Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Для багатьох виробничих процесів дуже важливо підтримувати необхідний мікроклімат, зокрема, певний зміст парів води в повітрі або газі. Для цієї мети використовуються такі прилади, як гігрометр і гигростат. Перші вимірюють вміст водяної пари, другі підтримують їх необхідний рівень. На малюнку 1 показано пристрій Роса-10, що використовується як в промисловості, так і сільському господарстві.

Малюнок 1. Вітчизняні прилади Роса-10 в різному виконанні

Але датчик вологості застосовується не тільки у виробництві (наприклад, для визначення характеристик деревини), з його допомогою можна регулювати сухість повітря в приміщенні (рис.2), вимірювати насичення ґрунту водою і т.д. Пропонуємо розглянути пристрій і принцип роботи таких приладів. Це істотно допоможе їх правильному застосуванню в побутовій сфері, наприклад, щоб зробити витяжний вентилятор в ванну, терморегулятор для лазні або саморобний датчик температури і вологості в теплицю.

Малюнок 2. Всі сучасні кліматичні системи забезпечені модулем, що вимірює вологість

Перш ніж перейти до теорії, визначимося з термінологією.

Термінологія

Під абсолютною вологістю мають на увазі вміст води (в грамах) в одному кубометрі повітря. Відповідно, одиниця виміру цієї величини - г / м3. Стан, при якому вміст води в газі досягає максимальної величини (100%), називається порогом максимального насичення або влагоемкостью. При досягненні цієї межі починається процес конденсації.

Необхідно зауважити, що влагоемкость прямо пропорційна температурі: чим вона вища, тим більша кількість води може міститися в тому ж обсязі газу. Саме тому цифровий або аналоговий модуль вимірювання вологості практично завжди забезпечений датчиком температури.

Перейдемо до визначення, що описує відносну вологість. Ця величина показує співвідношення влагоемкости і абсолютної вологості, відповідні температурному режиму на момент вимірювання. Стан, при якому ці величини зрівняються, називається «точка роси».

Тепер, коли ми визначилися з термінологією, розглянемо існуючі типи датчиків і дізнаємося, за яким принципом працює кожен з них.

Види датчиків і їх принцип роботи

Найбільшого поширення набули чотири типи приладів, кожен з них має свою специфіку експлуатації:

  1. Ємнісний. По суті це звичайний повітряний конденсатор. Принцип роботи заснований на зміні діелектричних властивостей повітря, в залежності від вмісту в ньому водяної пари, що викликає збільшення або зменшення ємності.
    Малюнок 3. датчиком місткості НСН-1000 с широким діапазоном вимірювання вологості
  2. Резистивний. В основу роботи такого пристрою закладено принцип зміни опору гигроскопического матеріалу, в залежності від вмісту в ньому вологи. Як приклад можна привести детектор SYH-2RS (рис. 4).
Малюнок 4. Датчик води SYH-2RS

Оскільки детектори даного типу найчастіше використовуються в аматорських схемах, ми ще повернемося до розгляду їх влаштування.

  1. Психометрический. Принцип дії цього типу побудований на фізичному властивості втрати тепла при випаровуванні. У конструкції використовується сухий і вологий детектор, різниця температур між ними дозволяє визначити вміст водяної пари в повітрі. Раніше для цього використовувалися спеціальні психометричні таблиці, поява цифрової техніки значно спростило процес.
    Малюнок 5. Вимірювач вологості ВІТ-1 і його цифровий аналог
  2. Аспіраційний. Даний тип від попереднього відрізняється наявністю вентилятора для примусового нагнітання повітряної суміші або газу. На малюнку 6 демонструється подібна модель. Такий прилад знайшов широке застосування в тих місцях, де слабке або переривчасте рух повітря.
Малюнок 6. Аспіраційний вимірювач вологості МВ-4М

Ми привели найбільш поширені види детекторів, насправді їх значно більше. Наприклад, є ще оптичний датчик, де використовується розсіювання світла при утворенні конденсату по досягненню точки роси, термічний (задіяні два терморезистора у відкритій і герметичній камері), канальний і т.д.

Пристрій детекторів резистивного типу

Тепер, як і обіцяли, розглянемо конструктивні особливості сенсорів резистивного типу на прикладі моделі SYH-2RS.

Малюнок 7. Пристрій резистивного сенсора

1) - вид збоку; 2) - вид зверху.

позначення:

  • а - керамічна підкладка;
  • b - напилені електроди;
  • c - гігроскопічна покриття на основі оксиду алюмінію.

Як бачите, конструкція сенсора досить проста, цим і обумовлює низька вартість пристроїв даного типу. А якщо ще взяти до уваги взаємозамінність таких елементів, то не дивно, що в більшості саморобних пристроїв для будинку (наприклад, датчик протікання води) радіоаматори воліють використовувати резистивні сенсори.

