8-900-374-94-44
[email protected]
Slide Image
Меню

Электронные датчики влажности: Устройство и принцип работы датчика влажности от компании «Овен Комплект Автоматика»

Содержание

Устройство и принцип работы датчика влажности от компании «Овен Комплект Автоматика»

В быту и на производстве содержание воды в окружающей среде имеет большую важность. От этого показателя зависит не только самочувствие человека, но и сохранность продукции, оборудования, плодородность почвы. Чтобы контролировать его, необходимо применять гигрометры. В данной статье мы рассмотрим принцип работы датчика влажности. Также вы узнаете о самых распространенных видах оборудования и их преимуществах.

Виды и принцип работы датчиков влажности

Гигрометр — это прибор, с помощью которого определяется содержание воды в окружающей среде. По принципу действия датчики влажности подразделяются на 5 типов. Некоторые устройства изначально откалиброваны под необходимые параметры. В других случаях требуется точная настройка гигрометра с использованием данных о содержании воды в окружающей среде.

  • Емкостные. Устройство подобного датчика влажности достаточно простое. Оборудование представляет собой конденсаторы с воздухом в зазоре. Более сложные емкостные устройства имеют в зазоре твердое вещество-диэлектрик. Такое оборудование показывает более точные измерения, чем воздушное. Оно применяется для определения относительного содержания воды в твердых объектах. При этом они должны быть полностью очищены от частиц с высокой диэлектрической проницаемостью, иметь неизменную форму, а влажность образца не должна быть ниже 0,5 %.
  • Резистивные. В подобных гигрометрах на подложке закреплены два электрода, а поверх них — материал с малым сопротивлением, меняющимся в зависимости от степени содержания в окружающей среде воды. Чаще всего это оксид алюминия. Он поглощает влагу и изменяет удельное сопротивление. Таким образом можно измерить показатель влажности.
  • Термисторные. Такое оборудование имеет в конструкции два одинаковых нелинейных электронных компонента с зависящим от температуры самого термистора сопротивлением. Один элемент размещается в герметичной камере, наполненной сухим воздухом.
    Другой — в емкости с отверстиями. Сквозь них проникает воздух, параметры которого необходимо измерить. Принцип работы датчика влажности следующий: на одну диагональ подается ток, а другая выдает показания. С учетом этих данных и определяется содержание жидкости в объекте.
  • Оптические. Выдают наиболее точные показатели. Принцип действия данных гигрометров основан на достижении точки росы, когда под воздействием изменения температур на зеркале устройства образуется водяная капля. В конструкции датчика есть светодиод, направление луча которого меняется после преодоления точки росы, перемещая его на фотодетектор и рассеивая. Напряжение в цепи уменьшается, фотодетектор подает сигнал на регулятор температуры зеркала, который удерживает показатель в точке росы, а датчик показывает содержание воды в окружающей среде.
  • Электронные. Устройство такого датчика влажности базируется на измерении концентрации электролита, покрывающего электроизоляционный материал. Кроме того, существует оборудование с автоматическим подогревом и принципом работы с помощью точки росы, которая определяется над концентратом хлорида лития.
    Раствор чувствителен даже к минимальным отклонениям, поэтому подобные приборы высокоточны и могут производить измерения независимо от температуры воздуха. Также существуют датчики-электроды, которые погружаются в почву и выявляют уровень влажности с учетом проводимости.

Простейшие схемы наиболее распространенных типов датчиков:


Схема емкостного датчика


Схема емкостного тонкопленочного датчика

Выбирая датчик, определите заранее, для чего он будет использоваться — измерения показателей почвы, воздуха или иных веществ и объектов. Также необходимо определить диапазон замеров, желательную точность данных. Учитывайте класс защиты IP и диапазон рабочих температур. Если вы затрудняетесь с выбором устройства, свяжитесь с менеджером «ОвенКомплектАвтоматика». Он расскажет подробнее о характеристиках каждого гигрометра и поможет определиться.

типы и принцип работы, схемы подключения

Повышенная влажность в помещении может привести к раскисанию обоев, создает благоприятную среду для образования грибков и плесени, размножения насекомых и т.д. При недостатке влаги в воздухе пересыхают стены, ухудшается самочувствие жильцов, происходит преждевременное растрескивание материалов. Для предотвращения негативных последствий из-за несоблюдения микроклимата в помещении производится постоянный контроль концентрации воды в воздухе. Неоценимую помощь в решении данной задачи оказывает датчик влажности.

