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Sensori di umidità: come sono disposti e funzionano
Un dispositivo che misura il livello di umidità è chiamato igrometro o semplicemente un sensore di umidità. Nella vita di tutti i giorni, l'umidità è un parametro importante, e spesso non solo per la vita ordinaria, ma anche per varie attrezzature e per l'agricoltura (umidità del suolo) e molto altro.
In particolare, il nostro stato di salute dipende molto dal grado di umidità. Particolarmente sensibili all'umidità sono le persone dipendenti dalle condizioni meteorologiche, nonché le persone che soffrono di ipertensione, asma bronchiale, malattie del sistema cardiovascolare.
Con un'elevata secchezza dell'aria, anche le persone sane avvertono disagio, sonnolenza, prurito e irritazione della pelle. Spesso l'aria secca può provocare malattie dell'apparato respiratorio, a partire da infezioni respiratorie acute e infezioni virali respiratorie acute e fino alla polmonite.
Nelle imprese, l'umidità dell'aria può influire sulla sicurezza dei prodotti e delle attrezzature e, in agricoltura, l'influenza dell'umidità del suolo sulla fertilità, ecc., È inequivocabile. sensori di umidità - igrometri.
Alcuni dispositivi tecnici sono inizialmente calibrati sull'importanza strettamente richiesta e, talvolta, per mettere a punto il dispositivo, è importante avere il valore esatto dell'umidità nell'ambiente.
umidità può essere misurato da diversi dei possibili valori:
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Per determinare l'umidità dell'aria e di altri gas, le misurazioni vengono eseguite in grammi per metro cubo quando si tratta del valore assoluto di umidità o in unità di umidità relativa quando si tratta di umidità relativa.
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Per misurare il contenuto di umidità dei solidi o dei liquidi, sono adatte le misurazioni in percentuale della massa dei campioni di prova.
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Per determinare il contenuto di umidità di liquidi scarsamente miscelati, ppm (quante parti di acqua per 1.000.000 di parti del peso del campione) fungerà da unità di misura.
Secondo il principio di azione, gli igrometri sono suddivisi in:
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capacitivo;
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resistenza;
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termistore;
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ottica;
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e.
1) Sensore di umidità capacitivo
Gli igrometri capacitivi, nel caso più semplice, sono condensatori con aria come dielettrico nell'intercapedine. È noto che nell'aria la costante dielettrica è direttamente correlata all'umidità e che i cambiamenti nell'umidità dielettrica portano anche a cambiamenti nella capacità del condensatore d'aria.
Una versione più complessa di un sensore di umidità capacitivo nell'intercapedine d'aria contiene un dielettrico, con una costante dielettrica, che può variare notevolmente sotto l'influenza dell'umidità. Questo approccio rende la qualità del sensore migliore rispetto alla sola aria tra le piastre del condensatore.
La seconda opzione è adatta per le misurazioni relative al contenuto di acqua dei solidi. L'oggetto studiato viene posto tra le piastre di un tale condensatore, ad esempio l'oggetto può essere una tavoletta e il condensatore stesso è collegato al circuito oscillante e al generatore elettronico, mentre viene misurata la frequenza naturale del circuito ottenuto e la capacità ottenuta introducendo il campione di prova viene “calcolata” dalla frequenza misurata.
Naturalmente, questo metodo presenta alcuni inconvenienti, ad esempio se l'umidità del campione è inferiore allo 0,5%, sarà inaccurata, inoltre, il campione misurato deve essere pulito da particelle con un'alta costante dielettrica, inoltre, la forma del campione è importante anche durante la misurazione, non dovrebbe cambiare durante lo studio.
Il terzo tipo di sensore di umidità capacitivo è un igrometro capacitivo a film sottile. Include un substrato su cui sono applicati due elettrodi a pettine. In questo caso, gli elettrodi a pettine svolgono il ruolo di piastre.Ai fini della compensazione termica, nel sensore vengono inoltre introdotti altri due sensori di temperatura.
2) Sensore di umidità resistivo
Tale sensore include due elettrodi che si depositano su un substrato e sopra gli elettrodi stessi viene applicato uno strato di materiale che differisce in una resistenza abbastanza bassa, tuttavia varia notevolmente a seconda dell'umidità.
Un materiale adatto nel dispositivo può essere allumina. Questo pozzo di ossido assorbe l'acqua dall'ambiente esterno, mentre la sua resistenza specifica varia notevolmente. Di conseguenza, la resistenza totale del circuito di misurazione di tale sensore dipenderà in modo significativo dall'umidità. Quindi, il valore della corrente che scorre indicherà il livello di umidità. Il vantaggio di sensori di questo tipo è il loro prezzo basso.
3) Sensore di umidità a termistore
Un igrometro a termistore è costituito da una coppia di termistori identici. A proposito, ricordalo termistore - Questo è un componente elettronico non lineare la cui resistenza dipende fortemente dalla sua temperatura.
Uno dei termistori inclusi nel circuito è collocato in una camera sigillata con aria secca. E l'altro - in una camera con fori attraverso i quali entra aria con un'umidità caratteristica, il cui valore deve essere misurato. I termistori sono collegati in un circuito a ponte, la tensione viene applicata a una delle diagonali del ponte e le letture vengono lette dall'altra diagonale.