Короткий огляд наявних на ринку пристроїв їх застосування

Розглянемо прилади, які можуть бути корисні в побуті, почнемо з реле вологості повітря HIG-2 (рис.8), що служить для управління витяжкою у ванній.

Малюнок 8. Модуль HIG-2 з релейним виходом

Основні характеристики:

  • пристрій живиться від домашньої електромережі з напругою 220 В;
  • спрацьовування при відносній вологості від 60% до 90% (встановлюється);
  • допустимий струм навантаження - не більше 2 А;
  • час роботи вентилятора після спрацьовування задається таймером (2-20 хв.).

Як підключити датчик вологості HIG-2?

Для правильного підключення пристрою досить дотримуватися схеми, наведеної в інструкції до приладу, вона показана на малюнку 9.

Малюнок 9. Схема підключення вентилятора до модуля контролю вологості

На клемниками приладу є відповідні позначення, тому складнощів ця операція не викличе. Якщо електропроводці квартири або на самому вентиляторі не передбачено заземлення, то його можна не підключати, так само не обов'язково ставити на вхід харчування вимикач.

Тих, кого захоплює концепція «розумного будинку», напевно зацікавить зовнішній сенсор Mi Smart (рис. 10). При установці на смартфон спеціального додатку можна отримувати інформацію про температуру і вологість в квартирі. Якщо задати в такій програмі певні параметри мікроклімату, то вона повідомить, якщо умови будуть порушені.

Малюнок 10. Бездротовий сенсор виробництва компанії Xiaomi

Зауважимо, що у цього пристрою досить низька похибка вимірів (для вологості вона в межах 3%, що стосується температури, то точність показань порядку 0, 3 С °). Істотний недолік - нерусифікованою програмне забезпечення, але ця проблема буде вирішена найближчим часом.

Тим, хто хоче зробити для теплиці крапельний полив з датчиком вологості, можна порекомендувати сенсор Gardena (рис. 11), який регулює роботу клапанів систем цього ж виробника.

Малюнок 11. Сенсор Gardena, керуючий системою поливу

Для живлення пристрою використовуються дві алкалінові батарейки, їх заряду вистачає на 10-12 місяців безперервної роботи.

Тепер розглянемо характеристики промислової моделі цифрового вимірювача Івіта-М.Т (рис. 12), який може застосовуватися у виробничій сфері, сільському господарстві або ЖКГ.

Малюнок 12. Вимірювач вологості з виносним датчиком із серії Івіта-М

Перелік основних характеристик:

  • для живлення приладу необхідно напруга 18-36 В;
  • відносна вологість може бути виміряна в діапазоні від 5% до 95% (максимальна похибка не більше 4%);
  • вимір температури повітря в межах від -40 С ° до 50 С ° (модифікації Н1, V) або від -40С ° до 60 ° (моделі Н2, К1, К2), точність 2 С °;
  • прилад може експлуатуватися в температурному діапазоні від -40 С ° до 50 С °.

Любителів поекспериментувати напевно зацікавлять сенсори DHT11 і DHT22 (рис. 13), які використовуються разом з платформою Ардуіно. У мережі можна знайти багато цікавих рішень на цій елементній базі.

Малюнок 13. Сенсори вологості для платформи Arduino

a) DHT22; b) DHT11.

Як видно з малюнка зовнішній вигляд цих датчиків практично ідентичний, це ж стосується і терморегулятори. Технічні характеристики сенсорів дуже схожі, за винятком точності і діапазону вимірювань. Наведемо ці дані.

Основні технічні параметри DHT11:

  • підключення до джерела постійної напруги 3-5 В;
  • в процесі запиту піковий рівень споживаного струму не більше 2, 5 мА;
  • кордони вимірюваної вологості і температури - 20-80% і 0-50 С °, похибка 5% і 2 С °;
  • частота вибірки 1 Гц, тобто отримувати дані можна один раз протягом секунди.

Тепер порівняємо ці параметри з більш точною моделлю DHT22:

  • напруга джерела живлення залишається без змін, як і споживчість ток при передачі даних;
  • вологість вимірюється у всьому діапазоні 0-100%, похибка в межах 2-5%;
  • кордони заміряє температури істотно розширені, в порівнянні з попередньою моделлю, мінімальна -40 С °, максимальна +125 С °.

Вартість цих приладів цілком доступна на Аліекспрессе їх можна замовити з безкоштовною доставкою по $ 1.28 (DHT11) і $ 4, 9 (DHT22). Якщо купувати в Росії ціна буде приблизно в півтора-два рази дорожче. Що стосується базової платформи, то плату Arduino Uno можна придбати в Піднебесній за $ 25- $ 48 (вартість залежить від комплектації). Програмне забезпечення і прошивки викачуються безкоштовно.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик