Thể loại: Bài viết nổi bật » Tự động hóa nhà
Số lượt xem: 90.158
Bình luận về bài viết: 8
Cảm biến độ ẩm - cách chúng được sắp xếp và làm việc
Một thiết bị đo mức độ ẩm được gọi là máy đo độ ẩm hoặc chỉ là cảm biến độ ẩm. Trong cuộc sống hàng ngày, độ ẩm là một thông số quan trọng, và thường không chỉ đối với cuộc sống thông thường, mà còn đối với các thiết bị khác nhau, và cho nông nghiệp (độ ẩm đất) và nhiều hơn nữa.
Đặc biệt, sức khỏe của chúng ta phụ thuộc rất nhiều vào mức độ ẩm của không khí. Đặc biệt nhạy cảm với độ ẩm là những người phụ thuộc vào thời tiết, cũng như những người bị tăng huyết áp, hen phế quản, các bệnh về hệ thống tim mạch.
Với độ khô không khí cao, ngay cả những người khỏe mạnh cũng cảm thấy khó chịu, buồn ngủ, ngứa và kích ứng da. Thông thường không khí khô có thể gây ra các bệnh về hệ hô hấp, bắt đầu bằng nhiễm trùng đường hô hấp cấp tính và nhiễm virus đường hô hấp cấp tính, và kết thúc ngay cả khi bị viêm phổi.
Tại các doanh nghiệp, độ ẩm không khí có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của các sản phẩm và thiết bị, và trong nông nghiệp, ảnh hưởng của độ ẩm đất đến độ phì nhiêu, v.v., không rõ ràng. cảm biến độ ẩm - ẩm kế.
Một số thiết bị kỹ thuật ban đầu được hiệu chỉnh theo mức độ quan trọng cần thiết và đôi khi để tinh chỉnh thiết bị, điều quan trọng là phải có giá trị chính xác của độ ẩm trong môi trường.
Độ ẩm có thể được đo bằng một số giá trị có thể:
-
Để xác định độ ẩm của cả không khí và các loại khí khác, các phép đo được thực hiện bằng gam trên mét khối khi nói đến giá trị tuyệt đối của độ ẩm, hoặc tính theo đơn vị độ ẩm khi nói đến độ ẩm tương đối.
-
Để đo độ ẩm của chất rắn hoặc trong chất lỏng, các phép đo theo phần trăm khối lượng của các mẫu thử là phù hợp.
-
Để xác định độ ẩm của chất lỏng hỗn hợp kém, ppm (bao nhiêu phần nước trên 1.000.000 phần trọng lượng của mẫu) sẽ đóng vai trò là đơn vị đo.
Theo nguyên tắc hành động, ẩm kế được chia thành:
-
điện dung;
-
điện trở;
-
nhiệt điện trở;
-
quang học;
-
điện tử.
1) Cảm biến độ ẩm điện dung
Máy đo độ ẩm điện dung, trong trường hợp đơn giản nhất, là tụ điện có không khí là chất điện môi trong khe hở. Được biết, trong không khí, hằng số điện môi liên quan trực tiếp đến độ ẩm và sự thay đổi độ ẩm điện môi cũng dẫn đến thay đổi điện dung của thiết bị ngưng tụ không khí.
Một phiên bản phức tạp hơn của cảm biến độ ẩm điện dung trong khe hở không khí chứa một chất điện môi, với hằng số điện môi, có thể thay đổi rất nhiều dưới ảnh hưởng của độ ẩm. Cách tiếp cận này làm cho chất lượng của cảm biến tốt hơn là chỉ với không khí giữa các bản tụ.
Tùy chọn thứ hai rất phù hợp cho các phép đo liên quan đến hàm lượng nước của chất rắn. Đối tượng nghiên cứu được đặt giữa các bản của một tụ điện như vậy, ví dụ, đối tượng có thể là một máy tính bảng và bản thân tụ được kết nối với mạch dao động và với máy phát điện tử, trong khi tần số tự nhiên của mạch thu được được đo và điện dung thu được bằng cách đưa ra mẫu thử được tính từ tần số đo được.