Типы и принцип работы

Количество влаги в окружающем пространстве вычисляется как масса воды в кубометре воздуха и определяется, как процент насыщения. В основе работы любого датчика влажности лежит перевод физического количества влаги в электрический сигнал. По способу определения количества воды датчики влажности могут использовать прямой или косвенный метод измерения.  В зависимости от принципа действия все устройства условно подразделяются на шесть типов, которые мы и рассмотрим более подробно.

Резистивный

Рис. 1. Устройство резистивного датчика влажности

Представляет собой один из наиболее дешевых типов датчиков влажности. В основе его работы лежит свойство некоторых проводящих материалов впитывать влагу, за счет чего изменяется омическое сопротивление элемента.

В качестве таких материалов применяются порошковые пористые структуры, чаще всего, оксид алюминия. Порошок наносят на плату между двумя электродами, выполненными в виде дорожек, и запекают до состояния пленки. Наличие пленочной поверхности предотвращает последующее растворение керамического порошка и образование конденсата в его структуре. Однако  при взаимодействии с молекулами воды, содержащимися в воздухе, пленка меняет физические свойства.

Так, в  относительно сухом состоянии проводимость датчика влажности характеризуется номинальной величиной. Но, по мере накопления влаги на поверхности пленки сопротивление такого резистора пропорционально уменьшиться, проводимость возрастет, как и величина протекающего в цепи тока. За счет измерения тока или падения напряжения на резистивном элементе осуществляется контроль влажности.

Емкостной

Рис. 2. Принцип действия емкостного датчика влажности

Емкостной датчик влажности функционирует по принципу классического конденсатора, обкладки которого взаимодействуют с воздухом окружающего пространства. Всего выделяют три основных вида емкостных сенсоров, отличающихся конструктивными особенностями:

  • Первый тип представляет собой две пластины, между которыми находится воздушное пространство. В сухом состоянии воздух является диэлектриком, поэтому емкость конденсатора максимальная. По мере насыщения воздуха влагой повысятся его проводящие свойства и емкость пропорционально уменьшиться.  
  • Второй тип – представляет собой тот же конденсатор, между пластинами которого находится чувствительный диэлектрик, активно реагирующий на влагу. К выводам конденсатора подаются импульсы установленной частоты, что позволяет точнее вычислять степень влажности.
  • Третий тип – представляет собой пластины на плате, изготовленные в форме гребенки. Такие модели требуют дополнительной температурной компенсации в ходе измерений.

Термисторный

В основе работы такого датчика влажности лежит термистор – нелинейный резистор, чье сопротивление напрямую зависит от температуры окружающей среды. Термистор обладает нелинейной вольтамперной характеристикой, при малейшем изменении температуры элемента омическое сопротивление также меняется.

Рис. 3. Термисторный датчик влажности

Принцип действия термисторного датчика влажности основывается на сравнении показаний двух термисторов. Один из них размещается в герметичной капсуле с сухим воздухом и является базисным параметром. Второй термистор устанавливается в перфорированную капсулу, которая взаимодействует с воздушными массами. Оба термистора располагаются в плечах измерительного моста для сравнения показаний.

При увлажнении воздушного пространства термистор в перфорированной капсуле покрывается влагой. Слой жидкости начинает испаряться с поверхности резистора, благодаря чему он быстрее остывает, в результате чего меняются характеристики устройства. В виду наличия разницы сопротивления двух термисторов мост выйдет из состояния равновесия. Чем больше влажность, тем сильнее изменится электрическая величина, по мере изменения тока или напряжения будет определяться степень влажности.

Оптический

Рис. 4. Принцип действия оптического датчика влажности

Оптический датчик влажности работает по принципу определения точки росы – состояния среды, при котором парообразная влага из воздуха оседает в виде капель на поверхности. Принцип действия такого устройства основан на такой последовательности операций:

  • С одной стороны зеркало нагревается или охлаждается для получения точки росы на его поверхности.
  • С другой стороны на него подается луч света, излучаемый, как правило, отдельно установленным светодиодом.
  • Свет отражается от зеркала и попадает на фотодиод или другой светочувствительный элемент, реагирующий на интенсивность светового потока.
  • При появлении капель на поверхности зеркала свет будет преломляться, интенсивность потока снизится и величина тока, пропускаемом фотодиодом изменится.

