16.04.2014
Određivanje kvantitativnih pokazatelja vlažnosti gasovitih medija, tečnosti, čvrstih i zrnastih tela je tražen zadatak u gotovo svim oblastima industrije, privredne i naučne delatnosti i raznim vrstama proizvodnje. Sve metode za određivanje indikatora vlažnosti dijele se na direktne i indirektne. Direktna metoda uključuje direktno odvajanje suhe tvari u materijalu koji se proučava od vlage. Princip indirektnih metoda je mjerenje fizičkih veličina koje imaju funkcionalni odnos sa sadržajem vlage u tvari ili materijalu.
Potreba za kontinuiranim mjerenjem, praćenjem i regulacijom sadržaja vlage u različitim supstancama doprinijela je razvoju i razvoju kompaktnih senzorskih uređaja - senzora vlage. Oni su uvelike olakšali proces danonoćne detekcije koncentracije molekula vode u analiziranom materijalu. Savremeni senzori dodira moraju ispuniti niz zahtjeva: pored visoke tačnosti, osjetljivosti i brzine rada, ovi uređaji moraju imati širok mjerni opseg, pokrivenost od nekoliko redova veličine analizirane veličine i stabilnost očitavanja.
Primene senzora
Mjerenje indikatora vlažnosti neophodno je u područjima djelatnosti kao što su:
- hemijska proizvodnja;
- transport goriva;
- farmaceutski proizvodi;
- polimerizacija;
- stočarstvo;
- skladištenje proizvoda;
- održavanje hladnjaka i zamrzivača;
- drvoprerađivačka industrija;
- rad prehrambenih prodavnica;
- poljoprivredna industrija itd.
Vrste senzora vlažnosti
Senzori za mjerenje vlage se klasificiraju prema različitim kriterijima, na primjer prema:
- agregatno stanje i strukturne karakteristike materijala koji se analizira;
- uslovi i način rada - postoje senzori za kontinuirano i diskretno upravljanje i mjerne aktivnosti;
- način mjerenja - senzori su protočni i potopljeni;
- metoda za određivanje indikatora vlažnosti.
Poslednji kriterijum je doprineo identifikaciji dve velike grupe koje su veoma tražene: sorpcioni i sorpciono-impedansni senzori.
Sorpcijski senzori vlažnosti
Za određivanje i kontrolu manjih koncentracija vlage koriste se senzori sorpcionog tipa, čiji se princip mjerenja zasniva na metodama praćenja piezosorpcije i sorpciono-impedanse.
Glavni funkcionalni element takvih senzora je sorpcijski sloj, koji je u kontaktu s istraživačkim okruženjem sposoban apsorbirati vodenu paru. Često ovaj sloj igra polimerni film ili materijal na bazi visoko poroznih neorganskih oksida.
Što su veće dimenzionalne karakteristike unutrašnjih šupljina materijala, to je efikasniji senzor zasnovan na njemu. Stoga su optimalni elementi za analizu porozni i mezoporozni materijali. Važno je napomenuti da povećanje osjetljivosti na vlagu senzora koji koriste takav materijal također može biti praćeno povećanjem greške mjerenja. S tim u vezi, razvoj i proizvodnja senzora vlažnosti zahtijeva posebnu kontrolu i pridržavanje tehnologija za formiranje osjetljivog elementa.
Senzori za sorpciju koji se koriste za praćenje vlažnosti različitih okruženja mogu imati „sendvič“ strukturu. Senzor se proizvodi na podlozi od staklokristalnog materijala ili polikor punila. Elektrode su izrađene od nikla sa premazom od vanadijuma. Osjetljivi hidrofilni sloj predstavljen je posebnim nanostrukturiranim filmom polimera, čije se formiranje odvija posebnom tehnikom. Posebno tanak zlatni premaz nanosi se na sloj rezultirajućeg dielektričnog filma (membrane ovog filma su sposobne da selektivno propuštaju molekule vode), koji preuzima funkciju druge elektrode. Direktan raspored kontakata na nivou donje elektrode osigurava pouzdan dizajn. Vremenska konstanta je bitna:
- za senzor relativne vlažnosti – 1-2 s;
- za senzor mikrovlažnosti - od 10 do 180 s, tako širok raspon je određen ovisnošću o razini proučavane koncentracije vlage.
Posebna tehnologija termičke obrade za senzor vlažnosti pomaže u smanjenju greške uređaja na 2%.
Senzor vlage tipa sendvič:
1. Baza senzora;
2. Donje elektrode;
3. Sorbent film;
4. Gornja elektroda.
Rad senzora vlažnosti često uključuje korištenje mjerača temperature. Ovo pomaže u poboljšanju tačnosti studija životne sredine, osigurava ispravnu konverziju mjernih jedinica i dobija najtačnije vrijednosti apsolutne i relativne vlažnosti.
Posebnu ulogu imaju senzori relativne vlažnosti pri praćenju atmosfere, klime industrijskih prostorija i stambenih zgrada. Također, rad hidrometeorološke opreme, uključujući sonde, je neophodan bez ovih senzora.
