Терминология
Чтобы использование датчика влажности было полезным, нужно понять его конструкцию и действие. Многие пользователи не понимают его эффективности и принципа устройства, отсюда возникают сложности.
Влажность воздуха условно делится на абсолютную и относительную. Абсолютная соответствует измерению объема воды в воздушной массе. Существует предельный порог насыщения, который соответствует 100 %. От этого показателя начинается следующий процесс, именуемый конденсацией.
Нередко приборы собираются с дополнительным датчиком температуры, по которому определяется взаимосвязь между температурой среды и количеством влаги в воздухе.
Относительная влажность воздуха измеряется соотношением влагоемкости к абсолютной влажности. Чем выше относительная влажность, тем выше “точка росы”, соответственно ближе к фактической температуре воздуха.
Процесс совершенствования датчиков влажности
Как в отечественном, так и в зарубежном производстве датчиков влажности просматривается эффективное направление развития – разработка инновационных влагочувствительных композиций. В целом, для этой отрасли характерны следующие особенности:
- неминуемый переход на групповую планарную микроэлектронную технологию производства (применяется как тонкопленочная, так и толстопленочная);
- создание мультизадачных устройств, например, интегральных измерителей температуры и влажности. Эксплуатация таких датчиков не только способствует повышению точности производимых замеров, но и приводит к упрощению процесса их калибровки;
- приведение к единой системе конструкций датчиков влажности, а также средств обработки сигналов на фоне широкого применения микропроцессоров.
Существование широкого многообразия моделей датчиков влажности можно объяснить тем, что ни один из них не является универсальным. Каждый тип датчика имеет свою специфику, обладает преимуществами и недостатками, а значит выбор устройства должен происходить с учетом особенностей его применения.
Описание и назначение
Датчик влажности — устройство, предназначенное для измерения и преобразования относительной влажности в цифровой сигнал, а также в стандартный сигнал напряжения.
Защитные покрытия датчика позволяют использовать устройство в различных окружающих условиях и задачах, а также в управлении показателем влагосодержания: для автоматизации зданий, для контроля сушки при химическом производстве, в сельском хозяйстве.
Методы измерения влажности условно делятся на прямые и косвенные. В прямых методах осуществляется распределение исследуемого материала конкретно на сухое вещество и влагу. Косвенными методами измеряют физические величины, которые связанные с влажностью материала.
В помещениях повышенной влажности принято устанавливать вентилятор, в котором имеется гидростат — датчик влажности, выполняющий анализ насыщения воздуха в ванной водяными парами. Подобное устройство будет включаться лишь в условиях превышения нормы влажности.
Для качественного воздухообмена в ванной вместо вентиляционной решетки устанавливается вентилятор со встроенным датчиком влажности.
Калибровка гигрометра на практике.
А теперь пример из моей практики тестирования китайского гигрометра CX-201A. В помещении с влажностью 37%, гигрометр показывал 16%. В помещении с влажностью 47%, гигрометр показывал 29%.
После запаивания подстроечного резистора к контактам R1 гигрометр отображал влажность 50% и не при каких условиях показания не изменялись более, чем на 1 процент. Изменение параметров других элементов также не принесло желаемых результатов. В конце концов, было решено оставить всё, как было изначально и судить о влажности в помещении навскидку.
Виды и их принципы работы
Емкостной
Емкостной датчик является самым простым и представляет собой конденсаторы с воздухом между двух пластин. В сухом состоянии воздух не проводит электрический ток. Емкость определяется способностью хранить электрический заряд и меняется при изменении строения датчика.
Второй тип заключается в емкостном датчике с диэлектриком, который значительно чувствителен к влажной окружающей среде в отличие от датчика с воздухом. Конденсатор подключается к генератору, а предмет располагается между пластинами. Измеряется частота контура колебаний и вычисляется емкость.
Третий вариант емкостного датчика представляет собой подложку с двумя электродами в виде гребенки. Они выполняют роль обкладок. Для компенсации температуры в 1 датчик включены 2 термоэлемента.
Датчики с аналоговым выходом создают электромагнитное поле на участке реагирования датчика, который срабатывает на приближение или удаление от активной поверхности металлических веществ и преобразует показатель этого расстояния в аналоговый сигнал по току или напряжению с линейной зависимостью.
