В настоящее время имеется разнообразие датчиков и модулей, предназначенных для измерения температуры и других показателей, что связано с поддержанием оптимальных условий для жизнедеятельности человека и для контроля состояния различных объектов и организмов.
Датчики измерения влажности: что это такое
Датчик влажности представляет собой электронное устройство, которое фиксирует влажность окружающей среды и переводит полученные данные в соответствующий электрический сигнал. Эти устройства могут значительно различаться по размеру и функциональным возможностям; некоторые из них интегрированы в портативные гаджеты, такие как смартфоны, в то время как другие могут входить в состав более сложных встроенных систем, таких как системы мониторинга качества воздуха.
Влажность воздуха определяется как количество водяного пара, содержащегося в атмосфере, и этот показатель может существенно влиять не только на личный комфорт, но также и на разнообразные производственные процессы в различных отраслях. Например, в полупроводниковой сфере особое внимание уделяется контролю уровня влажности, чтобы обеспечить корректную обработку подложек. Также важен мониторинг влажности в инкубаторах, респираторных устройствах, стерилизаторах и разных биологических изделиях. Пара водяного пара может оказать значительное влияние на химические, биологические и физические процессы.
Контроль влажности является критически важным параметром для решения научных, производственных и хозяйственных задач, так как как недостаток, так и избыток влаги может привести к неблагоприятным последствиям, таким как разложение материалов, коррозия и рост патогенных микроорганизмов. В последнее время технологии производства датчиков значительно улучшились благодаря использованию высокоскоростных, маломощных и экономически доступных микроэлектронных гибридных схем, современным методам обработки сигналов и достижениям в области миниатюризации.
Виды датчиков влажности
Датчики влажности — это электронные устройства, которые измеряют и сообщают о количестве водяного пара в воздухе или других газах. Они применяются в самых различных областях, начиная от управления промышленными процессами и заканчивая контролем климатических условий в жилых и офисных помещениях. Существует несколько различных типов датчиков влажности, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Датчики влажности можно классифицировать по различным критериям, включая механизм считывания, принцип действия, конструкцию и область применения. В этом разделе рассмотрены некоторые распространенные методы классификации:
Механизм срабатывания
Датчики влажности можно классифицировать по механизму срабатывания, который они используют для определения уровня влажности. К распространенным типам чувствительных механизмов относятся:
- Емкостные – эти датчики измеряют изменения в емкости чувствительного элемента, вызванные влажностью;
- Резистивные – фиксируют изменения сопротивления чувствительного элемента в зависимости от наличия или отсутствия влаги;
- Термисторные или психометрические – реагируют на изменения теплопроводности или теплоемкости чувствительного элемента по мере воздействия влаги;
- Оптические – определяют изменения коэффициента преломления или поглощения чувствительного элемента в результате воздействия влажности;
- Гравиметрические – фиксируют изменения массы чувствительного элемента при наличии влаги.
Принцип действия
Датчики влажности также классифицируются по принципу действия. Среди распространенных принципов измерения можно выделить:
- Гигрометрия – измеряет абсолютную влажность окружающего воздуха;
- Точка росы – определяет температуру, при которой водяной пар в воздухе конденсируется в жидкость;
- Психрометрия – измеряет относительную влажность окружающего воздуха.
Конструкция
Также возможно классифицировать датчики влажности по их конструкции. Некоторые из распространенных типов конструкций включают:
- Тонкопленочные – в таких датчиках используется тонкая пленка определенного материала в качестве чувствительного элемента;
- Объемные – в этих датчиках чувствительным элементом является сыпучий материал;
- Поверхностная акустическая волна (ПАВ) – в этих датчиках применяются акустические волны для фиксации изменений влажности;
Кроме того, существует использование микроэлектромеханических систем (MEMS), где используются технологии микрофабрикации для создания микроскопических интегрированных датчиков.
Влажность воздуха
Хотите узнать, что такое влажность воздуха, какими единицами она измеряется, и как быстро рассчитать необходимое количество воды для достижения нужной относительной влажности воздуха? Об этом можно прочитать в нашей статье: Что такое влажность воздуха?