Senzori koji se koriste za praćenje parametara mikrovlažnosti traženi su pri proučavanju ekstremno čistih aktivnih plinova i njihovih medija (primjer je argon ili kisik). Stoga elektronska industrija, laboratorijske zgrade itd. ne mogu bez takve mjerne opreme.
Senzori sorpcijske impedancije
Senzori sorpcijske impedancije pomažu u određivanju koncentracije vlage u različitim okruženjima. Prednosti ovih uređaja za praćenje vlažnosti su:
- visoke stope osjetljivosti;
- jednostavna proizvodna tehnologija;
- kompaktnost proizvoda.
Rad takvog senzora temelji se na ovisnosti kompleksnog otpora sorpcionog sloja o zapremini vlage koju apsorbira. Takvi senzori vlažnosti mogu imati dvije mogućnosti dizajna:
- gore opisana „sendvič“ struktura;
- sa ravnim postavljanjem elektroda, često imaju oblik češlja.
Karakteristike kalibracije sorpciono-impedansnih mjernih instrumenata vlažnosti zavise od sorpcionog materijala. U početku su higroskopni aditivi koji formiraju jone u obliku soli (kao što su litijum hlorid, berilijum fluorid, itd.) delovali kao sorpcioni sloj. Mjerne senzore ovog tipa karakteriziraju nedostaci - niska stabilnost indikatora, manja osjetljivost i velika vjerovatnoća grešaka.
Na temelju toga, moderni proizvođači rijetko koriste soli koje tvore jone kao neovisno sredstvo koje prima vlagu. Higroskopna sol je dobila pomoćnu ulogu u proizvodnji senzora - koristi se kao impregnacijski materijal ili dodatak za povećanje osjetljivosti na vlagu. Glavna primjena u raznim oblastima su mjerači impedancije sa polimernim sorbentima (i organskim i neorganskim) na bazi metalnih oksida. Premaz može biti tankoslojni ili debeloslojni.
Proces poboljšanja senzora vlažnosti
U domaćoj i stranoj proizvodnji senzora vlažnosti vidljiv je efikasan smjer razvoja - razvoj inovativnih kompozicija osjetljivih na vlagu. Općenito, ovu industriju karakteriziraju sljedeće karakteristike:
- neizbježan prelazak na grupnu planarnu mikroelektronsku proizvodnu tehnologiju (koristi se i tankoslojni i debeli film);
- stvaranje multitasking uređaja, na primjer, integrirani senzori temperature i vlažnosti. Rad takvih senzora ne samo da pomaže u povećanju točnosti mjerenja, već i dovodi do pojednostavljenja procesa njihove kalibracije;
- dovođenje do jedinstvenog dizajna sistema senzora vlažnosti, kao i objekata za obradu signala u pozadini široke upotrebe mikroprocesora.
Postojanje širokog spektra modela senzora vlažnosti može se objasniti činjenicom da nijedan od njih nije univerzalan. Svaki tip senzora ima svoje specifičnosti, ima prednosti i nedostatke, što znači da pri izboru uređaja treba uzeti u obzir karakteristike njegove primjene.
Praćenje vlažnosti sa EXIS instrumentacijom
Na osnovu proizvedenih senzora vlažnosti, Ekološki senzori i sistemi dd razvijaju automatizovane višekanalne sisteme, kao i stacionarne i mobilne verzije kontrolnih i mernih instrumenata. Potonji se koriste za praćenje indikatora relativne vlažnosti i temperature (uređaji linije IVTM-7), u studijama mikrovlažnosti gasova (linija IVG-1).
Vrijedi napomenuti da u publikacijama za znanstveno-istraživačke i tehničke svrhe koncept senzora vlage podrazumijeva uređaje koji sadrže element osjetljiv na vlagu (senzor) i električni krug za prijem i pretvaranje signala sa senzora u potrebnu vrijednost. Zbog toga se uređaji za nadzor često nazivaju senzorima.
Uređaji koji se razvijaju koriste se za rešavanje problema u proizvodnim uslovima, obezbeđujući uslove za udoban i bezbedan rad radnika u različitim industrijskim oblastima. Primjer je korištenje mjernih instrumenata u elektronici, hemijskim postrojenjima, nuklearnim elektranama itd.
Proizvedeni uređaji imaju sve potrebne karakteristike za kombinovanje uređaja u zajedničku mjernu mrežu. Konfiguracija takve mreže može uključivati višekanalne i jednokanalne uređaje, mrežne i prijenosne modele i mjerne pretvarače. Rad inovativnih mjernih sistema karakteriziraju distribuirana upravljačka shema, daljinsko upravljanje (uključujući i preko interneta) i druge moderne tehnologije za kontrolno-mjerne aktivnosti.
