Датчики влажности — как устроены и работают

СОДЕРЖАНИЕ:

Принцип работы электронного гигрометра

В Викисловаре есть статья « [[wikt:Гигрометр|]] »

Гигро́метр (греч. ὑγρός «жидкий» + μετρέω «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения влажности воздуха и других газов.

Существует несколько классов гигрометров, работа которых основана на различных принципах (весовы́е, волосны́е, кондуктометрические, конденсационные и другие).

Применяются в системах микроклимата, контроля влажности производственных, складских и бытовых помещений, контроля состава защитных атмосфер и др.

Содержание

Виды гигрометров [ править | править код ]

  1. Принцип действия весового (абсолютного) основан на измерении количества влаги, поглощённого из заданного и известного объёма исследуемого воздуха. Этот гигрометр состоит из системы U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, способным практически полностью поглощать влагу из воздуха, например, плавленым хлоридом кальция или перхлоратом магния или комбинацией различных влагопоглотителей. Через эту систему насосом прокачивают заданное и известное количество исследуемого воздуха, влажность которого определяют. Изменение массы системы определяют взвешиванием до и после прокачки, по объёму прокачанного воздуха и изменению массы находят абсолютную влажность.
  2. Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос слегка натянут на упругую металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся по шкале, проградуированной в единицах относительной влажности (см. иллюстрацию).
  3. Плёночный гигрометр также основан на измерении деформации и имеет чувствительный элемент в виде мембраны из органической плёнки, размер которой изменяется при изменении влажности — увеличивается при повышении и уменьшается при понижении. Смещение положения центра натянутой упругим элементом плёночной мембраны передаётся через систему рычагов стрелке. Волосной и плёночный гигрометр при отрицательных температурах являются основными приборами для измерения влажности воздуха [источник не указан 171 день] . Показания волосного и плёночного гигрометра периодически калибруют по показаниями более точного прибора — например, психрометра или абсолютного конденсационного гигрометра.
  4. В электролитическом гигрометре измеряют электрическое сопротивление слоя гигроскопического вещества — электролита, например, хлорида лития в смеси со связующим материалом, нанесённого на пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол). При изменении влажности воздуха меняется концентрация влаги в электролите и его электрическое сопротивление; недостаток этого типа гигрометров — существенная зависимость показаний от температуры.
  5. Действие керамического гигрометра основано на зависимости от влажности воздуха электрического сопротивления твёрдой и пористой керамической массы: смесь глины, кремния, каолина и некоторых оксидов металлов.
  6. Конденсационный гигрометр определяет точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления или исчезновения на нём следов капелек воды (или льда), конденсирующихся из окружающего воздуха. Состоит из устройства для охлаждения зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего момент конденсации либо испарения влаги по рассеянию светового пучка, и термометра, измеряющего температуру зеркальца. По измеренной точке росы определяют абсолютную и относительную влажности воздуха. В современных конденсационных гигрометрах для охлаждения зеркальца пользуются полупроводниковым охлаждающим элементом, принцип действия которого основан на эффекте Пельтье, а температура зеркальца измеряется вмонтированным в него термометром сопротивления или полупроводниковым терморезистором. Конденсационные гигрометры используются для определения точки росы в различных газовых средах (не только в воздухе).
  7. Электронный гигрометр.
  8. Психрометрический гигрометр или просто — психрометр.

Электронные гигрометры [ править | править код ]

Электронные гигрометры могут использовать различные принципы:

  • оптоэлектронные — производят измерение точки росы при помощи охлаждаемого зеркала (зеркало охлаждается до температуры заведомо ниже температуры точки росы, затем медленно нагревается до температуры точки росы);
  • ёмкостные — измеряют изменение емкости полимерного или металоксидного конденсатора, вызванное абсорбцией влаги (диапазон их измерения от 5 до 95 относительных процентов, подвержены уходу показаний из-за старения, но их показания от температуры почти не зависят);
  • кондуктометрические или резистивные — используют эффект изменения электропроводимости некоторых гигроскопичных солей или электропроводящих полимеров в зависимости от влажности;
  • пьезоэлектрические — принцип их работы основан на изменении частоты механических колебаний пластинки из пьезоэлектрика, например, кварцевого кристалла с нанесённой на него плёнкой обратимо поглощающего-десорбирующего влагу вещества, при поглощении влаги масса плёнки увеличивается, что снижает частоту колебаний электромеханической системы, колебания в которой поддерживаются электронным автогенератором;
  • измеряющие проводимость воздуха (измеряют абсолютную влажность, для вычисления относительной влажности требуется также измерение температуры) [источник не указан 171 день] .

Гигрометры — приборы, основной функцией которых является измерение влажности. Этот показатель влияет и на здоровье людей, и на работу многих приборов, и на свойства материалов, поэтому необходимость его контролировать может возникать в различных отраслях. За время использования гигрометра были разработаны различные принципы действия, получившие широкое распространение.

Виды гигрометров

Существует несколько методов измерения влажности. Абсолютная влажность характеризует, сколько весит водяной пар, который в настоящий момент содержится в кубическом метре атмосферы. Относительная влажность — характеристика, которая показывает, насколько количество влаги, содержащейся в воздухе в момент измерения, близко к максимуму, возможному для данной температуры. Она измеряется в процентах и часто именно с ее помощью описывают метеообстановку. Наконец, кроме абсолютной и относительной влажности, гигрометр может определять точку росы — температуру конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, на холодной поверхности.

Как правило, измерительное оборудование определяет один из трех перечисленных показателей. Однако существуют формулы, позволяющие с помощью вычислений получить остальные два. Поэтому, вне зависимости от того, что измеряет ваш гигрометр — точку росы, абсолютную или относительную влажность — вы сможете при необходимости рассчитать все три характеристики.

За время существования гигрометра было разработано несколько методик, позволяющих определить влажность воздуха. Они отличаются по точности получаемых данных и по сфере применения.

В волосяных гигрометрах измерение выполняется за счёт того, что длина тонкого волоса меняется, реагируя на количество влаги, с которой он контактирует. Прибор имеет определенные ограничения — измерения проводятся лишь в пределах от 30 до 80%. Индикация влажности осуществляется посредством несложного механизма. Изменение микроклимата воздействует на волос, сила натяжения которого усиливается или ослабляется. Он воздействует на шкив, к которому подсоединен. Шкив поворачивается и перемещает стрелку вдоль дугообразной шкалы. Поскольку действие такого гигрометра определяется исключительно законами механики, он не требует внешнего источника питания.

Для определения абсолютной влажности воздуха применяют весовой гигрометр . Он состоит из изогнутых в форме буквы U трубок, соединенных друг с другом и заполненных веществом с хорошей гигроскопичностью, то есть активно впитывающим влагу из воздуха. Через описанную систему трубок продувают фиксированное количество воздуха. Содержавшаяся в нём влага оседает на содержимом трубок, и их масса меняется. Разница между массой системы трубок до и после выполнения измерений позволяет рассчитать, сколько влаги присутствует в данном объеме.

В основе работы механического (керамического) гигрометра — изменение электрического сопротивления массы, содержащей керамические и металлические компоненты. За основу берутся кремний, глина или каолин, к которым добавляются окислы металлов. В результате получается смесь, заметно меняющая сопротивление в ответ на изменение влажности. Гигрометры этого типа часто используются в быту.

Конденсационный гигрометр позволяет получить более точные данные, чем описанные выше механические приборы. Конструкция такого устройства включает в себя охлаждаемую поверхность, на которой конденсируется влага. Встроенный термометр фиксирует температуру, при которой произошла конденсация, а узкий пучок света, направленный на упомянутую поверхность, позволяет точно зафиксировать момент образования конденсата. На основании этих данных электроника рассчитывает относительную влажность и выводит ее на дисплей. Такой принцип действия позволяет свести погрешность к минимуму, выполняя измерения в пределах от 0 до 100%.

В электронных гигрометрах могут использоваться различные принципы действия, в том числе:

  • измерение электропроводимости воздуха, которая зависит от содержащейся в нём влаги;
  • определение точки росы оптоэлектронным методом;
  • измерение электрического сопротивления солей или полимеров, меняющегося в зависимости от влажности;
  • отслеживание изменения ёмкости металлоксидного или полимерного конденсатора.

Все эти методы позволяют получить более точные данные, чем при использовании механического гигрометра. Электронный гигрометр дает меньшую погрешность и особенно удобен, если необходима дальнейшая обработка собранных данных.

Психрометрический гигрометр используется для измерения относительной влажности воздуха за счёт сравнения показаний двух термометров, один из которых помещен во влажную среду. Поскольку влажный будет охлаждаться за счёт испарения жидкости, он покажет более низкую температуру, чем контрольный. При этом, чем меньше влаги в воздухе, тем сильнее показания термометров будут отличаться. Относительная влажность определяется по специальной таблице, а на ее основании при необходимости вычисляется абсолютная.

На основе этого принципа функционируют несколько разновидностей психрометров:

  • Стационарный представляет собой простую конструкцию, смонтированную в метеорологической будке. На штативе укрепляются два термометра, один из которых контактирует с влажной тканью. Считывание показаний и вычисления производятся вручную.
  • Дистанционный конструируется с использованием преобразователей температуры, таких как термисторы или термопары. Например, такой психрометр может состоять из двух манометрических термометров, один из которых увлажняется. Дистанционный психрометр может быть манометрическим или электрическим.
  • Аспирационный состоит из двух термометров, смонтированных в защищенном корпусе и обдуваемых вентилятором-аспиратором. Такая конструкция позволяет получить наибольшую точность измерений.

Сфера применения гигрометров

Задачи, требующие контроля влажности, нередко возникают в различных отраслях промышленности. Современные производители выпускают гигрометры, рассчитанные на конкретную специфику применения, а значит, они наилучшим образом приспособлены для эксплуатации в той или иной сфере деятельности. Вот лишь несколько примеров ситуаций, которые можно решить с помощью этих измерительных приборов:

  • Для длительного хранения сельскохозяйственной продукции, например, в овощехранилищах или зернохранилищах, необходимо соблюдать температурно-влажностный режим. Добиться этого можно, постоянно контролируя микроклимат с помощью гигрометра.
  • Многие лекарственные препараты требуют особых условий хранения и могут потерять свои свойства, если находятся в условиях избыточной влажности.
  • Гигрометр необходим и в библиотеке, поскольку книги, особенно старинные, во влажном микроклимате значительно быстрее приходят в негодность. Материалы, которым уже много лет, могут разрушиться от избытка влаги, а значит, контролировать влажность воздуха нужно, чтобы обеспечить оптимальный режим хранения.
  • Необходимость проконтролировать влажность материалов часто возникает на стройке. Например, степень просушки древесины проверяется для определения, можно ли ее использовать как стройматериал, и если да, то каким образом. Также существуют специализированные гигрометры, предназначенные для определения влажности бетона.
  • Проверка влажности материалов часто проводится и при производстве мебели, ведь изделие, изготовленное из слишком сырой или пересушенной древесины, произведено с нарушением технологии и, скорее всего, прослужит намного меньше.

Профессиональные гигрометры

Гигрометр позволяет измерить не только влажность атмосферного воздуха, но и долю влаги в газовых средах. Для этого используется профессиональные устройства для анализа температуры и влажности неагрессивных газовых сред. Результат измерений часто выражается в единицах точки росы. Они могут быть переносными или стационарными.

Портативные

Основная сфера применения портативных гигрометров — нефтегазовая и нефтехимическая промышленность. С помощью такого прибора определяют микровлажность газа в баллонах или трубопроводах. Они могут работать в широком температурном диапазоне и выводить влажность в различных единицах измерения. Компактность гигрометра позволяет без проблем проводить измерения в нужных точках.

Видеообзор портативного электронного гигрометра

Стационарные

Стационарные гигрометры позволяют не только проводить измерения, но и контролировать технологические процессы. Конструкция прибора позволяет детектировать даже небольшой процент микровлажности. Система подогрева датчика делает измерения более точными, поскольку предотвращает воздействие на него осушающих агентов, которые могут содержаться в газовой смеси.

Сфера применения профессиональных гигрометров

Портативные и стационарные приборы для измерения влажности применяются, в первую очередь, в нефтегазовой и химической промышленности. Однако сфера их использования этим не ограничивается. Гигрометр может понадобиться всюду, где предполагается работа с неагрессивными газовыми смесями и нужно контролировать их состояние. Благодаря этому оборудование для измерения доли влаги в воздухе находит применение на атомных электростанциях, на производстве микроэлектроники, в энергетике. Также их применяют для контроля за процессом осушки природного газа.

Профессиональные гигрометры используются для решения широкого круга задач, связанных с организацией различных производственных процессов. В частности, они становятся незаменимыми, если нужно:

  • обеспечить заданный уровень влажности в помещении, например, для хранения продукции в определенных условиях;
  • оценить влажность в производственном помещении для целей охраны труда;
  • обеспечить нормальное функционирование электротехнического оборудования различного назначения;
  • обеспечить уровень влажности, нужный для реализации конкретного производственного процесса.

Как выбрать гигрометр

Чтобы выбрать подходящий гигрометр, определитесь, как его предстоит использовать. В быту отдают предпочтение недорогим механическим гигрометрам, тогда какна производстве эксплуатируются в основном электронные различных типов, ведь именно они дают наивысшую точность измерений.

Важно определиться, для чего прибор будет использоваться в первую очередь и насколько часто предстоит проводить измерения. Для использования в строительстве может понадобиться специализированный гигрометр для работы с определенной группой материалов, например, древесиной, а в других случаях подходящей окажется стандартная модель. Определите, что именно предстоит измерять, и оцените возможности различных гигрометров, представленных на рынке.

Значимым фактором являются и условия использования. Обратите внимание на то, в каком диапазоне температуры и влажности прибор будет давать корректные показания. В зависимости от особенностей производства может понадобиться гигрометр, функционирующий при крайне высоких или крайне низких температурах. Также следует учитывать погрешность изменений.

Имеет значение и то, как в дальнейшем будут обрабатываться полученные данные. В самом простом случае вам нужно просто однократно провести измерения, чтобы оценить влажность воздуха в помещении или микровлажность газовой смеси. Но стационарные гигрометры позволяют решать и более сложные задачи. С их помощью можно отслеживать изменение параметров, сигнализировать о достижении пороговых значений, а значит, более эффективно контролировать технологический процесс.

Не стоит забывать и об эргономических характеристиках прибора. Крупные цифры на дисплее должны быть контрастными и легко читаемыми. Возможно, вы предпочтете приобрести модель с подсветкой, чтобы без проблем считывать показания при любом уровне освещенности. Эргономика в особенности важна для переносных приборов: их корпус должен быть легким, таким, чтобы его было удобно держать в руке.

Профессиональный гигрометр — инструмент, имеющий широкое применение в различных отраслях промышленности. Он помогает контролировать влажность воздуха, обеспечивая безопасность людей и стабильное функционирование оборудования.

  • Какой гигрометр лучше — механический или электронный?
  • Как выбрать термометр
  • Как сделать счетчик Гейгера

Гигрометр механического типа: простота и доступность

Механический гигрометр наиболее часто используется для контроля влажности в жилых помещениях. Он дешев, прост в конструкции, но не всегда отличается высокой чувствительностью к перепадам влажности. Самые простые гигрометры механического типа не проверяются метеорологическими службами, а потому не могут быть аттестованы. Результаты измерений по этой причине бывают далеки от действительных параметров среды. Гигрометры данного типа очень чувствительны к механическом воздействиям, а потому требуют максимально бережного отношения.

Для гигрометра механического типа имеет значение место его установки. Чаще всего приборы такого типа требуется навешивать на стену. Такое размещение не всегда удобно, поскольку может внести диссонанс в интерьер. Ко всему прочему, настенный гигрометр не отличается мобильностью, поэтому перемещать его из одного помещения в другое затруднительно.

Настенный гигрометр механического типа без дополнительной настройки можно использовать только в стационарном режиме.

Электронный гигрометр: точность измерений и многофункциональность

Электронный измеритель влажности обладает существенными преимуществами, если сравнивать его с гигрометром механического типа. Он способен работать в более широком температурном диапазоне, фиксируя при этом минимальные отклонения во влажности воздуха. Наиболее качественные модели могут эксплуатироваться в диапазоне температур от -30 до +60оС.

Электронная начинка гарантирует более высокую точность измерений, которую механические приборы не всегда в состоянии обеспечить.

Еще одно достоинство электронного прибора – наглядность представления данных. Обычно такой гигрометр имеет удобный цифровой индикатор, на котором высвечивается уровень влажности в помещении. Очень часто прибор бывает универсальным и дает возможность снимать показания температуры, показывает время и дает некоторые другие полезные сведения об окружающей среде.

Бытовые гигрометры электронного типа имеют современный дизайн, который отлично вписывается в интерьер жилого помещения. Эти приборы компактны и при желании могут быть установлены в любой точке пространства. Даже цвет корпуса гигрометра можно подобрать с учетом дизайна комнаты.

Существуют и более сложные электронные приборы для измерения влажности, которые имеют в своем составе несколько радиоуправляемых датчиков. Их можно монтировать в нужных местах квартиры или загородного дома, а также за пределами помещения. Умное устройство собирает информацию о влажности сразу из нескольких точек, а система автоматического контроля на основании этих данных вносит изменения в климатический режим даже в отсутствие хозяев.

  • измерение влажности воздуха в квартире
  • измерение влажности воздуха в помещении
  • — психрометр;
  • — гигрометр;
  • — термометр;
  • — марля;
  • — психометрическая таблица;
  • — свеча;
  • — спички;
  • — березовая или сосновая щепка.
  • Влажность воздуха в доме
  • влажность воздуха в помещениях
  • -гигрометр;
  • -психрометр;
  • -термометр;
  • -психрометрическая таблица;
  • -щепка березы или сосны;
  • -свечка;
  • -спички.