Оптический датчик влажности считается наиболее точным, но и наиболее дорогим. Основной сложностью в эксплуатации такого устройства является необходимость содержания поверхности в чистоте, иначе точность измерений существенно снизится.

Электронный

В основу работы электронного датчика влажности заложен принцип изменения состояния электролита, в зависимости от фактора влажности. Такое устройство оснащается зондом, как правило, с двумя разнесенными электродами. Электроды помещаются в  контролируемое пространство и при подаче напряжения начинают проводить электрический ток. По мере увлажнения промежутка между электродами проводимость увеличится и возрастет сила тока.

Таки модели отлично подходят для электронных систем в качестве измерительного органа, анализирующего уровень влажности. Они могут подключаться к простейшим микроконтроллерам или реле.

Механический

Рис. 5. Механический датчик влажности

В отличи от предыдущих типов датчиков  осуществляют измерение влажности посредством механических перемещений. Наиболее популярными являются весоизмерительные и волосные.

Первый тип включает в себя трубки, наполненные гигроскопичным веществом, как правило, хлоридом кальция или перхлоратом магния. Которое впитывает влагу из окружающей среды и увеличивает свою массу. По мере увеличения веса механически перемещается стрелка весов.

Волосные функционируют по принципу удлинения человеческого волоса по мере воздействия на него влаги. Механические датчики отличаются низкой себестоимостью, им не требуется дополнительный источник питания, но они имеют относительно большую погрешность.

Схемы подключения

Датчик влажности может иметь самое различное назначение, от чего и будет зависеть схема его подключения. В качестве простейшего примера рассмотрим вариант подключения к вытяжке.

Рис. 6. Пример подключения датчика влажности к вытяжке

Как видите на схеме, фазный проводник L подключается через коммутатор сенсора. При насыщении воздуха влагой до установленного предела контакты замкнуться и питание будет подано в цепь питания вентилятора. Что приведет к принудительному проветриванию помещения.

Рис. 7. Схема подключения датчика влажности к микроконтроллеру

Как видите, на данной схеме представлен принцип работы датчика влажности через аналоговый сигнал. Здесь подключение производится подключение выводов сенсора к клеммам микроконтроллера Ардуино:

  • VCC к разъему 7 Arduino;
  • GND к разъему GND;
  • A0 к одноименному A0.

Также рекомендую ознакомиться с проектом метеостанции на Ардуино.

Особенности датчиков влажности

В повседневной жизни человеку приходится решать ряд как производственных, так и бытовых задач. И для каждой из них необходимо подбирать соответствующий тип датчика влажности. Наиболее существенным критерием для  измерения является контролируемая среда.

Для почвы.

Рис. 8. Использование датчика влажности для почвы

За счет установки датчика влажности можно обеспечивать автоматический полив грядок или горшков с рассадой. Для этого чаще всего используют электронные датчики, зонд которых устанавливаются в грунт растения.

При поливе содержание влаги в земле повышается, что существенно увеличивает проводимость грунта. Как только вода испарится, почва высохнет, и сопротивление между электродами датчика снова увеличится.

Для воздуха.

Для воздуха отлично подходят емкостные, резистивные, термисторные и оптические датчики. Внутри которых или вокруг чувствительных элементов легко обеспечивается циркуляция газа с измеряемой влагой.

Датчики с закрытыми или герметичными зондами обладают меньшей реакцией на изменения влажности. Поэтому подойдут для той среды,  где концентрация влаги изменяется плавно без резких перепадов.

Сферы применения

Вода играет немаловажную роль не только в жизни человека, но и в ряде технологических процессов. Поэтому сфера применения датчика влажности достаточно обширна:

  • Производство химических реагентов и сырья;
  • При транспортировке горюче-смазочных материалов;
  • В соответствии с п. 5.7.2 ГОСТ Р 54082-2010 датчики влажности используются в испытательных камерах для определения концентрации паров воды;
  • Для фармацевтических целей производства и хранения препаратов;
  • В целях обслуживания холодильных установок;
  • На фабриках по переработке бумажной и целлюлозной продукции;
  • В сфере производства и переработки продуктов питания;
  • Для контроля микроклимата в лабораториях, хранилищах, жилых помещениях и т.д.;
  • Для сельского хозяйства и отраслей легкой промышленности.