Резистивный
Резистивный датчики отслеживают перемену электрического сопротивления среды. В их конструкции применяют керамическое покрытие для исключения слияния состояния окружающей среды при образовании конденсата. Датчики сооружают из подложки, на поверхности которой имеется проводящий электролит, с нанесенными на нее электродами. Их помещают в защиту из пластика.
Соединяющим материалом выступает керамический порошок, взвешенный в жидкой среде. После покрытия и высушивания датчики поддаются высокой температуре. От чего образуется толстопленочное покрытие, которое не растворяется в воде и полностью предотвращает образование конденсата.
В резистивных датчиках имеется бифилярная намотка. После покрытия гигроскопическим полимером, их сопротивление оказывается обратно пропорциональным влажности.
Термисторный
Этот вид датчика основаны на термисторах. Они определяют влажность по колебанию теплопроводности газов. Такие датчики сделаны из двух очень маленьких термисторов, зафиксированных при помощи очень тонких проводов для уменьшения тепловых потерь за счет теплопроводности через корпус.
Сопротивление у термистора в большой степени меняется при небольшом изменении температуры. В датчике один термистор встроен в герметичную камеру с сухим воздухом, а другой имеет прямой контакт с окружающей средой. Пары влаги частично конденсируются и испаряются при попадании на второй термистор. При этом изменяется его температура и сопротивление. Сравнение сопротивления двух термисторов и дает представление о степени увлажненности воздуха.
Оптический
Наибольшая точность отслеживания влажности среды показывается оптическими датчиками. Цена такого датчика выше иных видов, но при этом гарантирована точная диагностика.
Помимо высокой стоимости необходимо знать, что у него большая вероятность загрязнений оптического стекла. И к тому же потребляется значительный размер электричества.
Большинство датчиков влажности обладают плохой воспроизводимостью, и они выдают не точные измерения. Исходя из этого свойства применяют косвенные методы определения влажности, самым эффективным из которых стало вычисление абсолютной и относительной влажности при температуре термодинамического равновесия жидкости и газа в воздухе.
Температуре точки росы соответствует определенное значение давления насыщенного пара. Поэтому, измеряя температуру точки росы при известном значении давления, можно определить абсолютную влажность.
Электронный датчик
Срабатывание датчика происходит при изменении электролита, которым покрыт изоляционный материал. Существуют аппараты с автоподогревом, которые поддерживают температуру точки росы.
Принцип действия датчика заключается в реакции раствора хлорида лития, который очень чувствителен к даже незначительным колебаниям влажности. Над этим раствором проводится замер точки росы. Для наибольшей эффективности гигрометра к нему присоединяют термометр, который придает ему работу с повышенной точностью. Причем нельзя полностью исключать незначительную погрешность. Он может измерить влажность при любой температуре среды.
В последнее время нашли применение цифровые электронные датчики, которые относятся к высокоточным приборам с функцией контроля климата в помещении. Сенсорный экран определяет показатели температуры и процента влажности. В случае отклонения от заданных параметров он сообщает владельцу, как правило, звуковым или световым сигналом. Это позволяет быстро настроить необходимый параметр.
Наиболее распространены обычные электронные гигрометры с двумя электродами. В землю помещаются два электрода. По степени проводимости тока определяют влажность.
Канальный
Канальный датчик применяется для определения влажности неагрессивной среды. Воздух не должен быть загружен пыльными массами, иначе возникает большая погрешность и невозможность справиться со своей функцией.
Цифровой влагоустойчивый датчик определяет относительную влажность. А также способен срабатывать по настроенным диапазонам показателей.
Подключение датчика или установка
Сам процесс подключения элементов системы к блоку управления (БУ) не представляет особой сложности. Несмотря на то, что в инструкции по эксплуатации есть описание порядка действий при монтаже, мы подготовили для вас более детальный и подробный шаблон действий при установке системы.
Вам будет интересно: Рейтинг ТОП 7 лучших электрошашлычниц для дома: обзор популярных моделей, отзывы
Для начала надо определиться с местами вероятной протечки, к ним как правило относятся участки труб с большим количеством соединений, места установки водоразборных кранов и бытовой техники, типа посудомоечной и стиральной машин. Датчики лучше закрепить к основанию, чтобы они были параллельны плоскости пола. Если позволяет возможность, можно закрепить при помощи небольшого самореза непосредственно к основанию, если саморез использовать нельзя, можно просверлить отверстие под дюбель и закрепить с помощью него.