Гигрометр представляет собой прибор, при помощи которого измеряется влажность воздуха. Существует немало разновидностей этого прибора. Если вы хотите приобрести гигрометр, прежде всего определитесь с тем, какие именно измерения с его помощью вы будете проводить.

Содержание статьи

На что нужно обращать внимание при выборе гигрометра

Обычно гигрометр покупают для того, чтобы получать верную информацию об уровне влажности воздуха в офисе, квартире или другом помещении с кондиционируемым воздухом. Благодаря этому прибору можно быстро вносить изменения и контролировать степень влажности, что сделает условия пребывания людей в данном помещении более комфортными.

Также рассмотрите возможность приобретения дополнительных радиоуправляемых температурных датчиков, при помощи которых возможно оснастить современное устройство. Вы сможете монтировать их как в любом месте квартиры, так и за ее пределами на расстоянии до 30 м от прибора. Таким образом сведения о температурных режимах в разных местах будут поступать одновременно.

Кроме того, новые устройства могут обладать функциями памяти, позволяющими регистрировать максимальные и минимальные значения температур. Так вы сможете контролировать температурный режим в период вашего отсутствия.

При выборе гигрометра необходимо ориентироваться на его технические характеристики. Особенно важную роль играет измеряемый параметр давления. А потому решите изначально, какую влажность вы будете определять — относительную (в RH) или абсолютную, которая измеряется в г/м3.

Также нужно учитывать диапазон измерений, гистерезис и точность. Если вы хотите приобрести высокоточный датчик влажности, вам понадобится ориентироваться на оптический прибор. Степень защиты по шкале IP означает то, какую именно степень защиты от проникновения пыли и воды внутрь него имеет прибор. Что касается показателя по рабочей температуре, он является важным, если вы собираетесь осуществлять измерения в нестандартных условиях.

Как выбрать гигрометр: дополнительные рекомендации

При выборе гигрометра в первую очередь определитесь с тем, какую влажность он должен измерять. В продаже существуют модели, способные измерять абсолютную влажность воздуха, а также работающие только с относительной влажностью.

Определите диапазон измерений, так как существует вероятность приобрести модель, при помощи которой вы не сумеете определить достаточно высокую для нее влажность. Решите для себя, насколько для вас важна точность показаний гигрометра. Если она имеет принципиально важное значение – приобретайте оптический прибор.

Определитесь с теми условиями, в которых будут проводиться измерения. Необходимо понимать, имеется ли возможность проникновения влаги или пыли внутрь прибора. Разработана IP шкала защиты гигрометров — 0-6 для пыли и 0-8 для воды. Исходя из возможности попадания этих веществ отдавайте предпочтение модели с нужной шкалой.

Также следует учитывать, что некоторое гигрометры, измеряя влажность при нестандартных условиях температуры, могут выдавать искаженные показатели.

Гигрометр что это? Назначение, виды, характеристики и особенности

В строительстве, машиностроении, сельском хозяйстве, производстве и даже в быту по различным причинам приходится измерять влажность газов и материалов.

Для этих целей используют влагомер, а также его популярный подвид – гигрометр.

Последний можно разделить на множество видов, в зависимости от способа измерения влажности и различных конструктивных особенностей.

Интересно, что это прибор, несложный с технической стороны, но крайне полезный, а иногда попросту необходимый с практической точки зрения.

Назначение гигрометров

Изначально гигрометр, который еще называют иногда гигроскопом, представлял собой исключительно лабораторное оборудование, предназначенное для определения буквально количества влаги в газах.

Сегодня же это название носят приборы, способные определять:

  • Абсолютную влажность газовой смеси, то есть плотность присутствующего водяного пара.
  • Относительную влажность – отношение количества воды, которое содержится в газовой смеси при ее конкретной температуре, к максимально возможному количеству воды в той же смеси при той же температуре.
  • Точку росы – температуру, при которой насыщение газовой смеси водяными парами становится максимальным, если они при прочих равных показателях постоянно содержаться в этой смеси. Если проще, то это температура, при которой начинается конденсация влаги при определенном значении давления.

Интересно, что показания одного типа гигрометра можно с легкостью преобразовать в результаты другого посредством простых расчетов, или воспользовавшись уже готовыми специальными таблицами, так как все три приведенные величины связаны.

Также впечатляет количество самых разных методов снятия показаний.

Так, например, некоторые основаны на проводимости воздуха, другие – на содержании солей и полимеров.

Большая часть гигрометров рассчитана на определение влажности всем известной газовой смеси – воздуха.

Это важно как в повседневной жизни, так и в самых разных сферах человеческой деятельности.

Доказано, что избыточная или недостаточная влажность оказывает негативное влияние на здоровье человека, поэтому важно корректировать ее уровень для обеспечения комфорта.

Гигрометр часто используют строители при выполнении штукатурно-малярных работ для проверки влажности воздуха на соответствие строительным нормам.

Это же касается и поклейки обоев, укладки ламината, ухода за уже постеленным паркетом.

Со временем гигрометрами начали называть измерители влажности не только газовых смесей, но и различных материалов.

Так, например, в продаже можно встретить модели для древесины и других стройматериалов, включая твердеющих, вроде бетона.

Другие же разработаны специально для зерна.

Третьи используют для анализа нефтепродуктов и, собственно, самой нефти.

Как видим, влагомеры используются повсеместно, а на рынке представлены множеством видов.

Устройство, характеристики и принцип работы

Современный гигрометр состоит из корпуса, внутри которого спрятан собственно механизм, определяющий влажность, конструкция которого зависит от типа устройства.

Электронным моделям для работы обязательно требуется источник питания, например, батарейки, которые также прячутся в корпус, такие варианты называют беспроводными.

Также есть проводные гигрометры, где индикатор расположен на конце провода, что позволяет производить замеры в труднодоступных местах.

Проводными называют и сетевые модели этого прибора, работающие от электрической сети.

Также существуют и аккумуляторные разновидности устройств.

В цифровых гигрометрах уровень влажности отображается на дисплее.

Циферблатные, то есть аналоговые модели имеют стрелку и циферблат.

С исследуемой средой контактирует датчик, который бывает внутренний – для определения влажности окружающего воздуха, и наружный – для выполнения замеров в конкретной точке.

Материал

При изготовлении корпуса гигрометра зачастую используется пластик, реже металл и дерево.

Если в конструкции присутствует циферблат, он закрывается прозрачным пластиком или стеклом.

Размеры и вес гигрометров

Следует учитывать, что гигрометры могут быть изготовлены в виде отдельных приборов, либо же быть смонтированы в корпусе с другими приборами, например, выступать частью домашней метеостанции.

В большинстве случаев измеритель влажности – это компактное устройство, имеющее настенное или настольное исполнение.

Погодные станции обычно имеют размеры, сопоставимые с настенными часами и весят вплоть до 1 кг и более.

Настольные аналоговые модели обычно имеют циферблат диаметром около 80 – 100 мм.

Цифровые настольные приборы размерами сравнимы с калькулятором высотой и шириной в среднем 110 х 100 мм.

В карманном исполнении цифровые влагомеры как внешне, так и габаритами сопоставимы с индивидуальными алкотестерами.

Метрическая система и погрешность

В большинстве случаев гигрометры определяют относительную влажность воздуха, а потому результат показывают в процентах.

В этом случае циферблат имеет разметку от 0 до 100. Однако это касается не всех приборов.

Так модели, показывающие точку росы, результат выводят, как правило, в градусах Цельсия.

Для указания абсолютной влажности в СИ (международной системе единиц) используются кг/м3, а в абсолютной физической системе единиц СГС (сантиметр-грамм-секунда), которая предшествовала СИ, используются г/см3.

Что касается погрешности прибора, то она сильно зависит от типа используемого датчика, а точнее от его класса точности.

Говоря о цифровых приборах, их производители указывают, как правило, точность в 1%.

Тем не менее, если модель не имеет паспорта, где указана погрешность, то в показаниях гигрометра можно смело сомневаться.

Дешевые варианты в большинстве случаев не могут похвастаться погрешностью менее 5%. Это значит, что 70% влажности на само деле могут быть и 72%, и 68%.

По этой причине важно покупать прибор с паспортом, подтверждающим характеристики.

На точность также влияет подсевший элемент питания, или банально плохой контакт.

Очевидно, что самыми точными являются приборы с наименьшей погрешностью.

Аналоговые гигрометры наименее точные, потому их не используют для важных замеров, служат они в большей степени как индикаторы.

Погрешность таких устройств составляет 2% — 5%, чего в принципе достаточно для бытовых задач.

Прецизионный гигрометр является высокоточным цифровым прибором, погрешность у которого не превышает 0,1%.

Глубина измерения и диапазон

Параметры глубины измерений относятся только к контактным гигрометрам, и зависят они от длины щупов (игл), которые погружают в исследуемый материал.

Этот показатель у гигрометров для грунта, зерна и других сыпучих материалов может достигать 300мм.

Диапазон шкалы гигрометров обычно начинается от 0%, и заканчивается 100% влажности, иногда 20% — 100%.

Что касается вариантов для проверки различных материалов, вполне достаточно диапазона от 0% до верхних границ 50% — 65 %.

Многофункциональные приборы имеют несколько измерительных диапазонов, в зависимости от того, с каким материалов ведется работа, например, 0% — 35% для бетона и 0% — 50 % для пиломатериалов.

Дополнительные функции

Гигрометры часто оснащаются дополнительным функционалом.

Некоторые модели совмещаются в одном корпусе с другими измерительными приборами, например, стрелочными или электронными термометрами.

Иными словами, они способны измерять и влажность воздуха, и его температуру, могут оснащаться часами, либо наоборот – последние выступают основным измерительным прибором.

Другие гигрометры способны не только отображать влажность, но и оповещать о нарушении микроклимата в помещении.

Это возможно благодаря световым или звуковым сигналам, встроенным в прибор.

Эти функции позволяют своевременно заметить проблему и устранить ее.

Часть подобных устройств поддерживает самостоятельную установку безопасного диапазона показателей, в пределах которого сигнал не будет срабатывать.

Производители цифровых гигрометров часто оснащают свои изделия индикатором давления, что позволяет дополнительно измерять абсолютное давление в помещениях.

Аккумуляторные приборы имеют индикацию уровня заряда батареи и высокую помехозащищенность.

Дополнительной функцией является и возможность приема-передачи информации на компьютер.

Среди полезных функций, не связанных непосредственно с измерениями, следует отметить подсветку экрана, которая может быть реализована по-всякому.

У одних подсветка включается кнопкой, у других же она запускается автоматически при падении освещения ниже определенного уровня.

Стрелочные модели иногда наделяются подсветкой циферблата.

Дополнительно гигрометры могут оснащаться будильником, календарем и даже функцией фиксации показаний, которая способна в автоматическом режиме отмечать минимальные и максимальные значения.

Для некоторых типов гигрометров разработаны ГОСТы, которые регламентируют методики их поверок:

  • ГОСТ 8.472-2013 – для пьезосорбционных гигрометров.
  • ГОСТ 8.547-86 регламентирует поверочную схему и первичный эталон для средств измерений относительно влажности газов, включая гигрометры и гигрографы.
  • ГОСТ Р 8.881-2015 регламентирует методики поверки для влагомеров пиломатериалов и древесины.
  • ГОСТ 8.519-84 – для диэлькометрических влагомеров строительных материалов.
  • ГОСТ Р 8.781-2012 – для влагомеров зерна и зернопродуктов.

Следующие ГОСТы регламентируют технические требования и условия:

  • ГОСТ Р 8.758-2011 – для кулонометрических гигрометров.
  • ГОСТ 29027-91 – методы испытаний и общие технические требования для влагомеров сыпучих и твердых веществ.
  • ГОСТ 21196-75 – для нейтронных влагомеров.

Внесенные в Госреестр СИ приборы, применяемые для измерений в сфере ГРОЕИ, должны проходить обязательную ежегодную периодическую поверку, которой, как и первичной, занимаются специальные аккредитованные органы.

Так как механические модели гигрометров чувствительны к вибрациям и встряскам, после покупки они требуют калибровки, которые выполняются специальным винтиком, расположенным, как правило, с обратной стороны корпуса.

Смысл этого действия заключается в помещении прибора в среду с заранее известной влажностью, после чего следует подстройка его значения.

Гарантировать качество гигрометра способно в первую очередь свидетельство об утверждении типа СИ.

Маркировка

Влагомеры маркируются в соответствии с ГОСТ 26828. В маркировке должен содержаться товарный знак производителя, обозначение гигрометра, его порядковый номер и дата выпуска, а также знак Госреестра.

На потребительской таре, то есть упаковке указывается обозначение прибора и товарный знак.

В случае, когда влагомер прошел приемо-сдаточные испытания, на него ставят пломбу.

Виды гигрометров и их цена

Гигрометры различаются между собой по способам измерения на множество видов, так они бывают:

Психрометрические

Простейшие варианты косвенного измерения влажности воздуха на основе понижения температуры смоченного тела, которое выступает температурным датчиком.

Психрометр имеет не один термометр, как это бывает у классической связки термометр-гигрометр, а целых два, как правило толуоловых: сухой – отображает температуру окружающего воздуха, влажный – с помещенным в смачиваемый фитиль утолщением капилляра, всегда будет показывать более низкую температуру за счет испарения жидкости и интенсивного охлаждения.

По разности температур этих термометров и определяется относительная влажность окружающей газообразной среды, причем для этого существует специальная таблица, которая всегда крепится рядом с термометрами на пластиковой или деревянной подложке-держателе.

Весовой

Применяется для нахождения абсолютной влажности.

Конструкция включает трубки с гигроскопическим веществом.

Для забора воздуха имеется специальный насос.

Влажность просчитывается на основе известного объема воздуха, а также массы системы перед пробой и после нее.

Пленочный

Стрелочный прибор, у которого датчиком идет специальная органическая пленка, соединенная со стрелкой, изменяющей свое положение относительно шкалы циферблата при изменении длины первой.

Волосной

Схож с предыдущим вариантом, однако, вместо пленки тут используется обезжиренный волос со свойствами, подобными пленочным моделям.

Электролитический

В основе лежит покрытая слоем электролита полистирольная, стеклянная или любая электроизоляционная пластинка.

Сопротивление электролита напрямую зависит от содержания влаги в воздушной массе.

Керамический

Датчиком выступает пористая и твердая специальная керамическая смесь, способная изменять свое электролитическое сопротивление в зависимости от влажности.

Конденсационный (Ламбрехта)

Позволяет посредством специальной таблицы найти влажность при известной точке росы.

Конструктивно состоит из небольшого зеркала, устройства его охлаждения и обыкновенного термометра.

Охлаждение зеркала приводит к его запотеванию, и этот момент фиксируется, а для удобства его определения в качестве эталона отражения выступает металлическое кольцо.

Существует еще один вид гигрометров – электронные, включающие в себя несколько следующих основных подвидов:

Оптоэлектронный

С охлажденным зеркалом для нахождения точки росы, которое следом нагревается, что позволяет с высокой точностью определить влажность.

Емкостные

Конструкция включает оксидный конденсатор, на значение емкости которого напрямую влияет количество содержащейся в воздухе влаги.

Подобные модели требуют обязательной периодической калибровки, так как с течением времени емкость детектора неизбежно снижается.

Резистивные

В основе работы лежит зависимость электрического сопротивления полимеров и солей от уровня влажности воздуха.

Так первый параметр напрямую зависит от второго.

По способу вывода информации гигрометр бывает:

Аналоговый

Классический прибор со стрелкой и циферблатом.

Цифровой

В большинстве случаев многофункциональное устройство, способное отображать результаты измерений числовом виде на встроенном ЖК-дисплее.

По конструкции гигрометр может быть:

Контактный

Используют для определения уровня влажности каких-либо материалов.

Из названия понятно, что, например, для определения влажности деревянных изделий, прибор нужно прислонить датчиками к древисине.

Яркие примеры приборов подобного типа – индукционный гигрометр – датчики размешаются на поверхности, а также игольчатый – датчики в виде двух игл погружаются в исследуемый материал.

Подобное оборудование используют на складах, в лабораториях при приемке стройматериалов, в нефтехимической промышленности и сельском хозяйстве.

Бесконтактный

Предназначен для определения влажности газа и газовых смесей, включая воздух.

Принцип работы основан на способности некоторых веществ изменять какие-либо свои свойства в зависимости от количества содержащейся влаги.

Также гигрометры различают по их назначению, так они бывают для:

  • грунта;
  • зерна;
  • сигар;
  • стройматериалов (бетон, древесина, песок);
  • бани (сауны);
  • жилых и складских помещений.
  • метеорологических станций;

По типу конструкции гигрометр может быть:

Настольный

Бытовой вариант небольших размеров со специальной подставкой или ножками для установки на столе.

Настенный

Имеет плоский корпус и отверстие на задней части, что позволяет его размещать на стене.

Может выполняться в роли как бытовых устройств для отображения текущих значений, так и в виде профессиональных регистраторов температуры и влажности, которые еще называются логгерами.

Последние используют для сбора данных, например, об условиях хранения сырья на складах.

Портативный

Цифровой переносной вариант, имеющий малые размеры и предназначенный для ношения с собой и работы в полевых условиях.

Стационарный

Профессиональное лабораторное оборудование, комплект которого может весить вплоть до 50 кг.

Яркий пример кулонометрический (электролизный) гигрометр для измерения абсолютной влажности газов посредством замера тока электролиза извлеченной из них воды.

Кроме выполненных в индивидуальном корпусе моделей существуют их многофункциональные варианты, то есть совмещенные с другими измерительными приборами, причем в плане конструктивного исполнения они бывают самыми разными.