Tất nhiên, phương pháp này có một số nhược điểm, ví dụ, nếu độ ẩm mẫu dưới 0,5%, sẽ không chính xác, ngoài ra, mẫu được đo phải được làm sạch các hạt có hằng số điện môi cao, hơn nữa, hình dạng của mẫu cũng quan trọng trong quá trình đo, không nên thay đổi trong quá trình học.
Loại cảm biến độ ẩm điện dung thứ ba là máy đo độ ẩm màng mỏng điện dung. Nó bao gồm một chất nền mà trên đó hai điện cực lược được áp dụng. Trong trường hợp này, các điện cực lược đóng vai trò của các tấm.Với mục đích bù nhiệt, thêm hai cảm biến nhiệt độ được đưa vào cảm biến.
2) Cảm biến độ ẩm điện trở
Một cảm biến như vậy bao gồm hai điện cực được đặt trên đế và trên bản thân các điện cực, một lớp vật liệu được áp dụng khác nhau ở một điện trở khá thấp, tuy nhiên, nó thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào độ ẩm.
Một vật liệu phù hợp trong thiết bị có thể là alumina. Ôxít này hấp thụ nước từ môi trường bên ngoài, trong khi sức đề kháng cụ thể của nó thay đổi rõ rệt. Do đó, tổng điện trở của mạch đo của cảm biến như vậy sẽ phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm. Vì vậy, giá trị của dòng chảy sẽ chỉ ra mức độ ẩm. Ưu điểm của cảm biến loại này là giá thấp.
3) Cảm biến độ ẩm nhiệt điện trở
Một ẩm kế nhiệt kế bao gồm một cặp nhiệt điện giống hệt nhau. Nhân tiện, nhớ lại rằng nhiệt điện trở - Đây là một thành phần điện tử phi tuyến tính có điện trở phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của nó.
Một trong những nhiệt điện bao gồm trong mạch được đặt trong buồng kín có không khí khô. Và cái khác - trong một buồng có lỗ thông qua đó không khí có độ ẩm đặc trưng đi vào nó, giá trị của nó cần được đo. Nhiệt điện trở được kết nối trong một mạch cầu, điện áp được đặt vào một trong các đường chéo của cầu và các số đọc được đọc từ đường chéo khác.
Trong trường hợp khi điện áp ở các đầu ra bằng 0, nhiệt độ của cả hai thành phần bằng nhau, do đó độ ẩm là như nhau. Trong trường hợp khi đầu ra sẽ nhận được điện áp khác không, điều này cho thấy sự hiện diện của sự khác biệt về độ ẩm trong các buồng. Vì vậy, độ ẩm được xác định bởi giá trị của điện áp thu được trong các phép đo.
Một nhà nghiên cứu thiếu kinh nghiệm có thể hỏi một câu hỏi công bằng, tại sao nhiệt độ của nhiệt điện trở thay đổi khi nó tương tác với không khí ẩm? Và điều quan trọng là với độ ẩm ngày càng tăng, nước bắt đầu bay hơi từ vỏ nhiệt điện trở, trong khi nhiệt độ vỏ giảm và độ ẩm càng cao thì sự bốc hơi càng mạnh và nhiệt điện trở càng nhanh.
4) Cảm biến độ ẩm quang học (ngưng tụ)
Loại cảm biến này là chính xác nhất. Cơ sở của cảm biến độ ẩm quang học là một hiện tượng liên quan đến khái niệm "điểm sương". Khi nhiệt độ đạt đến điểm sương, các pha khí và lỏng ở trạng thái cân bằng nhiệt động.
Vì vậy, nếu bạn lấy một chiếc cốc và lắp đặt nó trong môi trường khí, nơi nhiệt độ tại thời điểm điều tra cao hơn điểm sương, và sau đó bắt đầu quá trình làm mát của chiếc kính này, thì ở một giá trị nhiệt độ cụ thể, nước sẽ bắt đầu hình thành trên bề mặt thủy tinh, hơi nước này sẽ bắt đầu đi vào pha lỏng. . Nhiệt độ này sẽ chỉ là điểm sương.
