnych, jak i domowych. I dla każdego z nich konieczne jest wybranie odpowiedniego typu czujnika wilgotności. Najważniejszym kryterium pomiaru jest kontrolowane środowisko.

Do gleby.

Ryż. 8. Korzystanie z czujnika wilgotności gleby

Dzięki zamontowaniu czujnika wilgotności istnieje możliwość automatycznego podlewania grządek lub doniczek z sadzonkami. W tym celu najczęściej stosuje się czujniki elektroniczne, których sonda jest instalowana w glebie rośliny.

Podczas podlewania zwiększa się wilgotność podłoża, co znacznie zwiększa przewodność gleby. Gdy tylko woda wyparuje, gleba wyschnie, a rezystancja między elektrodami czujnika ponownie wzrośnie.

Dla powietrza.

Czujniki pojemnościowe, rezystancyjne, termistorowe i optyczne doskonale sprawdzają się w przypadku powietrza. Wewnątrz lub wokół wrażliwych elementów łatwo krąży gaz o zmierzonej wilgotności.

Czujniki z uszczelnionymi lub uszczelnionymi sondami mniej reagują na zmiany wilgotności. Dlatego nadają się do środowiska, w którym stężenie wilgoci zmienia się płynnie, bez nagłych zmian.

Obszary zastosowań

Woda odgrywa ważną rolę nie tylko w życiu człowieka, ale także w wielu procesach technologicznych. Dlatego zakres czujnika wilgotności jest dość obszerny:

  • Produkcja chemikaliów i surowców;
  • Podczas transportu paliw i smarów;
  • Zgodnie z punktem 5.7.2 GOST R 54082-2010 czujniki wilgotności są stosowane w komorach badawczych do określania stężenia pary wodnej;
  • Do celów produkcji farmaceutycznej i przechowywania;
  • Do konserwacji agregatów chłodniczych;
  • W zakładach przetwórstwa papieru i celulozy;
  • W zakresie produkcji i przetwórstwa żywności;
  • Do kontroli klimatu w laboratoriach, magazynach, pomieszczeniach mieszkalnych itp.;
  • Dla rolnictwa i przemysłu lekkiego.

Referencje

    Berliner MA „Pomiary wilgoci” 1973
  1. Wigleb G. "Czujniki" 1989
  2. Fryden J. „Nowoczesne czujniki. Podręcznik» 2005
  3. RMG 75-2014 GSI

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Elektryk