Nesreće na vodovodu u kući se često ne događaju iznenada. Prvo će početi da curi, zatim da kaplje, a onda može da pukne. I susjedi iznad mogu također početi da plavljuju. I bolje je da to saznate ranije, a ne kada vas probudi kiša sa plafona. Radi vlastitog mira, odlučio sam igrati na sigurno i napraviti zvučni alarm za vlagu. Sada imam takvu igračku pored svakog radijatora, ispod svakog sudopera i na drugim vodoopasnim mjestima. Ovaj budni čuvar će upozoravati na opasnost zavijanjem policijske sirene. Uređaj se može koristiti i za signalizaciju visoke vlažnosti u prostoriji ili stvaranja kondenzacije.
specifikacije:
Napon napajanja - 12 volti.
Potrošnja struje u mirovanju - ne.
Potrošnja struje u režimu rada je 20 mA.
detalji:
D1- K561LA7- 1 kom. Analogni - CD4011A.
T1, T2- KP505- 2 kom. Bilo koji n-kanalni MOSFET sa naponom gejta koji ne prelazi 3 volta.
C1- 0,1 µF. Keramika.
C2, C3- 22 nf. Keramika.
R2- 1 soba - 1 kom. Otpornik 0125W.
R4- 3.3 sobe - 1 kom. Otpornik 0125W.
R6- 47 soba - 1 kom. Otpornik 0125W.
R1- 68 soba - 1 kom. Otpornik 0125W.
R3- 100 jedinica - 1 kom. Otpornik 0125W.
R5- 220 soba - 1 kom. Otpornik 0125W.
ZP-18- 1 kom. Bilo koji piezokeramički emiter.
S1- Bilo koji prekidač.
Bat 12 V - AA baterija od privjeska za alarm.
Opis posla:
Kako se vlažnost povećava, otpor senzora se smanjuje i tranzistor T2 se otvara. Oba generatora D1 čipa su uključena. Generator baziran na elementima D1-3 i D1-4 radi na frekvenciji od približno 1 herca, generator baziran na elementima D1-1 i D1-2 radi na frekvenciji vašeg emitera (morate ga podesiti za maksimalnu jačinu zvuka, u mom slučaju oko tri kiloherca). Tranzistor T1 sa frekvencijom od 1 herca povezuje i isključuje kapacitet C3 povezan paralelno sa kapacitivnošću C2, zbog čega se mijenja ton drugog generatora i dobiva se imitacija zvuka sirene.
Postavka:
Kada je pravilno sastavljen, uređaj ne zahtijeva konfiguraciju.
Da biste smanjili osjetljivost uređaja, morate smanjiti otpornik R5, da biste povećali osjetljivost, povećajte ga.
Kod ovih elemenata alarm se aktivira dodirom ruke.
Da biste povećali jačinu zvuka, možete odabrati frekvenciju pomoću C2 i C3 koja odgovara vašem rezonatoru.
Bilo koja dva vodiča koja se nalaze blizu jedan drugom mogu se koristiti kao senzor vlažnosti. Izrezao sam nekoliko susjednih staza na PCB-u od folije.
Nema puno dijelova i priključaka, pa sam odlučio da ne pravim štampanu ploču.
Teško je bilo šta reći o cijeni, svi detalji su bili na dohvat ruke. Najskuplji element je baterija - 30 rubalja.
Dokumentacija
Kako odabrati senzor vlage
Najvažniji tehnički parametri koje treba razmotriti prilikom odabira senzora vlage su:
- tačnost
- ponovljivost
- zamjenjivost
- dugoročna stabilnost
- oporavak od kondenzacije
- otpornost na hemijska i fizička zagađenja
- veličina
- okvir
- Cijena
Dodatni faktori koje treba razmotriti mogu uključivati troškove zamjene, kalibraciju, složenost dizajna, pouzdanost pojačala signala i kola za obradu podataka. Da bismo razmotrili sve ponude koje su dostupne na modernom tržištu elektroničkih komponenti, potrebno je razmotriti glavne tipove senzora vlažnosti i općenite principe rada svakog od njih.
Kapacitivni senzori relativne vlažnosti (RH).
Kapacitivni senzori vlažnosti imaju široku primjenu u modernoj industrijskoj opremi, kućanskim aparatima i telemetrijskim sistemima za prikupljanje meteoroloških podataka.
Takvi senzori su strukturno sastavljeni od podloge na kojoj se između dvije vodljive elektrode nalazi tankoslojni polimer ili metalni oksid. Osetljiva površina je prekrivena poroznom metalnom elektrodom radi zaštite od kontaminacije i kondenzacije. Podloga je obično od stakla, keramike ili silicijuma. Inkrementalne promjene dielektrične konstante kapacitivnog senzora vlažnosti gotovo su direktno proporcionalne relativnoj vlažnosti okolnog zraka. Kada vlažnost zraka varira za 1%, kapacitivnost se mijenja za 0,2-0,5 pF, a pri 50% vlažnosti (25°C) fluktuacije mogu doseći od 100 do 500 pF.
