Sensores de umidade - como eles são organizados e funcionam

Um dispositivo que mede o nível de umidade é chamado de higrômetro ou apenas um sensor de umidade. Na vida cotidiana, a umidade é um parâmetro importante, e muitas vezes não apenas para a vida cotidiana, mas também para vários equipamentos e para a agricultura (umidade do solo) e muito mais.

Em particular, nosso bem-estar depende muito do grau de umidade do ar. Particularmente sensíveis à umidade são as pessoas dependentes do clima, bem como as que sofrem de hipertensão, asma brônquica, doenças do sistema cardiovascular.

Com alta secura ao ar, até pessoas saudáveis ​​sentem desconforto, sonolência, coceira e irritação da pele. Frequentemente, o ar seco pode provocar doenças do sistema respiratório, começando com infecções respiratórias agudas e virais respiratórias agudas e terminando mesmo com pneumonia.

Nas empresas, a umidade do ar pode afetar a segurança de produtos e equipamentos e, na agricultura, a influência da umidade do solo na fertilidade etc. é inequívoca. sensores de umidade - higrômetros.

Alguns dispositivos técnicos são inicialmente calibrados para a importância estritamente exigida e, às vezes, para ajustar o dispositivo, é importante ter o valor exato da umidade no ambiente.

Umidade pode ser medido por vários dos valores possíveis:

• Para determinar a umidade do ar e de outros gases, as medições são realizadas em gramas por metro cúbico, quando se trata do valor absoluto da umidade, ou em unidades de UR, quando se trata de umidade relativa.

• Para medir o teor de umidade de sólidos ou líquidos, são adequadas medições em porcentagem da massa das amostras de teste.

• Para determinar o teor de umidade de líquidos pouco misturados, ppm (quantas partes de água por 1.000.000 partes do peso da amostra) servirá como unidade de medida.

De acordo com o princípio de ação, os higrômetros são divididos em:

• capacitivo;

• resistivo;

• termistor;

• óptico;

• eletrônico.

1) sensor capacitivo de umidade

Higrômetros capacitivos, no caso mais simples, são capacitores com ar como o dielétrico na lacuna. Sabe-se que no ar a constante dielétrica está diretamente relacionada à umidade, e mudanças na umidade dielétrica também levam a alterações na capacitância do condensador de ar.

Uma versão mais complexa de um sensor de umidade capacitivo no espaço de ar contém um dielétrico, com uma constante dielétrica, que pode variar bastante sob a influência da umidade. Essa abordagem torna a qualidade do sensor melhor do que apenas com o ar entre as placas do capacitor.

A segunda opção é adequada para medições em relação ao teor de água dos sólidos. O objeto estudado é colocado entre as placas desse capacitor, por exemplo, o objeto pode ser um tablet e o próprio capacitor é conectado ao circuito oscilante e ao gerador eletrônico, enquanto a frequência natural do circuito obtido é medida e a capacitância obtida pela introdução da amostra de teste é "calculada" a partir da frequência medida.

Obviamente, esse método tem algumas desvantagens, por exemplo, se a umidade da amostra estiver abaixo de 0,5%, será impreciso; além disso, a amostra medida deve ser limpa de partículas com uma constante dielétrica alta; além disso, o formato da amostra também é importante durante a medição. mudar durante o estudo.

O terceiro tipo de sensor de umidade capacitivo é um higrômetro capacitivo de película fina. Inclui um substrato no qual dois eletrodos de pente são aplicados. Nesse caso, os eletrodos de pente desempenham o papel de placas.Para fins de compensação térmica, mais dois sensores de temperatura são introduzidos adicionalmente no sensor.

2) sensor de umidade resistiva

Esse sensor inclui dois eletrodos que são depositados em um substrato e, sobre os próprios eletrodos, é aplicada uma camada de material que difere em uma resistência bastante baixa; no entanto, varia muito, dependendo da umidade.

Um material adequado no dispositivo pode ser alumina. Esse poço de óxido absorve a água do ambiente externo, enquanto sua resistência específica varia acentuadamente. Como resultado, a resistência total do circuito de medição desse sensor dependerá significativamente da umidade. Portanto, o valor da corrente fluida indicará o nível de umidade. A vantagem dos sensores desse tipo é o baixo preço.

3) sensor de umidade do termistor

Um higrômetro termistor consiste em um par de termistores idênticos. A propósito, lembre-se de que termistor - Este é um componente eletrônico não linear cuja resistência é altamente dependente de sua temperatura.

Um dos termistores incluídos no circuito é colocado em uma câmara selada com ar seco. E o outro - em uma câmara com orifícios através dos quais o ar com uma umidade característica entra nela, cujo valor precisa ser medido. Os termistores são conectados em um circuito de ponte, a tensão é aplicada a uma das diagonais da ponte e as leituras são lidas a partir da outra diagonal.