Таким образом, какими средствами сейчас измеряют влажность воздуха? Наиболее популярным прибором в этой области остается психрометр. В России в основном используются две модели: ВИТ-1 и ВИТ-2. Хотя специалисты начинают понимать, что эти приборы относятся к области статистики, и их чаще применяют там, где необходимо удовлетворить требования контролирующих органов, но влияние неправильного измерения влажности на качество и сохранность крайне минимально. Такие устройства чаще всего встречаются в больницах, клиниках, библиотеках, музеях и других учреждениях. Узнать, почему психрометры не подходят для контроля относительной влажности воздуха, вы можете из статьи: Гигрометр ВИТ: Инструкция по применению.
На сегодняшний день психрометры теряют свое последнее преимущество – низкую стоимость. Ранее их стоимость варьировалась от 200 рублей, но сейчас начинается от 1000 и может достигать 2500 рублей, что фактически приближает их цену к более современных точных электронных термогигрометров.
На сегодняшний день наиболее точным и практичным методом измерения относительной влажности является абсорбционный метод с использованием емкостного сенсора влажности. Такой сенсор представляет собой конденсатор, в котором верхняя обкладка выполнена из тонкой пористой металлической пленки, а изолятор сделан из полимерных материалов с отличной способностью к поглощению и отдаче влаги. Изменения диэлектрических параметров изолятора и его геометрических характеристик при изменении влажности приводят к взаимным изменениям емкости сенсора. Первые модели таких сенсоров были простыми конденсаторами. Зависимость емкости от влажности описывалась полиномом с большим количеством коэффициентов, что усложняло калибровку с большим количеством точек в камере влажности. Поэтому первые сенсоры были довольно дорогими и неудобными в использовании. Современные сенсоры влажности изготавливаются в интегральном формате в виде небольших микросхем, которые полностью откалиброваны по всему диапазону измерений и имеют цифровой выходной сигнал, чаще всего с шиной I2C.
Выбор датчика влажности
Современные датчики влажности, в общем, состоят из сенсора, схемы для преобразования сигнала в стандартный промышленный интерфейс и защитного корпуса. Качество датчика на 99% определяется применяемым сенсором. Поэтому при выборе устройства в первую очередь необходимо узнать, какой сенсор установлен и от какого производителя. Рекомендуем также выяснить модификацию данного сенсора. Например, определенные производители предлагают сенсоры с защитной мембраной, выполненной из пористого фторопласта, что позволяет предотвратить контакт сенсора с водой и другими загрязнениями. Существуют сенсоры, оснащенные встроенными микронагревателями, которые защищают их при очень высокой влажности, близкой к 100%. Изначально на рынке лидировала американская компания Honeywell в производстве сенсоров влажности. Высокоточные сенсоры, а также устройства, работающие при температурах до 200°C, производит швейцарская компания Rotronic. Устройства этой компании réputируются высоким качеством, однако цены на них также достаточно высоки. На сегодняшний день самой известной компанией в мире, занимающейся производством сенсоров влажности, также является швейцарская компания Sensirion. Их сенсоры пользуются высоким спросом благодаря экономичному крупносерийному производству. Часто даже китайские производители электронных измерителей влажности выбирают сенсоры этой компании за её надежность. Современные и качественные датчики российского производства, использующие швейцарские сенсоры, предлагают по доступным ценам в НПК Рэлсиб.
Кроме того, важно учитывать материал зонда и защитного колпачка. Если температура применения датчика влажности высока или в воздухе присутствуют агрессивные химические вещества, лучше выбирать устройства с зондом, изготовленным из нержавеющей стали. Полимерные материалы могут выделять газы, что негативно скажется на показаниях сенсора. Рекомендуется также снять защитный колпачок и проверить качество монтажа сенсора и использованные материалы. Эти материалы не должны выделять никаких газов в течение всего температурного диапазона эксплуатации датчика.