Простой пример – термогигрометр, совмещающий в себе функции термометра и гигрометра.

Может быть как аналоговым, так и электронным.

Частный случай последнего – так называемый термогигрометр-стик, предназначенный для выполнения замеров влажности и температуры в труднодоступных и узких местах за счет наличия удлиненного зонда, прикрепленного подвижно к основному блоку.

Классические механические гигрометры, не имеющие дополнительных функций, можно приобрести за 500 рублей, а электронные модели обойдутся в сумму от 1 тыс. рублей.

Стоимость домашних метеостанций, включающих, кроме гигрометра, термометр и барометр, начинается с отметки 5 тыс. рублей, а цифровые их варианты могут обойтись покупателю в 35 тыс. рублей.

Производители гигрометров

Изготовлением различного типа гигрометров занимаются следующие зарубежные производители: Condtrol, ADA, Laserlinener, Testo, Fluke, Boneco, Beurer, Venta. Что касается отечественных приборов, то лидером тут по праву считается производитель Мегеон с огромным выбором гигрометров под широкий спектр задач.

Ответственный подход к измерению относительной влажности

Этой статьей мы продолжаем рассказывать о датчиках от швейцарской компании IST. Не так давно были опубликованы посты о датчиках электрической проводимости воды и датчиках скорости потока жидкостей и газов, сегодня очередь дошла до относительной влажности.

Статья посвящена высокоточным датчикам серии HYT. Приводится описание устройства датчика и чувствительного элемента, подробно разбирается порядок сопряжения датчика с микроконтроллером, приводится пример разработки.

Каждый электрик должен знать:  Почему греется диммер в включенном состоянии

1. Обзор

Стандартные модели HYT — это три датчика для измерения температуры и относительной влажности, построенные на базе одного и того же чувствительного элемента, но выполненные в разных корпусах.

О других вариантах корпусировки поговорим ниже, а пока приведем основные характеристики датчиков HYT.

Относительная влажность Температура
Диапазон измерений от 0 до 100 % RH от -40 до +125 °C
Точность (максимальная погрешность) ± 1.8 % RH (в диапазоне 0… 80 % RH) ± 0.2 °C (в диапазоне 0… 60 °C)
Время отклика HYT 271 тм . Датчики HYT используются в промышленности — в бытовой технике, в процессах, которые связаны с сушкой, испарением и перегонкой, в анализаторах остаточной влажности различных материалов, в медицинской технике, в системах вентиляции и в других «ответственных приложениях».

2. Чувствительный элемент

Как и большинство современных датчиков относительной влажности, датчики HYT имеют емкостный чувствительный элемент. Принципы работы преобразователей «влажность-емкость» и их преимущества описаны в огромном количестве источников, напомню главное.

  • Чувствительный элемент представляет собой конденсатор, емкость которого изменяется пропорционально относительной влажности окружающей среды.
  • В качестве диэлектрика используется слой полимера, диэлектрическая проницаемость которого зависит от количества абсорбированной им влаги.
  • Зависимость влажность-емкость носит линейный характер и позволяет проводить измерения в диапазоне от 0 до 100 % RH.

Емкостный датчик представляет собой керамическую подложку, на которой последовательно располагаются нижний проводящий электрод, абсорбирующий влагу полимер и верхний электрод. Выходная характеристика преобразователя определяется типом полимера, а также его толщиной и площадью:

εo — Электрическая постоянная. Мне лень даже приводить её значение, суть в том что оно является константой
εr — Диэлектрическая проницаемость полимера, изменяющаяся пропорционально количеству поглощенной влаги
A — Площадь полимера
d — Толщина полимера

В зависимости от назначения чувствительного элемента выпускаются преобразователи с различными характеристиками, выполненные на базе полимеров с различными параметрами.

Например, для метеозондов и некоторых других приложений важным требованием является высокое быстродействие. Сокращение времени отклика чувствительного элемента достигается за счет уменьшения толщины полимера, таким образом у датчика P14 Rapid обеспечивается время отклика менее 1.5 сек. Другой пример — датчики MK33, предназначенные для работы с маслами. Здесь за счет увеличения площади чувствительного элемента увеличивается крутизна выходной характеристики, а значит и разрешение датчика.

IST выпускает около десятка различных емкостных преобразователей. Интересующихся приглашаю пройти по ссылке на их обзор, а мы возвращаемся к цифровым датчикам HYT.

3. Структура датчиков HYT

Использование «голого» чувствительного элемента оправдано в очень немногих случаях. Как правило, проще и выгоднее использовать интегральный модуль, в котором помимо емкостного преобразователя уже предусмотрены датчик температуры, схемы термокомпенсации и обработки сигнала, а также цифровой или аналоговый интерфейс. Такие цифровые датчики имеют заводскую калибровку и не требуют дополнительной настройки.

Цифровые датчики температуры и относительной влажности производятся в разных ценовых сегментах. Датчик, подходящий под описание из предыдущего абзаца, может стоить и 2 доллара, и 150 долларов. Такая разница между дорогими и дешевыми датчиками объясняется тем, что цифровые датчики различаются не только точностью, быстродействием и повторяемостью результатов измерений, но и другими характеристиками, обеспечить которые не так просто. Это долговременная стабильность работы, возможность применения датчика при очень низкой или очень высокой влажности и устойчивость к воздействиям внешней среды. Чтобы понять, почему перечисленные характеристики оказывают большое влияние на стоимость компонента, обратимся к особенностям производства.

Одной из главных сложностей производства цифровых датчиков относительной влажности является несовместимость некоторых процессов производства емкостного чувствительного элемента и полупроводникового производства (создания КМОП-структуры, содержащей датчик температуры, схему обработки сигнала и т.п). Технологии не позволяют полностью сохранить характеристики емкостного преобразователя, если он выполнен не отдельно, а на той же подложке, что и полупроводниковая структура. Поэтому изготовление датчика, совмещающего емкостный элемент и цифровую схему, всегда подразумевает компромисс между стоимостью производства и характеристиками конечного изделия.

При производстве датчиков HYT емкостный SMD-преобразователь и интегральная схема изготавливаются отдельно друг от друга, отдельно тестируются, и только после этого устанавливаются на общей подложке и соединяются проводами.

За счет уменьшения взаимного влияния ИС и емкостного датчика, использования почти не поглощающих влагу материалов, золотых проводников, а также применения других мер по повышению качества, на цифровом модуле удается добиться точности, близкой к точности отдельного преобразователя «влажность-емкость».

4. Калибровка датчиков HYT

Стандартная заводская калибровка проводится по девяти точкам при трех значениях температуры:

  • 0% и 85% RH при 5°C
  • 0%, 15%, 30%, 50%, 85% RH при 30 °C
  • 0% и 85% RH при 45°C

После калибровки проводятся контрольные измерения. Стандартные контрольные точки:

  • 85% RH при 5°C
  • 20% и 75% RH при 25°C

Здесь самое время напомнить об одной из главных фишек IST: по запросу заказчика производитель изготавливает самые разные модификации своих датчиков. Поставляются датчики с измененными характеристиками, изделия в нестандартных корпусах и, конечно, датчики с нестандартной калибровкой. Зная специфику условий применения конечного изделия, можно, к примеру, заказать датчик HYT с калибровкой от 0 до 50% RH со сдвигом +2% RH на всем диапазоне.

Подобные модификации мало влияют на цену и сроки поставки и, что особенно приятно, доступны для малотиражных изделий.

5. Корпус датчиков HYT

Приведем описание датчиков серии HYT.

Самый простой модуль — HYT 271 — имеет размер 5 на 10 мм и состоит из емкостного преобразователя, залитой «кляксой» интегральной схемы и дополнительных конденсаторов. В отсутствии защитного фильтра достигаются максимальное быстродействие и минимальная цена.

Цифровой датчик HYT 221 имеет ту же начинку, что и HYT 271, но покрыт защитным фильтром, который позволяет использовать датчик в том числе при наличии брызг воды.

Датчик HYT 939 также отличается только типом защитного фильтра — компоненты помещаются под круглый металлический корпус, на верхней стороне которого расположено закрытое мембраной отверстие. Для заказа доступен модуль HYT 939, устойчивый к давлению до 16 бар.

В соответствии с требованиями заказчика могут быть изменены и структура, и габаритные размеры датчика. Вместо стандартного интерфейса I2C датчик может быть оснащен 5-выводным SPI, а дополнительно к цифровому интерфейсу могут быть добавлены дополнительные квазианалоговые линии. Выводы датчика могут быть удлинены, оснащены коннектором. Производятся датчики в специализированных корпусах, например как на фото.

Заказ датчиков с модифицированными размерами или нестандартной конфигурацией возможен в том числе для мелкосерийного производства.

4. Порядок сопряжения датчика и управляющего контроллера

Стандартным интерфейсом подключения датчика HYT к управляющему микроконтроллеру является шина I2C. Контроллер является мастером, датчик — ведомым узлом.

В аппаратных характеристиках интерфейса датчика нет ничего примечательного — поддерживаются скорости от 100 до 400 кГц и стандартный 7-битный адрес на шине. Адрес датчика по умолчанию — 0x28, адрес может быть изменен на значение от 0x00 до 0x7F. Данные передаются в режиме MSB, т.е. сначала идут старшие биты.

Не вижу смысла приводить описание порядка работы самой шины I2C. Также упускаю описание типовой схемы включения, требований модуля HYT по таймированию на I2C, описание процедуры смены адреса датчика. Всё это можно найти в википедии и документации.

Остановимся на процедуре сбора данных с датчика HYT — последовательности из двух команд для управления модулем.
В отсутствии запросов от микроконтроллера, датчик находится в режиме сна. По приходу команды ‚Measuring Request‘ (MR) он просыпается, начинает цикл измерений и формирует посылку с данными для управляющего контроллера. Подготовка данных занимает от 60 до 100 мс, после этого на датчик должна поступить команда ‚Data Fetch‘ (DF), по которой данные из выходного регистра датчика передаются на микроконтроллер.

Команда ‚Measuring Request‘ не подразумевает ни чтения, ни записи данных. Команда содержит только из заголовочного пакета — адреса ведомого узла и бита RW, выставленного в «0», т.е. на запись.

Команда ‚Data Fetch‘ (DF) служит для чтения данных. В заголовочном файле содержится адрес датчика и бит RW, установленный в «1», т.е. на чтение.

Максимальное количество байт, которые должны быть приняты на микроконтроллере — четыре. Первые два байта содержат данные об относительной влажности, третий и четвертый — о температуре.

Микроконтроллер может запросить только два первых байта (только данные о влажности) или три первых байта (данные о влажности и старшие биты значения температуры).

И на влажность, и на температуру приходится по 14 бит. Посылка Data Fetch также содержит два бита состояния:

  • CMode Bit. Если установлена «1», то датчик находится в command mode — в служебном режиме, который используется для изменения адреса датчика на I2C
  • Stale bit. Если установлена «1», значит после выполнения очередного цикла измерений получены те же значения температуры и влажности, что и после предыдущего цикла

Обработка принятой посылки состоит в вычислении значений температуры и относительной влажности из входных данных. Сначала маскируются статусные биты, далее из полученных данных вычисляются абсолютные значения температуры и относительной влажности:

RH [%] = (100 / (2 14 — 1)) * RHвх
T [°C] = (165 / (2 14 — 1)) * Tвх — 40

5. Пример включения датчика HYT

От теории к практике. Рассмотрим задачу опроса датчика HYT с отладочной платы EFM32ZG-STK3200 от Silicon Labs, подробнейшее описание которой приводилось в одной из предыдущих статей.

В этот раз на отладочной плате нам понадобятся встроенный ЖК-дисплей, механическая кнопка и 20-контактный разъем, на котором доступны сигналы I2C, питание и земля.

Подключаем линии в соответствии с распиновкой датчика и разъема платы.

Для работы шины I2C на обеих её линиях должны быть предусмотрены подтягивающие резисторы. В документации на датчик HYT указаны номиналы 2.2 кОм, и превоначально схема была собрана с использованием двух отдельных сопротивлений. Однако в процессе отладки выяснилось, что для опроса датчика, подключенного на короткие выводы, достаточно использовать встроенные подтягивающие резисторы микроконтроллера EFM32. Их номинал равен 40 кОм.

В данном случае датчик питается от линии питания МК (3.3 В), но допустимы и пятивольтовые уровни.

Для работы с отладочной платой EFM32ZG-STK3200 используется среда Simplicity Studio — платформа, содержащая IDE, примеры программ, документацию и различные утилиты для разработки приложения. Её описание также можно найти в предыдущих статьях, здесь я просто скажу что это бесплатная программа, которую SiLabs распространяет для работы с SiLabs-овскими же контроллерами.

При создании программы используется готовый драйвер I2C от SiLabs и библиотека glib, предназначенная для работы со встроенным на плану ЖКИ. Для коммуникации с дисплеем используются интерфейс SPI и часы реального времени, однако работа с этим модулями скрыта в недрах glib.

Программа реализует простейший аглоритм опроса датчика HYT — по нажатию на кнопку PB1 мы получаем от датчика данные о температуре и влажности, пересчитывам полученные значения в градусы Цельсия и проценты и выводим их на экран. В случае, если при приёме данных произвошла ошибка, выводится соответствующее сообщение.

Полные исходники программы доступны наgithub. Ниже разберем лишь ту часть программы, которая имеет отношение к опросу датчика, т.е. к коммуникации по I2C.
В основном используются стандартные функции библиотек от Silicon Labs — основной пакет em_i2c и его надстройка i2cspm.

Для коммуникации с датчиком, т.е. реализации команд Measuring Request и Data Fetch, служат одноименные функции.

Каждая из них содержит операции по формированию пакета для I2C и команду отправки пакета. Для формирования пакета используется структура типа I2C_TransferSeq_TypeDef, содержащая адрес датчика, значение бита RW, и формат регистров для приема (buf[0]) и передачи (buf[1]) данных по I2C.

Функция performDFCommand, помимо указания на прием четырехбайтного пакета с записью данных в массив I2CdataToRead, содержит алгоритм обработки принятой посылки. В результате преобразования в переменные temperature и humidity записываются искомые значения.

При работе с готовыми библиотечными функциями для I2C от SiLabs существует два основных способа испортить себе жизнь:

Способ 1: Посчитать, что в HYT_ADDR следует записывать 0x28, т.е. указанный в документации адрес датчика.
Напомню, что адрес на шине I2C — это семь бит, т.е. под 0x28 в документации подразумевается 010 1000. Логично было бы дополнить это число старшим битом «0» и всё ещё имееть 0x28, однако библиотечная функция почему-то считает, что адресом являются не младшие, а старшие 7 бит. Таки образом, вместо
следует указывать
или

Способ 2: Посчитать, что I2C_FLAG_READ — это «0», а I2C_FLAG_WRITE — это «1», что предусмотрено протоколом шины. То есть на самом деле всё так и есть, в заголовочном байте посылки I2C предусмотрен один-единственный бит RW, который выставляется в «0» для записи данных и в «1» для чтения данных. Однако в недрах библиотеки em_lib прячутся вот такие коварные дефайны:
Так что не стоит при формировании структуры I2C_TransferSeq_TypeDef выставлять нули и единицы самостоятельно.

В остальном претензий к em_i2c и другим пакетам em_*** не возникало.

Между вызовами функций performMRCommand() и performDFCommand() должна быть предусмотрена задержка, за которую датчик формирует посылку с результатами измерений.

Функцию ReceiveDataAndShowIt(), выполняющую опрос датчика и вывод результатов измерений, мы вызываем из обработчика прерываний, который приведен ниже.

Здесь важно отметить, что данная программа выполняет весьма тривиальную задачу. Для измерения температуры и влажности воздуха, которые почти не изменяются во времени, подойдет любой недорогой датчик.

Выдающиеся характеристики серии HYT гораздо лучше иллюстрируются в динамике. На приведенном ниже видео показано насколько быстро датчик HYT-271 откликается на изменение влажности воздуха.

Если вы имели честь когда-нибудь наблюдать с какой скоростью реагирует на изменения влажности условный DHT22, то, конечно, почувствуете разницу.

Датчики влажности — как устроены и работают

Добрый вечер. Есть вот такой резистивный датчик влажности:

То что при изменении влажности меняется его сопротивление мне понятно, но в даташите еще идет речь о 1 кГц синусойды.
Что это мне непонятно.Подскажите мне пожалуйста.

_________________
«Достоинства человека должны определяться его делами, а не тем, что о нем говорят»
Томас Эдисон

Вернуться наверх
Друг Кота

Карма: 35
Рейтинг сообщений: 710
Зарегистрирован: Чт апр 19, 2007 17:10:43
Сообщений: 8192
Откуда: г.Москва
Рейтинг сообщения: 0

_________________
«Никто не сможет остановить Россию. Все сметет она со своего пути и не только сохранится, но и станет властелином мира». (с)

Путинофобия способ оправдать своё хамство невежество и никчемную жизнь.

Вернуться наверх

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/quote

Сборка печатных плат от $88 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

kursant1986
Открыл глаза

Зарегистрирован: Пн мар 18, 2013 14:24:56
Сообщений: 69
Откуда: Нальчик
Рейтинг сообщения: 0

_________________
«Достоинства человека должны определяться его делами, а не тем, что о нем говорят»
Томас Эдисон

Вернуться наверх
kursant1986
Открыл глаза

Зарегистрирован: Пн мар 18, 2013 14:24:56
Сообщений: 69
Откуда: Нальчик
Рейтинг сообщения: 0

Решил на этом датчике сделать гигрометр. Для подачи на датчик синусойды решил использовать генератор построенный по схеме двойного Т-образного моста. Но вот незадача, он у меня незапустился. Может кто то посмотрет и подскажет в чем дело, вдруг где то ошибся.

