You are currently viewing Датчики измерения влажности: что это такое

Датчики измерения влажности: что это такое

    1. Содержание:
  1. Виды датчиков влажности
  2. Механизм срабатывания
  3. Принцип действия
  4. Конструкция
  5. Области применения датчиков влажности
  6. Методы измерения влажности
  7. Принцип действия датчиков измерения влажности
  8. Емкостные датчики влажности
  9. Резистивные датчики влажности
  10. Термисторные датчики влажности
  11. Система мониторинга температуры и влажности
  12. Заключение

Датчик влажности – это электронное устройство, которое измеряет влажность окружающей среды и преобразует полученные данные в соответствующий электрический сигнал. Изделия сильно различаются по размеру и функциональности – некоторые из них можно найти в портативных устройствах (таких как смартфоны), в то время как другие интегрированы в более крупные встроенные системы (такие как системы мониторинга качества воздуха).

Влажность – это количество водяного пара, присутствующего в воздухе, которое может влиять не только на личный комфорт, но и на различные производственные процессы в промышленности. Например, в полупроводниковой отрасли важно правильно контролировать и отслеживать уровень влажности для обеспечения надлежащей обработки пластин. Контроль этого параметра также важен для инкубаторов, респираторного оборудования, стерилизаторов и биологических продуктов. Кроме того, присутствие водяного пара влияет на различные химические, биологические и физические процессы.

Показатель влажности является важным параметром для контроля и регулирования в научных, производственных и хозяйственных задачах, поскольку недостаток или избыток влаги может привести к таким последствиям, как деградация материалов, возникновение коррозии и рост бактерий. По этой причине в последние годы значительно усовершенствовались технологии производства датчиков благодаря высокоскоростным, маломощным и недорогим микроэлектронным гибридным схемам, современным методам обработки сигналов и научным достижениям в технологиях миниатюризации.

Виды датчиков влажности

Датчики влажности – это электронные устройства, которые измеряют и сообщают о количестве водяного пара в воздухе или других газах, они используются в самых разных областях, от управления промышленными процессами до контроля климата в домах и офисах. Существует несколько различных типов датчиков влажности, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Датчики влажности можно классифицировать по различным критериям, таким как механизм считывания, принцип действия, конструкция и область применения. Ниже приведены некоторые распространенные методы классификации:

Механизм срабатывания

Датчики влажности можно классифицировать по механизму срабатывания, который они используют для обнаружения воды. К распространенным типам чувствительных механизмов относятся:

  • Емкостные – измеряют изменения в емкости чувствительного элемента в результате действия влажности;
  • Резистивные – фиксируют изменение сопротивления чувствительного элемента в зависимости от наличия влаги;
  • Термисторные или психометрические – реагируют на изменения теплопроводности или теплоемкости чувствительного элемента в результате воздействия влаги;
  • Оптические – реагируют на повышение или понижение коэффициента преломления или поглощения чувствительного элемента в результате действия влаги;
  • Гравиметрические – фиксируют изменения массы чувствительного элемента в ходе появления влаги.

Принцип действия

Датчики влажности можно классифицировать по принципу действия. Некоторые общие принципы работы включают:

  • Гигрометрия – измеряют абсолютную влажность окружающего воздуха;
  • Точка росы – измеряют температуру, при которой водяной пар в воздухе конденсируется в жидкость;
  • Психрометрия – измеряют относительную влажность окружающего воздуха.

Конструкция

Датчики влажности также можно классифицировать по их конструкции. Некоторые распространенные типы конструкции включают:

  • Тонкопленочные – в этих датчиках в качестве чувствительного элемента используется тонкая пленка определенного материала;
  • Объемные – в качестве чувствительного элемента в таких датчиках используется сыпучий материал;
  • Поверхностная акустическая волна (ПАВ) – датчики используют акустические волны для фиксации изменений влажности;

Микроэлектромеханические системы (MEMS) – применяются технологии микрофабрикации для создания микроскопических интегрированных датчиков.