Vì vậy, nhiệt độ điểm sương được liên kết chặt chẽ và phụ thuộc vào các thông số như độ ẩm và áp suất trong môi trường. Nhờ đó, có khả năng đo áp suất và nhiệt độ của điểm sương, sẽ dễ dàng xác định độ ẩm. Nguyên tắc này làm cơ sở cho hoạt động của các cảm biến độ ẩm quang học.
Mạch đơn giản nhất của cảm biến như vậy bao gồm một đèn LED chiếu trên bề mặt gương. Chiếc gương phản chiếu ánh sáng, thay đổi hướng của nó và hướng nó tới bộ tách sóng quang. Trong trường hợp này, gương có thể được làm nóng hoặc làm mát bằng thiết bị kiểm soát nhiệt độ có độ chính xác cao đặc biệt. Thông thường một thiết bị như vậy là một máy bơm nhiệt điện. Tất nhiên, một cảm biến để đo nhiệt độ được gắn trên gương.
Trước khi bắt đầu đo, nhiệt độ của gương được đặt thành giá trị rõ ràng cao hơn nhiệt độ điểm sương. Sau đó tiến hành làm mát dần dần gương.Tại thời điểm khi nhiệt độ bắt đầu vượt qua điểm sương, những giọt nước sẽ ngưng tụ ngay lập tức trên bề mặt gương và chùm sáng từ diode sẽ bị phá vỡ do chúng, tán xạ và điều này sẽ dẫn đến giảm dòng điện trong mạch lọc quang. Thông qua phản hồi, bộ tách sóng quang tương tác với bộ điều khiển nhiệt độ của gương.
Vì vậy, dựa vào thông tin thu được dưới dạng tín hiệu từ bộ tách sóng quang, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ giữ nhiệt độ trên bề mặt gương chính xác bằng điểm sương và cảm biến nhiệt độ sẽ hiển thị nhiệt độ theo đó. Vì vậy, với áp suất và nhiệt độ đã biết, bạn có thể xác định chính xác các chỉ số cơ bản về độ ẩm.
Cảm biến độ ẩm quang học có độ chính xác cao nhất không thể đạt được bởi các loại cảm biến khác, cộng với việc không có hiện tượng trễ. Nhược điểm là giá cao nhất trong tất cả, cộng với mức tiêu thụ điện lớn. Ngoài ra, phải cẩn thận để đảm bảo rằng gương sạch sẽ.
5) Máy đo độ ẩm điện tử
Nguyên lý hoạt động của cảm biến độ ẩm không khí điện tử dựa trên sự thay đổi nồng độ chất điện phân bao phủ bất kỳ vật liệu cách điện nào. Có những thiết bị như vậy với hệ thống sưởi tự động có liên quan đến điểm sương.
Thông thường điểm sương được đo qua dung dịch lithium clorua đậm đặc, rất nhạy cảm với những thay đổi tối thiểu về độ ẩm. Để thuận tiện tối đa, một máy đo độ ẩm như vậy thường được trang bị thêm một nhiệt kế. Thiết bị này có độ chính xác cao và lỗi thấp. Nó có khả năng đo độ ẩm bất kể nhiệt độ môi trường.
Máy đo độ ẩm điện tử đơn giản ở dạng hai điện cực cũng rất phổ biến, chỉ đơn giản là dính vào đất, kiểm soát độ ẩm của nó theo mức độ dẫn điện, tùy thuộc vào độ ẩm này. Những cảm biến này là phổ biến với người hâm mộ. Arduino, vì có thể dễ dàng thiết lập tưới nước tự động cho một chiếc giường trong vườn hoặc hoa trong chậu, trong trường hợp không thuận tiện hoặc thuận tiện để tưới bằng tay.
Trước khi bạn mua một cảm biến, hãy xem xét những gì bạn sẽ cần đo, độ ẩm tương đối hoặc tuyệt đối, không khí hoặc đất, phạm vi đo dự kiến, độ trễ là quan trọng và độ chính xác là cần thiết. Cảm biến chính xác nhất là quang học. Hãy chú ý đến lớp bảo vệ IP, phạm vi nhiệt độ hoạt động, tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể mà cảm biến sẽ được sử dụng, liệu các thông số có phù hợp với bạn hay không.
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: