Датчик влажности: принцип работы, виды, назначение, обзор моделей

Терминология

Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.

Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.

Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».

Виды датчиков и их принцип работы

Датчики влажности бывают разных видов. В продаже можно встретить несолько основных типов подобных приборов:

Емкостной датчик влажности.

Представляет собой воздушный конденсатор. Устройства применяются и для промышленного оборудования, и для бытовой техники. С конструктивной точки такой гигрометр состоит из подложки, на которой находится тонкопленочный полимерный элемент. Подложка делается из керамики, стекла или кремния. Преимущества таких приборов состоят в том, что они могут работать при высокой температуре, а в промышленности важна их стойкость к химическим испарениям.

Резистивный датчик.

Принцип его работы основан на изменении показателя сопротивления гигроскопичного материала, которое происходит в зависимости от уровня содержания влаги. Детекторы такого типа чаще всего используются в быту.

Психометрический датчик.

В данном случае его работа основана на том, что при испарении происходит потеря тепла. В такой конструкции используются 2 детектора: сухой и влажный. Измеряется разница температуры, что позволяет определить уровень содержания влаги в воздухе. Когда-то такие счетчики применялись реже, поскольку нужно было постоянно сверяться с таблицами. Сегодня это цифровые приборы высокой точности, и ими пользоваться совсем несложно.

 

Аспирационные датчики.

Они похожи на психометрические, но их конструкцией предусмотрено наличие вентилятора, который отвечает за принудительное нагнетание газа или воздушной смеси. Такие устройства целесообразно устанавливать там, где движение воздуха характеризуется слабостью и прерывистостью.

Независимо от того, емкостной датчик относительной влажности или психометрический прибор, пользователя интересует их надежность. То есть то, насколько хорошо при сырости работает это устройство, какие факторы могут повлиять на точность измерений и т.д.

Термисторные

Типичный термисторный прибор для измерения влажности воздуха состоит из термисторов, чье сопротивление напрямую зависит от изменения температурного показателя. Для правильной работы устройства один из термисторов должен быть помещен в камеру без доступа воздуха, с высоким показателем сухости. Второй датчик размещается в камере, в которую попадает влажный воздух для измерения.

Влажность определяется после вычисления значения, которое получают при измерении напряжения между работой датчиков. Что касается самих термисторов, то их температура может меняться при наличии влажного воздуха из-за корпуса. Именно с него начинает испаряться вода, понижая общую температуру и реагируя на наличие влаги.

Оптический

Считается, что оптические, как и лазерные датчики, являются наиболее точными при измерении влажности воздуха. Работа оптического датчика заключается в следующем: когда температура достигает, так называемой, точки росы, влажность измеряется при условии термодинамического равновесия.

Можно привести самый очевидный пример. Если установить стекло в газообразной среде, обладающей повышенной температурой и затем охладить объект — на поверхности появится конденсат. Это будет считаться точкой росы, по которой можно определить количество влаги.

Схема оптического датчика представляет собой светодиод с направленным на зеркальную поверхность светом. После отражения потока света он меняет свое направление, после чего перенаправляет детектор. Таким образом, зеркало может быть подогрето или охлаждено.

Сигналы, которые исходят от детектора при работе устройства, могут служить для сбора необходимой информации о состоянии воздуха. Для этого регулятор будет держать температуру, которая фиксируется на поверхности зеркала, а датчик будет показывать ее значение. Когда, после проведенных исследований, становятся известны точные показатели давления и температуры, датчик сможет определить главные значения наличия влаги.

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.

Цифровые

Устройства, как правило, снабжены дисплеем, на который выводятся измеренные, либо рассчитанные параметры. Эту опцию можно переключать или настроить под свои предпочтения.

Работают на базе микропроцессоров. Это дает абсолютную погрешность в измерениях ± 2 % при спектре относительной влажности 10–90 %.

Обновленные версии оборудуются портом microUSB. Это даёт пользователю возможность подключить датчик к ноутбуку стандартным USB — кабелем и с помощью программы Galltec USB Config настроить и откалибровать устройство.

Также теперь с их помощью появилась возможность одновременно подключить несколько датчиков на одной линии, контролировать показатели влажности сразу на большой площади.

Возможности и что они могут:

1. Есть настраиваемый диапазон преобразования цифрового в аналоговый.
2. Настроить единицу измерения температуры 0 °C или 0 F.
3. Настроить диапазон замеров атмосферного давления 600–1070 гПа.
4. Менять питание датчика. В сервисном режиме датчик может работать от порта USB.
5. Могут работать с микроконтроллерами в длиннопроводной линии.
6. Помехоустойчивы.
7. Просты в эксплуатации.