Список использованной литературы

  1. Берлинер М. А. «Измерения влажности»  1973
  2. Виглеб Г.  «Датчики» 1989
  3. Фрайден Дж. «Современные датчики. Справочник» 2005
  4. РМГ 75-2014 ГСИ
Основы датчика влажности

| Типы, параметры, приложения, проекты

— Реклама —

Иногда после дождя воздух кажется влажным. Вода как бы зависла в воздухе. Однако в некоторых кондиционерах вы нажимаете несколько кнопок, и атмосфера становится ярче. Как и почему все это происходит?

В воздухе образуется влага, что приводит к влажности. Однако датчик влажности в вашем кондиционере улавливает его и очищает за вас. Разве это не прекрасно? Давайте посмотрим, как это делается.

Датчик влажности (или гигрометр) определяет, измеряет и сообщает о влажности и температуре воздуха. Отношение влажности воздуха к наибольшему количеству влаги при определенной температуре воздуха называется относительной влажностью. Относительная влажность становится важным фактором при поиске комфорта.

Образец датчика влажности

— Реклама —

Датчики влажности работают, обнаруживая изменения, которые изменяют электрические токи или температуру в воздухе.

Существует три основных типа датчиков влажности:

  • Емкостный
  • Резистивный
  • Термальный

Все три типа датчиков отслеживают мельчайшие изменения в атмосфере, чтобы рассчитать влажность воздуха.

Рассмотрим эти типы подробно:

1. Емкостный

Емкостный датчик влажности измеряет относительную влажность, помещая тонкую полоску оксида металла между двумя электродами. Электрическая емкость оксида металла изменяется в зависимости от относительной влажности атмосферы. Погода, коммерция и промышленность являются основными областями применения.

Датчики емкостного типа являются линейными и могут измерять относительную влажность от 0% до 100%. Загвоздка здесь в сложной схеме и регулярной калибровке. Однако для проектировщиков это меньше хлопот по сравнению с точными измерениями, и, следовательно, они преобладают в атмосферных и технологических измерениях. Это единственные типы полнодиапазонных устройств измерения относительной влажности до 0% относительной влажности. Этот низкотемпературный эффект часто приводит к тому, что они используются в широком диапазоне температур без активной температурной компенсации.

2. Резистивные

Резистивные датчики влажности используют ионы в солях для измерения электрического импеданса атомов. По мере изменения влажности меняется и сопротивление электродов по обе стороны от соляной среды.

3. Тепловой

Два термодатчика проводят электричество в зависимости от влажности окружающего воздуха. Один датчик заключен в сухой азот, а другой измеряет окружающий воздух. Разница между ними измеряет влажность.

Советы по работе датчика влажности

  • Кулонометрический: Электролит образуется путем поглощения воды, в результате чего уровень тока пропорционален содержанию влаги в воздухе.
  • Гравиметрический: Осушитель подвергается воздействию влажного воздуха, что приводит к увеличению веса осушителя. Увеличение веса соответствует количеству влаги.
  • Микроволновый/инфракрасный: Передаваемый сигнал изменяется по мере увеличения влажности. Затухание является показателем содержания влаги в среде.

Некоторые параметры для суждения

Итак, как только вы узнаете, что это такое и как оно работает, следующим шагом, вероятно, будет проверка его работы. И как вы это делаете? Работая с некоторыми из нижеперечисленных параметров.

1. Точность

Каждый датчик имеет собственную калибровочную кривую, основанную на 9-балльной системе. Это в основном противопоставляет плюсы и минусы конкретного датчика.

2. Линейность

Показывает отклонение напряжения от значения BFSL и измеренное значение выходного напряжения, преобразованное в относительную влажность.

3. Надежность

Измерения часто вызывают рассинхронизацию датчика. Однако, чтобы датчик был полезным, он должен обеспечивать надежные измерения.