Вот схема устройства:

_________________
«Достоинства человека должны определяться его делами, а не тем, что о нем говорят»
Томас Эдисон

Вернуться наверх

27 ноября 2020 года компания КОМПЭЛ приглашает разработчиков, технических руководителей и энтузиастов беспроводной связи на вебинар, посвященный новинке 2020 года – мультипротокольному беспроводному микроконтроллеру STM32WB55, который позволяет создавать устройства на базе стандартов BLE 5.0; BLE Mesh; 802.15.4/ZigBee и Thread. На вебинаре мы покажем, как с помощью привычных инструментов STM32Cube и STM32CubeMX можно создать свое первое, надежно работающее BLE-приложение.

misyachniy
Прорезались зубы

Зарегистрирован: Вт июл 02, 2013 10:17:49
Сообщений: 219
Рейтинг сообщения: 0

Если есть микроконтроллер с ШИМ, то зачем внешний генератор?

Вернуться наверх
kursant1986
Открыл глаза

Зарегистрирован: Пн мар 18, 2013 14:24:56
Сообщений: 69
Откуда: Нальчик
Рейтинг сообщения: 0

_________________
«Достоинства человека должны определяться его делами, а не тем, что о нем говорят»
Томас Эдисон

Вернуться наверх
Fidel_Kastro_Rus
Родился

Зарегистрирован: Чт янв 30, 2014 00:57:29
Сообщений: 2
Рейтинг сообщения: 0

Вернуться наверх

Распродажа паяльных станций ATTEN и аксессуаров!
Индукционная паяльная станция AT315D — 3 977 ₽, станция паяльная AT80D – 2177 ₽, станция паяльная AT936b – 1000 ₽!

Заходите в раздел акции и спецпредложения на сайте prist.ru, покупайте измерительные приборы, инструмент и паяльно-ремонтное оборудование по специальным ценам.

Fidel_Kastro_Rus
Родился

Зарегистрирован: Чт янв 30, 2014 00:57:29
Сообщений: 2
Рейтинг сообщения: 0

Вернуться наверх
Родился

Зарегистрирован: Вт янв 28, 2014 16:13:39
Сообщений: 3
Рейтинг сообщения: 0

по моим сведениям у датчиков влажности чувствительный слой короткоживущий . пленочка быстро деградирует
У меня гель выдержал пол-года

на любом токе, переменном или постоянном, имеет громадное сопротивление >>1 МОм .

год назад я восстанавливал аналогичный датчик на увлажнителе Rolsen RAH-776 нанесением мыльного геля с гигроскопическими свойствами
пол-года работал постепенно деградирую . увеличивая сопротивление

Полагаю, что продаваемые китайцами «датчики» — это заготовка для датчика

Вернуться наверх
stepaplush
Родился

Зарегистрирован: Вс мар 25, 2020 11:13:40
Сообщений: 1
Рейтинг сообщения: 0

Вернуться наверх
Родился

Зарегистрирован: Вт янв 28, 2014 16:13:39
Сообщений: 3
Рейтинг сообщения: 0

Нанесите, как я, мыльный гель — хозяйственное мыло+
или ПАИ — полиамидоимид + ПЭГ — полиэтиленгликоль 50х50
или тормозную жидкость . она весьма гигроскопична

хотя, народ делает измерители на датчике DHT11 . http://wiki.amperka.ru/сенсоры:dht

Вернуться наверх
Страница 1 из 1 [ Сообщений: 11 ]

Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 6

Принцип действия датчика влажности

Прибор, которым измеряют уровень влажности, называется гигрометром или просто датчиком влажности. В повседневной жизни влажность выступает немаловажным параметром, и часто не только для самой обычной жизни, но и для различной техники, и для сельского хозяйства (влажность почвы) и много для чего еще.

В частности, от степени влажности воздуха немало зависит наше самочувствие. Особенно чувствительными к влажности являются метеозависимые люди, а также люди, страдающие гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, заболеваниями сердечно-сосудистой системы.

При высокой сухости воздуха даже здоровые люди ощущают дискомфорт, сонливость, зуд и раздражение кожных покровов. Часто сухой воздух может спровоцировать заболевания дыхательной системы, начиная с ОРЗ и ОРВИ, и заканчивая даже пневмонией.

На предприятиях влажность воздуха способна влиять на сохранность продукции и оборудования, а в сельском хозяйстве однозначно влияние влажности почвы на плодородие и т. д. Здесь и спасает применение датчиков влажности — гигрометров.

Какие-то технические приборы изначально калибруются под строго требуемую важность, и иногда чтобы провести точную настройку прибора, важно располагать точным значением влажности в окружающей среде.

Влажность может измеряться несколькими из возможных величин:

Для определения влажности как воздуха, так и других газов, измерения проводятся в граммах на кубометр, когда речь об абсолютном значении влажности, либо в единицах RH, когда речь о влажности относительной.

Для измеряется влажности твердых тел или в жидкостях подходят измерения в процентах от массы исследуемых образцов.

Для определения влажности плохо смешиваемых жидкостей, единицами измерения будут служить ppm (сколько частей воды приходится на 1000000 частей веса образца).

По принципу действия, гигрометры делятся на:

1) Емкостной датчик влажности

Емкостные гигрометры, в самом простом случае, представляют собой конденсаторы с воздухом в качестве диэлектрика в зазоре. Известно, что у воздуха диэлектрическая проницаемость непосредственно связана с влажностью, а изменения влажности диэлектрика приводят и к изменениям в емкости воздушного конденсатора.

Более сложный вариант емкостного датчика влажности в воздушном зазоре содержит диэлектрик, с диэлектрической проницаемостью, могущей сильно меняться под влиянием на него влажности. Данный подход делает качество датчика лучше, чем просто с воздухом между обкладками конденсатора.

Второй вариант хорошо подходит для проведения измерений относительно содержания воды в твердых веществах. Исследуемый объект размещается между обкладками такого конденсатора, к примеру объектом может быть таблетка, а сам конденсатор присоединяется к колебательному контуру и к электронному генератору, при этом измеряется собственная частота полученного контура, и по измеренной частоте «вычисляется» емкость, полученная при внесении исследуемого образца.

Безусловно, данный метод обладает и некоторыми недостатками, например при влажности образца ниже 0.5% он будет неточным, кроме того, измеряемый образец должен быть очищен от частиц, имеющих высокую диэлектрическую проницаемость, к тому же важна и форма образца в процессе измерений, она не должна изменяться в ходе исследования.

Третий тип емкостного датчика влажности — это емкостный тонкопленочный гигрометр. Он включает в себя подложку, на которую нанесены два гребенчатых электрода. Гребенчатые электроды играют в данном случае роль обкладок. С целью термокомпенсации в датчик дополнительно вводят еще и два термодатчика.

2) Резистивный датчик влажности

Такой датчик включает в себя два электрода, которые нанесены на подложку, а поверх на сами электроды нанесен слой материала, который отличается достаточно малым сопротивлением, сильно, однако, меняющимся в зависимости от влажности.

Подходящим материалом в устройстве может выступать оксид алюминия. Данный оксид хорошо поглощает из внешней среды воду, при этом удельное сопротивление его заметно изменяется. В результате общее сопротивление цепи измерения такого датчика будет значительно зависеть от влажности. Так, об уровне влажности станет свидетельствовать величина протекающего тока. Достоинство датчиков такого типа — малая их цена.

3) Термисторный датчик влажности

Термисторный гигрометр состоит из пары одинаковых термисторов. К слову напомним, что термистор — это нелинейный электронный компонент, сопротивление которого сильно зависит от его температуры.

Один из включенных в схему термисторов размещают в герметичной камере с сухим воздухом. А другой — в камере с отверстиями, через которые в нее поступает воздух с характерной влажностью, значение которой требуется измерить. Термисторы соединяют по мостовой схеме, на одну из диагоналей моста подается напряжение, а с другой диагонали считывают показания.

В случае, когда напряжение на выходных клеммах равно нулю, температуры обоих компонентов равны, следовательно одинакова и влажность. В случае, когда на выходе будет получено не нулевое напряжение, то это свидетельствует о наличии разности влажностей в камерах. Так, по значению полученного при измерениях напряжения определяют влажность.

У неискушенного исследователя может возникнуть справедливый вопрос, почему же температура термистора меняется при его взаимодействии с влажным воздухом? А дело все в том, что при увеличении влажности, с корпуса термистора начинает испаряться вода, при этом температура корпуса уменьшается, и чем выше влажность, тем более интенсивно происходит испарение, и тем стремительнее остывает термистор.

4) Оптический (конденсационный) датчик влажности

Этот вид датчиков наиболее точен. В основе работы оптического датчика влажности — явление связанной с понятием «точка росы». В момент достижения температурой точки росы, газообразная и жидкая фазы — в условии термодинамического равновесия.

Так, если взять стекло, и установит в газообразной среде, где температура в момент исследования выше точки росы, а затем начать процесс охлаждения данного стекла, то при конкретном значении температуры на поверхности стекла начнет образовываться водяной конденсат, это водяной пар станет переходить в жидкую фазу. Данная температура и будет как раз точкой росы.

Так вот, температура точки росы неразрывно связана и зависит от таких параметров как влажность и давление в окружающей среде. В результате, имея возможность измерения давления и температуры точки росы, получится легко определить и влажность. Этот принцип служит основой для функционирования оптических датчиков влажности.

Простейшая схема такого датчика состоит из светодиода, светящего на зеркальную поверхность. Зеркало же отражает свет, меняя его направление, и направляя на фотодетектор. В данном случае зеркало можно подогревать или охлаждать посредством специального устройства регулирования температуры высокой точности. Часто таким устройством выступает термоэлектрический насос. Конечно же, на зеркало устанавливают датчик для измерения температуры.

Прежде чем начать измерения, температуру зеркала выставляют на значение, которое заведомо выше температуры точки росы. Дальше осуществляют постепенное охлаждение зеркала. В момент, когда температура начнет пересекать точку росы, на поверхности зеркала тут же начнут конденсироваться капли воды, и световой луч от диода приломится из-за них, рассеется, а это приведет к уменьшению тока в цепи фотодетектора. Через обратную связь фотодетектор взаимодействует с регулятором температуры зеркала.

Так, опираясь на информацию, полученную в форме сигналов от фотодетектора, регулятор температуры станет удерживать температуру на поверхности зеркала точно равной точке росы, а термодатчик соответственно покажет температуру. Так, при известных давлении и температуре можно точно определить основные показатели влажности.

Оптический датчик влажности обладает самой высокой точностью, недостижимой другими типами датчиков, плюс отсутствие гистерезиса. Недостаток — самая высокая цена из всех, плюс большое потребление электроэнергии. К тому же необходимо следить за тем, чтобы зеркало было чистым.

5) Гигрометр электронный

Принцип работы электронного датчика влажности воздуха основан на изменении концентрации электролита, покрывающего собой любой электроизоляционный материал. Существуют такие приборы с автоматическим подогревом с привязкой к точке росы.

Часто точка росы измеряется над концентрированным раствором хлорида лития, который является очень чувствительным к минимальным изменениям влажности. Для максимального удобства такой гигрометр зачастую дополнительно оборудуют термометром. Этот прибор обладает высокой точностью и малой погрешностью. Он способен измерять влажность независимо от температуры окружающей среды.

Популярны и простые электронные гигрометры в форме двух электродов, которые просто втыкаются в почву, контролируя ее влажность по степени проводимости в зависимости от этой самой влажности. Такие сенсоры популярны у поклонников Ардуино, поскольку можно легко настроить автоматический полив грядки или цветка в горшке, на случай если поливать в ручную некогда или не удобно.

Прежде чем купить датчик, подумайте, что вам нужно будет измерять, относительную или абсолютную влажность, воздуха или почвы, каков предвидится диапазон измерений, важен ли гистерезис, и какая нужна точность. Самый точный датчик — оптический. Обратите внимание на класс защиты IP, на диапазон рабочих температур, в зависимости от конкретных условий, где будет использоваться датчик, подойдут ли вам параметры.

Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.

Рисунок 1. Отечественные приборы Роса-10 в различном исполнении

Но датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.

Рисунок 2. Все современные климатические системы снабжены модулем, измеряющим влажность

Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.

Терминология

Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.

Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.

Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».

Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.

Виды датчиков и их принцип работы

Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:

  1. Емкостной. По сути это обычный воздушный конденсатор. Принцип работы основан на изменении диэлектрических свойств воздуха, в зависимости от содержания в нем водяных паров, что вызывает увеличение или уменьшение емкости. Рисунок 3. Емкостной датчик НСН-1000 с широким диапазоном измерения влажности
  2. Резистивный. В основу работы такого устройства заложен принцип изменения сопротивления гигроскопического материала, в зависимости от содержания в нем влаги. В качестве примера можно привести детектор SYH-2RS (рис. 4).

Рисунок 4. Датчик воды SYH-2RS

Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.

  1. Психометрический. Принцип действия этого типа построен на физическом свойстве потери тепла при испарении. В конструкции используется сухой и влажный детектор, разница температур между ними позволяет определить содержание водяного пара в воздухе. Ранее для этого использовались специальные психометрические таблицы, появление цифровой техники существенно упростило процесс. Рисунок 5. Измеритель влажности ВИТ-1 и его цифровой аналог
  2. Аспирационный. Данный тип от предыдущего отличается наличием вентилятора для принудительного нагнетания воздушной смеси или газа. На рисунке 6 демонстрируется подобная модель. Такой прибор нашел широкое применение в тех местах, где слабое или прерывистое движение воздуха.

Рисунок 6. Аспирационный измеритель влажности МВ-4М

Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.

Устройство детекторов резистивного типа

Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.

Рисунок 7. Устройство резистивного сенсора

1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.

Обозначения:

  • а – керамическая подложка;
  • b – напыленные электроды;
  • c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.

Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение

Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.

Рисунок 8. Модуль HIG-2 с релейным выходом

Основные характеристики:

  • устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
  • срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
  • допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
  • время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).

Как подключить датчик влажности HIG-2?

Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема подключения вентилятора к модулю контроля влажности

На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.

Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.

Рисунок 10. Беспроводной сенсор производства компании Xiaomi

Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.

Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.

Рисунок 11. Сенсор Gardena, управляющий системой полива

Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.

Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.

Рисунок 12. Измеритель влажности с выносным датчиком из серии ИВИТ-М

Перечень основных характеристик:

  • для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
  • относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
  • измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
  • прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.

Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.

Рисунок 13. Сенсоры влажности для платформы Arduino

a) DHT22; b) DHT11.

Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.

Основные технические параметры DHT11:

  • подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
  • в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
  • границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
  • частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.

Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:

  • напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
  • влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
  • границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.

Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.

Гигрометр необходим для измерения соответствующих показателей, причем не только в быту, но и в сельском хозяйстве и в промышленности (например, для измерения влажности почвы или для измерения остаточной влажности в древесине в процессе сушки).

В быту датчик контроля влажности воздуха обеспечивает контроль микроклимата, на предприятиях – точность технологических процессов и сохранность оборудования, в сельском хозяйстве – оценку качества почв, их плодородности. Конечно, настройка комнатного датчика от промышленного отличается. Кроме того, отличается и сам способ измерения. Чтобы сделать какие-то выводы или настроить оборудование для совместной работы, важно понимать, какой именно величиной измеряется влажность. И здесь возможно несколько вариантов:

  • Абсолютное значение, в граммах на кубометр;
  • Относительное значение, в единицах RH;
  • В процентах от массы исследуемых образцов, если речь идет о твердых телах, материалах;
  • В частях воды на 1000000 частей веса образца или ppm.

Абсолютная влажность или влагоемкость может варьироваться от 0 до 100% (то есть до полного насыщения, теоретически). Большинство бытовых гигрометров измеряют именно ее.

Принцип работы (действия) датчика измерения влажности воздуха

Существует 5 типов гигрометров, различающихся по принципу действия:

  • Емкостные. Это простые модели, представляющие собой конденсаторы с воздухом как диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость воздуха напрямую связана с влажностью, а при изменении влажности меняется и емкость воздушного конденсатора. Также есть модели с содержанием диэлектрика в воздушном зазоре: они срабатывают лучше, чем «просто воздушные». Такими устройствами уже можно измерять содержание воды в твердых веществах (позволяет измерить влажность исследуемого образца, помещенного между обкладками конденсатора, в том случае, если она превышает 0,5%).к этой категории относятся и тонкопленочные гигрометры с гребенчатыми электродами вместо обкладок. В них также присутствуют термодатчики, обеспечивающие компенсацию.
  • Резистивные. Конструкционно эти датчики влажности представляют собой два электрода на подложке, причем поверх электродов наносится материал с малым сопротивлением (величина сопротивления сильно меняется в зависимости от влажности). Часто в качестве покрытия используют оксид алюминия, который хорошо поглощает влагу из окружающей среды. Резистивные датчики измеряют величину протекающего тока и стоят недорого.
  • Термисторные или психометрические. Устройства представляют собой пару одинаковых термисторов (нелинейных электронных компонентов с сопротивлением, сильно зависящим от температуры). Работает следующим образом: один термистор размещают в герметичной камере, заполненной сухим воздухом, второй – в камере с отверстиями, через которые проходит воздух для измерений. Термисторы соединены по мостовой схеме: если на выходе получается нулевое напряжение, то влажность в камерах одинакова, если нет – то разность показателей влажности в камерах можно измерить в соответствии со значением полученного напряжения.
  • Оптические, также носят название конденсационные. Это – самый точный тип устройств, основанный на таком физическом понятии как «точка росы». В процессе определяется температура, при которой на поверхности материала выпадает конденсат. В зависимости от температуры точки росы измеряется влажность окружающей среды. В простейшем случае такие конструкции представляют собой светодиод, подсвечивающий зеркальную поверхность, после чего луч света меняет направление и попадает на фотодетектор. Зеркало подогревается или охлаждается высокоточным температурным регулятором (термоэлектрическим насосом), а в момент выпадения конденсата температуру фиксируют соответствующим датчиком. Для работы важно, чтобы зеркало было чистым: в конденсированных каплях воды световые лучи преломляются, и величина тока в цепи фотодетектора падает.
  • Электронные. Основной принцип действия этого устройства – измерение концентрации электролита, которым покрыт электроизоляционный материал. Часто используют концентрированный раствор хлорида лития, высокочувствительного к изменениям влажности. Электронные гигрометры зачастую дополнены еще и термометром, что позволяет производить замеры с высокой точностью. Для замеров влажности почвы тоже используют электронные гигрометры, представляющие собой 2 электрода, погружаемые в грунт. Влажность измеряется в зависимости от уровня токопроводимости земли.