Kapacitivne senzore vlažnosti karakterizira nizak temperaturni koeficijent, sposobnost rada na visokim temperaturama (do 200°C), sposobnost potpunog oporavka od kondenzacije i umjerena otpornost na hemijska isparenja. Vrijeme odziva senzora kreće se od 30 do 60 s za korak vlažnosti od 63%.
Savremene tehnologije za proizvodnju kapacitivnih senzora integrisale su mnoga dostignuća u poluvodičkoj elektronici kako bi se postigla minimalna pomeranja parametara i histereza tokom dugotrajnog rada. Na primjer, tankoslojni kapacitivni senzori mogu integrirati monolitni čip za pojačalo signala na podlogu. Često moderna pojačala signala imaju CMOS generator za izglađivanje linearnog izlaznog signala.
Kapacitivni senzori tačke rose
Tankoslojni kapacitivni senzori karakteriziraju se diskretnom promjenom signala pri niskoj relativnoj vlažnosti. Njihov rad karakteriše stabilnost i minimalni pomaci tokom čitavog perioda rada. Međutim, takvi senzori nemaju linearni izlaz kada relativna vlažnost padne ispod nekoliko procenata. Ova karakteristika senzora dovela je do razvoja sistema za merenje tačke rosišta koji kombinuje kapacitivni senzor sa mikroprocesorskim krugom koji pohranjuje podatke o kalibraciji u neisparivoj memorijskoj jedinici. Ovakav pristup rješavanju problema značajno je smanjio cijenu higrometara i predajnika tačke rose, koji se koriste u sistemima klimatizacije i telemetrijskim sistemima za prikupljanje meteoroloških podataka. Senzori su postavljeni na čip koji ima izlazni signal napona u zavisnosti od nivoa relativne vlažnosti. Mikroprocesorska kontrola čuva nivo napona na nivou 20 u temperaturnom opsegu -40...27°C. Referentne vrijednosti su potvrđene NIST higrometrom koji koristi Peltierovu tehnologiju hlađenog ogledala. Nivo napona na tački rosišta i tački smrzavanja pohranjen je u EPROM memoriji senzora. Mikroprocesor koristi ove podatke za izračunavanje algoritma linearnog odnosa dok istovremeno mjeri temperaturu suhog termometra i pritisak vodene pare. Kada se odredi pritisak vodene pare, temperatura tačke rosišta se izračunava iz termodinamičkog odnosa pohranjenog u EPROM memoriji. Korelacija sa tehnologijom merenja ohlađenog ogledala je iznad ±2°C za tačku rose u opsegu -40...-7°C i iznad ±1°C u opsegu -7...27°C. Dugoročna stabilnost senzora je manja od 1,5°C godišnje. Merni instrumenti zasnovani na ovom principu imaju široku primenu u različitim primenama zbog svoje atraktivne cene u poređenju sa instrumentima zasnovanim na tehnologiji rashlađenog ogledala.
Otporni senzori vlažnosti
Otporni senzori vlažnosti otkrivaju promjene u električnom otporu higroskopnog medija (na primjer, provodnog polimera, soli ili tretirane podloge).
Otporni senzori su bifilarni. Jednom premazani higroskopnim polimerom, njihova otpornost je obrnuto proporcionalna vlažnosti.
Tipično, otporni senzori se sastoje od metalnih elektroda nanesenih na podlogu pomoću fotootpornika ili namotanih na plastični ili stakleni cilindar elektrode. Podloga je obložena fiziološkim rastvorom ili provodljivim polimerom. Kada se otopi ili stavi u tečnu tvar, ravnomjerno oblaže senzor. U drugom slučaju, supstrat se može tretirati nekim hemijskim reagensom, na primjer kiselinom. Senzor upija vodenu paru i jonske grupe se razgrađuju, što povećava električnu provodljivost. Vrijeme odziva za većinu otpornih senzora je 10 do 30 sekundi za korak mjerenja od 63%. Opseg otpora tipičnog otpornog elementa kreće se od 1 kΩ do 100 MΩ.
Većina otpornih senzora koristi AC pobudni napon bez istosmjerne pristranosti kako bi spriječili polarizaciju senzora. Rezultirajuća struja se pretvara i ispravlja u DC naponski signal za dalje pojačanje, linearizaciju ili analogno-digitalnu konverziju.
Nazivna frekvencija je od 30 Hz do 10 kHz.
Otporni senzori nisu potpuno otporni zbog kapacitivnog efekta u rasponu od 10-100 MΩ. Glavna prednost otpornih senzora vlažnosti je njihova odlična zamjenjivost (obično ±2% RH), što omogućava korištenje otpornika za kalibraciju kruga za pojačavanje signala na fiksnom nivou vlažnosti. Ovo eliminiše potrebu za standardima kalibracije vlažnosti. Preciznost svakog otpornog senzora vlažnosti može se izmeriti u kalibracionom rezervoaru ili korišćenjem namenskog kompjuterskog sistema. Opseg radne temperature otpornih senzora vlažnosti je od -40 do 100°C.
U kućnoj i komercijalnoj upotrebi, vijek trajanja takvih senzora je više od 5 godina, međutim, izlaganje kemijskim parama i drugim zagađivačima (na primjer, ulje) može dovesti do njihovog prijevremenog kvara. Još jedan nedostatak otpornih senzora vlažnosti je njihova sklonost pomjeranju vrijednosti kada rade u kondenzatu ako se koristi premaz rastvorljiv u vodi. Otporni senzori imaju značajnu temperaturnu ovisnost kada se koriste u okruženjima s velikim temperaturnim promjenama (većim od 10°F). U isto vrijeme, u dizajn senzora može se dodati krug termalne kompenzacije kako bi se povećala njegova preciznost. Dakle, glavne prednosti otpornih senzora su mala veličina, niska cijena, zamjenjivost i dugoročna stabilnost.
Moderni otporni senzori dizajnirani su korištenjem keramičkog premaza kako bi se smanjilo stjecanje okolišnih uvjeta kada dođe do kondenzacije. Senzori se sastoje od keramičke podloge s metalnim elektrodama nanesenim fotorezist tehnologijom. Površina podloge je presvučena provodljivim polimerom (ili mješovitim keramičkim sastavom), a sam senzor je smješten u zaštitno plastično kućište sa filterom za prašinu.
Vezivni materijal je keramički prah suspendovan u tečnom mediju. Nakon što je površina premazana i osušena, senzori se tretiraju visokom temperaturom. Rezultat je debeli filmski premaz, nerastvorljiv u vodi, koji u potpunosti štiti senzor od kondenzacije.
Jednom uronjen u vodu, tipično vrijeme oporavka do 30% za senzor s keramičkom podlogom je 5-15 minuta, ovisno o brzini zraka.
Zamjenjivost senzora je manja od 3% u opsegu mjerenja od 15-95% relativne vlažnosti. Preciznost je ±2%. Kada se senzor koristi u kombinaciji sa krugom za pojačavanje signala, izlazni napon je direktno proporcionalan relativnoj vlažnosti okoline.
Toplotno provodljivi senzori apsolutne vlažnosti
Takvi senzori mjere apsolutnu vlažnost tako što određuju razliku između toplotne provodljivosti suhog zraka i zraka zasićenog vodenom parom.
Toplotno provodljivi senzori se često koriste za mjerenje apsolutne vlažnosti pri visokim temperaturama. Njihov princip rada se veoma razlikuje od otpornih i kapacitivnih senzora.
Ako su vazduh ili gas suvi, oni imaju značajnu sposobnost da apsorbuju toplotu. Tipičan primjer je pustinjska klima. Pustinja je veoma vruća tokom dana, ali noću temperatura naglo pada zbog suhe atmosferske klime. Suprotno tome, vlažna klima ne može se tako brzo ohladiti jer se toplina skladišti vodenom parom u atmosferi.
Toplotno provodljivi senzori vlažnosti (ili senzori apsolutne vlažnosti) sastoje se od dva usklađena NTC termistora povezana u premosni krug. Izlazni napon mosta je direktno proporcionalan apsolutnoj vlažnosti. Jedan termistor je hermetički zatvoren u suvom azotu, a telo drugog je otvoreno.
Kada struja prolazi kroz termistore, termički otpor povećava temperaturu na više od 200°C. Toplota koja se rasipa iz zatvorenog termistora veća je od toplote otvorenog termistora zbog razlike u toplotnoj provodljivosti između vodene pare i suhog dušika. Budući da rasipanje topline stvara različite radne temperature, razlika u otporu termistora je proporcionalna apsolutnoj vlazi.
Jednostavna montaža otpornika daje izlazni napon u rasponu od 0 - 130 g/kub.m na 60°C. Kalibracija se vrši stavljanjem senzora u suvi zrak ili dušik i podešavanjem izlaznog signala na nulu. Senzori apsolutne vlažnosti imaju dug vek trajanja, njihova radna temperatura dostiže 300°C, a kućište senzora je otporno na hemijske pare.
Uređaj koji mjeri nivoe vlage naziva se higrometar ili jednostavno senzor vlažnosti. U svakodnevnom životu, vlažnost je važan parametar, i to često ne samo za sam običan život, već i za raznu opremu, te za poljoprivredu (vlaga tla) i još mnogo toga.
Konkretno, naše blagostanje mnogo zavisi od stepena vlažnosti vazduha. Posebno su osjetljivi na vlagu ljudi koji su ovisni o vremenskim prilikama, kao i osobe koje pate od hipertenzije, bronhijalne astme i bolesti kardiovaskularnog sistema.
Kada je vazduh veoma suv, čak i zdravi ljudi osećaju nelagodu, pospanost, svrab i iritaciju kože. Često suhi zrak može izazvati bolesti respiratornog sistema, počevši od akutnih respiratornih infekcija i akutnih respiratornih virusnih infekcija, pa čak i do upale pluća.