Если отсутствуют требования обязательной сертификации датчика, лучше выбирать прибор, который не внесен в Государственный реестр средств измерений. Это поможет вам существенно сэкономить, вдвое снижая стоимость, при этом не теряя в точности, стабильности и других характеристиках. Покупать устройство, внесенное в Госреестр, стоит только в том случае, если вы планируете проводить его проверки каждый год, что существенно накладно — около 5000 рублей в ЦСМ. Если на вашем предприятии имеется большой парк приборов, проще будет оставить один калиброванный переносной термогигрометр, при помощи которого периодически проверять установленное оборудование для контроля температуры и влажности. Еще более удобным решением будет применение автономного регистратора, например: EClerk-M-RHT.
Если требуется контролировать влажность в условиях высокой температуры, целесообразно выбрать прибор с выносным зондом для измерения влажности воздуха.
Если датчик будет эксплуатироваться в холодильной камере, лучше выбрать прибор с дисплеем, а не с ЖК-дисплеем.
Для контроля влажности в чистом помещении можно существенно сэкономить, выбрав прибор с перфорированным корпусом и сенсором, установленным внутри корпуса, без необходимости в дорогостоящем герметичном корпусе. Примером такого удачного сочетания является датчик температуры и относительной влажности ДВТ-04.T.K.
Точность и диапазон измерений
- Определение влажности в диапазоне от 20 до 80% с точностью ±5% RH;
- Определение температуры от 0°C до +50°C с точностью ±2 °C;
- Частота опроса 1 раз в секунду;
- Определение влажности в диапазоне 0-100% с точностью ±2% RH;
- Определение температуры от -40°C до +125°C с точностью ±0.5°C;
- Частота опроса 1 раз в 2 секунды;
- Определение влажности в диапазоне 0-100% с точностью ±2% RH;
- Определение температуры от -40°C до +80°C с точностью ±0.5°C;
Цена
При сравнении цен на различные датчики, можно отметить низкую стоимость датчика DHT11. Его цена обычно колеблется в пределах 100-200 рублей, что обусловлено высоким спросом на этот тип модуля и его простотой в конструкции.
Датчики DHT21 и DHT22 можно отнести к более дорогим по сравнению с предыдущей моделью; их цена варьируется в диапазоне 300-400 рублей (то есть в 2-3 раза дороже).
Это связано с более высокой точностью показаний, широким диапазоном температурных измерений, и наличием защитного корпуса у DHT22, который защищает его от загрязнения и влаги, что также влияет на его стоимость.
Исходя из этого, стоит задуматься, действительно ли вам необходимо переплачивать за защитный корпус, если ваш датчик будет использоваться только в комнате?
Теплопроводящие датчики абсолютной влажности
Эти датчики способны измерять абсолютную влажность путем определения разницы теплопроводимости сухого воздуха и воздуха, насыщенного водяными парами.
Для измерения абсолютной влажности при высоких температурах зачастую применяются теплопроводящие датчики. Принцип их работы значительно отличается от резистивных и емкостных датчиков.
Когда воздух или газ сухие, они обладают высокой способностью к поглощению тепла. Наиболее яркий пример – климат пустынь. Днем в пустыне наблюдаются высокие температуры, но ночью температура резко падает благодаря сухому климату. В противоположность этому, во влажном климате температура не понижаться так резко, так как тепло сохраняется за счет водяных паров в атмосфере.
Теплопроводящие датчики влажности составляют из двух термисторов типа NTC, которые подключены по мостовой схеме. Выходное напряжение этого моста прямо пропорционально абсолютной влажности. Один термистор герметично герметизирован в сухом азоте, а другой открыт.
При подаче тока через термисторы их термосопротивление перемещает температуру до 200°C. Тепло, выделяемое герметичным термистором, компенсируется открытым, за счет различий в теплопроводимости водяных паров и сухого азота. Поскольку выделяемое тепло создает различия в рабочих температурах, разница сопротивления термисторов становится пропорциональна абсолютной влажности.
Простая схема резисторов обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 0–130 г/куб. метр при 60°C. Калибровка осуществляется путем размещения датчиков в сухой воздушной среде или в азоте с последующей настройкой выходного сигнала до нуля. Датчики абсолютной влажности обычно имеют долгий срок службы, рабочая температура достигает 300°C, а корпус датчиков устойчив к химическим парам.