Виды и типы датчиков измерения влажности воздуха

При выборе конкретного типа датчика, исходя из его принципа работы, следует учитывать основные факторы:

  • Какую величину влажности понадобится измерять – относительную или абсолютную;
  • Где будет замеряться влажность – в воздухе, в почве, в образце материала;
  • Имеет ли значение гистерезис, с какой точностью необходимы измерения и в каком диапазоне они будут проводиться.

Так, самыми точными датчиками считаются оптические, но они же и самые дорогие. Емкостные часто применяются в бытовой технике и в промышленном оборудовании. Их ключевое преимущество – устойчивость к высоким температурам и химическим испарениям. В быту чаще всего применяют резистивные детекторы, работающие с относительно малым временем отклика, от 10 до 30 секунд. Они могут работать в температурном диапазоне от -40 до +100 градусов, но чувствительны к химическим и масляным испарениям. Электронные хороши тем, что благодаря компьютерной калибровке работают с высокой точностью.

У всех этих моделей есть преимущества и недостатки, а также факторы, влияющие на точность измерений.

Применение датчиков измерения влажности воздуха

В промышленных условиях, для определения относительной влажности почв, материалов или помещений чаще используются гигрометры, измеряющие относительную влажность. Они оснащены встроенными преобразователями сигналов и легко интегрируются в соответствующую измерительную систему. Также эти приборы могут иметь встроенный датчик температуры, чтобы проводить комплексный контроль микроклимата и устанавливать реальную связь между уровнями температуры и влажности.

Для измерения относительной влажности воздуха наиболее доступны несколько типов датчиков: психрометрические, аспирационные, емкостные и резистивные. Рассмотрим более детально каждый вид датчика.

Датчики емкостного и резистивного типа часто используют в офисных системах климат-контроля, где показатели влажности могут варьироваться от 30 до 70%.

Для агропромышленных комплексов (теплиц, грибоводческих хозяйств, овощехранилищах) такие модели не подойдут, так как в условиях повышенной влажности и при возможном выпадении конденсата дают сбой и могут показывать значения с погрешностью до 6%. В этом случае рекомендуется использование психрометрических датчиков.

Если замеры производятся в зонах с воздушным потоком, то стоит применять аспирационный датчик, то есть психрометрический, дополненный вентилятором. За счет работы электровентилятора на мокром термометре создается нормированный воздушный поток. При измерении высокой относительной влажности воздуха такой прибор дает погрешность 1%, не более.

В целом область использования датчиков влажности воздуха очень широка и включает в себя:

  • Поддержание микроклимата в заданных пределах на производстве, оборудованном чувствительными к влажности электронными приборами;
  • Контроль за показателями влажности в офисных помещениях, в быту;
  • В сфере ЖКХ – в котельных и на водоочистных станциях позволяют не допустить образование конденсата;
  • Периодический контроль помогает предотвратить появление грибка, плесени на стенах здания или в складе.

Схема подключения датчика измерения влажности воздуха, его настройка и установка

В большинстве случаев такие датчики монтируются на твердую поверхность. Корпус может закрепляться на стене винтами (он твердый, прочный и выполнен из огнеупорного пластика). Внутри корпуса гигрометра расположен клеммник с контактами, который используется для подключения (задействуется схема, предоставленная производителем).

Подключение производится кабелем через кабельный ввод, при этом соответствующую гайку обязательно затягивают до упора, чтобы сохранить герметичность корпуса (в большинстве моделей он соответствует классу защиты от внешних воздействий IP65). Также можно использовать экранированный кабель, если предполагается, что устройство будет работать в зоне с высоким уровнем электромагнитных помех. Настройка и калибровка производятся после подключения в «рабочих» условиях.

В компании «Измеркон» можно приобрести датчики влажности, преобразователи температуры и влажности с релейными выходами, с цифровым интерфейсом, с внешними зондами, а также WEB-датчики. Есть модели гигрометров с подключением по Wi-Fi, способные передавать данные через интернет.

Точность измерения относительной влажности: 5 до 95%
Диапазон рабочей температуры: -30 to +80°C

Выходной сигнал: 2х Реле

Точность измерения относительной влажности: 0 до 100 %RH

Диапазон рабочей температуры: -30 до +105°C

Выходной сигнал: 2х Реле

Точность измерения относительной влажности: 0 до 100 %RH

Виды датчиков влажности и температуры воздуха

Поддержание микроклимата на заданном уровне важно не только для некоторых производственных процессов, но и для комфортного проживания людей. Одними из ключевых проборов для этого являются датчики влажности и температуры. Это измерительное оборудование имеет несколько моделей, которые отличаются размерами, стоимостью, используемым физическим принципом и точностью измерений.

Теоретические сведения

Влажность воздуха характеризует количество водяных паров в нем при конкретной температуре. Есть абсолютная и относительная влажность. Первая показывает количество воды в виде пара, находящейся в единице объема газа, и измеряется в граммах на кубический метр. Каждый газ при определенной температуре имеет свою абсолютную влажность, при достижении которой начинается процесс конденсации жидкости.

Относительная влажность показывает степень достижения текущего состояния влажности абсолютного значения. Измеряется она в процентах и также зависит от температуры газа. При относительной влажности 100% при конкретной температуре достигается «точка росы» — начинается процесс выделения влаги из газа в виде небольших капель. Чем выше его температура, тем больше абсолютная влажность. Поэтому многие бытовые и промышленные системы климатического контроля оснащаются комбинированным датчиком температуры и влажности воздуха.

Особенности разных конструкций

Есть пять наиболее популярных видов датчиков влаги в воздухе. А именно:

  • емкостные;
  • оптические;
  • резистивные;
  • электронные;
  • термисторные.

Каждый из видов обладает своими преимуществами и недостатками. Выбор датчика влажности воздуха для установки в конкретное устройство основан на соотношении достоинств и недостатков конкретной модели. Производители выбирают оптимальный вариант в плане надежности, точности измерений и стоимости.

Емкостной тип

Самый простой вариант такого измерительного прибора представляет собой воздушный конденсатор. При изменении количества паров воды в газе происходит изменение свойств самого газа, в том числе и диэлектрической проницаемости. Измерение последней с последующей обработкой данных дает представление о насыщенности воздуха парами воды.

Более сложная модификация отличается тем, что вместо воздуха между обкладками конденсатора помещается особый диэлектрик, чувствительный к количеству влаги в воздухе. Такой датчик способен измерять увлажненность не только газов, но и твердых предметов небольшого размера.

Более совершенный и точный вариант емкостного датчика состоит из двух гребенчатых электродов, помещенных на подложку. Они заменяют обкладки конденсатора,

Из достоинств емкостных датчиков можно отметить такие:

  • простота устройства;
  • низкая стоимость;
  • надежность работы.

Но есть и недостатки:

  • малая точность при измерении, когда значение приближается к нижнему порогу;
  • зависимость показаний от чистоты среды (мелкие пылеобразные частицы в газе оказывают существенное влияние на диэлектрическую проницаемость);
  • необходимость в электропитании датчика.

Оптический датчик

Этот тип наиболее точный, но и наиболее дорогой. Его используют, как правило, в лабораторных устройствах и на производстве с чувствительными к водяным парам технологическими процессами. В бытовых приборах применение оптического датчика не имеет целесообразности.

Принцип действия такой: на зеркало подается луч света, который после отражения улавливается фотодатчиком, постепенное охлаждение зеркальной поверхности приводит к моменту наступления процесса конденсации водяных паров и рассеиванию отраженного светового луча, фиксация и обработка показателей «точки росы» и текущего состояния температуры и давления дает информацию о степени увлажненности воздуха.

Оптический тип является одновременно датчиком влажности и температуры.

Резистивный и электронный гигрометр

Эти датчики простые по устройству, но точность измерения у них самая низкая. Принцип действия резистивного элемента заключается в следующем: между двух электродов размещен материал с низким сопротивлением и высокой чувствительностью к влажности (обычно это оксид алюминия), измеряется общее сопротивление, данные обрабатываются для вычисления относительной влажности.

Принцип действия электронного вида основывается на свойстве электролита, нанесенного на электроизоляционный слой, изменять свою концентрацию при изменении количества водяных паров в воздухе. Этот тип датчиков уровня влажности имеет малые размеры, что позволяет его устанавливать в небольших по размерам устройствах. При этом электронные гигрометры обладают достаточной точностью измерений для бытовых приборов и надежностью. Еще одно его достоинство — это способность измерять увлажненность воздуха вне зависимости от температуры окружающей среды.

Термисторная разновидность

Термистор является нелинейным электронным элементом, у которого сопротивление в большой степени меняется при незначительном изменении температуры. В датчике один термистор встроен в герметичную камеру с сухим воздухом, а другой имеет прямой контакт с окружающей средой. Пары влаги при попадании на второй термистор на нем частично конденсируются и испаряются. При этом изменяется его температура и сопротивление. Сравнение сопротивления двух термисторов и дает представление о степени увлажненности воздуха.

Нужно ли переплачивать за датчики влажности?

Влажность воздуха является очень важным параметром как в быту, так и на многих производствах, и ее контроль необходим во многих сферах жизнедеятельности и областях производства.
При падении влажности до 15%, человек теряет работоспособность. При несоответствии влажности воздуха требуемому значению, портятся продукты в хранилищах, книги в библиотеках, картины в музеях. При несоблюдении температурно-влажностного режима на производстве, теряют в качестве хлеб, колбаса, макаронные изделия, синтетические и хлопчатобумажные ткани, изделия из дерева и т.д.
Существует большое многообразие датчиков и приборов для измерения и поддержания требуемого значения влажности, но почему-то, когда «космические корабли бороздят просторы вселенной», влажность в инкубаторах поддерживается при помощи регулярно смачиваемой работниками тряпочки, количество влаги в расстойном шкафу на хлебокомбинате задаёт пожилая опытная работница открывая-закрывая кран с паром, а в музее другая такая женщина время от времени открывает-закрывает форточку.
То есть существуют рынок предложения современных точных датчиков и обширный рынок спроса, но они не пересекаются. А причина достаточно простая. Современные датчики температуры и относительной влажности воздуха — очень дорогие приборы и не по карману большинству потребителей.

Что по чём

Примерно 90% всех современных промышленных датчиков температуры и относительной влажности изготавливаются с использованием абсорбционно-емкостных чувствительных элементов (ЧЭ). Технология производства таких ЧЭ на сегодняшний день достаточно хорошо отработана, и они предлагаются десятком крупных электронных компаний.
Стоимость ЧЭ составляет от 300 до 1100 руб. Накинем ещё 1000 руб. за корпус и всю остальную комплектацию, ещё 1500 руб. за само изготовление, накладные расходы и настройку, и ещё 1000 руб. на прибыль.
Получаем, что цена датчика влажности должна составлять максимум 4500 руб. Но у изготовителей такие датчики стоят от 8000 до 25000 руб. в зависимости от конструктивного исполнения. Почему?
А потому, что до половины цены прибора составляют расходы на формальное метрологическое обеспечение прибора. Почему формальное? Да потому, что качество прибора обеспечивается на производстве соблюдением технологии и проведением сквозного и конечного контроля.
В формальные же расходы входит гос. поверка. Например, в Новосибирском НЦСМ стоимость поверки преобразователей (датчиков) влажности составляет 3400 руб. Оплата как первичной, так и периодической поверки, так или иначе ложится на потребителя. Таким образом, стоимость датчика для потребителя возрастает на 3400 руб. и ещё на столько же каждый последующий год.

А оно Вам надо?

А нужно ли потребителю покупать исключительно сертифицированные приборы и потом периодически тратить деньги на поверку, а изготовителю получать Сертификаты об утверждении типа средств измерений и проводить первичную поверку?
С вступлением в силу Закона № 102-Ф3 от 26.06.2008 г. «Об обеспечении единства средств измерений» на этот вопрос уже можно ответить точно.

ВОПРОС:
— Нужен ли сертификат об утверждении типа средств измерений для всех средств измерения и всегда?

ОТВЕТ:
— Нет, он нужен только для средств измерения, используемых в областях государственного контроля и надзора, а именно:
1. медицина,
2. безопасность,
3. оборона,
4. взаиморасчёты.

Например, вы можете поставить несертифицированный счётчик учёта электроэнергии где угодно, а вот брать по нему оплату вы уже не имеете права. Точно также вы можете поставить несертифицированный датчик горючих газов в шахту, но только в качестве дополнительного оборудования к сертифицированному оборудованию, обеспечивающему безопасность.
Для контроля технологических процессов, находящихся вне области государственного надзора и контроля, может быть использовано средство измерения без сертификата об утверждении типа средств измерений.
А ведь в большинстве случаев датчики влажности используются в производстве, на которое не распространяется сфера государственного регулирования. Таким образом, с формальной точки зрения Потребитель вполне может покупать датчики влажности, не внесенные в гос. реестр средств измерений.

Стоит или не стоит

Конечно, то, что датчик внесён в гос. реестр, говорит о том, что аккредитованная государством организация выполнила метрологическую экспертизу документации на датчик и провела испытания прибора на соответствие техническим параметрам. Это даёт потребителю некоторые гарантии качества прибора, но далеко не полные.
Например, в методике поверки ряда выпускаемых в стране датчиков влажности отсутствует проверка дополнительной температурной погрешности. А ведь это очень важный метрологический параметр.
Как это не парадоксально на первый взгляд, новый закон благодаря сужению сферы гос. регулирования дал неоспоримые преимущества не сертифицированным приборам измерения влажности и их изготовителям.
Изготовитель может постоянно улучшать основные технические характеристики прибора, сужать диапазон использования с уменьшением погрешности. Потребитель вправе в любой момент провести юстировку прибора без боязни повреждения поверочных пломб. Закон позволяет реально уменьшить срок разработки и внедрения в производство новых приборов. По запросу потребителя прибор может комплектоваться протоколом заводской калибровки, в которой, в отличии от протокола гос. поверки, будут точно указаны погрешности измерения в различных точках диапазона измерения.
Возможность проведения юстировки прибора потребителем в необходимых случаях особенно актуальна для датчиков влажности на емкостных чувствительных элементах. Межповерочный интервал для данных приборов составляет 12 месяцев.

Это означает, что изготовитель и государство (как выдавшее сертификат) гарантируют соответствие точностных характеристик датчика в течение одного года эксплуатации при соблюдении потребителем условий эксплуатации.

Все пропало

А теперь сравним записанные в Руководстве по эксплуатации на какой-нибудь датчик влажности режимы эксплуатации с техническими параметрами используемого чувствительного элемента. (Не будем здесь называть конкретные датчики, картина типичная.)
В руководстве по эксплуатации на датчик записан диапазон применения по температуре от -40 до +80°С. В датчике используется ЧЭ HIH-4010 фирмы Honeywell.
В описании технических характеристик ЧЭ читаем: «стабильность параметров составляет ±1,2 % в год при 50% RH». Значит, при другой влажности эта величина может быть ещё больше. Читаем далее: «эксплуатация при влажности больше 90% приводит к сдвигу характеристики на 3%. Дальше – больше: при содержании в воздухе некоторых веществ, сдвиг параметров ЧЭ может составить до 15% и более, до безвозвратного выхода его из строя.
Как же в таком случае изготовитель датчика может обещать потребителю его стабильную работу в течение года?
У Honeywell, как и у многих других известных изготовителей – хорошие ЧЭ влажности, но это не простые приборы. Относиться к ним нужно деликатно и невозможно на год вперёд жёстко гарантировать неизменность их параметров.
Такие гарантии можно дать, только если записать в руководство по эксплуатации, что датчик должен эксплуатироваться исключительно в стерильных условиях.
Или устанавливать рядом с датчиками влажности газоанализаторы, счётчики пылинок и закрывать его непроницаемым колпаком, если вдруг состав воздуха окажется за рамками дозволенного.

Что делать?

Где же выход, скажет почувствовавший себя обманутым покупатель, заплативший за датчик влажности двойную цену?

Попробуем дать несколько рекомендаций:

— Покупайте датчики влажности только у изготовителей, обладающих метрологическим оборудованием для их калибровки, имеющих большой опыт изготовления и эксплуатации данной продукции, использующих самые современные чувствительные элементы.
— Не покупайте без необходимости датчики, внесённые в гос. реестр. Помните, что без ежегодной периодической поверки эта запись не имеет смысла, но каждый год вам придётся отвозить их в поверку, платить по 3400 руб. и надеяться, что результаты поверки будут положительными, вероятность чего очень невелика.
— Проверьте, предусмотрена ли юстировка датчика влажности потребителем и является ли она достаточно простой и понятной.
— Вместе с покупкой датчика приобретите комплект солей для юстировки. Юстировка при помощи солей повсеместно используется в Европе. Метод этот стандартизирован, имеет высокую точность и недорогой. Ну, а вы сможете, во-первых, в любой момент проверить правильность показаний датчика, а во-вторых, при необходимости его отъюстировать.

