Оптический датчик влажности отличается высочайшей точностью, которую не могут обеспечить другие типы датчиков, и не имеет гистерезиса. Однако следует учитывать его недостаток — наивысшую стоимость по сравнению с другими вариантами и достаточно высокое потребление электроэнергии. Кроме того, важно следить за чистотой зеркала, чтобы обеспечить корректные измерения.
Датчик влажности. Как он устроен и работает?
Прибор, используемый для измерения уровня влажности, носит название гигрометра, или же просто датчика влажности. В нашей повседневной жизни влажность является важным параметром, который имеет значение не только для обычных бытовых условий, но также критически важен для работы различных технических устройств, сельского хозяйства (например, влажность почвы) и многих других областей.
Степень влажности воздуха непосредственно влияет на наше самочувствие. Метеозависимые люди, люди с гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, а также страдающие заболеваниями сердечно-сосудистой системы особенно чувствительны к изменениям влажности. При слишком низкой влажности воздуха даже люди без явных проблем со здоровьем могут начать испытывать дискомфорт, болезненность, сонливость, зуд и раздражение кожи. К тому же, недостаточная влажность может стать причиной ряда заболеваний дыхательных путей, начиная от острых респираторных заболеваний (ОРЗ) и заканчивая пневмонией.
На производственных предприятиях уровень влажности может серьезно влиять на сохранность сырья и готовой продукции, а в сельском хозяйстве влажность почвы имеет ключевое значение для подбора подходящих условий для роста растений и достижения высоких урожаев. В этой связи датчики влажности — гигрометры — являются незаменимым инструментом. Некоторые из этих технических устройств изначально калибруются под строго заданные условия, и для правильной их настройки требуется учитывать точные параметры влажности в окружающей среде.
Влажность может измеряться с использованием различных единиц измерения:
- Влажность как воздуха, так и других газов измеряется в граммах на кубометр (г/м³) для абсолютного значения влажности или в процентах относительной влажности (% RH).
- Влажность твердых тел и жидкостей может измеряться в процентах от массы рассматриваемого образца.
- Для определения влажности малоразмешиваемых жидкостей используются единицы измерения ppm (частей воды на 1 000 000 частей массы образца).
Как выбрать датчик влажности
Ключевые технические параметры, которые необходимо учитывать при выборе датчика влажности, включают в себя:
- точность
- повторяемость
- взаимозаменяемость
- долгосрочная стабильность
- восстановление после воздействия конденсата
- устойчивость к химическим и физическим загрязнениям
- размер
- корпус
- стоимость
Дополнительные факторы для рассмотрения могут включать стоимость замены, необходимость калибровки, сложность устройства, надежность усилителя сигнала и обработки данных. Для того чтобы ознакомиться с предложениями, доступными на современном рынке электронных компонентов, необходимо изучить основные типы датчиков влажности.
По принципу действия, гигрометры можно классифицировать на:
1) Емкостной датчик влажности
Емкостные гигрометры, в самом простом варианте, представляют собой конденсатор, в качестве диэлектрика в зазоре которого используется воздух. Известно, что диэлектрическая проницаемость воздуха напрямую зависит от уровня его влажности, а изменение влажности приводит и к изменениям емкости данного конденсатора.
Более сложный вариант емкостного датчика использует диэлектрик с высокой изменчивостью диэлектрической проницаемости в зависимости от влажности. Этот подход значительно улучшает характеристики датчика по сравнению с конструкцией, использующей просто воздух между обкладками конденсатора.
Второй вариант гигрометров подходит для определения содержания воды в твердых веществах. Образец помещается между обкладками конденсатора, например таблетка, и подключается к колебательному контуру с электронным генератором. Измеряя собственную частоту полученного контура, можно вычислить емкость, измененную в результате внесения образца. Тем не менее, данный метод имеет свои недостатки. Например, при влажности образца ниже 0.5% он теряет свою точность, и исследуемый объект должен быть очищен от частиц с высокой диэлектрической проницаемостью. Кроме того, форма образца во время измерений должна оставаться неизменной.
Третий тип емкостного датчика влажности — емкостный тонкопленочный гигрометр. Он включает в себя подложку с нанесенными на нее двумя гребенчатыми электродами. Эти гребенчатые электроды выполняют функцию обкладок, и для термокомпенсации в прибор дополнительно вносят два термодатчика.
2) Резистивный датчик влажности
Этот тип датчика состоит из двух электродов, нанесенных на подложку, на которые сверху наносится слой материала с низким сопротивлением, однако его сопротивление сильно меняется в зависимости от уровня влажности. Хорошим образцом такого материала может служить оксид алюминия. Данный оксид хорошо абсорбирует влагу из окружающей среды, при этом его удельное сопротивление заметно изменяется. В итоге общее сопротивление цепи, связанной с таким датчиком, будет значительно зависеть от уровня влажности, что позволяет оценивать влажность по величине протекающего тока. Основным преимуществом датчиков данного типа является их невысокая цена.
3) Термисторный датчик влажности
Термисторный гигрометр состоит из пары одинаковых термисторов. Напомним, термистор — это элемент с нелинейным сопротивлением, которое значительно зависит от температуры.
Немного истории
Первый гигрометр был создан на рубеже XV и XVI веков мечтами итальянского художника и изобретателя Леонардо да Винчи. Прототип современного устройства представлял собой весы с вертикальным циферблатом и стрелкой. На каждую чашу весов были помещены два легких шарика одинакового веса — один был выполнен из воска, а другой — из ваты. Когда уровень влажности повышался, вата впитывала воду, становилась тяжелее и перевешивала восковой шарик.
Стрелка в это время смещалась на несколько делений от нулевой отметки, указывая на уровень влажности воздуха.
Спустя три столетия швейцарский ученый Орас Бенедикт (1740-1799) изобрел волосной гигрометр, который основывался на способности обезжиренного волоса изменять свою длину в зависимости от уровня влажности. Стрелка прибора реагировала на длину волоса и перемещалась по шкале. Такой прибор мог измерять влажность воздуха в пределах от 30 до 100%. Таким образом, за пять сотен лет гигрометр прошел путь от простых весов до высокоточной современной электронной модели, популярной среди широких слоев населения.
Устройство и принцип работы
Простейший электронный гигрометр состоит из корпуса, дисплея, батарей и специальной пластины с нанесенным на нее хлористо-литиевым электролитом. Принцип работы этого устройства достаточно прост: через слой электролита проходит небольшое напряжение, которое передается на индикатор. При увеличении уровня влажности происходят изменения электрических характеристик, которые немедленно фиксируются и отображаются на цифровом дисплее.
Кроме измерения уровня влажности, многие электронные гигрометры оснащены выносным датчиком — термосенсором, который замеряет температуру воздуха как в помещении, так и вне его. Информация, полученная с помощью прибора, обновляется в режиме реального времени и выводится на экран.
Наглядность показателей на дисплее делает гигрометр простым и удобным прибором для использования в домашних условиях.
Области применения датчиков влажности
Примеры использования датчиков влажности могут значительно варьироваться в зависимости от конкретной отрасли и ее потребностей. Вот некоторые примеры применения датчиков влажности в различных сферах:
- Химическое производство — применение датчиков влажности в процессе химических реакций для контроля влажности реагентов и других веществ. Например, контроль влажности при производстве кислот и растворов.
- Транспортировка топлива — контроль влажности топлива в транспортных средствах и хранилищах, что предотвращает коррозию и повреждения топливной системы, а также увеличивает эффективность его сгорания.
- Фармацевтика — мониторинг уровней влажности в процессе производства и хранения лечебных средств для поддержания стабильного качества продукции и защиты от воздействия влаги.
- Полимеризация — определение уровня влажности в процессе производства полимеров, что способствует улучшению качественных характеристик материала и предотвращению его деградации.
- Животноводство — контроль уровня влаги в кормах и питьевой воде для животных, что создает оптимальные условия для их питания и снижает риск заболеваний.
- Хранение продуктов — поддержание необходимого уровня влажности для пищевых продуктов и скоропортящихся товаров в складах, что предотвращает появление плесени, гниение и другие формы порчи.
- Обслуживание холодильных и морозильных камер — датчик помещается в камеру и позволяет предотвращать образование льда, а также повышает эффективность работы системы охлаждения.
- Лесоперерабатывающая промышленность — определение содержания влаги в древесных материалах в процессе переработки, сушки в печах и других технологических процессов.
Методы измерения влажности
Современный рынок предлагает различные типы датчиков влажности, каждый из которых использует свои методы измерения. Рассмотрим основные из них:
Емкостные датчики влажности — один из самых распространенных типов датчиков. Они фиксируют изменения емкости конденсатора при воздействии влаги. При увеличении влажности изменяется диэлектрическая проницаемость конденсатора, что, в свою очередь, изменяет его емкость. Емкостные датчики характеризуются высокой точностью, быстрым временем отклика и относительно низкой стоимостью. Однако они могут быть чувствительны к загрязнениям и требуют периодической калибровки.