Интересный аспект работы теплопроводящих датчиков заключается в том, что они реагируют на любой газ с отличной от азота теплопроводностью, что может повлиять на результаты измерений. Обычно такие датчики используются в сушильных аппаратах, микроволновых печах и пароварках. Они обеспечивают большее разрешение при температурах выше 200°F по сравнению с емкостными и резистивными датчиками влажности. Эти датчики применяются в тех ситуациях, где обычные датчики влажности не подходят. Типичная точность абсолютных датчиков составляет 3 г/куб. метр, что составляет около 5% относительной влажности при 40°C или 0.5% при 100°C.
Сравнительная таблица преимуществ датчиков влажности
| Резистивные датчики | Емкостные датчики | Теплопроводящие датчики |
|---|---|---|
| Возможность взаимозаменяемости Можно использовать на расстоянии Низкая стоимость |
Широкий диапазон измерений Устойчивость к конденсату Взаимозаменяемость при лазерной обработке |
Работа в коррозионной среде Функционирование при высокой температуре |
- Интернет-магазин
- Контакты
- Как приобрести
- Доставочные услуги
- Способы оплаты
- Программа поставок
- Ресурсы
- Документация
- Применение
- Актуальные новости
- Видеоматериалы
Обзор термометра-гигрометра с выносным датчиком: гидрометцентр вам в помощь!
В данном обзоре будет представлен термометр-гигрометр с выносным датчиком, который значительно расширяет горизонты возможного применения данного устройства.
Также будет поднят важный вопрос: как проверить точность измерений влажности, не имея других приборов для сравнения?
Как видно на изображении, прибор выполнен в простом дизайне, идеально подходящем для технического использования, но не исключающем применения и в быту.
Фактически, данный прибор заменяет обычную комнатную метеостанцию, но отличается упрощенной конструкцией. Однако одним из его главных преимуществ является выносной датчик, который одновременно измеряет как температуру, так и влажность. Многие доступные метеостанции обладают либо только выносным датчиком для измерения температуры, либо вообще не имеют возможности использования выносных датчиков.
Основные технические характеристики термометра-гигрометра
| Диапазон измеряемых температур | -50°C — +70°C |
| Точность измерения температуры | ±1°C |
| Диапазон измеряемой относительной влажности | 10% — 99% |
| Точность измерения влажности | 5% |
| Напряжение питания | 1.5 В (батарея типа LR44, в комплект не входит) |
| Рабочая температура основного блока | 0°C — +60°C |
| Габариты основного блока* | 47.4 * 28.6 * 14.6 мм |
| Размер дисплея* | 36 * 17 мм |
| Период обновления показаний* | 12 секунд |
| Длина кабеля выносного датчика | 1.5 м |
| Цветовое оформление | Черный, белый |
* Примечание: размеры и период обновления показаний были определены в ходе тестирования.
Параметры измерений, установленные производителем, достаточны для большинства бытовых нужд, в том числе для метеорологических измерений. Возможно, что диапазон положительных температур мог бы быть и больше, но это увеличивает риск повреждения корпуса выносного датчика из-за перегрева (материал корпуса – пластик, не выдерживающий высоких температур).
Внешний вид и конструкция
Прибор состоит из основного блока и выносного датчика на кабеле, без излишней сложности:
Кабель выносного датчика является несъемным.
Вот как выглядит верхняя часть основного блока:
По бокам блока расположены две ребристые защелки, которые позволяют фиксировать устройство в приборном щитке, если вы решите его туда установить.
С задней стороны прибора есть откидная крышка, за которой прячется отсек для батареек:
Отсек батареи рассчитан на установку двух таблеточных батареек типа LR44 (также известных как AG13), однако для функционирования прибора достаточно одной батареи. Измерения, проведенные мультиметром, показали, что, при установке двух батареек, они просто подключены параллельно.
Использование двух батареек позволяет значительно увеличить срок автономной работы, однако и с одним элементом питание очень приемлемое, поскольку его потребление составляет всего лишь 6 мкА в период между замерами, и увеличивается до 40 мкА во время замера (примерно на 1 секунду каждые 12 секунд).