U preduzećima vlažnost vazduha može uticati na bezbednost proizvoda i opreme, au poljoprivredi je jasan uticaj vlage u zemljištu na plodnost itd. senzori vlažnosti - higrometri.
Neki tehnički uređaji se inicijalno kalibriraju na strogo traženu vrijednost, a ponekad je za fino podešavanje uređaja važno imati tačnu vrijednost vlažnosti u okolini.
Vlažnost može se izmjeriti s nekoliko mogućih veličina:
Da bi se odredila vlažnost i vazduha i drugih gasova, merenja se vrše u gramima po kubnom metru kada se govori o apsolutnoj vrednosti vlažnosti, odnosno u RH jedinicama kada se govori o relativnoj vlažnosti.
Za merenje vlažnosti čvrstih materija ili tečnosti, prikladna su merenja kao procenat mase ispitnih uzoraka.
Za određivanje sadržaja vlage u loše pomiješanim tekućinama, mjerne jedinice će biti ppm (koliko dijelova vode ima 1.000.000 dijelova težine uzorka).
Prema principu rada, higrometri se dijele na:
kapacitivni;
otporan;
termistor;
optički;
elektronski.
Kapacitivni higrometri, u svom najjednostavnijem obliku, su kondenzatori sa zrakom kao dielektrikom u procjepu. Poznato je da je dielektrična konstanta zraka direktno povezana s vlažnošću, a promjene vlažnosti dielektrika dovode do promjene kapacitivnosti zračnog kondenzatora.
Složenija verzija kapacitivnog senzora vlažnosti u zračnom rasporu sadrži dielektrik s dielektričnom konstantom koja može jako varirati pod utjecajem vlage. Ovaj pristup čini kvalitet senzora boljim od jednostavnog posedovanja vazduha između ploča kondenzatora.
Druga opcija je veoma pogodna za merenje sadržaja vode u čvrstim materijama. Predmet koji se proučava postavlja se između ploča takvog kondenzatora, na primjer, predmet može biti tablet, a sam kondenzator je spojen na oscilatorni krug i na elektronski generator, dok se mjeri prirodna frekvencija rezultirajućeg kruga , a iz izmjerene frekvencije se „izračunava“ kapacitivnost dobivena dodavanjem ispitnog uzorka.
Naravno, ova metoda ima i neke nedostatke, na primjer, ako je vlažnost uzorka ispod 0,5%, bit će neprecizna, osim toga uzorak koji se mjeri mora biti očišćen od čestica visoke dielektrične konstante, a oblik uzorka je takođe važno tokom procesa merenja; ne bi trebalo da se menja tokom studije.
Treći tip kapacitivnog senzora vlažnosti je kapacitivni tankoslojni higrometar. Sadrži podlogu na koju se nanose dvije češljaste elektrode. U ovom slučaju češljaste elektrode igraju ulogu ploča. Za potrebe temperaturne kompenzacije, u senzor se dodatno uvode dva dodatna temperaturna senzora.
Takav senzor uključuje dvije elektrode koje se nanose na podlogu, a na same elektrode se nanosi sloj materijala koji ima prilično mali otpor, koji, međutim, uvelike varira ovisno o vlažnosti.
Aluminij oksid može biti prikladan materijal za uređaj. Ovaj oksid dobro upija vodu iz vanjskog okruženja, dok mu se otpornost primjetno mijenja. Kao rezultat toga, ukupni otpor mjernog kruga takvog senzora značajno će ovisiti o vlažnosti. Dakle, nivo vlažnosti će biti označen količinom struje koja teče. Prednost senzora ovog tipa je njihova niska cijena.
Termistorski higrometar se sastoji od para identičnih termistora. Usput, podsjetimo da je ovo nelinearna elektronska komponenta, čiji otpor jako ovisi o njenoj temperaturi.
Jedan od termistora uključenih u kolo smješten je u zatvorenu komoru sa suhim zrakom. A drugi je u komori sa rupama kroz koje u nju ulazi vazduh karakteristične vlažnosti čiju vrednost treba izmeriti. Termistori su povezani u premosni krug, napon se dovodi na jednu od dijagonala mosta, a očitavanja se uzimaju sa druge dijagonale.
U slučaju kada je napon na izlaznim stezaljkama nula, temperature obje komponente su jednake, pa je i vlažnost ista. Ako se na izlazu dobije napon različit od nule, to ukazuje na prisutnost razlike vlažnosti u komorama. Dakle, vlažnost se određuje iz vrijednosti napona dobijenog tokom mjerenja.
Neiskusni istraživač može imati pošteno pitanje: zašto se temperatura termistora mijenja kada je u interakciji s vlažnim zrakom? Stvar je u tome da kako se vlažnost povećava, voda počinje da isparava iz tela termistora, dok se temperatura tela smanjuje, a što je veća vlažnost, to je isparavanje intenzivnije, a termistor se brže hladi.