Резистивные датчики влажности, также известные как гигрометры, измеряют изменения электрического сопротивления, вызванные воздействием влаги. В этих датчиках используется тонкая пленка, изготовленная из гигроскопичного материала, например, хлорида лития, который поглощает или выделяет водяные пары в зависимости от уровней относительной влажности. Сопротивление пленки изменяется в зависимости от количества поглощенной влаги. Резистивные датчики обладают высокой чувствительностью и обеспечивают линейный отклик на изменения уровня влажности. Тем не менее, они требуют стабильного источника питания и подвержены влиянию температурных колебаний.
Теплопроводные датчики влажности фиксируют и измеряют изменения теплопроводности материала, возникающие под воздействием влаги. Такие датчики состоят из двух температурных сенсоров, один из которых покрыт влагопоглощающим материалом. При повышении содержания влаги в материале теплопроводность изменяется, что вызывает разницу температур между двумя датчиками. Эти сенсоры отличаются высокой точностью и долгосрочной стабильностью, но зачастую стоят дороже других типов датчиков влажности.
Датчики точки росы работают по принципу охлаждения поверхности до температуры, при которой появляется конденсат, после чего датчики фиксируют значение этой температуры. Температура точки росы напрямую связана с относительной влажностью воздуха. Датчики точки росы показывают высокую степень точности и способны измерять абсолютную влажность воздуха. Однако они более сложны в конструкции и требуют стабильного источника питания.
UPD 100% влажность
Комментаторы высказали свои сомнения. Отвечаю:
Измерить влажность ниже 30% у меня не удается, но весной я фиксировал 18%. Сегодня, метра в одном от увлажнителя, было 47%
Следовательно, прибор действительно работает.
Белый гигрометр, согласно данным продавца,
Общий диапазон измерения влажности: от 10% до 99% RH
Точность измерения влажности: ± 5%
Разрешение дисплея по влажности: 1% RH
Диапазон измерения температуры: от -50 до +70 °C
Точность температуры: ± 1 °C
Разрешение дисплея по температуре: 0.1 °C
Питается от двух батарей LR44 (в комплекте)
Размеры: примерно 4.8×2.8×1.5 см/1.89×1.10×0.59»
Размер ЖК-дисплея: примерно 3.6×1.7 см/1.42×0.67»
Длина кабеля: примерно 1.5 м/59.06»
Длина зонда: примерно 6 см/2.36»
Красный, по информации продавца
Диапазон измерения: Температура от -50 до +70 °C (-58 °F до +158 °F) Влажность от 10% до 99% ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ
Точность измерения: Температура ± 1 °C (± 2 °F) Влажность ± 5% ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ
Разрешение дисплея: Температура 0.1 °C (0.2 °F) Влажность 1% ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ
Рабочее напряжение: 1.5 В, две кнопки типа LR44 (не входят в комплект)
Размеры (Д х Ш х Г): 6 х 4.8 х 1.5 см/2.36 » x 1.89 » x 0.59 » (примерно)
Размер дисплея: 3.5 х 1.6 см/1.38 » x 0.63 » (примерно)
По моим измерениям
У обоих датчиков размер посадочного места 45 х 25
Габариты белого гигрометра (без учета провода) 48 х 29 х 17
Габариты красного датчика 61 х 57 х 17
У белого гигрометра длина провода без учета датчика составляет 150 см,
посадочный диаметр датчика ⌀ 9.2 мм,
длина посадочного цилиндра 36 мм,
габариты ⌀ 14 х 61.
Выводы
Хотя паспортная точность датчиков составляет ± 5% (что является нормой), они демонстрируют очень хорошее межинструментальное соответствие на уровне ± 1%. Я могу рекомендовать любой из этих приборов. Я бы посоветовал следовать примеру знаменитых мореплавателей эпохи великих географических открытий, у которых на борту было по три хронометра. Это позволяло определить, какой из них вышел из строя, если возникала такая ситуация. Поэтому, если есть возможность, стоит иметь три различные модели гигрометров, тем более, что они стоят относительно недорого, а уровень влажности может существенно различаться в разных частях квартиры.
Планирую купить +8 Добавить в избранное Обзор понравился +27 +39
- 18 ноября 2017, 15:07
- Автор: 2gusia
- Просмотры: 15201
Разновидности гигрометров
Гигрометры бывают разных типов, которые отличаются по конструкции, принципу измерений и сферам применения. Так, по степени автоматизации выделяются два типа приборов:
- Механические гигрометры представляют собой простые устройства, основанные на изучении физических и химических свойств (веса, размеров) чувствительных материалов, реагирующих на изменения окружающей среды. Показания выводятся на циферблат с указателем.
- Электронные модели более функциональны. Они отслеживают колебания влажности с помощью датчиков и оснащаются цифровыми экранами для отображения значений.
По способу отображения результатов гигрометры могут быть аналоговыми с простыми циферблатами и стрелками или цифровыми с дисплеями, на которых отображаются значения в числовом формате.
Также различают гигрометры по мобильности — на стационарные и портативные. Портативные модели компактны и легки, их можно легко перемещать и использовать в разных местах и даже в полевых условиях. Стационарные модели могут быть настольными или настенными и монтироваться на стену.
Кроме того, гигрометры классифицируются по принципу измерительного процесса и интерпретации значений. Рассмотрим разновидности более подробно.
Психрометрические
Психрометрический гигрометр состоит из двух термометров. Принцип работы основан на измерении разницы температур в нормальной среде и зоне с испаряющейся влагой. Термометры заполняются жидкостью (например, спиртом или толуолом) с добавлением красителя. Один из термометров является сухим, а второй — влажным: его нижняя часть окружена гигроскопичным материалом, например, марлей, и свободный конец фитиля погружен в емкость с дистиллированной водой.
Уровень влажности воздуха влияет на скорость испарения воды. Сухой термометр показывает реальную температуру, а влажный, за счет процесса испарения, охлаждается, поэтому его показания всегда ниже. По разнице температур можно определить уровень влажности. На корпусе психрометра нанесена таблица, позволяющая узнать искомый параметр.
Весовые
Весовые устройства определяют абсолютную влажность. Их конструкция включает систему трубок, заполненных гигроскопичным материалом. Через эти трубки проходит воздух, который подается насосом из измеряемой среды. Поток воздуха проходит через трубки, и гигроскопичный наполнитель впитывает влагу. Результаты измеряются по изменению веса в результате поглощения воды.
Волосные
Главный элемент волосного гигрометра — синтетический или натуральный человеческий волос. Для повышения точности измерений он обезжиривается, натягивается на рамку профессора, и фиксируется стрелкой. При изменении влажности длина волоса меняется, из-за чего он поглощает влагу из воздуха. Укорочение и удлинение фиксируется стрелкой, которая отклоняется в другую сторону, указывая значение на шкале.
Плёночные
Данные устройства по принципу работы аналогичны волосным. Однако вместо волоса здесь используется пленка из органического материала. Она реагирует на колебания влажности, изменяя свой размер в зависимости от поглощения воды и перемещая стрелку по шкале.
Как выполнять измерения с помощью психрометрических приборов типа ВИТ
Для оценки влажности с помощью психрометрического устройства типа ВИТ нужно следовать определенному алгоритму:
- Если используете прибор впервые, откройте упаковку и проверьте содержимое на целостность и комплектность.
- Отделите от корпуса питатель, который обычно крепится защёлками, и переведите их в открытое положение.
- Держите питатель так, чтобы запаянная зона находилась снизу, поместите его в емкость с дистиллированной водой и подождите, пока жидкость не заполнит резервуар.
- Для смягчения фитиля погрузите в питатель мокрый термометр.
- Закрепите резервуар на корпусе, переместив крепления в закрытое положение. Убедитесь, что фитиль не касается стенок емкости и нижняя часть мокрого термометра находится на расстоянии не менее 2 см от питателя.
- Установите устройство так, чтобы удобно произошла фиксация его показаний. Можно закрепить корпус на стене, желательно вдали от вибраций и нагревания. Лучше всего, чтобы прибор находился на уровне глаз.
- Для измерения скорости аспирации (которая должна составлять от 0.5 до 1 м/с и влияет на точность результатов) используйте анемометр. Если допускаются погрешности, анемометр можно не использовать.
- Ожидайте минимум 30 минут, чтобы прибор адаптировался к температуре среды.
- Начинайте измерения, встаньте так, чтобы хорошо видеть шкалу, избегая приземления на прибор (влага от дыхания может повлиять на измерения).
- Запишите показания с сухого термометра слева с точностью до десятых.
- Теперь посмотрите на влажный термометр и так же запишите его показания.
- Вычтите показания влажного термометра из температуры сухого. Запишите это число.
- Обратитесь к таблице на корпусе прибора. Найдите в первой колонне температуру, обозначенную сухим термометром, а во второй строке — разницу между показаниями.
- Проведите линию от температуры слева направо и от разницы вниз. Пересечение этих линий покажет значение влажности.