4. Повторяемость

Измерения датчика должны быть такими, чтобы они не расходились. Повторяемость — это измерение дрейфа среди измерений одной величины.

5. Время отклика

Обычно время, необходимое датчику для повышения до 66 % (время нарастания) или падения до 33 % (время спада) от максимального выходного напряжения, называется временем отклика.

Применение датчиков влажности

Область применения датчиков влажности очень широка. Люди с заболеваниями, пострадавшие от влажности, контроля и профилактики в домах используют датчики влажности. Датчик влажности также используется в системах домашнего отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (систем HVAC). Они также используются в офисах, автомобилях, хьюмидорах, музеях, промышленных помещениях и теплицах, а также на метеорологических станциях для сообщения и прогнозирования погоды.

Проекты на основе датчика влажности Идеи

Индикатор влажности

Здесь представлен простой индикатор влажности и контроллер. В таких отраслях, как текстильная, изменение содержания влаги оказывает непосредственное влияние на свойства ткани, такие как прочность на растяжение, эластичность, диаметр волокна и трение. Для хлопка и льна требуется высокий уровень относительной влажности (RH) около 70–80 процентов, поскольку они очень ломкие. Шерсть требует уровня относительной влажности около 65 процентов. В то время как для шелка требуется от 65 до 70 процентов. С помощью этой схемы вы можете не только контролировать уровень влажности от 30 до 90 процентов относительной влажности, но также контролировать его.

Индикатор температуры и влажности в холодильнике

Небольшой датчик температуры, описанный в этом проекте, измеряет температуру и влажность внутри холодильника и передает данные по радиоканалу на ближайший приемник. Блок приемника проверяет полученный код, идентифицирует правильное снифферное устройство и отображает текущую температуру и влажность. Зачем нам это нужно, скажете вы? Мы можем измерить температуру и влажность внутри холодильника с помощью обычного индикатора температуры и влажности, но относительная влажность в этом случае может быть неточной.

Мониторинг влажности и температуры с использованием Arduino

В этой статье информация о влажности и температуре от датчика DHT-11 анализируется графически на платформе ThingSpeak с использованием микроконтроллера Arduino и модуля Wi-Fi ESP8266.

Индикатор влажности и контроллер

Здесь представлен простой индикатор влажности и контроллер. В таких отраслях, как текстильная, изменение содержания влаги оказывает непосредственное влияние на свойства ткани, такие как прочность на растяжение, эластичность, диаметр волокна и трение. Поэтому процесс выполняется только в пределах допустимой влажности окружающей среды. В зависимости от типа ткани и выполняемого процесса требования к определенному уровню влажности различаются. Хлопок и лен должны обрабатываться при очень высокой относительной влажности (RH) около 70-80 процентов, поскольку они очень хрупкие. Шерсть требует уровня относительной влажности около 65 процентов. Шелк должен быть обработан на 65-70 процентов. С помощью этой схемы вы можете не только контролировать уровень влажности от 30 до 90 процентов относительной влажности, но также контролировать его.

Измеритель загрязнения воздуха с поддержкой IoT и цифровой приборной панелью на смартфоне

Здесь представлен измеритель загрязнения воздуха с поддержкой IoT для мониторинга качества воздуха на вашем смартфоне с использованием приложения Blynk и платы Arduino. Blynk — это платформа Интернета вещей (IoT) для управления Arduino, Raspberry Pi и другими устройствами через Интернет. В этом проекте Blynk предоставляет цифровую приборную панель на вашем смартфоне, которая отображает показания качества воздуха в реальном времени для ближайшего окружения.

Часто задаваемые вопросы о датчике влажности
Что такое датчик влажности?

Датчик влажности — это устройство, измеряющее количество водяного пара, присутствующего в воздухе или других газах.

Как работает датчик влажности?

Существуют различные типы датчиков влажности, но большинство из них измеряют изменения электрического сопротивления, емкости или температуры, вызванные наличием влаги в воздухе.

Какова точность датчика влажности?

Точность датчика влажности зависит от типа датчика, калибровки и условий, в которых он используется. Большинство коммерческих датчиков имеют точность около ± 2% относительной влажности.

Как калибровать датчик влажности?

Датчики влажности можно калибровать с использованием калибровочной камеры с известным уровнем влажности или с использованием солевого раствора с известным уровнем влажности.