4) Optički (kondenzacijski) senzor vlažnosti
Ovaj tip senzora je najprecizniji. Rad optičkog senzora vlažnosti zasniva se na fenomenu koji se odnosi na koncept „tačke rose“. U trenutku kada temperatura dostigne tačku rose, gasovita i tečna faza su u termodinamičkoj ravnoteži.
Dakle, ako uzmete staklo i ugradite ga u plinovito okruženje, gdje je temperatura u vrijeme istraživanja iznad tačke rose, a zatim započnete proces hlađenja ovog stakla, tada će na određenoj vrijednosti temperature početi kondenzacija vode. na površini stakla, ova vodena para će početi da se pretvara u tečnu fazu. Ova temperatura će biti tačka rose.
Dakle, temperatura tačke rose je neraskidivo povezana i zavisi od parametara kao što su vlažnost i pritisak u okolini. Kao rezultat toga, imajući sposobnost mjerenja tlaka i temperature rosišta, bit će lako odrediti vlažnost. Ovaj princip služi kao osnova za funkcionisanje optičkih senzora vlažnosti.
Najjednostavniji krug takvog senzora sastoji se od LED diode koja svijetli na površini ogledala. Ogledalo reflektuje svetlost, menjajući njen smer i usmeravajući je na fotodetektor. U tom slučaju, ogledalo se može grijati ili hladiti pomoću posebnog uređaja za kontrolu temperature visoke preciznosti. Često je takav uređaj termoelektrična pumpa. Naravno, na ogledalu je ugrađen senzor za mjerenje temperature.
Prije početka mjerenja, temperatura ogledala se postavlja na vrijednost koja je očigledno viša od temperature rosišta. Zatim se ogledalo postepeno hladi. U trenutku kada temperatura počne prelaziti tačku rose, kapljice vode će se odmah početi kondenzirati na površini ogledala, a svjetlosni snop diode će se zbog njih slomiti, raspršiti, a to će dovesti do smanjenja u struji u kolu fotodetektora. Putem povratne sprege, fotodetektor stupa u interakciju s regulatorom temperature ogledala.
Dakle, na osnovu informacija primljenih u obliku signala sa fotodetektora, regulator temperature će održavati temperaturu na površini ogledala tačno jednaku tački rosišta, a temperaturni senzor će u skladu s tim pokazivati temperaturu. Tako se uz poznati pritisak i temperaturu mogu precizno odrediti glavni indikatori vlažnosti.
Optički senzor vlažnosti ima najveću preciznost, nedostižnu drugim tipovima senzora, plus odsustvo histereze. Nedostatak je najviša cijena od svih, plus velika potrošnja energije. Osim toga, potrebno je osigurati da je ogledalo čisto.
Princip rada elektronskog senzora vlažnosti vazduha zasniva se na promeni koncentracije elektrolita koji pokriva bilo koji električni izolacioni materijal. Postoje uređaji sa automatskim grijanjem povezanim na tačku rose.
Često se tačka rosišta meri preko koncentrovanog rastvora litijum hlorida, koji je veoma osetljiv na minimalne promene vlažnosti. Za maksimalnu udobnost, takav higrometar često je dodatno opremljen termometrom. Ovaj uređaj ima visoku preciznost i malu grešku. Može mjeriti vlažnost bez obzira na temperaturu okoline.
Popularni su i jednostavni elektronski higrometri u obliku dvije elektrode, koje se jednostavno zabode u tlo, kontrolirajući njegovu vlažnost prema stupnju provodljivosti ovisno o toj vlažnosti. Takvi senzori su popularni među ljubiteljima jer možete jednostavno postaviti automatsko zalijevanje baštenske gredice ili cvijeta u saksiji, u slučaju da nemate vremena za ručno zalijevanje ili nije zgodno.
Prije nego kupite senzor, razmislite šta ćete morati izmjeriti, relativnu ili apsolutnu vlažnost, zrak ili tlo, koji je očekivani raspon mjerenja, da li je histereza važna i koja je točnost potrebna. Najprecizniji senzor je optički. Obratite pažnju na IP klasu zaštite, opseg radne temperature, zavisno od specifičnih uslova u kojima će se senzor koristiti i da li su parametri prikladni za vas.
Andrey Povny
Napisao sam puno recenzija o automatizaciji dacha, a pošto govorimo o dachi, automatsko zalijevanje je jedno od prioritetnih područja automatizacije. U isto vrijeme, uvijek želite uzeti u obzir padavine, kako ne biste nepotrebno pokretali pumpe i poplavili krevete. Mnoge kopije su pokvarene na putu do neprimetnog dobijanja podataka o vlažnosti tla. Pregledavamo još jednu opciju koja je otporna na vanjske utjecaje.
Par senzora je stigao za 20 dana u pojedinačnim antistatičkim vrećicama: 
Karakteristike na web stranici prodavca:):
Marka: ZHIPU
Tip: senzor vibracija
Materijal: mješavina
Izlaz: Preklopni senzor
Raspakivanje: 
Žica ima dužinu od oko 1 metar: 
Pored samog senzora, komplet uključuje i kontrolnu ploču: 
Dužina senzorskih senzora je oko 4 cm: 
Vrhovi senzora izgledaju kao grafit - postaju prljavi crni.