Nel caso in cui la tensione ai terminali di uscita sia zero, le temperature di entrambi i componenti sono uguali, quindi l'umidità è la stessa. Nel caso in cui l'uscita riceva una tensione diversa da zero, ciò indica la presenza di una differenza di umidità nelle camere. Quindi, l'umidità è determinata dal valore della tensione ottenuta durante le misurazioni.
Un ricercatore inesperto può porre una domanda equa, perché la temperatura di un termistore cambia quando interagisce con l'aria umida? E il fatto è che con l'aumentare dell'umidità, l'acqua inizia a evaporare dal case del termistore, mentre la temperatura del case diminuisce e più l'umidità è elevata, più intensa si verifica l'evaporazione e più veloce si raffredda.
4) Sensore ottico di umidità (condensa)
Questo tipo di sensore è più preciso. La base del sensore ottico di umidità è un fenomeno associato al concetto di "punto di rugiada". Quando la temperatura raggiunge il punto di rugiada, le fasi gassosa e liquida sono nella condizione di equilibrio termodinamico.
Quindi, se prendi un bicchiere e lo installi in un mezzo gassoso, dove la temperatura al momento dell'indagine è al di sopra del punto di rugiada, e quindi avvia il processo di raffreddamento di questo vetro, a un valore di temperatura specifico inizierà a formarsi sulla superficie del vetro, questo vapore acqueo inizierà a passare nella fase liquida . Questa temperatura sarà solo il punto di rugiada.
Quindi, la temperatura del punto di rugiada è indissolubilmente legata e dipende da parametri come l'umidità e la pressione nell'ambiente. Di conseguenza, avendo la capacità di misurare la pressione e la temperatura del punto di rugiada, sarà facile determinare l'umidità. Questo principio serve come base per il funzionamento dei sensori ottici di umidità.
Il circuito più semplice di un tale sensore è costituito da un LED che brilla su una superficie a specchio. Lo specchio riflette la luce, cambiando la sua direzione e indirizzandola verso il fotorilevatore. In questo caso, lo specchio può essere riscaldato o raffreddato mediante uno speciale dispositivo di controllo della temperatura ad alta precisione. Spesso un tale dispositivo è una pompa termoelettrica. Naturalmente, un sensore di temperatura è montato sullo specchio.
Prima di iniziare le misurazioni, la temperatura dello specchio è impostata su un valore ovviamente superiore alla temperatura del punto di rugiada. Quindi eseguire un raffreddamento graduale dello specchio.Nel momento in cui la temperatura inizia ad attraversare il punto di rugiada, gocce d'acqua si condenseranno immediatamente sulla superficie dello specchio e il raggio di luce dal diodo si romperà a causa di loro, si disperderanno e questo porterà a una diminuzione della corrente nel circuito del fotorilevatore. Tramite feedback, il fotorilevatore interagisce con il termoregolatore dello specchio.
Quindi, basandosi sulle informazioni ottenute sotto forma di segnali da un fotorilevatore, il termoregolatore manterrà la temperatura sulla superficie dello specchio esattamente uguale al punto di rugiada, e il sensore di temperatura mostrerà di conseguenza la temperatura. Quindi, con pressione e temperatura note, è possibile determinare con precisione gli indicatori di base dell'umidità.
Il sensore di umidità ottico ha la massima precisione irraggiungibile da altri tipi di sensori, oltre all'assenza di isteresi. Lo svantaggio è il prezzo più alto di tutti, oltre a un grande consumo di elettricità. Inoltre, è necessario prestare attenzione per garantire che lo specchio sia pulito.
5) Igrometro elettronico
Il principio di funzionamento del sensore elettronico di umidità dell'aria si basa su un cambiamento nella concentrazione di elettrolita che copre qualsiasi materiale isolante elettrico. Esistono tali dispositivi con riscaldamento automatico con riferimento al punto di rugiada.
Spesso il punto di rugiada viene misurato su una soluzione concentrata di cloruro di litio, che è molto sensibile ai minimi cambiamenti di umidità. Per la massima praticità, un simile igrometro è spesso inoltre dotato di un termometro. Questo dispositivo ha un'alta precisione e un basso errore. È in grado di misurare l'umidità indipendentemente dalla temperatura ambiente.
Sono anche popolari semplici igrometri elettronici sotto forma di due elettrodi, che si attaccano semplicemente al terreno, controllando la sua umidità in base al grado di conducibilità, a seconda di questa umidità. Questi sensori sono popolari tra i fan. Arduino, poiché è facile impostare l'irrigazione automatica di un letto da giardino o di un fiore in una pentola, nel caso in cui non sia conveniente o conveniente irrigare manualmente.
Prima di acquistare un sensore, considerare ciò che sarà necessario misurare, l'umidità relativa o assoluta, l'aria o il suolo, qual è l'intervallo di misurazione previsto, se l'isteresi è importante e quale precisione è necessaria. Il sensore più preciso è ottico. Prestare attenzione alla classe di protezione IP, alla gamma di temperature di funzionamento, a seconda delle condizioni specifiche in cui verrà utilizzato il sensore, se i parametri sono adatti a te.
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