В соответствии с инструкцией, в первую очередь необходимо подключить встроенную батарею, именно она отвечает за работоспособность системы в случае отключения сети 220В. Для этого необходимо открутить два винта с задней части контроллера и соединить контакты батареи и контроллера.
Согласно инструкции необходимо подключить все провода к контроллеру. Все места подключения помечены и трудностей данная процедура не вызывает. Хотим обратить внимание, провода от кранов можно объединить и к контроллеру – подключить только три, а не шесть. Также система рассчитана на подключение заземляющего провода, поэтому раз таковая есть, лучше подключить.
После установки системы, необходимо проверить ее работоспособность, для этого необходимо намочить датчик. Как только датчик почувствует влагу, контроллер подает сигнал проводам и шаровые краны автоматически закрываются. При этом раздается звуковой и световой сигнал.
Обращаем ваше внимание, виды датчиков бывают разные, мы вам рассказали только о моделе, в комплекте которой имеются кабеля. Независимо от типа вашей модели обязательно читайте инструкцию – в ней все подробно и максимально доступно рассказано и наглядно показано.
Обзор популярных устройств
HIG-2
Датчик влажности SOLER&PALAU HIG-2 реагирует при влажности 60-90%, температуре от 0 до 40°С. Гигростат используется для автоматического включения и выключения вентиляторов, опираясь на заданный уровень относительной влажности.
После достижения заданного показателя влажности датчик выключается и срабатывает таймер задержки отключения.
После отработки по таймеру вентилятор автоматически отключается и датчик переходит в режим ожидания. Электробезопасность обеспечивается
DHT11 и DHT22
Датчики температуры и влажности DHT11 и DHT22 принадлежат группе недорогих и простых. Датчики DHT собраны из двух деталей: емкостный датчик влажности и термистор.
В корпус датчика встроен простой чип для изменения аналогового сигнала в цифровой. Считывать цифровой сигнал на выходе совершенно просто — при помощи любого контроллера.
Изучив все технические показатели можно сделать вывод, что DHT22 более точный и имеет больший масштаб измеряемых значений. Оба датчика имеют по одному цифровому выходу. Запросы к ним можно отправлять не чаще чем один в секунду или две.
Xiaomi
Компания Xiaomi выпускает широкую линейку недорогой техники, но имеет отличительные от других производителей характеристики, имея свои достоинства и недостатки.
Так в модельном ряду присутствуют и датчики температуры и влажности. Представляет собой крошечное устройство, которое реагирует на изменение заданных показателей. Управление осуществляется через приложение и специальную программу.
Датчик сконструирован довольно примитивно, крепится на поверхность, использует батарейку, поверх устройства имеется кнопка, которая загорается в момент первого включения. Гаджет работает только в совокупности с главным устройством.
Рабочие температуры датчика варьируются от -20 до 60ºС. Влажность – от 0 до 100%, Измерение температуры и влажности происходит постоянно.
Устройство подает сигнал (мигание света или звук) опасности, если показатели датчика уходят за границу установленной нормы. К основному аппарату можно подсоединить несколько датчиков и контролировать влажность в разных помещениях.
ИВИТ-М
Устройство измерения температуры и влажности Ивит–М разработан для контроля влажности воздуха и неагрессивных газов в промышленности, жкх и сельской деятельности.
В устройствах ИВИТ-М используются высококачественные сенсоры емкостного типа, имеющие временную и температурную стабильность параметров. Технические показатели и класс точности прибора разделяют датчики на типы. Все устройства ИВИТ-М обладают высокой точностью измерения.
У датчика влажности воздуха ИВИТ-М есть защита от конденсации влаги на чувствительном элементе. В случае повышения значения в 90% моментально срабатывает, нагрев микронагревателя сенсора, способствующего повышению температуры на 5°С выше температуры окружающей среды. Причем относительная влажность около чувствительного элемента снижается и исключается вероятность конденсации влаги.
Варианты калибровки гигрометра, теория.
Механический стрелочный гигрометр калибруется легко. Например, вы использовали метод проверки солью, когда влажность составляет 75%. Просто проверните его стрелку на оси, закрепив на показании 75%. Решающее значение при калибровке имеет время — нужно уложиться максимум в минуту, пока не успели измениться показания прибора. Можно заранее снять стекло, закрывающее стрелку со шкалой, перед помещением во влажную емкость, потому что можно попросту не успеть это сделать за столь короткое время.
