Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

W wielu procesach produkcyjnych bardzo ważne jest utrzymanie niezbędnego mikroklimatu, w szczególności pewnej zawartości pary wodnej w powietrzu lub gazie. W tym celu wykorzystywane są takie urządzenia jak higrometr i higrostat. Pierwsza mierzy zawartość pary wodnej, druga utrzymuje wymagany poziom. Rysunek 1 przedstawia urządzenie Rosa-10, używane zarówno w przemyśle, jak i rolnictwie.

Rysunek 1. Urządzenia domowe Rosa-10 w różnych wersjach

Ale czujnik wilgotności jest używany nie tylko w produkcji (na przykład, aby określić właściwości drewna), ale może być stosowany do regulacji suchości powietrza w pomieszczeniu (rys. 2), pomiaru nasycenia gleby wodą itp. Proponujemy rozważyć urządzenie i zasadę działania takich urządzeń. Pomoże to w ich prawidłowym użytkowaniu w sferze domowej, na przykład w wykonaniu wentylatora wyciągowego w łazience, termostatu do kąpieli lub domowego czujnika temperatury i wilgotności w szklarni.

Rysunek 2. Wszystkie nowoczesne systemy klimatyczne są wyposażone w moduł mierzący wilgotność.

Zanim przejdziemy do teorii, definiujemy terminologię.

Terminologia

Wilgotność bezwzględna oznacza zawartość wody (w gramach) w jednym metrze sześciennym powietrza. W związku z tym jednostką miary tej wartości jest g / m3. Stan, w którym zawartość wody w gazie osiąga maksymalną wartość (100%), nazywany jest maksymalnym progiem nasycenia lub pojemnością wody. Po osiągnięciu tego limitu rozpoczyna się proces kondensacji.

Należy zauważyć, że pojemność wody jest wprost proporcjonalna do temperatury: im jest ona wyższa, tym więcej wody może znajdować się w tej samej objętości gazu. Dlatego cyfrowy lub analogowy moduł pomiaru wilgotności jest prawie zawsze wyposażony w czujnik temperatury.

Przejdźmy do definicji opisującej wilgotność względną. Ta wartość pokazuje stosunek pojemności wody i wilgotności bezwzględnej, odpowiadający reżimowi temperatury w czasie pomiaru. Stan, w którym te wartości są równe, nazywany jest „punktem rosy”.

Teraz, gdy zdecydowaliśmy się na terminologię, rozważymy istniejące typy czujników i dowiemy się, na jakiej zasadzie działają wszystkie z nich.

Rodzaje czujników i ich zasada działania

Najbardziej rozpowszechnione są cztery typy urządzeń, z których każdy ma swoją specyfikę działania:

  1. Pojemnościowy. W rzeczywistości jest to zwykły skraplacz powietrzny. Zasada działania opiera się na zmianie właściwości dielektrycznych powietrza, w zależności od zawartości pary wodnej w nim, co powoduje wzrost lub spadek pojemności.
    Rysunek 3. Czujnik pojemnościowy HCH-1000 z szerokim zakresem pomiarów wilgotności
  2. Odporny. Podstawą działania takiego urządzenia jest zasada zmiany oporu higroskopijnego materiału, w zależności od zawartości wilgoci w nim. Przykładem jest detektor SYH-2RS (rys. 4).
Rysunek 4. Czujnik wody SYH-2RS

Ponieważ detektory tego typu są najczęściej używane w obwodach amatorskich, powrócimy do rozważenia ich urządzeń.

  1. Psychometryczny. Zasada działania tego typu opiera się na fizycznej właściwości strat ciepła podczas parowania. Konstrukcja wykorzystuje detektor suchy i mokry, różnica temperatur między nimi pozwala nam określić zawartość pary wodnej w powietrzu. Wcześniej wykorzystywano do tego specjalne tabele psychometryczne, pojawienie się technologii cyfrowej znacznie uprościło ten proces.
    Rysunek 5. Miernik wilgotności HIT-1 i jego cyfrowy analog
  2. Aspiracja. Ten typ różni się od poprzedniego przez obecność wentylatora wymuszającego mieszanie powietrza lub gazu. Rysunek 6 pokazuje podobny model. Takie urządzenie znalazło szerokie zastosowanie w tych miejscach, w których występuje słaby lub przerywany ruch powietrza.
Rysunek 6. Miernik aspiracji MB-4M

Prowadziliśmy najpowszechniejsze typy detektorów, w rzeczywistości są one znacznie większe. Na przykład istnieje również czujnik optyczny, w którym rozpraszanie światła jest używane, gdy kondensacja powstaje po osiągnięciu punktu rosy, termiczne (dwa termistory w otwartej i szczelnej komorze są zaangażowane), kanał itp.

Detektory typu rezystancyjnego urządzenia

Teraz, zgodnie z obietnicą, rozważymy cechy konstrukcyjne czujników oporowych na przykładzie modelu SYH-2RS.

Rysunek 7. Rezystancyjne urządzenie czujnikowe

1) - widok z boku; 2) - widok z góry.

Legenda:

  • a - substrat ceramiczny;
  • b - osadzone elektrody;
  • c - powłoka higroskopijna na bazie tlenku glinu.

Jak widać, konstrukcja czujnika jest dość prosta, a to ze względu na niski koszt urządzeń tego typu. A jeśli weźmiemy pod uwagę wymienność takich elementów, nie jest zaskakujące, że w większości domowych urządzeń do domu (na przykład czujnik wycieku wody) amatorzy wolą używać czujników rezystancyjnych.