Датчик влажности

Области применения датчиков влажности

Примеры использования датчиков влажности могут различаться в зависимости от конкретной отрасли и ее нужд. Ниже приведены некоторые примеры использования датчиков влажности в различных сферах деятельности:

  • Химическое производство – использование датчиков влажности в процессе протекания химических реакций для контроля влажности реагентов и других субстанций. Например, при создании кислот, растворов и других химических соединений.
  • Транспортировка топлива – контроль влажности топлива в транспортных средствах и хранилищах. Это позволяет предотвратить коррозию и повреждение топливной системы, а также повысить эффективность его сгорания.
  • Фармацевтика – контроль показателей влажности в процессе производства и хранения лекарственных средств для поддержания стабильности качества продукции и её защиты от воздействия влаги.
  • Полимеризация – определение влажности в процессе производства полимеров для улучшения качественных свойств материала и предотвращения его деградации.
  • Животноводство – контроль влаги в кормах и напитках для животных, что обеспечивает оптимальные условия для питания животных и снижает риск возникновения болезней.
  • Хранение продукции – поддержание нужного уровня влажности для продуктов питания и скоропортящихся товаров в хранилище. Таким образом пресекается развитие плесени, гниения и других форм порчи.
  • Обслуживание холодильных и морозильных камер – датчик помещается внутри камеры и позволяет предотвратить образование льда, а также повысить эффективность работы системы охлаждения.
  • Лесоперерабатывающая промышленность – определение содержания влаги в древесных материалах в процессе их переработки, сушки в печи и других технологических процессах.

Методы измерения влажности

В настоящее время на рынке представлены различные типы датчиков влажности, каждый из которых использует различные методы измерения влажности. Давайте разберем основные из них:

Емкостные датчики влажности – один из самых распространенных типов датчиков влажности. Он фиксирует изменения значений емкости конденсатора при воздействии на него влаги. При увеличении влажности изменяется диэлектрическая проницаемость конденсатора, что в свою очередь изменяет его емкость. Емкостные датчики обладают высокой точностью, быстрым временем отклика и относительно низкой стоимостью. Однако, они могут быть чувствительны к загрязнениям и со временем требуют калибровки.

Резистивные датчики влажности, также известные как гигрометры – измеряют изменения электрического сопротивления, вызванные воздействием влаги. В них используется тонкая пленка, изготовленная из гигроскопичного материала, например, хлорида лития, который поглощает или выделяет влагу в зависимости от показателей относительной влажности. Сопротивление пленки изменяется в соответствии с количеством поглощенной влаги. Резистивные датчики обладают высокой чувствительностью и обеспечивают линейный отклик на изменение уровня влажности. Тем не менее, они требуют стабильного источника питания, а также подвержены воздействию температурных перепадов.

Теплопроводные датчики влажности – фиксируют и замеряют изменения теплопроводности материала, появляющиеся под воздействием влаги. Датчик состоит из двух температурных сенсоров, один из которых покрыт влагопоглощающим материалом. При увеличении содержания воды в материале – его теплопроводность изменяется, что в свою очередь вызывает разницу температур между двумя датчиками. Такие сенсоры отличаются высокой точностью и долгосрочной стабильностью, но они зачастую дороже других типов датчиков влажности.

Датчики точки росы – принцип их работы заключается в охлаждении поверхности до температуры появляется роса, затем – датчики фиксируют значение, при которой происходит это формирование. Температура точки росы напрямую связана с относительной влажностью воздуха. Датчики точки росы обладают высокой степенью точности и способны измерять абсолютную влажность воздуха. При этом они сложнее других типов датчиков и требуют стабильного источника питания.

Датчик температуры

Принцип действия датчиков измерения влажности

Существует несколько разновидностей датчиков, все они используют разные методы измерения влажности и, соответственно, различаются как по устройству, так и по принципу работы. Рассмотрим основные виды.

