Zvýšená vlhkost v místnosti může vést k rozmáčení tapety, vytvoření příznivého prostředí pro tvorbu hub a plísní, množení hmyzu atd. Při nedostatku vlhkosti ve vzduchu dochází k vysychání stěn, zhoršení pohody obyvatel a předčasnému praskání materiálů. Aby se předešlo negativním důsledkům v důsledku nedodržení mikroklimatu v místnosti, je neustále monitorována koncentrace vody ve vzduchu. Senzor vlhkosti poskytuje neocenitelnou pomoc při řešení tohoto problému.
Druhy a princip činnosti
Množství vlhkosti v okolním prostoru se vypočítá jako hmotnost vody v krychlovém metru vzduchu a stanoví se jako procento nasycení. Činnost jakéhokoli čidla vlhkosti je založena na převodu fyzikálního množství vlhkosti na elektrický signál. Podle způsobu stanovení množství vody mohou čidla vlhkosti používat přímou nebo nepřímou metodu měření. V závislosti na principu činnosti jsou všechna zařízení konvenčně rozdělena do šesti typů, které budeme podrobněji zvažovat.
odporový
Rýže. 1. Zařízení odporového snímače vlhkosti
Jedná se o jeden z nejlevnějších typů snímačů vlhkosti. Jeho provoz je založen na vlastnosti některých vodivých materiálů absorbovat vlhkost, díky čemuž se mění ohmický odpor prvku.
Jako takové materiály se používají práškové porézní struktury, nejčastěji oxid hlinitý. Prášek je nanesen na desku mezi dvěma elektrodami vyrobenými ve formě drah a vypálen za vzniku filmu. Přítomnost povrchu filmu zabraňuje následnému rozpouštění keramického prášku a tvorbě kondenzace v jeho struktuře. Při interakci s molekulami vody obsaženými ve vzduchu však film mění své fyzikální vlastnosti.
V relativně suchém stavu je tedy vodivost snímače vlhkosti charakterizována jmenovitou hodnotou. Ale jak se vlhkost hromadí na povrchu fólie, odpor takového odporu se úměrně sníží, vodivost se zvýší, stejně jako množství proudu procházejícího obvodem. Měřením proudu nebo poklesu napětí na odporovém prvku je řízena vlhkost.
kapacitní
Rýže. 2. Princip činnosti kapacitního čidla vlhkosti
Kapacitní čidlo vlhkosti funguje na principu klasického kondenzátoru, jehož desky interagují se vzduchem okolního prostoru. Celkem existují tři hlavní typy kapacitních snímačů, které se liší konstrukčními prvky:
- První typ se skládá ze dvou desek se vzduchovou mezerou mezi nimi. V suchém stavu je vzduch dielektrikum, takže kapacita kondenzátoru je maximální. Jak se vzduch nasytí vlhkostí, jeho vodivé vlastnosti se zvýší a jeho kapacita se úměrně sníží.
- Druhým typem je stejný kondenzátor, mezi jehož deskami je citlivé dielektrikum, které aktivně reaguje na vlhkost. Na svorky kondenzátoru jsou aplikovány impulsy nastavené frekvence, což umožňuje přesněji vypočítat stupeň vlhkosti.
- Třetím typem je hřebenovitý talíř na prkně. Takové modely vyžadují dodatečnou teplotní kompenzaci během měření.
Termistor
Provoz takového snímače vlhkosti je založen na termistoru – nelineárním rezistoru, jehož odpor přímo závisí na okolní teplotě. Termistor má nelineární proudově napěťovou charakteristiku, při sebemenší změně teploty prvku se mění i ohmický odpor.
Rýže. 3. Termistorové čidlo vlhkosti
Princip činnosti termistorového čidla vlhkosti je založen na porovnání hodnot dvou termistorů. Jeden z nich je umístěn v uzavřené kapsli se suchým vzduchem a je základním parametrem. Druhý termistor je instalován v perforované kapsli, která interaguje se vzduchovými hmotami. Oba termistory jsou umístěny v ramenech měřícího můstku pro porovnání naměřených hodnot.
Když je vzduchový prostor zvlhčen, termistor v perforované kapsli se pokryje vlhkostí. Vrstva kapaliny se začne odpařovat z povrchu rezistoru, což způsobí jeho rychlejší ochlazování, což má za následek změny v charakteristikách zařízení. Kvůli rozdílu odporu mezi dvěma termistory bude můstek vyhozen z rovnováhy. Čím vyšší vlhkost, tím více se bude měnit elektrická veličina, při změně proudu nebo napětí se určí stupeň vlhkosti.
Oční optika
Rýže. 4. Princip činnosti optického čidla vlhkosti
Optické čidlo vlhkosti funguje na principu stanovení rosného bodu – stavu prostředí, ve kterém se parní vlhkost ze vzduchu usazuje ve formě kapiček na povrchu. Princip fungování takového zařízení je založen na následující posloupnosti operací:
- Na jedné straně se zrcadlo zahřívá nebo chladí, aby se na jeho povrchu získal rosný bod.
- Na druhé straně je k němu přiváděn paprsek světla, vyzařovaný zpravidla samostatně instalovanou LED.
- Světlo se odráží od zrcadla a dopadá na fotodiodu nebo jiný světlocitlivý prvek, který reaguje na intenzitu světelného toku.
- Když se na povrchu zrcadla objeví kapky, světlo se bude lámat, intenzita toku se sníží a změní se množství proudu procházejícího fotodiodou.
Optický senzor vlhkosti je považován za nejpřesnější, ale také nejdražší. Hlavním problémem při provozu takového zařízení je potřeba udržovat povrch čistý, jinak se přesnost měření výrazně sníží.
Elektronický
Činnost elektronického čidla vlhkosti je založena na principu změny stavu elektrolytu v závislosti na vlhkostním faktoru. Takové zařízení je vybaveno sondou, obvykle se dvěma elektrodami od sebe vzdálenými. Elektrody jsou umístěny v kontrolovaném prostoru a po přivedení napětí začnou vést elektrický proud. S navlhčením mezery mezi elektrodami se zvýší vodivost a zvýší se proud.
Takové modely jsou vynikající pro elektronické systémy jako měřící zařízení, které analyzuje úroveň vlhkosti. Mohou se připojit k jednoduchým mikrokontrolérům nebo relé.
Mechanické
Rýže. 5. Mechanický snímač vlhkosti
Na rozdíl od předchozích typů senzorů je vlhkost měřena mechanickými pohyby. Nejoblíbenější jsou váha a vlasy.
První typ zahrnuje zkumavky naplněné hygroskopickou látkou, obvykle chloridem vápenatým nebo chloristanem hořečnatým. Která pohlcuje vlhkost z okolí a zvyšuje její hmotnost. Při zvyšování hmotnosti se ručička váhy pohybuje mechanicky.
Vlasová vlákna fungují na principu, že lidské vlasy se prodlužují, když jsou vystaveny vlhkosti. Mechanické snímače jsou levné, nevyžadují další zdroj energie, ale mají poměrně velkou chybu.
Schémata zapojení
Čidlo vlhkosti může mít různé účely, které určí jeho schéma zapojení. Jako jednoduchý příklad zvažte možnost připojení k digestoři.
Rýže. 6. Příklad připojení čidla vlhkosti k digestoři
Jak můžete vidět na obrázku, fázový vodič L je připojen přes spínač snímače. Když je vzduch nasycený vlhkostí na nastavenou mez, kontakty se sepnou a napájení bude přiváděno do napájecího obvodu ventilátoru. Což povede k nucenému větrání místnosti.
Rýže. 7. Schéma připojení čidla vlhkosti k mikrokontroléru
Jak vidíte, toto schéma ukazuje princip činnosti čidla vlhkosti pomocí analogového signálu. Zde je připojení provedeno připojením pinů senzoru ke svorkám mikrokontroléru Arduino:
- VCC na Arduino pin 7;
- GND na GND konektor;
- A0 na stejné A0.
Vlastnosti čidel vlhkosti
V běžném životě musí člověk řešit řadu jak průmyslových, tak každodenních problémů. A pro každý z nich je nutné vybrat vhodný typ čidla vlhkosti. Nejdůležitějším kritériem pro měření je kontrolované prostředí.
Pro půdu.
Rýže. 8. Použití snímače půdní vlhkosti
Instalací čidla vlhkosti můžete zajistit automatické zavlažování záhonů nebo květináčů se sazenicemi. K tomu se nejčastěji používají elektronické senzory, jejichž sonda je instalována v půdě závodu.
Při zálivce se zvyšuje obsah vlhkosti v půdě, což výrazně zvyšuje vodivost půdy. Jakmile se voda odpaří, půda vyschne a odpor mezi elektrodami senzoru se opět zvýší.
Pro vzduch.
Pro vzduch jsou vynikající kapacitní, odporové, termistorové a optické senzory. Uvnitř nebo kolem citlivých prvků je snadno zajištěna cirkulace plynu s naměřenou vlhkostí.
Senzory s uzavřenými nebo utěsněnými sondami méně reagují na změny vlhkosti. Proto jsou vhodné do prostředí, kde se plynule mění koncentrace vlhkosti bez náhlých změn.