Каков диапазон датчика влажности?

Диапазон датчика влажности зависит от типа датчика и производителя. Некоторые датчики имеют диапазон относительной влажности 0-100%, в то время как другие имеют более ограниченный диапазон.

Как обслуживать датчик влажности?

Датчики влажности должны содержаться в чистоте, без пыли и мусора. Их также следует регулярно калибровать для обеспечения точности.

Какие распространенные проблемы с датчиками влажности?

Общие проблемы с датчиками влажности включают дрейф, гистерезис и время отклика. Эти проблемы можно решить путем калибровки и надлежащего обслуживания.

Можно ли использовать датчики влажности вне помещений?

Да, датчики влажности можно использовать вне помещений, но они должны быть защищены от прямых солнечных лучей и экстремальных температур. Некоторые датчики специально разработаны для использования вне помещений.

Вы можете прокомментировать свои запросы в разделе комментариев ниже.

Хотите посмотреть видео о датчике влажности: Работа с датчиком влажности

Еще одно видео, показывающее создание собственного монитора температуры и влажности менее чем за 5 минут

Краткое руководство по датчикам влажности в виде слайд-шоу представлено ниже:

Датчик влажности от  Никита Гупта


Эта статья была впервые опубликована 9 июня 2017 г. и недавно обновлена ​​15 декабря 2020 г.

Датчик влажности — Типы и принцип работы Датчик влажности

является одним из наиболее важных устройств, которые широко используются в потребительских, промышленных, биомедицинских, экологических и т. д. приложениях для измерения и контроля влажности.

[adsense1]

Влажность определяется как количество воды, присутствующей в окружающем воздухе. Содержание воды в воздухе является ключевым фактором благополучия человечества. Например, мы будем чувствовать себя комфортно, даже если температура будет 00С с меньшей влажностью, т.е. воздух будет сухим.

Но если температура 100С и влажность высокая, т.е. содержание воды в воздухе высокое, то мы будем чувствовать себя весьма некомфортно. Влажность также является основным фактором для работы чувствительного оборудования, такого как электроника, промышленное оборудование, устройства, чувствительные к статическому электричеству, высоковольтные устройства и т. д. Такое чувствительное оборудование должно эксплуатироваться во влажной среде, подходящей для данного устройства.

Таким образом, обнаружение, измерение, мониторинг и контроль влажности являются очень важной задачей. Некоторые из важных областей применения датчиков, измерений и контроля влажности перечислены ниже.

Домашний номер : Определение и контроль влажности в наших домах и офисах очень важно, поскольку более высокая влажность влияет на кровоток. Другие области включают приготовление пищи, комнатные плантации и т. д.

Промышленность : В таких отраслях, как нефтеперерабатывающие заводы, химическая, металлургическая или другие отрасли промышленности, где используются печи, высокая влажность снижает количество кислорода в воздухе и, следовательно, снижает скорость горения. Другие отрасли промышленности, такие как пищевая, текстильная, бумажная и т. д., также нуждаются в контроле влажности.

[adsense2]

Сельское хозяйство : Методы орошения, такие как капельное орошение, требуют точного содержания влаги для растений. Кроме того, влага в почве играет важную роль в правильном росте растения. Другими областями, где требуется контроль влажности, является комнатная растительность.

Электроника и полупроводники : Почти все электронные устройства имеют диапазон значений влажности, при которых они работают должным образом. Как правило, это значение будет примерно 10–50 % влажности. Полупроводниковые фабрики (заводы по производству) должны поддерживать очень точные значения температуры и влажности, поскольку даже небольшая разница может оказать огромное влияние на производство.

Медицинское оборудование : Медицинское оборудование, такое как вентиляторы, инкубаторы, стерилизаторы и т. д., требует контроля влажности. Он также используется в фармацевтических заводах и биологических процессах.

Все вышеперечисленные и многие другие приложения требуют измерения влажности и выполняются с помощью датчиков влажности. Прежде чем обсуждать датчики влажности, их типы и принцип работы, мы сначала рассмотрим некоторые важные термины и определения, связанные с влажностью.