Датчики влажности — как устроены и работают

Прибор, которым измеряют уровень влажности, называется гигрометром или просто датчиком влажности. В повседневной жизни влажность выступает немаловажным параметром, и часто не только для самой обычной жизни, но и для различной техники, и для сельского хозяйства (влажность почвы) и много для чего еще.

В частности, от степени влажности воздуха немало зависит наше самочувствие. Особенно чувствительными к влажности являются метеозависимые люди, а также люди, страдающие гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, заболеваниями сердечно-сосудистой системы.

При высокой сухости воздуха даже здоровые люди ощущают дискомфорт, сонливость, зуд и раздражение кожных покровов. Часто сухой воздух может спровоцировать заболевания дыхательной системы, начиная с ОРЗ и ОРВИ, и заканчивая даже пневмонией.

На предприятиях влажность воздуха способна влиять на сохранность продукции и оборудования, а в сельском хозяйстве однозначно влияние влажности почвы на плодородие и т. д. Здесь и спасает применение датчиков влажности — гигрометров.

Какие-то технические приборы изначально калибруются под строго требуемую важность, и иногда чтобы провести точную настройку прибора, важно располагать точным значением влажности в окружающей среде.

Влажность может измеряться несколькими из возможных величин:

Для определения влажности как воздуха, так и других газов, измерения проводятся в граммах на кубометр, когда речь об абсолютном значении влажности, либо в единицах RH, когда речь о влажности относительной.

Для измеряется влажности твердых тел или в жидкостях подходят измерения в процентах от массы исследуемых образцов.

Для определения влажности плохо смешиваемых жидкостей, единицами измерения будут служить ppm (сколько частей воды приходится на 1000000 частей веса образца).

По принципу действия, гигрометры делятся на:

1) Емкостной датчик влажности

Емкостные гигрометры, в самом простом случае, представляют собой конденсаторы с воздухом в качестве диэлектрика в зазоре. Известно, что у воздуха диэлектрическая проницаемость непосредственно связана с влажностью, а изменения влажности диэлектрика приводят и к изменениям в емкости воздушного конденсатора.

Более сложный вариант емкостного датчика влажности в воздушном зазоре содержит диэлектрик, с диэлектрической проницаемостью, могущей сильно меняться под влиянием на него влажности. Данный подход делает качество датчика лучше, чем просто с воздухом между обкладками конденсатора.

Второй вариант хорошо подходит для проведения измерений относительно содержания воды в твердых веществах. Исследуемый объект размещается между обкладками такого конденсатора, к примеру объектом может быть таблетка, а сам конденсатор присоединяется к колебательному контуру и к электронному генератору, при этом измеряется собственная частота полученного контура, и по измеренной частоте «вычисляется» емкость, полученная при внесении исследуемого образца.

Безусловно, данный метод обладает и некоторыми недостатками, например при влажности образца ниже 0.5% он будет неточным, кроме того, измеряемый образец должен быть очищен от частиц, имеющих высокую диэлектрическую проницаемость, к тому же важна и форма образца в процессе измерений, она не должна изменяться в ходе исследования.

Третий тип емкостного датчика влажности — это емкостный тонкопленочный гигрометр. Он включает в себя подложку, на которую нанесены два гребенчатых электрода. Гребенчатые электроды играют в данном случае роль обкладок. С целью термокомпенсации в датчик дополнительно вводят еще и два термодатчика.

2) Резистивный датчик влажности

Такой датчик включает в себя два электрода, которые нанесены на подложку, а поверх на сами электроды нанесен слой материала, который отличается достаточно малым сопротивлением, сильно, однако, меняющимся в зависимости от влажности.

Подходящим материалом в устройстве может выступать оксид алюминия. Данный оксид хорошо поглощает из внешней среды воду, при этом удельное сопротивление его заметно изменяется. В результате общее сопротивление цепи измерения такого датчика будет значительно зависеть от влажности. Так, об уровне влажности станет свидетельствовать величина протекающего тока. Достоинство датчиков такого типа — малая их цена.

3) Термисторный датчик влажности

Термисторный гигрометр состоит из пары одинаковых термисторов. К слову напомним, что термистор — это нелинейный электронный компонент, сопротивление которого сильно зависит от его температуры.

Один из включенных в схему термисторов размещают в герметичной камере с сухим воздухом. А другой — в камере с отверстиями, через которые в нее поступает воздух с характерной влажностью, значение которой требуется измерить. Термисторы соединяют

*Предлагаемые к заключению договоры или финансовые инструменты являются высокорискованными и могут привести к потере внесенных денежных средств в полном объеме. До совершения сделок следует ознакомиться с рисками, с которыми они связаны.

ВЛАГОМЕРЫ ДЛЯ ГАЗОВ

Влажным газом называется смесь газов, в которой содержатся пары воды. В интервале температур 0. 100 °С содержание водяных паров в смеси газов может быть различным, но каждой температуре соответствует некоторое определенное количество водяного пара, выше которого оно подниматься не может. Если содержание водяных паров в смеси газов при данной температуре не достигло предельного значения, газ называется ненасыщенным влажным газом. Смесь газов, в которой содержание водяного пара при данной температуре достигло возможного максимума, называется насыщенным влажным газом.

С изменением температуры состояние влажности смеси газа меняется. При повышении температуры из насыщенного влажного газа смесь газов превращается в ненасыщенную, и наоборот. Предельное значение содержания водяного пара в газовой смеси зависит не только от температуры, но и от давления. С повышением давления газовой смеси содержание водяного пара, соответствующее состоянию насыщения, понижается, а при понижении давления — повышается.

Общее давление газовой смеси р равно сумме парциальных давлений газов, составляющих эту смесь. Парциальным давление каждого входящего в смесь газа называется давление, которое имел бы этот газ, если бы он один при той же температуре, занимал тот же объем, что и смесь

где рг—парциальное давление сухого газа; рв.п.—парциальное давление водяных паров.

Плотность влажного газа определяется суммой плотностей сухого газа и пара , взятых при парциальных давлениях.

Содержание влаги в газе характеризуется его абсолютной или относительной влажностью.

Масса водяного пара в 1 м 3 газа называется абсолют­ной влажностью. Абсолютная влажность может характери­зоваться различными величинами:

1) массой водяного пара в 1 м 3 газа в рабочем состоянии, что численно равняется плотности водяного пара при данной его темтературе и парциальном давлении (f, г/м 3 );

2) массой водяного пара в 1 м 3 влажного газа при нормаль­ных условиях, т. е. при t=0°С и fн.вл, г/ м 3 ;

3) массой водяного пара в 1 м 3 сухого газа при нормальных условиях (fн.сух.г/м 3 ) — влагосодержание.

Абсолютную влажность, отнесенную к сухому газу . по извест­ной абсолютной влажности, отнесенной к влажному газу, и наобо­рот, определяют по соотношениям

где 804 — плотность водяного пара, отнесенная к объему газа при нормальных условиях, г/м 3 .

При охлаждении влажного газа водяные пары, находящиеся в нем, начинают конденсироваться. Температура tр, при которой водяные пары в газе достигнут насыщения, называется точкой росы.

Отношение плотности водяного пара в газовой смеси к макси­мально возможной плотности водяного пара ρmax при той же температуре или отношение абсолютной влажности при нормаль­ных условиях к абсолютной влажности при полном насыщении называется относительной влажностью φ, или степенью насыщения газа.

Относительную влажность газа φ можно выразить как отноше­ние парциальных давлений водяного пара в данной газовой смеси к в насыщенной газовой смеси при той же температуре:

Величины приведенные в формулах, имеются в специальных таблицах.

Для измерения влажности газа более широко применяют следующие методы: психрометрический, при котором влажность газа определяется по разности температур сухого и мокрого термометров; гигрометрический, основанный на измерении линейных размеров или электрических параметров влагосорбирующего материала; весовой; конденсационный (точки росы).

Психрометры. Психрометрический метод основан на психрометрическом эффекте, т. е. на зависимости скорости испарения влаги от влажности окружающей среды. Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, у одного из которых, называемого мокрым, чувствительная часть все время остается влажной, так как на нее надет постоянно смачиваемый чулок. При омывании газом чувствительной части мокрого термометра вода испаряется. Так как на испарение воды с поверхности термометра затрачивается теплота, температура термометра понижается. В результате возникает разность температур между сухим и мокрым термометрами.

Чем суше газ, тем выше скорость испарения, тем больше теплоты затрачивается на испарение влаги, тем больше разность температур между термометрами.

Психрометрический эффект определяется зависимостью между парциальным давлением пара в парогазовой смеси и показаниями сухого и мокрого термометров:

где ρн.м — парциальное давление насыщенного пара при температуре смеси tсм;

р — парциальное давление пара;

А — психрометрическая постоянная;

В — барометрическое давление; tc и tм — температуры сухого и мокрого термометров.

Относительную влажность вычисляют следующим образом:

где рн.с. — парциальное давление насыщенного пара при температуре tc.

В связи с тем что рн.м. и рн.с однозначно определяются по tм и tc, если А = const, можно получить зависимость:

Величину А определяют конструктивными и другими особенностями мокрого термометра.

По этой разности температур, называемой психрометрической разностью, относительная влажность газа может быть найдена по специальным номо­граммам (рис. 1) и психромет­рическим таблицам.

Рис. 1. Зависимость отно­сительной влажности от темпера­туры мокрого и сухого термо­метров

В плечо моста 1 (рис. ХШ-2) автоматического психрометра, пред­назначенного для измерения влаж­ности воздуха, включен сухой термо­преобразователь сопротивления 4, в плечо моста 2 — мокрый термо­преобразователь сопротивления 3. Разность потенциалов на верши­нах диагонали моста 1 пропорцио­нальна температуре сухого термо­метра. Разность потенциалов на вер­шинах а и с диагонали моста 2 про­порциональна температуре мокрого термометра.

Мосты 1 и 2 работают в неравновесном режиме; таким образом, на вершинах b и с диагонали двойного моста имеется разность потенциалов, пропорциональная разности температур сухого и мокрого Термометров, т. е. психрометрической разности.

Напряжение, усиленное с помощью электронного усилителя 6, подается на реверсивный двигатель 5, перемещающий движок реохорда и связанный с ним указатель шкалы до положения равновесия измерительной схемы. При этом положение движка реохорда является мерой психрометрической разности, т. е. относи­тельной влажности контролируемого газа. Таким образом осуществляется непрерывное автоматическое измерение относи­тельной влажности.

Аспирация термометров осуществляется с помощью вытяжного устройства, вентилятор которого отсасывает воздух измеряемой среды, обдувает им термопреобразователи сопротивления. Вода для смачивания чулка мокрого термопреобразователя сопротивле­ния поступает из специального бачка автоматически постоянно.

Выпускаемый серийно психрометрический автоматический гигрометр типа АПГ

Рис.2. Схема автоматического психрометра с термопреобразователем сопротивления

206 имеет пределы измерения влажности 34. 90°С точки росы, при измерении температуры измеряемого газа —40. 200°С. Допустимая основная абсолютная погреш­ность устройства ±8°С точки росы. Расход измеряемой газовой смеси через прибор 20. 30 л/мин. Время установления показаний гигрометра 90 с. Прибор состоит из устройства отбора пробы, первичного и промежуточного преобразователей, а также авто­матического потенциометра КСПЗ-П.

Электрические гигрометры.В гигрометрическом методе изме­рения влажности газов использована зависимость электрических параметров влагосорбирующих материалов от влажности газов, при этом чувствительный элемент находится в гигрометрическом равновесии с измеряемым газом. В промышленности применяют следующие разновидности датчиков электрических гигрометров: электролитические, электролитические с подогревом и сорбционные. В электролитических гигрометрах содержится влагочувствительный элемент с электролитом.

Изменение влажности газа вызывает изменение количества влаги, содержащейся во влагочувствительном элементе, что при­водит к изменению концентрации электролита в нем и соответ­ствующему изменению его сопротивления или электропроводности.

В качестве электролита чаще всего применяют хлорид лития. Измерительные схемы электролитических гигрометров представ­ляют собой различные варианты мостовых измерительных схем.

Серийный измерительный преобразователь относительной влажности типа ДЭВС предназначен для измерения относитель­ной влажности воздуха. Чувствительным элементом датчика влаж­ности является стеклонить, пропитанная неконцентрированным раствором хлористого лития. Сопротивление стеклонити, измеряе­мое между электродами датчика зависит от относительной влаж­ности и температуры воздуха. Пределы измерения преобразова­теля 30. 40 и 60. 85 %. Погрешность измерения при темпера­туре 0. 35 и 5. 35°С. Погрешность измерения на всем темпера­турном диапазоне ±3 %.

Электролитические гигрометры с подогревом по своему устрой­ству близки к электролитическим без подогрева. Однако прин­ципы действия их различны. Изменение электропроводности дат­чика вследствие изменения влажности газа вызывает изменение его температуры. Таким образом автоматически поддерживается режим, соответствующий равновесному состоянию между пар­циальным давлением паров воды в анализируемом газе и парциальным давлением пара над насыщенным раствором электролита. Температура, соответствующая этому равновесию, измеряется каким-либо термометром.

Чувствительный элемент электролитического гигрометра с подогревом (рис. ХШ-3) представляет собой тонкостенную трубку 1, покрытую стеклянной ватой, пропитанной раствором хлористого лития. На стеклянную вату намотаны изолированные друг от друга спирали 4 из серебряной проволоки. Сверху на элемент надевается металлическая трубка с сетчатой вставкой 5, которая задерживает сильные газовые струи. Внутри трубки 1 помещается малоинерционный термопреобразователь сопротивления 3, к которому подключен измерительный (вторичный) прибор 2. Серебряные спирали питаются переменным током напряжением 24 В.

Рис.3 Схема электрического гигрометра с подогревным электро­литным датчиком

Рис. 4. Схема электрического влагомера с пленочным датчиком ДИВ2

При подаче напряжения на серебряные спирали через раствор хлористого лития проходит электрический ток, вызывающий нагрев раствора. Раствор нагревается до температуры кристаллизации хлористого лития; образование твердой соли приводит к резкому увеличению сопротивления между электродами, ток уменьшается, и температура датчика понижается. Понижение температуры продолжается до тех пор, пока вследствие поглощения влаги из окружающей среды проводимость раствора между электродами не повысится вновь, что повлечет за собой увеличение тока и повышение температуры датчика.

Таким образом, температура в датчике автоматически поддерживается на уровне равновесной, соответствующей влажности окружающей газовой среды. Для точного измерения влажности температура исследуемого газа должна быть ниже равновесной температуры чувствительного элемента, но выше точки росы. Вторичный прибор 2, подключенный к термопреобразователю сопротивления, градуируется в единицах абсолютной влажности.

Выпускаемый серийно гигрометр-сигнализатор подогревный ГП-215 имеет преобразователь влажности и преобразователь температуры, которые подключены к промежуточному преобразователю. Пределы измерения относительной влажности 15. 80 %. Шкала прибора 10. 100 % относительной влажности. Допустимое значение основной абсолютной погрешности при температуре измеряемой среды ±3 %. Время установления показания прибора 90 с.

В сорбционных гигрометрах используется изменение физических свойств сорбционных материалов (керамики, микропористых материалов, оксида алюминия и др.) от содержания в них влаги, которое определяется влажностью газа.

Как правило, с изменением влагосодержания изменяется либо электрическое сопротивление, либо емкость, либо тангенс диэлектрических потерь, либо какой-нибудь другой параметр измерительного преобразователя.

Рис. 5. Диаграммы области применения подогревных датчиков влажности:

а—для измерения температуры точки росы; б — для измерения относительной влажности

Гигрометр для измерения относительной влажности воздуха ВВ-2 состоит (рис. 4) из пленочного хлористолитиевого датчика ДИВ-2 и вторичного самопишущего прибора — автоматического моста. Датчик влажности содержит влагочувствительный элемент Rφ и терморезистр RT. На сопротивление первого влияют относительная влажность и температура окружающего воздуха, сопротивление второго подобрано таким образом, чтобы отношение Rφ/ RT не зависело от температуры и являлось функцией только относительной влажности воздуха. Датчик включен в два смежных плеча моста переменного тока вторичного прибора. Предел измерения относительной влажности 40. 90 %, погрешность измерения 3,5. 4,5 %. К недостаткам электрических гигрометров следует отнести нестабильность их градуировочных характеристик, а также влияние температуры и концентрации растворенного вещества (электролита) на их показания. На рис. 5 приведены диаграммы областей работы

подогревных хлористолитиевых датчиков влажности, где 1 — не­устойчивая работа, 2— нормальная работа и область 3 — работа с ограниченным сроком службы датчика. Из диаграмм видна ограниченная область применения датчиков по температуре изме­ряемой среды до 100 °С, а также по температуре точки росы 60 °С.

В механических гигрометрах используется изменение линей­ных размеров влагосорбирующего материала в зависимости от влажности окружающей среды. В качестве чувствительного элемента применяют волосы, животную пленку, капроновую нить, целлофан и другие материалы.

Весовые влагомеры.Весовой метод определения влажности основан на поглощении водяных паров из газа реактивами. Опре­деленное количество газа просасывается через U-образные труб­ки, заполненные веществом, жадно поглощающим влагу (хлорид кальция, фосфорный ангидрид и др.).

Поглотительные трубки предварительно взвешивают на анали­тических весах. После этого через них пропускают определенное количество газа, учитываемое газовым счетчиком, и вновь взве­шивают. Приращение веса дает количество поглощенной из газа влаги; частное от деления этой величины на количество прошед­шего газа дает абсолютную влажность газа. Весовой метод опре­деления влажности газов применяется в лабораторной практике и при исследовательских работах.