No caso em que a tensão nos terminais de saída é zero, as temperaturas de ambos os componentes são iguais e, portanto, a umidade é a mesma. No caso em que a saída receberá uma tensão diferente de zero, isso indica a presença de uma diferença de umidade nas câmaras. Portanto, a umidade é determinada pelo valor da tensão obtida durante as medições.

Um pesquisador inexperiente pode fazer uma pergunta justa: por que a temperatura de um termistor muda quando interage com o ar úmido? E o fato é que, com o aumento da umidade, a água começa a evaporar do invólucro do termistor, enquanto a temperatura do invólucro diminui, e quanto maior a umidade, mais intensa ocorre a evaporação e mais rápido o termistor esfria.

4) Sensor óptico de umidade (condensação)

Esse tipo de sensor é mais preciso. A base do sensor óptico de umidade é um fenômeno associado ao conceito de "ponto de orvalho". Quando a temperatura atinge o ponto de orvalho, as fases gasosa e líquida estão na condição de equilíbrio termodinâmico.

Então, se você pegar um copo e instalá-lo em um meio gasoso, onde a temperatura no momento da investigação está acima do ponto de orvalho, e iniciar o processo de resfriamento desse vidro, a um valor específico de temperatura começará a formar condensação de água na superfície do vidro, esse vapor de água começará a passar para a fase líquida . Esta temperatura será apenas o ponto de orvalho.

Portanto, a temperatura do ponto de orvalho é indissociável e depende de parâmetros como umidade e pressão no ambiente. Como resultado, tendo a capacidade de medir a pressão e a temperatura do ponto de orvalho, será fácil determinar a umidade. Este princípio serve como base para a operação de sensores ópticos de umidade.

O circuito mais simples de um sensor consiste em um LED que brilha na superfície do espelho. O espelho reflete a luz, mudando sua direção e direcionando-a para o fotodetector. Nesse caso, o espelho pode ser aquecido ou resfriado por meio de um dispositivo especial de controle de temperatura de alta precisão. Freqüentemente, esse dispositivo é uma bomba termoelétrica. Obviamente, um sensor de temperatura é montado no espelho.

Antes de iniciar as medições, a temperatura do espelho é ajustada para um valor obviamente superior à temperatura do ponto de orvalho. Em seguida, realize um resfriamento gradual do espelho.No momento em que a temperatura começa a cruzar o ponto de orvalho, gotas de água se condensam imediatamente na superfície do espelho, e o feixe de luz do diodo se quebra devido a eles, dispersão, e isso leva a uma diminuição da corrente no circuito do fotodetector. Através do feedback, o fotodetector interage com o controlador de temperatura do espelho.

Portanto, contando com as informações obtidas na forma de sinais de um fotodetector, o controlador de temperatura manterá a temperatura na superfície do espelho exatamente igual ao ponto de orvalho, e o sensor de temperatura mostrará a temperatura. Portanto, com pressão e temperatura conhecidas, você pode determinar com precisão os indicadores básicos de umidade.

O sensor óptico de umidade tem a mais alta precisão inatingível por outros tipos de sensores, além da ausência de histerese. A desvantagem é o preço mais alto de todos, além de um grande consumo de eletricidade. Além disso, deve-se tomar cuidado para garantir que o espelho esteja limpo.

5) Higrômetro eletrônico

O princípio de operação do sensor eletrônico de umidade do ar é baseado em uma alteração na concentração de eletrólito que cobre qualquer material isolante elétrico. Existem dispositivos com aquecimento automático com referência ao ponto de orvalho.

Frequentemente, o ponto de orvalho é medido sobre uma solução concentrada de cloreto de lítio, que é muito sensível a mudanças mínimas de umidade. Para maior comodidade, esse higrômetro costuma ser adicionalmente equipado com um termômetro. Este dispositivo possui alta precisão e baixo erro. É capaz de medir a umidade, independentemente da temperatura ambiente.

Também são populares os higrômetros eletrônicos simples, na forma de dois eletrodos, que simplesmente aderem ao solo, controlando sua umidade de acordo com o grau de condutividade, dependendo dessa umidade. Esses sensores são populares entre os fãs. Arduino, pois é fácil configurar a rega automática de um canteiro ou flor de jardim em uma panela, caso não seja conveniente ou conveniente regar manualmente.

Antes de comprar um sensor, considere o que será necessário medir, umidade relativa ou absoluta, ar ou solo, qual é a faixa de medição esperada, se a histerese é importante e qual a precisão necessária. O sensor mais preciso é óptico. Preste atenção na classe de proteção IP, na faixa de temperatura operacional, dependendo das condições específicas em que o sensor será usado, se os parâmetros são adequados para você.