Krótki przegląd urządzeń dostępnych na rynku

Rozważmy urządzenia, które mogą być przydatne w życiu codziennym, zacznijmy od przełącznika wilgotności powietrza HIG-2 (rys. 8), który służy do sterowania okapem w łazience.

Rysunek 8. Moduł HIG-2 z wyjściem przekaźnikowym

Najważniejsze funkcje:

  • urządzenie jest zasilane z 220 V domowego źródła zasilania;
  • praca przy wilgotności względnej od 60% do 90% (ustawiona);
  • dopuszczalny prąd obciążenia - nie więcej niż 2 A;
  • czas pracy wentylatora po wyzwoleniu jest ustawiany przez timer (2-20 min.).

Jak podłączyć czujnik wilgotności HIG-2?

Aby poprawnie podłączyć urządzenie, wystarczy postępować zgodnie ze schematem podanym w instrukcji urządzenia, jest to pokazane na rysunku 9.

Rysunek 9. Podłączenie wentylatora do modułu kontroli wilgotności

Na listwie zaciskowej urządzenia znajdują się odpowiednie oznaczenia, dlatego ta operacja nie spowoduje trudności. Jeśli okablowanie mieszkania lub samego wentylatora nie jest przewidziane do uziemienia, to nie można go podłączyć, po prostu nie trzeba włączać zasilania.

Zainteresowanych koncepcją „inteligentnego domu” z pewnością zainteresuje zewnętrzny czujnik Mi Smart (rys. 10). Podczas instalowania specjalnej aplikacji na smartfonie możesz uzyskać informacje o temperaturze i wilgotności w mieszkaniu. Jeśli określisz pewne parametry mikroklimatu w takim programie, powiadomi cię o naruszeniu warunków.

Rysunek 10. Czujnik bezprzewodowy Xiaomi

Należy zauważyć, że to urządzenie ma raczej niski błąd pomiaru (w przypadku wilgotności mieści się w granicach 3%, w odniesieniu do temperatury, dokładność odczytów wynosi około 0, 3 ° C). Znaczącą wadą jest brak oprogramowania, ale problem ten zostanie wkrótce rozwiązany.

Dla tych, którzy chcą nawadniać kroplówki w szklarni za pomocą czujnika wilgotności, możemy polecić czujnik Gardena (Rys. 11), który reguluje działanie zaworów w systemach tego samego producenta.

Rysunek 11. Czujnik Gardena sterujący systemem nawadniania

Do zasilania urządzenia używane są dwie baterie alkaliczne, ich ładowanie trwa 10-12 miesięcy ciągłej pracy.

Rozważmy teraz charakterystykę przemysłowego modelu miernika cyfrowego Ivit-M.T. (Rys. 12), który można wykorzystać w sektorze przemysłowym, rolnictwie lub zakładach użyteczności publicznej.

Rysunek 12. Miernik wilgotności ze zdalnym czujnikiem z serii IVIT-M

Lista głównych funkcji:

  • do zasilania urządzenie wymaga napięcia 18-36 V;
  • wilgotność względna może być mierzona w zakresie od 5% do 95% (maksymalny błąd nie większy niż 4%);
  • pomiar temperatury powietrza w zakresie od -40 ° C do 50 ° C (modyfikacje H1, V) lub od -40 ° C do 60 ° (modele H2, K1, K2), dokładność 2 ° C;
  • urządzenie może pracować w zakresie temperatur od -40 ° C do 50 ° C

Miłośnicy eksperymentów z pewnością zainteresują się czujnikami DHT11 i DHT22 (rys. 13), które są używane w połączeniu z platformą Arduino. W sieci można znaleźć wiele interesujących rozwiązań dla tej bazy elementów.

Rysunek 13. Czujniki wilgoci dla platformy Arduino

a) DHT22; b) DHT11.

Jak widać na rysunku, wygląd tych czujników jest prawie identyczny, to samo dotyczy pinoutów. Charakterystyki techniczne czujników są bardzo podobne, z wyjątkiem dokładności i zakresu pomiarów. Dajemy te dane.

Główne parametry techniczne DHT11:

  • podłączenie do źródła stałego napięcia 3-5 V;
  • podczas żądania szczytowy poziom zużycia prądu nie przekracza 2, 5 mA;
  • granice mierzonej wilgotności i temperatury - 20-80% i 0-50 С °, błąd 5% i 2 С °;
  • częstotliwość próbkowania 1 Hz, czyli można odbierać dane raz na sekundę.

Teraz porównaj te parametry z bardziej dokładnym modelem DHT22:

  • napięcie zasilania pozostaje niezmienione, podobnie jak pobór prądu podczas transmisji danych;
  • wilgotność jest mierzona w całym zakresie 0-100%, błąd mieści się w zakresie 2-5%;
  • Granice mierzonej temperatury są znacznie zwiększone, w porównaniu z poprzednim modelem, minimum wynosi -40 ° C, maksimum to + 125 ° C.

Koszt tych urządzeń jest dość przystępny na Aliexpress, można je zamówić z bezpłatną wysyłką na 1, 28 USD (DHT11) i 4, 9 USD (DHT22). Jeśli kupisz w Rosji, cena będzie około półtora do dwóch razy droższa. Jeśli chodzi o platformę podstawową, płytę Arduino Uno można kupić w Chinach za 25–48 USD (koszt zależy od konfiguracji). Oprogramowanie i oprogramowanie układowe są pobierane za darmo.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Elektryk