Конденсационные гигрометры.Конденсационный метод опреде­ления влажности газов заключается в резком понижении темпе­ратуры исследуемого газа, в результате чего основное количество влаги выпадает в конденсационном сосуде, остальной газ стано­вится насыщенным; измеряя его температуру, можно определить в нем содержание водяного пара. Суммируя эту величину с влагой, оставшейся в конденсационном сосуде, получим абсолютную влажность газа.

В автоматических конденсационных гигрометрах используется метод точки росы, заключающийся в охлаждении испытуемого газа до наступления состояния насыщения, т. е. до точки росы. По этой температуре, используя таблицы, определяют влажность контролируемого газа. Момент наступления точки росы опреде­ляется по появлению росы на зеркальной поверхности, охлаждае­мой металлической пластинки, соприкасающейся с контролируе­мым газом.

Рис. 6. Схема авто­матического влагомера то­чки росы

Схема автоматического влагомера точки росы приведена на рис. ХШ-6. В камеру 2 через патрубок 1 поступает очищенный от примесей и пыли анализируемый газ постоянного давления, который затем удаляется по патрубку 3. Проходя через камеру, газ омывает зеркало 12. На зеркало от лампы 15 через линзу 14 на­правляется луч света, который, отразившись от зеркала 12, попа­дает через линзу 13 на фотоэлемент 9. Возникающий в фото- элементе ток через усилитель 1 поступает на регулятор 11, который изменяет питание нагревателя 5. Зеркало 12 охлаждается жидкостью, поступающей через патрубок 4 и уходящей через патрубок 7.

Температура зеркала измеряется термоэлектрическим термометром 8, подключенным к вторичному, измерительному, прибору 6. Если на зеркале нет влаги, то луч света от него практически без потерь поступает на фотоэлемент. В этом случае регулятор уменьшает нагрев охлаждающей жидкости, температура которой уменьшается до тех пор, пока на зеркале не выпадет роса. Тогда на фотоэлемент будет поступать ослабленный световой поток (падая на зеркало, покрытое пленкой росы, свет будет рассеиваться) и регулятор будет увеличивать нагрев охлаждающей жидкости. Таким образом, температура зеркала будет поддерживаться близкой к температуре точки росы.

Вторичный прибор б градуируют в единицах абсолютной влажности. Точность измерения 1 %. Такая высокая точность измерения может быть обеспечена при работе гигрометра на чистых газах. При контроле агрессивных и загрязненных сред, от которых может меняться чистота поверхности зеркала, в результаты измерения вносится дополнительная погрешность, зависящая от состояния поверхности зеркала.

Для поверки и градуировки гигрометров предназначен термо-статируемый переносной гигростат типа ГПТ-130. Диапазон создаваемой влажности воздуха в рабочей камере гигростата 15. 95 % относительной влажности, температура точки росы —18. + 49 °С. Рабочий диапазон температуры воздуха в рабочей камере 5. 50°С. Абсолютная погрешность влажности ±1 %, температуры точки росы ± 1; 4 °С.

ВЛАГОМЕРЫ ДЛЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Содержание влаги в материале характеризуют две величины: влагосодержание (абсолютная влажность) и влажность (относительная влажность). Под влагосодержанием понимается отношение массы влаги М, находящейся в материале, к массе материала Мо в сухом состоянии:

Под влажностью ω понимается отношение массы влаги М, содержащейся в теле, к массе влажного материала М1

Иногда эти величины выражают в процентах:

Иногда эти величины выражают в процентах:

Для указания содержания влаги в материале можно применять любую из этих величин. Переход от одной величины к другой может быть осуществлен по соотношениям

Существует несколько методов контроля влажности материалов:

кондуктометрический, основанный на зависимости между влажностью материала и его электропроводностью;

диэлектрометрический (емкостный), основанный на зависимости между влажностью материала и его диэлектрической проницаемостью;

оптический, базирующийся на том, что величина отношения коэффициентов отражения материалом двух монохроматических инфракрасных излучений с длинами волн λ =1,95 мкм и λ = 1,75 мкм однозначно зависит от влажности;

высокочастотные, основанные на зависимости между содержанием влаги в материале и коэффициентом отражения от него (или коэффициентом прохождения через нее) высокочастотного электромагнитного излучения.

Рис. 7. Зависимость электрического сопротивления кожи от влажности Рис. 8. Схема кондуктометрического роликового датчика влаж­ности

Кондуктометрические влагомеры. В результате увлажнения большинство тел, которые в сухом виде являются диэлектриками, становятся проводниками. Зависимость электрического сопротивления от влажности кожи видна из графика на рис. 7, выражающего следующую функцию:

где Rx — сопротивление; A и n — постоянные, зависящие от исследуемого материала; ω — влажность материала, % от массы сухого вещества.

Эта зависимость имеет два характерных участка. Начальный участок соответствует низкой и средней влажности, он характерен высокой крутизной, т. е. на этом участке влагомер очень чувствителен к изменению влажности материала. На втором участке с повышенной влажностью крутизна снижается, следовательно, чувствительность влагомера резко падает. На графике видно, что область применения метода ограничена влажностью до 30 %. Кроме того, на участке, где влажность w = 0. 2 %, практически невозможно измерить влагосодержание в связи с резким возрастанием сопротивления (сопротивление материала становится соизмеримым или большим, чем сопротивление изоляции подводящих проводов).

При измерении влажности кондуктометрическим методом на результат измерения значительно влияет ряд побочных факторов (плотность насыпки пробы, температура, структура вещества и др.), затрудняющих применение этого метода в приборах для непрерывного измерения влажности.

Датчики кондуктометрических влагомеров представляют собой два электрода, конструкция которых зависит от свойств и структуры измеряемого вещества. Для определения влажности тканей датчики имеют форму роликов, для жестких кож применяются игольчатые датчики, вкалываемые в материал, для мягких кож —многоигольчатые датчики, прижимаемые к поверхности материала грузом. Датчики для сыпучих материалов снабжаются устройством, спрессовывающим навеску между электродами.

Наиболее распространенными измерительными схемами кондуктометрических влагомеров являются: схема омметра постоянного тока с непосредственным отсчетом и мостовая схема.

По принципу измерения проводимости работают различные влагомеры, применяемые в промышленности. Влагомер типа ЭВК-1 предназначен для измерения влажности различного рода кож. Он выполнен в виде переносного прибора и состоит из измерителя ИВК-01 и двух датчиков: ДВК-01 и ДВК-02. Первый датчик включает две стальные иглы-электрода, вкалываемые в жесткие кожи; второй имеет электроды в виде зубчатой гребенки (используют для мягких кож). Влагомер представляет собой ламповый омметр, собранный на двойном триоде по схеме балансного усилителя на шесть диапазонов измерения.

По такому же принципу построена работа влагомера типа ЭВК-02, предназначенного для измерения влажности кож для низа обуви от 10 до 30 %.

Датчик влажности кондуктометрического типа для тканей (рис.8) представляет собой контактные ролики 2, катящиеся по ткани 3, проходящей через направляющий валик 4. При этом измеряется электрическое сопротивление ткани по толщине прибором 1. Обычно применяют три параллельно включенных контактных ролика, один из которых установлен посередине полотна ткани, а два других у кромок. Это позволяет контролировать наиболее важные места ткани.

Контактные ролики прижимаются к ткани либо своим весом, либо дополнительным усилием от пружины или груза на рычаге. Выходным сигналом датчика является ток I=U/RX. Электрическое сопротивление Rx текстильных тканей, измеренное на постоянном токе при наличии воды, сорбированной волокнами, характеризуется уравнением

где А — коэффициент, зависящий от условий измерения и конструкции преобразователя (размера измеряемого участка ткани, усилия прижима роликов), а также от приложенного напряжения U; n — коэффициент, зависящий от природы волокна (для хлопка 10. 11, для шерсти 15. 16).

Кроме того, сопротивление ткани зависит от ее температуры. В связи с этими факторами при использовании датчика влажности роликового типа необходима индивидуальная градуировка прибора, так же как и для большинства кондуктометрических влагомеров.

Емкостные влагомеры. При емкостном методе измерения влажности используется влияние наличия влаги в твердом теле на величину диэлектрической проницаемости.

Рис. 9. Зависимость приращения емкости ∆ С датчика от влажности ω при измерении на разных частотах:

а — для штапельного и шерстяного волокна; б — для кож хромового дубления

Диэлектрическая проницаемость сухого вещества обычно равна 2. 5, а диэлектрическая проницаемость воды —81. При небольшом изменении содержания воды в веществе величина диэлектрической проницаемости значительно изменится. Диэлектрическую проницаемость влажного материала определяют по изменению емкости конденсатора, между обкладками которого находится исследуемое вещество.

Емкость конденсатора определенных геометрических размеров может быть выражена формулой

где К — постоянная, определяемая геометрическими размерами и формой конденсатора; ε — диэлектрическая проницаемость материала, определяемая его влажностью.

На рис. 9, а приведена зависимость приращения емкости в пикофарадах конденсатора от влажности в процентах для штапельного и шерстяного волокна; на рис. 9, б — для кож хромового дубления при разных частотах измерения.

Датчики емкостных влагомеров выполняют в виде двух плоских пластин или двух концентрических цилиндров, пространство между которыми заполняется исследуемым материалом. Для большинства материалов абсолютная величина емкости датчиков составляет несколько пикофарад. Во влагомерах, работающих по принципу измерения емкости, могут быть использованы различные схемы измерения.

Рис. 10. Принципиальная схема емкостного влагомера

Диэлектрическая проницаемость большинства веществ зависит также и от температуры. В связи с этим во влагомерах предусматривается автоматическая компенсация температуры, выполняемая различными способами. Наиболее простой способ компенсации температуры — параллельное присоединение к датчику конденсатора с температурным коэффициентом, равным по величине температурному коэффициенту исследуемого материала, но обратным по знаку.

Температурная компенсация может быть также осуществлена подбором размеров и материалов электродов датчика так, чтобы при изменении температуры изменение размеров конденсатора и связанное с этим изменение его емкости компенсировало изменение емкости, вызванное влиянием температуры на диэлектрическую постоянную исследуемого материала. Температурная компенсация может также осуществляться с помощью термометра сопротивления или термистора, включенного в измерительную схему.

При емкостном методе измерения влажности на показания влагомеров оказывают меньшее влияние структура и химический состав измеряемых веществ, а также переходное сопротивление между электродами и материалами, чем при кондуктометрическом методе. Кроме того, емкостными влагомерами можно измерять небольшую влажность материала (до 3. 4 %). На схеме емкостного влагомера (рис. 10) генератор 1 питает переменным током частотой 1 кГц (20 кГц) мостовую схему, образованную резисторами R1, R2, конденсаторами C1, C2 и емкостью преобразователя 2 (конденсатора с продольным полем).

Напряжение небаланса моста, пропорциональное приращению емкости преобразователя, которое зависит от влажности ткани, усиливается в усилителе 3.

Напряжение с выхода усилителя выпрямляется и подается в цепь 4, в которую включен миллиамперметр 5, служащий для измерения силы тока.

Фильтр, образованный конденсатором С5 и резисторами R4, R5, обеспечивает необходимую постоянную времени измерительного устройства Т = 3 с.

Цепь 4 служит для получения выходного сигнала постоянного тока 0. 5 мА, необходимого для подачи на вход регулятора или другого устройства с входным унифицированным токовым сигналом. Пределы измерения 5. 12 или 7. 15% влажности.

Рис. 11. Схема оптического инфракрасного влагомера

Недостаток емкостных преобразователей, выполненных в виде конденсаторов того или иного типа, состоит во влиянии на результаты измерения (изменения) поверхностной плотности ткани, так как приращение емкости преобразователя зависит как от влажности ткани, так и от ее поверхностной плотности, поэтому неровнота материала вносит дополнительную погрешность при измерении влажности.

Оптические влагомеры. Метод использования инфракрасного излучения для определения влажности материалов основан на измерении интенсивности отраженного или прошедшего через материал потока инфракрасного излучения определенной длины волны. В качестве источника инфракрасного излучения используют лампы накаливания с соответствующими светофильтрами, лазеры, светодиоды. В качестве приемников излучения — фоторезисторы и фотодиоды. На этом методе основана работа влагомеров для измерения влажности тканей в диапазоне 4. 20 %.

Принцип работы инфракрасного влагомера (рис. 11) основан на измерении влажности по степени отражения.

Для получения сигналов, характеризующих влажность ткани, используют два монохроматических световых потока с длинами волн λ1 = 1,75 мкм и λ2=1,95 мкм. Отражательная способность ткани при λ2=1,95 мкм сильно зависит от присутствия влаги, а при λ1= 1,75 мкм мало зависит.

Влажность ткани характеризуется отношением интенсивности световых потоков, отраженных от ткани при этих длинах волн.

Прибор состоит из оптического преобразователя, блока измерения и питания 8 и вторичного показывающего и самопишущего прибора 9 потенциометра КСП-3.

Из оптического преобразователя световой поток от осветителей 2 падает на ткань 1. Отраженный от ткани световой поток оптической системой 3 направляется на светоприемник 6 (фоторезистор). Перед фоторезистором вращается с помощью электродвигателя обтюратор 4 (диск с вырезами), на котором установлено два интерференционных светофильтра, имеющих узкие спектральные полосы пропускания в области длин волны λ1 и λ2.

Фоторезистор поочередно освещается световыми импульсами, длина волны которых соответствует λ1 и λ2 (измерительной и компенсационной). В результате в цепи фоторезистора появляются две серии электрических импульсов, которые после предварительного усиления усилителем 7 поступают в виде импульсов напряжения U1 и U2 на преобразователь 8. На обтюраторе закреплена также металлическая пластина, коммутирующая магнитоуправляемый контакт 5 синхронно с появлением измерительного импульса. На выходе преобразователя 8 появляется сигнал постоянного тока напряжением 0. 10 мВ, амплитуда которого пропорциональна отношению напряжений: Uвых = KU2/ /U1. Следовательно, Uвых пропорционально влажности ткани. Промышленный инфракрасный влагомер типа ВИК-1 предназначен для измерения массового соотношения влаги текстильных материалов к сухой ткани. Прибор имеет пять поддиапазонов измерения, пределы измерений 0,3. 20%.

Высокочастотные влагомеры. СВЧ — метод определения влажности основан на измерении потери энергии в поле токов высокой и сверхвысокой частоты. СВЧ-колебания частотой 10’° Гц и длиной волны 3 см, модулированные низкочастотным напряжением прямоугольной формы, проходят по волноводу и в виде плоской электромагнитной волны попадают под определенным углом на измеряемый материал. Волна неполностью проходит через материал, часть ее отражается и по волноводу поступает в приемник электромагнитного излучения — детектор. Этот сигнал зависит от амплитуды отраженной волны, которая в свою очередь зависит от массы воды, содержащейся в 1 м 2 поверхности материала.

Измеритель влажности представляет собой прибор для измерения коэффициента СВЧ-колебаний, распространяющихся в свободном пространстве, при их отражении влажным листовым или рулонным материалом, который расположен в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.

Прибор (рис. 12) содержит источник 2 СВЧ-колебаний, направляющую волноводную систему, излучающую (приемную) антенну 5, устройство 3 разделения излучаемых и принимаемых колебаний и устройство индикации. Кроме того, прибор содержит ряд дополнительных узлов и приспособлений, обеспечивающих стабильность его работы и уменьшение погрешности измерений. Для повышения точности контроля влажности за счет уменьшения погрешности измерительного преобразователя, связанной с нестабильностью источника СВЧ-колебаний и чувствительного элемента — СВЧ-детектора, использована схема с созданием двух каналов — опорного и измерительного и временным их разделением. СВЧ-генератор, выполненный на диоде Ганна, генерирует колебания в диапазоне длин волн λ= 3 см. Напряжение питания на СВЧ-генератор поступает от стабилизированного источника 1. СВЧ-колебания от генератора через устройство 3 разделения излучаемой и отраженной волн поступают к ключу 4. При подаче на ключ 4 управляющего напряжения от генератора 13 управляющих напряжений замкнутый ключ не пропускает СВЧ-колебания в антенну 5, а отражает их. Отраженные колебания через устройство 3 разделения поступают на СВЧ-детектор 7, на нагрузке которого выделится сигнал, амплитуда его зависит от амплитуды сигнала, коэффициента передачи открытого ключа 4, коэффициента преобразования антенны и коэффициента отражения влажного материала 6.

Таким образом, на нагрузке детектора образуется последовательность импульсов.

Эти импульсные сигналы далее усиливаются блоком усилителей, который осуществляет временное разделение опорных и измерительных импульсов.

Опорный импульс усиливается усилителем 11, преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем 12 и поступает на управляющий вход регулируемого усилителя.

Рис. 12. Блок-схема СВЧ-влагомера Рис. 13. Зависимости показаний СВЧ-влагомера от изменения содержания растворителя в растворе, которым увлажняется материал

Рис. 14. Зависимость показаний СВЧ-влагомера от изменения толщины материала

На выходе блока усилителей 8 выделяется измерительный импульс, который затем проходит усилитель 9, преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем 10 и по линии связи поступает в блок 14 питания и индикации, далее в блок 15 выходных преобразователей, обеспечивающий получение стандартных входных сигналов по току и напряжению.

СВЧ-влагомеры предназначены для измерения влажности тканей, нетканых материалов, синтетических кож и пр. в диапазоне 20. 80%. Основной недостаток этого метода измерения — его чувствительность не только к влаге, содержащейся в измеряемом материале, но и к его толщине, к наличию других жидких примесей в измеряемом материале, например растворителей.