Описание

Важные термины, касающиеся влажности

Влажность : Как правило, термин Влага означает содержание воды в любом материале или веществе. Но на практике термин «влажность» относится к содержанию воды в твердых и жидких веществах. Термин Влажность относится к содержанию воды в газах (воздухе).

Абсолютная влажность: Абсолютная влажность (AH) представляет собой отношение массы водяного пара к объему воздуха. Если m — масса водяного пара, а V — общий объем, т. е. объем смеси воздуха и водяного пара, то абсолютная влажность AH равна

AH = м/В

Абсолютная влажность не учитывает температуру, но изменяется в зависимости от температуры и давления.
Относительная влажность: Всякий раз, когда мы говорим об измерении влажности, мы обычно говорим об относительной влажности (если не указано иное).

Относительная влажность или RH представляет собой отношение фактического давления водяного пара, присутствующего в воздухе при определенной температуре, к максимальному давлению водяного пара, присутствующему в воздухе при той же температуре.

В метеорологических отчетах и ​​прогнозах вероятность осадков, росы или тумана указывается с использованием относительной влажности и, следовательно, считается важным показателем.

Относительная влажность учитывает как температуру, так и давление. Следовательно, датчики влажности, которые измеряют относительную влажность, измеряют как содержание влаги, так и температуру воздуха.

ПРИМЕЧАНИЕ : При температурах выше 1000°C измерение относительной влажности (RH) бесполезно, так как это может привести к вводящим в заблуждение значениям.

Удельная влажность: Удельная влажность (SH) представляет собой отношение массы водяного пара к общей массе воздуха.
Коэффициент смешивания или коэффициент влажности: Коэффициент смешивания — это отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха.

Температура точки росы: Температура точки росы – это температура, при которой воздух насыщен водяным паром. При температуре точки росы относительная влажность составляет 100%. Другими словами, чтобы воздух содержал максимальное количество водяного пара (или влаги), он должен достичь температуры точки росы.

Датчики влажности – классификация и принципы работы

Датчики влажности – очень важные устройства, помогающие измерять влажность окружающей среды. Технически устройство, используемое для измерения влажности атмосферы, называется гигрометром. Датчики влажности или гигрометры можно классифицировать в зависимости от типа влажности, для измерения которой они используются, например, датчики абсолютной влажности (AH)

или датчики относительной влажности (RH). Датчики влажности также можно классифицировать на основе параметра, используемого для измерения влажности, т. е. емкостные датчики влажности, датчики влажности электропроводности (или резистивные) и датчики влажности теплопроводности.

Существуют и другие типы датчиков влажности или гигрометров, такие как оптический гигрометр, вибрационный гигрометр и гравиметрический гигрометр.

Давайте рассмотрим различные типы датчиков влажности или гигрометров, а также принципы их работы.

Емкостные датчики влажности

Датчики влажности на основе емкостного эффекта или просто Емкостные датчики влажности являются одним из основных типов доступных датчиков влажности.

Они часто используются там, где важны такие факторы, как стоимость, жесткость и размер. В емкостных датчиках относительной влажности (RH) электрическая проницаемость диэлектрического материала изменяется с изменением влажности.

Работа емкостных датчиков относительной влажности

Простой емкостный датчик относительной влажности можно изготовить из конденсатора, заполненного воздухом, поскольку влага в атмосфере меняет его диэлектрическую проницаемость. Но для практических применений воздух как диэлектрик непригоден.

Следовательно, пространство между обкладками конденсатора обычно заполняется соответствующим диэлектрическим материалом (изолятором), диэлектрическая проницаемость которого меняется при изменении влажности.

Обычный метод изготовления емкостного датчика относительной влажности заключается в использовании гигроскопичной полимерной пленки в качестве диэлектрика и нанесении двух слоев электродов с каждой стороны.


Другой способ использования емкостных датчиков относительной влажности заключается в наблюдении за изменением частоты генератора, построенного с использованием конденсатора с чувствительным к относительной влажности испытуемым в качестве диэлектрика. Эта установка часто используется в фармацевтических продуктах.

Исследуемые образцы, такие как медицинские таблетки, помещаются между двумя пластинами (которые образуют электроды конденсатора), образуя конденсатор в цепи LC-генератора. Частота генератора изменяется в зависимости от влажности, окружающей испытуемый образец.

Рассмотрим конструкцию тонкого терморегулятора на полимерной пленке на основе емкостного датчика относительной влажности. Он изготовлен на кремниевой подложке. На эту подложку наносятся два металлических электрода из алюминия, платины или хрома. Форма этих электродов вырезана таким образом, что электроды образуют встречно-штыревой рисунок.

Поверх этого слоя нанесен слой диэлектрика. На следующем изображении показан вид сверху и поперечное сечение емкостного датчика влажности. Обратите внимание, что два термочувствительных резистора нанесены на одну и ту же подложку для обеспечения температурной компенсации.


Преимущества емкостных датчиков влажности
  • Выходное напряжение близко к линейному.
  • Дают стабильные результаты при длительном использовании.
  • Может обнаруживать широкий диапазон относительной влажности.
Недостатки емкостных датчиков влажности
  • Расстояние от датчика и цепи сигнализации очень ограничено.
Применение емкостных датчиков влажности

Емкостные датчики влажности используются в широком диапазоне приложений, включая, но не ограничиваясь:

  • Системы вентиляции и кондиционирования
  • Принтеры и факсимильные аппараты
  • Погодные станции
  • Автомобили
  • Пищевая промышленность
  • Холодильники, духовки и сушилки
Резистивные датчики влажности (датчики электропроводности)

Резистивные датчики влажности — еще один важный тип датчиков влажности, которые измеряют сопротивление (импеданс) или электропроводность. Принцип резистивных датчиков влажности заключается в том, что проводимость неметаллических проводников зависит от содержания в них воды.

Работа резистивных датчиков влажности

Резистивные датчики влажности обычно изготавливаются из материалов с относительно низким удельным сопротивлением, которое значительно изменяется при изменении влажности. Зависимость между сопротивлением и влажностью обратная экспоненциальная. Материал с низким удельным сопротивлением наносится поверх двух электродов.

Электроды расположены встречно-штыревым способом для увеличения площади контакта. Удельное сопротивление между электродами изменяется, когда верхний слой поглощает воду, и это изменение можно измерить с помощью простой электрической цепи.


Некоторыми из обычно используемых материалов являются соль, специально обработанные субстраты, твердые полиэлектролиты и проводящие полимеры. Современные резистивные датчики влажности покрыты керамическим покрытием для обеспечения дополнительной защиты. Электроды датчика обычно изготавливаются из благородных металлов, таких как золото, серебро или платина.

Преимущества резистивных датчиков влажности
  • Низкая стоимость
  • Маленький размер
  • Расстояние между датчиком и сигнальной цепью может быть большим (подходит для удаленных операций).
  •  Высокая взаимозаменяемость, так как нет стандартов калибровки.
Недостатки резистивных датчиков влажности
  • Резистивные датчики влажности чувствительны к химическим парам и другим загрязнителям
  • Выходные показания могут измениться при использовании водорастворимых продуктов.
Применение резистивных датчиков влажности

Резистивные или электропроводящие датчики влажности — это недорогие датчики относительно небольшого размера. Они часто используются в нескольких промышленных, бытовых или жилых и коммерческих целях.

Датчики влажности по теплопроводности

Датчики влажности по теплопроводности также известны как датчики абсолютной влажности (AH), поскольку они измеряют абсолютную влажность. Датчики теплопроводности и влажности измеряют теплопроводность как сухого воздуха, так и воздуха с водяным паром. Разница между отдельными коэффициентами теплопроводности может быть связана с абсолютной влажностью.

Работа датчиков влажности по теплопроводности

Лучшим компонентом для создания датчика влажности на основе теплопроводности является термистор. Следовательно, два крошечных термистора с отрицательным температурным коэффициентом используются для мостовой схемы.

При этом один термистор герметично запечатан в камере, заполненной сухим азотом, а другой находится в открытой среде через небольшие вентиляционные отверстия. Когда цепь включена, рассчитывается сопротивление двух термисторов, и разница между этими двумя значениями прямо пропорциональна абсолютной влажности (AH).


Преимущества датчиков влажности по теплопроводности
  • Подходит для высокотемпературных сред и сильно коррозийных ситуаций.
  • Очень прочный
  • Более высокое разрешение по сравнению с другими типами
Недостатки датчиков влажности теплопроводности