Емкостные датчики влажности

Конденсатор емкостных датчиков состоит из двух электродных слоев с диэлектрическим материалом между ними, который может поглощать влагу из окружающего воздуха, техническое название этого явления – гигроскопичность. Диэлектрик, используемый в емкостных датчиках, представляет собой полимерную пленку (например, оксид металла), которая обычно располагает проницаемостью от 2 до 15 ф/м. Данные сенсоры являются одними из самых популярных датчиков влажности, поскольку обеспечивают пользователям стабильные показания при длительном использовании и могут определять широкий диапазон относительной влажности (0-100%).

Когда диэлектрический материал поглощает водяной пар, диэлектрическая проницаемость увеличивается, что повышает емкость (способность собирать и накапливать энергию) зонда. Относительная влажность воздуха, влажность внутри диэлектрического материала и емкость имеют прямую зависимость.

Резистивные датчики влажности

Резистивные датчики влажности (или датчики электропроводности) измеряют электрическое сопротивление атомов, используя ионы в солях. При изменении влажности меняется и сопротивление электродов.

Внутри зонда находится гигроскопичный проводящий слой, содержащий набор гребнеобразных электродов, расположенных в виде переплетения. Такая схема увеличивает площадь контакта между электродами и проводящим слоем.  По мере поглощения водяного пара регистрируется снижение удельного сопротивления, так как проводимость материала увеличивается.

Эти датчики влажности имеют низкую стоимость, небольшие размеры и полную взаимозаменяемость, поскольку лишены стандартов калибровки. Помните, что они относительно чувствительны к загрязнениям, и выходные показания могут колебаться, если вы используете водорастворимые продукты.

Термисторные датчики влажности

Лучшим компонентом для создания датчика влажности на основе принципа теплопроводности является термистор. Поэтому для мостовой схемы используются два маленьких термистора с отрицательным температурным коэффициентом. При этом один элемент герметично закрывается в камере, заполненной сухим азотом, а другой выводится в открытую среду через небольшие вентиляционные отверстия. При включении питания схемы рассчитывается сопротивление двух термисторов, и разница между этими двумя значениями прямо пропорциональна абсолютной влажности (AH). Эти датчики часто используются для измерения влажности в условиях высоких температур или в агрессивных средах, они крайне долговечны и обеспечивают пользователям более высокое разрешение, чем другие экземпляры. При использовании этого датчика избегайте воздействия газа, тепловые свойства которого отличаются от свойств азота, так как это может повлиять на показания влажности.

Система мониторинга температуры и влажности

Система мониторинга температуры и влажности является ценным активом для складских компаний с логистическими процессами контроля качества. Установка датчиков температуры и влажности демонстрирует их приверженность к соответствию стандартам и требованиям, а также помогает создать репутацию превосходной складской или управляющей недвижимостью компании с высокими стандартами обслуживания.

Широко распространены системы удаленного мониторинга температуры и влажности для снижения затрат, связанных с содержанием складов и хранением продукции. Система удаленного мониторинга коммерческих зданий непрерывно собирает данные об уровне температуры и влажности на объекте в режиме реального времени и оповещает пользователя, когда какой-то из показателей сместился выше или ниже установленных значений, тем самым предотвращая дорогостоящий ущерб имуществу и оборудованию в случае сбоев в работе систем отопления/охлаждения.

Система мониторинга температуры и влажности помогает обнаружить проблемы на ранней стадии. Для каждого датчика можно установить индивидуальные минимальные и максимальные значения температуры и влажности, изделия имеют защиту от воды, пыли и других твердых частиц. Данные с датчиков контроля передаются на портал онлайн-мониторинга с помощью LAN/Internet шлюза.

Система мониторинга температуры и влажности

Заключение

Существуют различные датчики температуры и влажности, какие-то из этих устройств широко используются в промышленных процессах и служат надежным средством предотвращения последствий, связанных с наличием повышенного или пониженного уровня влажности в среде. С другой стороны, все чаще многие люди стали задуматься о личном комфорте в своем доме или на рабочем месте, следя за содержанием влаги в помещении. Так, датчиками влажности можно воспользоваться для избегания потенциальных проблем с возникновением плесени и грибка, стабилизировать работу вентиляционной системы и в целом автоматизировать систему мониторинга температуры и влажности.