8-900-374-94-44
Приборы, измеряющие влажность, называют гигрометрами. Их можно также назвать и датчики влажности. В обыденной жизни влажность – это немаловажный параметр. Она важна для сельхозугодий, техники.
От процента влажности зависит здоровье человека. Метеозависимые люди очень чувствительны к этому параметру. Также от нее зависит здоровье больных астмой, гипертонией. Когда воздух сухой здоровые люди чувствуют сонливость, раздражение кожи, зуд. Излишне сухой воздух провоцирует болезни дыхания.
На заводах и фабриках влажность оказывает влияние на сохранность сырья и выпускаемой продукции, и станков. В сельскохозяйственных угодьях влажность оказывает влияние на почву, ее плодородие. Чтобы владеть информацией о влажности применяют гигрометры (датчики влажности).
Некоторые приборы изготавливают калиброванными под определенную влажность, но для точной настройки нужно знать точное значение этого параметра в воздухе.
Эти чувствительные элементы можно представить, как элементарные конденсаторы с двумя пластинами, между которыми находится воздух. Это наиболее простая конструкция. Воздух не проводит электрический ток в сухом состоянии. При ее изменении, меняется и емкость конденсатора.
Конструкцией более сложной является емкостный датчик с диэлектриком, который значительно изменяется от влажности. Такой способ повышает качество датчика, по сравнению с воздушным типом.
Второй тип лучше применять для измерений на предметах твердых. Предмет размещается между пластинами конденсатора, который подключается к контуру колебаний, к генератору. Делается замер частоты контура колебаний, по результату рассчитывается емкость образца.
Такой способ измерения содержит негативные стороны. При влажности материала менее 0,5 процента, точность будет низкой, материал должен быть чистым от веществ с высокой проницаемостью. Важнейшим также является геометрическая форма предмета, которая не должна меняться в опыте по измерению влажности.
Третий тип датчика представляет собой тонкопленочный гигрометр, включающий подложку с двумя электродами в виде гребенки. Они являются обкладками. Для компенсации температуры в 1 датчик включены 2 термоэлемента.
Резистивные датчики состоят из 2-х электродов. Они нанесены на подложку. На электроды наложен слой токопроводящего материала. Но этот материал значительно меняет значение сопротивления в зависимости от влажности.
Подходящим по чувствительности материалом стал оксид алюминия. Он поглощает влагу извне, его сопротивление значительно меняется. В итоге полное сопротивление сети датчика имеет большую зависимость от влажности. Значение проходящего тока будет показывать о значении влажности. Преимуществом таких датчиков стала их небольшая стоимость.
Гигрометр на термисторах включает два однотипных термистора. Это нелинейные компоненты. Их сопротивление прямо пропорционально температуре. Один из термисторов расположен в герметичной камере с сухим воздухом. 2-й термистор находится в камере с отверстиями. Через них поступает влажный воздух. Эту влажность нужно определить. Термисторы подключены по мостовой схеме. Разность потенциалов подается на одну диагональ, показания снимают с другой.
При нулевом напряжении на выходе термисторов, их температура одинакова, поэтому влажность обоих термисторов также равна. При нулевом напряжении влажность разная. Поэтому, по измеренному напряжению рассчитывают влажность.
Возникает вопрос, почему при изменении влажности меняется температура термистора? Ответить можно так. При повышении влажности с поверхности термистора испаряется вода, и температура термистора снижается. Чем больше показатель влажности, тем эти процессы протекают более стремительно, термистор остывает быстрее.
В его основе действия определения влажности стоит точка росы. Когда достигается это состояние точки росы, то жидкость и газ приобретают равновесие термодинамики.
Если стекло расположить в газовой среде с температурой, находящейся выше точки росы, далее снижать температуру стекла, то на стекле возникнет конденсат. Это процесс перехода воды в жидкое состояние. Температура такого перехода и называется точкой росы. Температура этой точки зависит от давления и влажности среды. В итоге, если мы сможем определить температуру и давление, то легко вычислим и влажность. Такой метод является основным.
Простая цепь датчика включает светодиод, испускающий свет на поверхность зеркала, отражающего и изменяющего его направление. В нашем случае есть возможность изменять температуру зеркала путем подогрева или охлаждения устройством регулировки температуры особой точности. Можно использовать термоэлектрический насос. На зеркало монтируют датчик температуры.
Перед началом замеров температуру зеркала устанавливают так, чтобы его значение было больше точки росы. Затем охлаждают зеркало. На зеркале будут образовываться водяные капли, вследствие этого луч света, поступающий от светодиода, будет преломляться и рассеиваться, что приведет к снижению тока в фотодетекторе.
Владея информацией от фотодетектора, регулятор будет поддерживать температуру на зеркале, а термодатчик определит температуру. Зная давление и температуру, определяют влажность.
Оптический датчик имеет максимальную точность, по сравнению с другими аналогами. Из недостатков можно выделить повышенную стоимость и немалый расход энергии, а также обслуживание, которое заключается в поддержании поверхности зеркала в чистом виде.
Его принцип действия заключается в изменении электролита, которым покрыт изоляционный материал. Имеются устройства с автоподогревом, поддерживающие температуру точки росы.
Замер температуры точки росы проводится над раствором хлорида лития. Этот раствор очень чувствительный к самым малым изменениям влажности. Для наибольшего удобства к гигрометру прикрепляют термометр. Такой гигрометр имеет повышенную точность, небольшую погрешность. Он может измерить влажность при любой температуре среды.
Большую известность имеют обычные электронные гигрометры с двумя электродами. В почву втыкаются два электрода. По степени проводимости тока определяют влажность. Перед приобретением датчика нужно определиться, для чего он будет применяться, диапазон замеров, точность и т. д. Наиболее точным прибором является оптический датчик. В зависимости от условий нужно обратить внимание на класс защиты, интервал температур измерения.
Многие умельцы хотят собственными руками сделать гигрометр для вентилятора. Для такой работы им понадобятся современные цифровые устройства:
Arduino – устройство, состоящее из комплекта микропроцессоров, собранных на недорогих микроконтроллерах. Оно имеет открытые понятные схемы. Любой желающий может узнать в интернете, какие составные части входят в схему, какая будет у него цена. Подключение вентилятора к такому устройству не составит труда. Интересным фактом является взаимодействие такого устройства с компьютером. Существует множество драйверов и специальных программ, с помощью которых можно работать и выполнять разные операции.
Если учесть стоимость в настоящее время, то хочется сделать своими руками вытяжной вентилятор в комплекте с датчиком влажности. Но такие устройства рекомендуется изготавливать для задач сложнее. Можно, например, соединить в одну сеть множество разного оборудования. Многие фирмы монтируют датчики влажности на выпускаемое оборудование. Вследствие этого не имеет серьезного смысла этим заниматься, и делать то, что уже давно сделано.
Если сделать увлажнитель для дома и попытаться подключить его к вентилятору, то это совсем другое дело. Для таких целей необходимо разработать несколько схем.
Можно найти и подобный датчик влажности для вентилятора. Такие имеются на оборудовании компании Honeywell. Их действие основывается на способе работы конденсатора. Могут отпугнуть такие понятия, как «особая полимерная изоляция», или «электроды платиновые». Эти устройства стоят не дешево. Сначала нужно изучить этот вопрос и определиться, нужно это или нет. Довольно сложной работой окажется и сборка схемы замера аналогового значения, и градуировка датчика.
Компания Regeltechnik производит сенсоры совмещенного типа для измерения влажности и температуры, как для внешней среды, так и для внутри зданий и помещений.
Существуют гидростаты канального вида. Применение их пока остается не очень понятным. В заводских условиях это можно как-либо объяснить. На электростанции имеется контроль множества параметров. Там высокая влажность в вентиляционном канале системой автоуправления может определиться, как нарушение функций оборудования.
Для домашнего хозяйства канальный вентилятор с датчиком влажности нигде не пригодится, так как он не предназначен для контроля значений среды. Если канальный вентилятор эксплуатируется сразу на множество помещений, и образуется влага в канале, то это является командным сигналом для увеличения скорости работы электродвигателя вентилятора. Это возникает при близком к холостому ходу режиме. В этом случае датчик влажности с вентилятором станут мощной системой экономии электричества. Эксплуатация этой системы на полную мощность осуществится только при необходимости.
Можно также сделать управление действием рекуператора и аналогичного оборудования. Его смысл заключается в том, что при нормальном режиме происходит экономия электричества.
Влажность рекомендуется создавать в пределах 40-60 процентов. Иногда появляется в таких случаях задача по увлажнению. Вентилятор с устройством увлажнения может достичь номинальных параметров автоматически, так как в его составе имеется встроенный гигростат, другими словами генератор пара. Эти приборы востребованы в летний период в сухих климатических условиях. Вентиляторы могут при помощи цифровой управляемой системы бороться с капризами природы. Плохой погоды не бывает, но микроклимат всегда можно оптимизировать.
electrosam.ru
Датчик влажности имеет еще одно название – гигрометр. Он представляет собой прибор для измерения уровня влажности. Последний показатель является важным как для повседневной жизни, так и для производственных процессов.
В быту от влажности зависит самочувствие обитателей дома. Что касается производственных процессов, то некоторым приборам важен уровень влажности, под него даже проводят их настройку.
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.
Датчики влажности бывают разных видов. В продаже можно встретить 4 основных типа подобных приборов:
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.
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.
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.
odinelectric.ru
Абсолютная влажность являет собой фактическое количество воды, находящееся в текущий момент в единице емкости газа. То есть, такая влажность измеряется в граммах на один кубический метр. Воздух может содержать лишь определенное максимальное количество воды в единице объема, и максимально влажный воздух называется насыщенным. В полностью насыщенном воздухе, то есть с абсолютной влажностью равной 100%, пар начинает превращаться в конденсат. Но с повышением температуры воздуха его абсолютная влажность также повышается, и та же единица объема способна вместить уже больше воды.
Относительная влажность – это отношение текущей абсолютной влажности к максимально возможной при текущей температуре воздуха. Следовательно, с изменением температуры относительная влажность меняется. Если воздух начать охлаждать, то в какой-то момент относительная влажность может стать равной 100% — значение температуры, при которой это происходит, называют точкой росы.
Датчики влажности имеют много различных технических реализаций, и, в целом, являются довольно специфическими элементами. На практике влажность довольно трудно измерить с большой точностью, но зачастую это и не требуется. В зависимости от условий использования применяются датчики, в основном, следующих типов:
Емкостной датчик представляет собой конденсатор специфического типа, емкость которого напрямую зависит от влажности воздуха. Резистивные датчики влажности детектируют перепады электрического сопротивления гигроскопической среды, то есть в них заложена зависимость сопротивления от влажности. Психометрический принцип основан на том факте, что влажный предмет теряет свое тепло с уходящим паром. Чем суше воздух, тем быстрее уходит в него тепло, тем выше разница температур. Следовательно, психометрический датчик состоит из двух термометров – одного сухого и одного влажного. Аспирационный датчик оснащается также нагнетателем воздуха, и применяется в условиях, где воздух не движется, или движется медленно.
Выбор того или иного датчика зачастую индивидуален для каждого отдельного случая. Он зависит от температуры, в которой будет замеряться влажность, от возможности выпадения конденсата, от наличия примесей в воздухе и так далее. Например, цифровые емкостные датчики теряют свою точность при очень высоких температурах. Психометрический датчик хорошо справляется с конденсатом, и может эффективно работать в условиях высоких температур. Резистивные датчики дешевы и легко заменяются.
Датчики влажности очень актуальны на складах, ведь хранящиеся товары обычно рассчитаны на относительную влажность не более 70-75 процентов. Также их часто используют в помещениях, цехах, где нельзя допускать выпадения точки росы – во избежание коррозии металла. Датчик влажности позволяет не только узнать фактическое состояние среды, но и помогает влиять на саму нее – для этого используются кондиционеры, увлажнители или осушители воздуха.
В последнее время показателем относительной влажности стали интересоваться также и в бытовых условиях, на рабочих местах. При очень низкой или высокой влажности человек быстро утомляется, теряет силы — кожа может покрываться микротрещинами, а слизистая оболочка постепенно высыхать. Все это, так или иначе, ведет к появлению заболеваний. Наиболее комфортной для проживания является относительная влажность на уровне 60-70%.
conrad.ru
16.04.2014
Стремление контролировать, и, при необходимости, регулировать величину влаги привело к развитию направления непрерывного детектирования содержания молекул воды в измеряемом объекте с помощью миниатюрных сенсорных устройств — датчиков. Метрологические требования к сенсорам (датчикам) влажности не ограничиваются высокой точностью, чувствительностью и быстродействием, при выполнении измерений часто важен широкий диапазон измерений, охватывающий несколько порядков измеряемой величины, а важнейшим параметром является стабильность показаний.
Датчики влажности можно классифицировать по ряду признаков:
В настоящее время для определения содержания влажности различных сред получили широкое применение сорбционно-импедансные датчики. Преимуществом этого типа датчиков влажности является высокая чувствительность (в некоторых случаях нижний предел обнаружения составляет единицы ppb), простота изготовления (используются отработанные методы тонко- и толстопленочной технологии микроэлектроники), небольшие размеры. Датчик влажности такого типа действует на основе зависимости полного сопротивления (импеданса) влагочувствительного слоя сорбента от количества адсорбированной им влаги. В основном используют два варианта конструкции датчиков этого типа — с планарным расположением электродов, обычно гребенкообразной формы, и «сэндвич»-структуру. В большинстве случаев эквивалентная схема этих первичных преобразователей может быть представлена в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора.
Градуировочные характеристики сорбционно-импедансных датчиков влажности в основном определяются материалом применяемого в них сорбента, а их вид полностью соответствует виду изотермы сорбции на нем паров воды. В качестве сорбентов первоначально использовали в основном гигроскопичные ионообразующие соли. Общий недостаток датчиков с такими сорбентами — низкая стабильность, особенно при повышенной влажности, малая чувствительность при низких уровнях влажности и высокий гистерезис. Поэтому в настоящее время ионообразуюшие соли в качестве самостоятельного влагочувствительного агента используются редко и применяются в основном для пропитки неорганических сорбентов или введения в состав органических полимерных сорбентов с целью увеличения чувствительности. Основное распространение получили импедансные датчики с органическими полимерными и неорганическими сорбентами на основе оксидов металлов. Покрытие может быть тонкопленочным и толстопленочным.
Как в России, так и за рубежом основным направлением в разработке сорбционных датчиков является создание новых влагочувствительных композиций.
В целом, для развития датчиков влажности характерны следующие основные направления:
Существующее в настоящее время многообразие типов датчиков влажности объясняется тем, что ни один из них не удовлетворяет всем предъявляемым к ним требованиям. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, и, соответственно, свои области применения.
Для измерения малых концентраций влаги лучше всего подходят сорбционные датчики, основанные на пьезосорбционном и сорбционно-импедансном методах. Датчик влажности возможно изготовить средствами технологии микроэлектроники, что также можно отнести к преимуществам этих методов измерения.
Основным элементом сорбционного датчика, независимо от способа преобразования и регистрации сигнала, является слой вещества, способный в условиях измерений при контакте с исследуемой средой обратимо сорбировать пары воды. Обычно для этих целей используются пленки полимеров или высокопористых неорганических оксидов.
Очевидно, что чем больше величина удельной поверхности материала, на основе которого формируется пленка, тем датчик влажности более эффективен. Оптимальное техническое решение – использование пористых и мезопористых материалов. Однако наряду с повышением чувствительности, применение таких материалов сопровождается появлением гистерезиса на изотерме адсорбции, что автоматически ведет к увеличению погрешности измерений. Поэтому при разработке и изготовлении датчиков для определения влажности необходимо уделять большое внимание оптимизации условий формирования чувствительного слоя.
Специалистами предприятия разработаны сорбционные датчики, имеющие «сэндвич»-структуру, для определения относительной влажности разных сред и микровлажности газовых сред. Датчик влажности изготавливается на подложках из ситалла или поликора. Никель с подслоем ванадия используется в качестве материала электродов. В качестве чувствительного гидрофильного слоя такого датчика применяются полимерные наноструктурированные пленки, сформированные по специальной технологии. Затем на слое полученной диэлектрической пленки формируется наноразмерная пленка золота, которая выполняет роль второго электрода. Контакты располагаются только на нижнем электроде, что повышает надежность конструкции датчика. Выбирая оптимальную толщину пленки золота можно обеспечить селективную проницаемость для молекул воды, которая определяется, в первую очередь, структурой пленки, наличием в ней пор, по размерам сопоставимых с размерами определяемого компонента. Постоянная времени датчика относительной влажности составляет 1-2 с., датчика микровлажности — 10-180 с., что зависит от уровня измеряемой микровлажности. За счет специально примененной технологии термообработки датчика величина гистерезиса снижена до 2%.
Датчик влажности «сэндвич» типа:
1. Основание датчика;
2. Нижние электроды;
3. Пленка сорбента;
4. Верхний электрод.
Датчики влажности, как правило, применяются вместе с датчиками температуры. Это необходимо для повышения точности измерений, пересчета единиц измерения влажности (%, ppm, оС т.р. и др.) и получения значений абсолютной и относительной влажности.
Важное прикладное значение имеет применение датчиков относительной влажности для измерения относительной влажности в атмосфере, промышленных и жилых зонах. Другой важной областью применения таких датчиков является их использование в гидрометеорологических зондах.
Датчик микровлажности применяется для измерений малых количеств влаги в особо чистых активных газах (азот, аргон, кислород, водород), используемых в технологии микроэлектроники, и в активных газах, содержащих синглетный кислород, хлор, йод, аммиак.
Уход показаний таких датчиков после постоянной работы в течение года составляет не более 2% от первоначального значения.
На основе производимых предприятием датчиков разработаны портативные и стационарные приборы для измерения относительной влажности и температуры (серия приборов ИВТМ-7) и микровлажности газов (серия приборов ИВГ-1), а также многоканальные автоматизированные контрольно-измерительные системы.
Важно отметить, что в научной и технической литературе под термином «датчик влажности» часто подразумеваются устройства, состоящие из чувствительного элемента (сенсора) и электронной схемы обработки сигнала от сенсора в электрический сигнал или непосредственно в визуальный (цифровой или аналоговый индикатор). Поэтому часто измерительные приборы также называют датчиками.
Разработанные приборы применяются для решения производственных задач и обеспечения комфортной и безопасной жизнедеятельности человека в различных отраслях промышленности. В качестве примера такого использования можно отметить микроэлектронику, химическую промышленность, атомную энергетику и т.д.
Разработанные приборы поддерживают все необходимые требования по подключению в общую измерительную сеть. В ее состав на настоящий момент могут объединяться сетевые многоканальные приборы, портативные одноканальные приборы, непосредственно датчики (преобразователи). Достигнутые результаты позволяют реализовать такие современные возможности, как распределенное управление, удаленный мониторинг (в том числе посредством сети Интернет) и другие современные технологии проведения измерений.
www.eksis.ru