Zalemimo kontakte na šal i pokušamo spojiti senzor: 
Najčešći senzor vlažnosti tla u kineskim trgovinama je sljedeći: 
Mnogi ljudi znaju da ga nakon kratkog vremena eksterno okruženje pojede. Efekat korozije se može malo smanjiti uključivanjem struje neposredno pre merenja i isključivanjem kada nema merenja. Ali ovo se ne mijenja puno, ovako je moj izgledao nakon par mjeseci korištenja: 
Netko pokušava koristiti debelu bakrenu žicu ili šipke od nehrđajućeg čelika; alternativa dizajnirana posebno za agresivno vanjsko okruženje služi kao predmet pregleda.
Ostavimo ploču iz kompleta na stranu i prijeđimo na sam senzor. Senzor je otpornog tipa, koji mijenja svoj otpor ovisno o vlažnosti okoline. Logično je da je bez vlažnog okruženja otpor senzora ogroman: 
Spustimo senzor u čašu vode i vidimo da će njegov otpor biti oko 160 kOhm: 
Ako ga izvadite, sve će se vratiti u prvobitno stanje: 
Pređimo na testove na terenu. Na suvom tlu vidimo sledeće: 
Dodajte malo vode: 
Više (oko litra): 
Gotovo u potpunosti izlio jedan i pol litar: 
Dodao sam još jednu litru i čekao 5 minuta: 
Ploča ima 4 pina:
1 + snaga
2 zemlja
3 digitalna izlaza
4 analogna izlaza
Nakon testiranja, pokazalo se da su analogni izlaz i uzemljenje direktno povezani sa senzorom, tako da ako planirate koristiti ovaj senzor spojen na analogni ulaz, ploča nema puno smisla. Ako ne želite da koristite kontroler, možete koristiti digitalni izlaz; prag odziva se podešava potenciometrom na ploči. Šema povezivanja koju preporučuje prodavac kada koristite digitalni izlaz: 
Kada koristite digitalni ulaz: 
Hajde da sastavimo mali raspored: 
Ovdje sam koristio Arduino Nano kao izvor napajanja bez preuzimanja programa. Digitalni izlaz je spojen na LED. Smiješno je da crvena i zelena LED dioda na ploči svijetle na bilo kojoj poziciji potenciometra i vlažnosti okoline senzora, jedino što pri aktiviranju praga zeleno svjetlo svijetli malo slabije: 
Nakon što smo postavili prag, nalazimo da kada se na digitalnom izlazu 0 postigne navedena vlažnost, ako postoji nedostatak vlage, napon napajanja je: 
Pa, pošto imamo kontroler u rukama, napisaćemo program za provjeru rada analognog izlaza. Povezujemo analogni izlaz senzora na pin A1, a LED na pin D9 Arduino Nano.
const int analogInPin = A1; // senzor const int analogOutPin = 9; // Izlaz na LED int sensorValue = 0; // čitanje vrijednosti sa senzora int outputValue = 0; // izlaz vrijednosti na PWM pin sa LED void setup() ( Serial.begin(9600); ) void loop() ( // čitanje vrijednosti senzora sensorValue = analogRead(analogInPin); // prevođenje raspona mogućih vrijednosti senzora (400-1023 - eksperimentalno podešeno) // u rasponu PWM izlaza 0-255 outputValue = map(sensorValue, 400, 1023, 0, 255); // uključite LED na specificiranu svjetlinu analogWrite(analogOutPin, outputValue) ); // prikazujemo naše brojeve Serial.print ("sensor = "); Serial.print(sensorValue); Serial.print("\t output = "); Serial.println(outputValue); // kašnjenje odgode(2) ; )
Prokomentirao sam cijeli kod, svjetlina LED-a je obrnuto proporcionalna vlažnosti koju detektuje senzor. Ako nešto trebate kontrolirati, dovoljno je usporediti dobivenu vrijednost s određenim eksperimentalno utvrđenim pragom i, na primjer, uključiti relej. Jedino što preporučujem je da obradite nekoliko vrijednosti i koristite prosjek za poređenje sa pragom, jer su mogući nasumični skokovi ili padovi.
Uronimo senzor i vidimo: 
Izlaz kontrolera: 
Ako ga uklonite, izlaz kontrolera će se promijeniti: 
Video rada ovog testnog sklopa:
Općenito, svidio mi se senzor, djeluje otporno na vanjsko okruženje, vrijeme će pokazati da li je to istina.
Ovaj senzor se ne može koristiti kao tačan indikator vlažnosti (kao svi slični), njegova glavna primjena je određivanje praga i analiza dinamike.
Ako bude interesovanja, nastaviću da pišem o svojim seoskim zanatima.
Hvala svima koji su ovu recenziju pročitali do kraja, nadam se da će nekome ova informacija biti korisna. Potpuna kontrola nad vlagom tla i dobrota svima!