На рис.13 приведены кривые зависимости показаний СВЧ-влагомера от изменения концентрации растворителя (ДМФ) в водном растворе, которым был увлажнен контролируемый материал. На рис.14 приведены кривые зависимости показаний СВЧ-влагомера от изменения толщины контролируемого материала (синтетическая кожа). Эти факторы вносят существенные погрешности в результаты измерения. При индивидуальной градуировке прибора и стабилизации или учете влияния изменений толщины материала и других факторов погрешность измерения СВЧ-влагомера — 2,5. 3,0 %.

Градуировку и поверку промышленных влагомеров производят путем определения влажности контролируемых материалов лабораторными методами. Для влажности газов применяют весовой метод. Может быть применен также образцовый гигростат типа ГПТ-130, для твердых и сыпучих материалов — метод высушивания, при котором влажность материала определяется по разности весов влажного и высушенного материалов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Датчики влажности воздуха

Терминология

Следует разобраться, что собой представляют датчики влажности воздуха, поскольку не все пользователи понимают, для каких показателей они используются.

Существует абсолютная и относительная влажность воздуха. Первая означает точное количество воды в воздухе (измеряется в г/куб.м). При этом содержание влаги можно определить и в процентном соотношении. У данного показателя есть предел – 100%. Это наибольшая величина, которую называют также порогом максимального насыщения. Еще одно ее название – влагоемкость. Процесс конденсации стартует как раз с этого предела.

Между влагоемкостью и температурой среды есть взаимосвязь. Чем выше температура, тем большее количество влаги может собираться все в том же объеме воздуха. Поэтому и цифровые, и аналоговые приборы часто оснащаются дополнительно температурным датчиком.

Отношение показателя влагоемкости к абсолютной влажности и представляет собой относительную влажность воздуха. Когда эти величины будут равны друг другу, наступает состояние, называемое «точкой росы».

В этой терминологии нужно разобраться до того, как отправиться покупать прибор, поскольку датчики подбираются с учетом целого ряда критериев.

Виды датчиков и их принцип работы

Датчики влажности бывают разных видов. В продаже можно встретить 4 основных типа подобных приборов:

  1. Емкостной датчик влажности. Представляет собой воздушный конденсатор. Устройства применяются и для промышленного оборудования, и для бытовой техники. С конструктивной точки такой гигрометр состоит из подложки, на которой находится тонкопленочный полимерный элемент. Подложка делается из керамики, стекла или кремния. Преимущества таких приборов состоят в том, что они могут работать при высокой температуре, а в промышленности важна их стойкость к химическим испарениям.
  2. Резистивный датчик. Принцип его работы основан на изменении показателя сопротивления гигроскопичного материала, которое происходит в зависимости от уровня содержания влаги. Детекторы такого типа чаще всего используются в быту.
  3. Психометрический датчик. В данном случае его работа основана на том, что при испарении происходит потеря тепла. В такой конструкции используются 2 детектора: сухой и влажный. Измеряется разница температуры, что позволяет определить уровень содержания влаги в воздухе. Когда-то такие счетчики применялись реже, поскольку нужно было постоянно сверяться с таблицами. Сегодня это цифровые приборы высокой точности, и ими пользоваться совсем несложно.
  4. Аспирационные датчики. Они похожи на психометрические, но их конструкцией предусмотрено наличие вентилятора, который отвечает за принудительное нагнетание газа или воздушной смеси. Такие устройства целесообразно устанавливать там, где движение воздуха характеризуется слабостью и прерывистостью.

Независимо от того, емкостной датчик относительной влажности или психометрический прибор, пользователя интересует их надежность. То есть то, насколько хорошо при сырости работает это устройство, какие факторы могут повлиять на точность измерений и т.д.

Устройство детекторов резистивного типа

Приборы влажности этого типа должны фиксировать изменения электрического сопротивления в гигроскопической среде. Речь идет о таких материалах, как соль, проводящий полимер, другие типы подложки. Чаще всего используется все-таки второй вариант. Чтобы понять принципы определения – как измерять измерения влажности этим прибором, нужно рассмотреть его устройство.

Датчики влажности резистивного типа представляют собой электроды из металлического сплава, которые накладывают на подложку с применением фоторезистора, либо второй вариант – электроды наматывают на пластиковый или стеклянный цилиндр. Подложку покрывают ранее упомянутым проводящим полимером или солевым раствором. Иногда подложка обрабатывается другим химическим соединением, в том числе кислотой.

Когда на чувствительные элементы попадает водяной пар, происходит распад ионных групп, что увеличивает электрическую проводимость. Ее замеры помогают установить уровень влажности.

Сенсор подобного типа работает достаточно быстро. Для большинства моделей такого оборудования время отклика составляет 10-30 секунд. Диапазон сопротивлений может колебаться в пределах от 1 кОм до 100 мОм. Портативные многокомпонентные датчики обладают меньшим количеством функций, чем их более дорогие аналоги. Но для бытовых целей и этого хватает.

Использование электронного цифрового датчика влажности воздуха такого типа позволяет добиться хорошей точности измерений. Калибровка оборудования проводится в специальной компьютерной системе.

Резистивные датчики устойчивы к воздействию окружающей среды. Они могут работать от -40°С до +100°С. Кроме того, такие приборы нормально служат в течение как минимум 5 лет даже на производстве, не говоря уже о бытовом использовании.

Но точка, в которой они установлены, все-таки имеет значение. Если на них постоянно действуют химические пары или масла, срок службы ниже.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств, их применение

Глядя, как конденсат попадает на зеркало в ванной комнате, люди задумываются об установке прибора влажности в помещении. Особенно, когда там работает сразу несколько электрических приборов. К выбору датчика влажности в ванную комнату стоит подойти с ответственностью.

Среди приборов резистивного типа считается неплохим вариантом модель SYH-2RS. Она может работать при температуре до +85°С и отличается неплохими техническими характеристиками. Погрешность датчика составляет всего около 5%. А одним из его преимуществ является компактность.

Толщина корпуса не превышает 2,9 мм, длина – около 10 мм; после установки прибор практически незаметен, то есть не испортит интерьер. Он работает от бытовой сети в 220 В.

Как и многие современные датчики, даже может преодолеть основной недостаток резистивных приборов, который заключается в том, что при наличии конденсата точность их показаний снижается. Тем не менее чаще всего вместо этой модели используют более дешевые китайские аналоги.

Среди товаров, произведенных в Поднебесной, большинство датчиков выпускают неизвестные изготовители. Из китайских наибольшей популярностью пользуются DHT22 и DHT11. Второй вариант стоит дешевле, но первый является более качественным.

Такие приборы ставят одновременно с вентилятором. Поэтому некоторые владельцы квартир на датчиках как раз экономят, предпочитая китайские изделия, хотя у них и температурный диапазон меньше, и срок службы может не дотягивать до 5 лет.

Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.

Рисунок 1. Отечественные приборы Роса-10 в различном исполнении

Но датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.

Рисунок 2. Все современные климатические системы снабжены модулем, измеряющим влажность

Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.

Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.

Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.

Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».

Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.

Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:

  1. Емкостной. По сути это обычный воздушный конденсатор. Принцип работы основан на изменении диэлектрических свойств воздуха, в зависимости от содержания в нем водяных паров, что вызывает увеличение или уменьшение емкости. Рисунок 3. Емкостной датчик НСН-1000 с широким диапазоном измерения влажности
  2. Резистивный. В основу работы такого устройства заложен принцип изменения сопротивления гигроскопического материала, в зависимости от содержания в нем влаги. В качестве примера можно привести детектор SYH-2RS (рис. 4).

Рисунок 4. Датчик воды SYH-2RS

Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.

  1. Психометрический. Принцип действия этого типа построен на физическом свойстве потери тепла при испарении. В конструкции используется сухой и влажный детектор, разница температур между ними позволяет определить содержание водяного пара в воздухе. Ранее для этого использовались специальные психометрические таблицы, появление цифровой техники существенно упростило процесс. Рисунок 5. Измеритель влажности ВИТ-1 и его цифровой аналог
  2. Аспирационный. Данный тип от предыдущего отличается наличием вентилятора для принудительного нагнетания воздушной смеси или газа. На рисунке 6 демонстрируется подобная модель. Такой прибор нашел широкое применение в тех местах, где слабое или прерывистое движение воздуха.

Рисунок 6. Аспирационный измеритель влажности МВ-4М

Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.

Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.

Рисунок 7. Устройство резистивного сенсора

1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.

  • а – керамическая подложка;
  • b – напыленные электроды;
  • c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.

Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение

Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.

Рисунок 8. Модуль HIG-2 с релейным выходом

  • устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
  • срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
  • допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
  • время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).

Как подключить датчик влажности HIG-2?

Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема подключения вентилятора к модулю контроля влажности

На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.

Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.

Рисунок 10. Беспроводной сенсор производства компании Xiaomi

Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.

Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.

Рисунок 11. Сенсор Gardena, управляющий системой полива

Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.

Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.

Рисунок 12. Измеритель влажности с выносным датчиком из серии ИВИТ-М

Перечень основных характеристик:

  • для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
  • относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
  • измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
  • прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.

Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.

Рисунок 13. Сенсоры влажности для платформы Arduino

a) DHT22; b) DHT11.

Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.

Основные технические параметры DHT11:

  • подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
  • в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
  • границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
  • частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.

Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:

  • напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
  • влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
  • границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.

Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.

Датчики влажности — как устроены и работают

Прибор, которым измеряют уровень влажности, называется гигрометром или просто датчиком влажности. В повседневной жизни влажность выступает немаловажным параметром, и часто не только для самой обычной жизни, но и для различной техники, и для сельского хозяйства (влажность почвы) и много для чего еще.

В частности, от степени влажности воздуха немало зависит наше самочувствие. Особенно чувствительными к влажности являются метеозависимые люди, а также люди, страдающие гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, заболеваниями сердечно-сосудистой системы.

При высокой сухости воздуха даже здоровые люди ощущают дискомфорт, сонливость, зуд и раздражение кожных покровов. Часто сухой воздух может спровоцировать заболевания дыхательной системы, начиная с ОРЗ и ОРВИ, и заканчивая даже пневмонией.

На предприятиях влажность воздуха способна влиять на сохранность продукции и оборудования, а в сельском хозяйстве однозначно влияние влажности почвы на плодородие и т. д. Здесь и спасает применение датчиков влажности — гигрометров.

Какие-то технические приборы изначально калибруются под строго требуемую важность, и иногда чтобы провести точную настройку прибора, важно располагать точным значением влажности в окружающей среде.

Влажность может измеряться несколькими из возможных величин:

Для определения влажности как воздуха, так и других газов, измерения проводятся в граммах на кубометр, когда речь об абсолютном значении влажности, либо в единицах RH, когда речь о влажности относительной.

Для измеряется влажности твердых тел или в жидкостях подходят измерения в процентах от массы исследуемых образцов.

Для определения влажности плохо смешиваемых жидкостей, единицами измерения будут служить ppm (сколько частей воды приходится на 1000000 частей веса образца).

По принципу действия, гигрометры делятся на:

1) Емкостной датчик влажности

Емкостные гигрометры, в самом простом случае, представляют собой конденсаторы с воздухом в качестве диэлектрика в зазоре. Известно, что у воздуха диэлектрическая проницаемость непосредственно связана с влажностью, а изменения влажности диэлектрика приводят и к изменениям в емкости воздушного конденсатора.

Более сложный вариант емкостного датчика влажности в воздушном зазоре содержит диэлектрик, с диэлектрической проницаемостью, могущей сильно меняться под влиянием на него влажности. Данный подход делает качество датчика лучше, чем просто с воздухом между обкладками конденсатора.

Второй вариант хорошо подходит для проведения измерений относительно содержания воды в твердых веществах. Исследуемый объект размещается между обкладками такого конденсатора, к примеру объектом может быть таблетка, а сам конденсатор присоединяется к колебательному контуру и к электронному генератору, при этом измеряется собственная частота полученного контура, и по измеренной частоте «вычисляется» емкость, полученная при внесении исследуемого образца.

Безусловно, данный метод обладает и некоторыми недостатками, например при влажности образца ниже 0.5% он будет неточным, кроме того, измеряемый образец должен быть очищен от частиц, имеющих высокую диэлектрическую проницаемость, к тому же важна и форма образца в процессе измерений, она не должна изменяться в ходе исследования.

Третий тип емкостного датчика влажности — это емкостный тонкопленочный гигрометр. Он включает в себя подложку, на которую нанесены два гребенчатых электрода. Гребенчатые электроды играют в данном случае роль обкладок. С целью термокомпенсации в датчик дополнительно вводят еще и два термодатчика.

2) Резистивный датчик влажности

Такой датчик включает в себя два электрода, которые нанесены на подложку, а поверх на сами электроды нанесен слой материала, который отличается достаточно малым сопротивлением, сильно, однако, меняющимся в зависимости от влажности.

Подходящим материалом в устройстве может выступать оксид алюминия. Данный оксид хорошо поглощает из внешней среды воду, при этом удельное сопротивление его заметно изменяется. В результате общее сопротивление цепи измерения такого датчика будет значительно зависеть от влажности. Так, об уровне влажности станет свидетельствовать величина протекающего тока. Достоинство датчиков такого типа — малая их цена.

3) Термисторный датчик влажности

Термисторный гигрометр состоит из пары одинаковых термисторов. К слову напомним, что термистор — это нелинейный электронный компонент, сопротивление которого сильно зависит от его температуры.

Один из включенных в схему термисторов размещают в герметичной камере с сухим воздухом. А другой — в камере с отверстиями, через которые в нее поступает воздух с характерной влажностью, значение которой требуется измерить. Термисторы соединяют по мостовой схеме, на одну из диагоналей моста подается напряжение, а с другой диагонали считывают показания.

В случае, когда напряжение на выходных клеммах равно нулю, температуры обоих компонентов равны, следовательно одинакова и влажность. В случае, когда на выходе будет получено не нулевое напряжение, то это свидетельствует о наличии разности влажностей в камерах. Так, по значению полученного при измерениях напряжения определяют влажность.

У неискушенного исследователя может возникнуть справедливый вопрос, почему же температура термистора меняется при его взаимодействии с влажным воздухом? А дело все в том, что при увеличении влажности, с корпуса термистора начинает испаряться вода, при этом температура корпуса уменьшается, и чем выше влажность, тем более интенсивно происходит испарение, и тем стремительнее остывает термистор.

4) Оптический (конденсационный) датчик влажности

Этот вид датчиков наиболее точен. В основе работы оптического датчика влажности — явление связанной с понятием «точка росы». В момент достижения температурой точки росы, газообразная и жидкая фазы — в условии термодинамического равновесия.

Так, если взять стекло, и установит в газообразной среде, где температура в момент исследования выше точки росы, а затем начать процесс охлаждения данного стекла, то при конкретном значении температуры на поверхности стекла начнет образовываться водяной конденсат, это водяной пар станет переходить в жидкую фазу. Данная температура и будет как раз точкой росы.

Так вот, температура точки росы неразрывно связана и зависит от таких параметров как влажность и давление в окружающей среде. В результате, имея возможность измерения давления и температуры точки росы, получится легко определить и влажность. Этот принцип служит основой для функционирования оптических датчиков влажности.

Простейшая схема такого датчика состоит из светодиода, светящего на зеркальную поверхность. Зеркало же отражает свет, меняя его направление, и направляя на фотодетектор. В данном случае зеркало можно подогревать или охлаждать посредством специального устройства регулирования температуры высокой точности. Часто таким устройством выступает термоэлектрический насос. Конечно же, на зеркало устанавливают датчик для измерения температуры.

Прежде чем начать измерения, температуру зеркала выставляют на значение, которое заведомо выше температуры точки росы. Дальше осуществляют постепенное охлаждение зеркала. В момент, когда температура начнет пересекать точку росы, на поверхности зеркала тут же начнут конденсироваться капли воды, и световой луч от диода приломится из-за них, рассеется, а это приведет к уменьшению тока в цепи фотодетектора. Через обратную связь фотодетектор взаимодействует с регулятором температуры зеркала.

Так, опираясь на информацию, полученную в форме сигналов от фотодетектора, регулятор температуры станет удерживать температуру на поверхности зеркала точно равной точке росы, а термодатчик соответственно покажет температуру. Так, при известных давлении и температуре можно точно определить основные показатели влажности.

Оптический датчик влажности обладает самой высокой точностью, недостижимой другими типами датчиков, плюс отсутствие гистерезиса. Недостаток — самая высокая цена из всех, плюс большое потребление электроэнергии. К тому же необходимо следить за тем, чтобы зеркало было чистым.

5) Гигрометр электронный

Принцип работы электронного датчика влажности воздуха основан на изменении концентрации электролита, покрывающего собой любой электроизоляционный материал. Существуют такие приборы с автоматическим подогревом с привязкой к точке росы.

Часто точка росы измеряется над концентрированным раствором хлорида лития, который является очень чувствительным к минимальным изменениям влажности. Для максимального удобства такой гигрометр зачастую дополнительно оборудуют термометром. Этот прибор обладает высокой точностью и малой погрешностью. Он способен измерять влажность независимо от температуры окружающей среды.

Популярны и простые электронные гигрометры в форме двух электродов, которые просто втыкаются в почву, контролируя ее влажность по степени проводимости в зависимости от этой самой влажности. Такие сенсоры популярны у поклонников Ардуино, поскольку можно легко настроить автоматический полив грядки или цветка в горшке, на случай если поливать в ручную некогда или не удобно.

Прежде чем купить датчик, подумайте, что вам нужно будет измерять, относительную или абсолютную влажность, воздуха или почвы, каков предвидится диапазон измерений, важен ли гистерезис, и какая нужна точность. Самый точный датчик — оптический. Обратите внимание на класс защиты IP, на диапазон рабочих температур, в зависимости от конкретных условий, где будет использоваться датчик, подойдут ли вам параметры.

Добавить комментарий