С электронными гигрометрами сложнее. Если гигрометр или метеостанция находится на гарантии, пусть вам ее настроят бесплатно в сервисном центре. Если гарантии нет, то возможность калибровки маловероятна. Если в дорогом устройстве еще и может стоять подстроечный резистор, то в дешевых гигрометрах калибровка не предусмотрена. Не найдёте вы на них и схему. Однако есть пара вариантов улучшить точность показаний влажности.
Для самостоятельной настройки электронного гигрометра, сперва нужно его разобрать. Корпуса малогабаритных моделей часто держатся на защёлках. Открыть их можно, вставив сбоку нож, и в образовавшуюся щель вставить ненужную банковскую карту, проведя затем ею вокруг периметра корпуса.
В моем гигрометре нужно было открутить шурупы, сперва отодрав переднюю декоративную панель, под которой они скрывались.
Экран отрывать от электронной платы не стоит — отсоединенные контакты после этого часто не подлежат восстановлению. Также нельзя трогать, а тем более протирать датчик влажности, т.к. он имеет очень чувствительное и ненадёжное покрытие. Электронные схемы различных гигрометров идентичны. На плате размещена бескорпусная микросхема-лепёшка, десяток конденсаторов (песочного цвета), пяток резисторов (черные), кварцевый резонатор (металлический цилиндр), датчик температуры (чёрная капля на ножках), датчик влажности (белый квадратик на ножках).
Гигрометр изначально спроектирован без возможности ремонта и настройки. Схем ни на одну модель в интернете не найти. Что интересно, термометры, как правило работают точно, а вот при замере влажности ошибка бьёт все возможные и невозможные рекорды. С помощью осциллографа выяснил, что на датчик влажности поступает сигнал в форме меандра частотой 1 кГц. Но эта информация нам мало чего дает.
Изменить точность показаний влажности можно несколькими способами.
а) Заменить датчик влажности HR202L. Их продают и на Алиэкспресс, и в радиомагазинах. б) Если отображаемая влажность всегда низкая (10%), можно попробовать нанести на поверхность датчика тонкий слой гигроскопичной жидкости, например тормозной. Как вариант можно нанести мыльный гель — хозяйственное мыло + полиамидоимид + полиэтиленгликоль 50х50. в) Если отображаемая влажность всегда завышена, то с датчика влажности со стороны «змейки», в его уголке с поверхности нужно немного соскрести влагочувствительного покрытия. Чем больше покрытия снимите — тем будут ниже показания влажности. г) Отрегулировать влажность также можно, заменив расположенные рядом с датчиком влажности постоянные резисторы R1 (иногда R2) подстроечным резистором. д) Запаять подстроечный резистор параллельно (иногда последовательно) датчику влажности и подогнать показания, регулируя его сопротивление.
Особенности подключения
Многие датчики подключаются к системе без особых требований. Предварительно вскрыв крышку устройства, необходимо протянуть кабеля внешних сигналов и подключить в сеть.
При первоначальном подключении датчика в сеть на нем заложены заводские установки, которые можно наладить на свое усмотрение. Причем есть возможность запрограммировать настройки через интерфейс или через другие каналы передачи, такие как Интернет или USB.
Правила эксплуатации
Правила эксплуатации подразумевают соблюдение требований по безопасности использования и необходимых мер для увеличения срока использования. Поэтому не допускается попадание влаги на внутренние электро– и радиоэлементы прибора. Не допускается эксплуатация прибора в химически агрессивных средах с содержанием кислот, щелочей.
Опасно для человека касание рабочей поверхности элемента руками. Длительное нахождение прибора при высокой относительной влажности может привести к дрейфу его характеристик и ухудшению точности измерений.
Области применения датчиков влажности
Измерение показателей влажности необходимо в таких сферах деятельности, как:
- химическое производство;
- транспортировка топлива;
- фармацевтика;
- полимеризация;
- животноводство;
- хранение продукции;
- обслуживание холодильных и морозильных камер;
- лесоперерабатывающая промышленность;
- работа пищевых цехов;
- сельскохозяйственная отрасль и т. д.
