Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Високата влажност в помещението може да доведе до изхабяване на тапетите, създава благоприятна среда за образуване на гъбички и мухъл, размножаване на насекоми и др. При липса на влага във въздуха стените изсъхват, благосъстоянието на жителите се влошава и настъпва преждевременно напукване на материалите. За да се предотвратят негативни последици поради неспазване на микроклимата в помещението, концентрацията на вода във въздуха се наблюдава постоянно. Сензорът за влажност предоставя безценна помощ при решаването на този проблем.

Видове и принцип на действие

Количеството влага в околната среда се изчислява като маса вода на кубичен метър въздух и се определя като процент на насищане. Работата на всеки сензор за влажност се основава на преобразуването на физическото количество влага в електрически сигнал. Според метода за определяне на количеството вода сензорите за влажност могат да използват директен или индиректен метод на измерване. В зависимост от принципа на работа всички устройства са условно разделени на шест типа, които ще разгледаме по-подробно.

Резистивен

Ориз. 1. Устройството на резистивния сензор за влажност

Това е един от най-евтините видове сензори за влажност. Работата му се основава на свойството на някои проводящи материали да абсорбират влага, поради което се променя омичното съпротивление на елемента.

Като такива материали се използват прахообразни порести структури, най-често алуминиев оксид. Прахът се нанася върху платката между два електрода, направени под формата на писти, и се изпича до състоянието на филма.Наличието на филмова повърхност предотвратява последващото разтваряне на керамичния прах и образуването на кондензат в неговата структура. Въпреки това, когато взаимодейства с водните молекули, съдържащи се във въздуха, филмът променя своите физически свойства.

И така, в относително сухо състояние, проводимостта на сензора за влажност се характеризира с номинална стойност. Но тъй като влагата се натрупва върху повърхността на филма, съпротивлението на такъв резистор намалява пропорционално, проводимостта се увеличава, както и големината на тока, протичащ във веригата. Влажността се следи чрез измерване на тока или спада на напрежението през резистивния елемент.

Капацитивен

Ориз. 2. Принципът на работа на капацитивния сензор за влажност

Капацитивният сензор за влажност работи на принципа на класически кондензатор, чиито пластини взаимодействат с въздуха на околното пространство. Общо има три основни типа капацитивни сензори, които се различават по конструктивни характеристики:

  • Първият тип се състои от две плочи, между които има въздушно пространство. В сухо състояние въздухът е диелектрик, така че капацитетът на кондензатора е максимален. Тъй като въздухът е наситен с влага, неговите проводими свойства ще се увеличат и капацитетът ще намалее пропорционално.
  • Вторият тип е същият кондензатор, между плочите на който има чувствителен диелектрик, който активно реагира на влага. Импулси със зададена честота се прилагат към клемите на кондензатора, което ви позволява да изчислите по-точно степента на влажност.
  • Третият тип - е плоча върху дъската, направена под формата на гребен. Такива модели изискват допълнителна температурна компенсация по време на измерванията.

Термистор

Работата на такъв сензор за влажност се основава на термистор - нелинеен резистор, чието съпротивление зависи пряко от температурата на околната среда.Термисторът има нелинейна характеристика ток-напрежение, при най-малката промяна в температурата на елемента се променя и омичното съпротивление.

Ориз. 3. Термисторен сензор за влажност

Термисторният сензор за влажност се основава на сравняване на показанията на два термистори. Един от тях се поставя в запечатана капсула със сух въздух и е основният параметър. Вторият термистор е монтиран в перфорирана капсула, която взаимодейства с въздушните маси. И двата термистора са разположени в рамената на измервателния мост за сравнение на показанията.

Когато въздушното пространство се овлажнява, термисторът в перфорираната капсула се покрива с влага. Слоят течност започва да се изпарява от повърхността на резистора, поради което се охлажда по-бързо, в резултат на което характеристиките на устройството се променят. Поради разликата в съпротивлението между двата термистора, мостът ще бъде извън равновесие.Колкото по-голяма е влажността, толкова повече ще се промени електрическата стойност, тъй като токът или напрежението се променят, ще се определи степента на влажност.

Оптичен

Ориз. 4. Принципът на действие на оптичния сензор за влажност

Оптичният сензор за влажност работи на принципа на определяне на точката на оросяване - състоянието на околната среда, при което парообразната влага от въздуха се утаява под формата на капчици върху повърхността. Принципът на работа на такова устройство се основава на следната последователност от операции:

  • От едната страна огледалото се нагрява или охлажда, за да се получи точката на оросяване на повърхността му.
  • От друга страна, към него се подава лъч светлина, излъчван, като правило, от отделно инсталиран светодиод.
  • Светлината се отразява от огледалото и удря фотодиод или друг фоточувствителен елемент, който реагира на интензитета на светлинния поток.
  • Когато на повърхността на огледалото се появят капки, светлината ще се пречупи, интензитетът на потока ще намалее и количеството ток, преминал през фотодиода, ще се промени.

Оптичният сензор за влажност се смята за най-точният, но и най-скъпият. Основната трудност при работата с такова устройство е необходимостта повърхността да се поддържа чиста, в противен случай точността на измерване ще бъде значително намалена.

Електронно

Работата на електронния сензор за влажност се основава на принципа на промяна на състоянието на електролита в зависимост от фактора влажност. Такова устройство е оборудвано със сонда, обикновено с два раздалечени електрода. Електродите се поставят в контролирано пространство и при подаване на напрежение започват да провеждат електричество. Когато пролуката между електродите се намокри, проводимостта ще се увеличи и токът ще се увеличи.

Тези модели са чудесни за електронни системи като измервателно тяло, което анализира нивото на влажност. Те могат да бъдат свързани към най-простите микроконтролери или релета.

Механични

Ориз. 5. Механичен сензор за влажност

За разлика от предишните видове сензори, влажността се измерва с помощта на механични движения. Най-популярните са теглото и косата.

Първият тип включва тръби, пълни с хигроскопично вещество, обикновено калциев хлорид или магнезиев перхлорат. Който абсорбира влагата от околната среда и увеличава масата си. С увеличаване на теглото стрелката на везната се движи механично.

Косата за удължаване работи на принципа на удължаване на човешка коса, тъй като е изложена на влага. Механичните сензори са с ниска цена, не изискват допълнително захранване, но имат относително голяма грешка.

Схеми на свързване

Сензорът за влажност може да има различни цели, които ще определят неговата схема на свързване. Като най-прост пример, разгледайте опцията за свързване към аспиратора.

Ориз. 6. Пример за свързване на сензор за влажност към аспиратора

Както можете да видите на диаграмата, фазовият проводник L е свързан чрез превключвателя на сензора. Когато въздухът е наситен с влага до зададената граница, контактите ще се затворят и захранващата верига на вентилатора ще бъде подадена. Което ще доведе до принудителна вентилация на помещението.

Ориз. 7. Схема на свързване на сензора за влажност към микроконтролера

Както можете да видите, тази диаграма показва принципа на работа на сензор за влажност чрез аналогов сигнал. Тук връзката се осъществява чрез свързване на изходите на сензора към клемите на микроконтролера Arduino:

  • VCC към Arduino пин 7;
  • GND към GND конектор;
  • A0 до A0 със същото име.

Също така препоръчвам да се запознаете с проекта за метеорологична станция Arduino.

Характеристики на сензорите за влажност

В ежедневието човек трябва да решава редица както производствени, така и битови задачи. И за всеки от тях е необходимо да изберете подходящия тип сензор за влажност. Най-важният критерий за измерване е контролираната среда.

За почвата.

Ориз. 8. Използване на сензора за влажност на почвата

Благодарение на инсталирането на сензор за влажност е възможно да се осигури автоматично поливане на лехи или саксии с разсад. За това най-често се използват електронни сензори, чиято сонда се монтира в почвата на растението.

При поливане съдържанието на влага в земята се увеличава, което значително повишава проводимостта на почвата. Веднага щом водата се изпари, почвата ще изсъхне и съпротивлението между сензорните електроди отново ще се увеличи.

За въздух.

Капацитивните, резистивните, термисторните и оптичните сензори са чудесни за въздух. Вътре или около чувствителните елементи газът с измерена влага циркулира лесно.

Сензорите със запечатани или запечатани сонди реагират по-слабо на промени във влажността. Следователно те са подходящи за среда, където концентрацията на влага се променя плавно, без резки промени.

Области на приложение

Водата играе важна роля не само в човешкия живот, но и в редица технологични процеси. Следователно обхватът на сензора за влажност е доста обширен:

  • Производство на химикали и суровини;
  • При транспортиране на горива и смазочни материали;
  • В съответствие с точка 5.7.2 от GOST R 54082-2010, сензорите за влажност се използват в тестови камери за определяне на концентрацията на водна пара;
  • За целите на фармацевтично производство и съхранение;
  • За поддръжка на хладилни агрегати;
  • Във фабриките за обработка на хартия и целулоза;
  • В областта на производството и преработката на храни;
  • За контрол на климата в лаборатории, складове, жилищни помещения и др.;
  • За селското стопанство и леката промишленост.

Референции

    Berliner M.A. "Измервания на влага" 1973
  1. Wigleb G. "Sensors" 1989
  2. Fryden J. „Модерни сензори. Наръчник» 2005
  3. RMG 75-2014 GSI

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Електротехник