Сферы применения
Voda hraje důležitou roli nejen v životě člověka, ale také v řadě technologických procesů. Proto je rozsah použití snímače vlhkosti poměrně široký:
Vlhkost je důležitý parametr, který se měří a bere v úvahu v mnoha oblastech činnosti, od zemědělství po klimatické systémy. K efektivnímu monitorování a řízení vlhkosti je k dispozici řada senzorů. Dnes se podíváme na různé typy čidel vlhkosti a principy jejich fungování.
Typy čidel vlhkosti
1. Kapacitní snímače vlhkosti
Kapacitní snímače vlhkosti měří vlhkost změnou kapacity kondenzátoru. Používají se v různých oblastech díky své vysoké přesnosti a rychlé době odezvy. Princip činnosti spočívá v tom, že vlhký vzduch zvyšuje kapacitu kondenzátoru ve srovnání se suchým vzduchem. Tato změna kapacity je pak převedena na měření vlhkosti.
2. Odporové snímače
Odporové senzory, známé také jako odporové senzory vlhkosti, fungují na základě změny elektrického odporu materiálu při změně vlhkosti. Jsou nejběžnější a mají jednoduchý design. Obvykle používají materiál citlivý na vlhkost, jako je polymer. Zvýšení vlhkosti snižuje odpor materiálu a tato změna může být měřena pro stanovení vlhkosti.
3. Vodivé snímače
Vodivé snímače vlhkosti měří vlhkost pomocí posouzení vodivosti vlhkého vzduchu. Vlhký vzduch vede elektřinu lépe než suchý vzduch. Tyto senzory mají široký rozsah měření a mohou pracovat v extrémních podmínkách.
4. Optické senzory
Optické snímače vlhkosti využívají vlastnosti světla absorbovaného nebo odraženého vlhkým vzduchem. Mohou pracovat bez přímého kontaktu s vlhkostí a jsou vysoce přesné. Takové senzory se často používají ve vědeckých a klimatických aplikacích.
Princip činnosti snímačů vlhkosti
1. Změna kapacity
Kapacitní snímače vlhkosti měří vlhkost měřením změny kapacity kondenzátoru. S rostoucí vlhkostí se zvyšuje kapacita, která se pak převádí na měření vlhkosti.
2. Změňte odpor
Odporové senzory měří vlhkost vyhodnocením změny odporu materiálu citlivého na vlhkost. Zvyšující se vlhkost snižuje odolnost materiálu.
3. Změna vodivosti
Vodivá vlhkostní čidla měří vlhkost na základě změn vodivosti vlhkého vzduchu. Zvyšující se vlhkost zvyšuje vodivost.
4. Optický princip
Optické senzory měří vlhkost na základě vlastností světla procházejícího vlhkým vzduchem. Vlhký vzduch absorbuje světlo a tato absorpce světla se měří za účelem stanovení vlhkosti.
Aplikace senzorů vlhkosti
Senzory vlhkosti jsou široce používány v různých oblastech:
1. Zemědělství
Pro kontrolu vlhkosti půdy a vzduchu, což vám umožní optimalizovat zemědělské procesy a zvýšit produktivitu.
2. Medicína
Pro kontrolu vlhkosti v lékařských přístrojích a zařízeních, kde je přesnost měření vlhkosti kritická.
3. Průmysl
V průmyslu se senzory vlhkosti používají v procesech sušení, klimatizace a mnoha dalších provozech, kde je třeba udržovat specifické vlhkostní podmínky.
4. Klimatické systémy
Snímače vlhkosti hrají klíčovou roli v systémech automatické klimatizace v budovách, stejně jako v automobilech a letadlech.
Výběr správného senzoru
Při výběru čidla vlhkosti musíte zvážit specifické požadavky aplikace, jako je přesnost, rozsah měření, provozní prostředí a rozpočet. Různé typy senzorů mají své výhody a nevýhody a výběr závisí na konkrétních podmínkách.
Srovnávací analýza senzorů
Porovnejme hlavní charakteristiky různých typů snímačů vlhkosti:
- Kapacitní senzory: vysoká přesnost, ale drahé.
- Odporové senzory: spolehlivé a cenově dostupné.
- Vodivé senzory: vhodné do silně znečištěného prostředí.
- Optické senzory: Přesné, ale mohou být drahé a náročné na údržbu.
Závěr
Senzory vlhkosti jsou důležitým nástrojem pro sledování a řízení vlhkosti v různých aplikacích. Výběr správného typu snímače závisí na vašich konkrétních požadavcích a podmínkách. Pochopení toho, jak fungují různé typy senzorů, vám pomůže činit informovaná rozhodnutí a zajistit účinnou kontrolu vlhkosti.
Různorodost typů snímačů vlhkosti díky tomu poskytuje dostatek příležitostí pro výběr nejvhodnějšího řešení pro konkrétní úkoly. Se správným výběrem senzoru můžete výrazně zlepšit kontrolu vlhkosti a efektivitu procesu v různých aplikacích.