Цифровые датчики выпускаются промышленно и в разных ценовых категориях. Могут стоить и 2 $ и 150 $. Такой большой разброс цен вполне объясним. Дешевые и дорогие цифровые датчики различаются по:

• классу точности;
• быстродействию;
• возможностью повторного измерения;
• стабильностью работы;
• возможностью работы в разных климатических условиях;
• устойчивостью к внешнему климатическому воздействию.

Из таблицы хорошо видно, в каких областях применяются такие датчики:

Особенности механических гигрометров

Несмотря на простоту устройств, их неоспоримое преимущество — наглядность. Из-за простоты конструкции обладают невысокой стоимостью.

Шкала предельно проста и наглядна. Контролировать атмосферу в помещении можно просто по цвету зоны, в которой находится стрелка. Датчики влажности воздуха им не нужны.

У них нет никаких дополнительных функций — замеряют только относительную влажность окружающей среды.

Поскольку устройства механические, им не нужно дополнительного источника питания.

Конечно, точность таких моделей невысокая, с погрешностью в 5–8 %. Но для домашних измерений влажности в комнате больше и не требуется.

Стационарно крепятся на стену, на равноудаленном расстоянии от входной двери и от окна.

Очень чувствительны к перепадам температуры и не переносят резких ударов и падений с высоты.

Есть модификации влагомеров допустимых к использованию в банях и саунах, где температура воздуха больше 1000 °С.

Увлажнитель воздуха с датчиком влажности

В продаже можно найти кондиционеры с датчиком и увлажнителем воздуха. Но они дорого стоят и их ставят преимущественно организации в помещениях, где показатель влажности должен поддерживаться на определенном уровне. Такими системами оборудованы специальные комнаты, например, сервера.

Для бытового применения больше подходит увлажнитель воздуха с датчиком влажности. Чаще всего устанавливается емкостной или электронный.

Работает в автоматическом режиме — увлажнитель начинает действовать при достижении минимального порога влажности.

Наиболее удобны в применении холодные увлажнители. Работают следующим образом. Вентилятор прогоняет воздух через увлажнительный картридж, который распыляется в помещении с помощью специальной насадки. Электронный датчик влажности сигнализирует прибору о том, когда нужно включить режим распыления.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств, их применение

Глядя, как конденсат попадает на зеркало в ванной комнате, люди задумываются об установке прибора влажности в помещении. Особенно, когда там работает сразу несколько электрических приборов. К выбору датчика влажности в ванную комнату стоит подойти с ответственностью.

Среди приборов резистивного типа считается неплохим вариантом модель SYH-2RS. Она может работать при температуре до +85°С и отличается неплохими техническими характеристиками. Погрешность датчика составляет всего около 5%. А одним из его преимуществ является компактность.

Толщина корпуса не превышает 2,9 мм, длина — около 10 мм; после установки прибор практически незаметен, то есть не испортит интерьер. Он работает от бытовой сети в 220 В.

Как и многие современные датчики, даже может преодолеть основной недостаток резистивных приборов, который заключается в том, что при наличии конденсата точность их показаний снижается. Тем не менее чаще всего вместо этой модели используют более дешевые китайские аналоги.

Среди товаров, произведенных в Поднебесной, большинство датчиков выпускают неизвестные изготовители. Из китайских наибольшей популярностью пользуются DHT22 и DHT11. Второй вариант стоит дешевле, но первый является более качественным.

Такие приборы ставят одновременно с вентилятором. Поэтому некоторые владельцы квартир на датчиках как раз экономят, предпочитая китайские изделия, хотя у них и температурный диапазон меньше, и срок службы может не дотягивать до 5 лет.

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.

Где купить

Приобрести датчик влажности можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Беспроводной датчик температуры и влажности Baldr	Умный датчик температуры и влажности Tuya, поддержка Zigbee	Высокоточный цифровой датчик температуры и влажности SHTC3, I2C
Цифровой датчик температуры и влажности DHT11	Измеритель температуры и влажности с цифровым дисплеем	Гигрометр для определения влажности почвы

Заключение

Датчики влажности приобрели большую популярность и применяются во многих сферах:

• для поддерживания заданного уровня влажности на производствах, где оборудование требовательно к этому показателю;
• для создания определенного микроклимата в офисных помещениях и в быту;
• в сфере жилищно-коммунального хозяйства. В котельных и на станциях водоочистки;
• для предотвращения появления плесени на стенах складских помещений.