Поддержание микроклимата на заданном уровне важно не только для некоторых производственных процессов, но и для комфортного проживания людей. Одними из ключевых проборов для этого являются датчики влажности и температуры. Это измерительное оборудование имеет несколько моделей, которые отличаются размерами, стоимостью, используемым физическим принципом и точностью измерений.
Теоретические сведения
Влажность воздуха характеризует количество водяных паров в нем при конкретной температуре. Есть абсолютная и относительная влажность. Первая показывает количество воды в виде пара, находящейся в единице объема газа, и измеряется в граммах на кубический метр. Каждый газ при определенной температуре имеет свою абсолютную влажность, при достижении которой начинается процесс конденсации жидкости.
Относительная влажность показывает степень достижения текущего состояния влажности абсолютного значения. Измеряется она в процентах и также зависит от температуры газа. При относительной влажности 100% при конкретной температуре достигается «точка росы» — начинается процесс выделения влаги из газа в виде небольших капель. Чем выше его температура, тем больше абсолютная влажность. Поэтому многие бытовые и промышленные системы климатического контроля оснащаются комбинированным датчиком температуры и влажности воздуха.
Особенности разных конструкций
Есть пять наиболее популярных видов датчиков влаги в воздухе. А именно:
- емкостные;
- оптические;
- резистивные;
- электронные;
- термисторные.
Каждый из видов обладает своими преимуществами и недостатками. Выбор датчика влажности воздуха для установки в конкретное устройство основан на соотношении достоинств и недостатков конкретной модели. Производители выбирают оптимальный вариант в плане надежности, точности измерений и стоимости.
Емкостной тип
Самый простой вариант такого измерительного прибора представляет собой воздушный конденсатор. При изменении количества паров воды в газе происходит изменение свойств самого газа, в том числе и диэлектрической проницаемости. Измерение последней с последующей обработкой данных дает представление о насыщенности воздуха парами воды.
Более сложная модификация отличается тем, что вместо воздуха между обкладками конденсатора помещается особый диэлектрик, чувствительный к количеству влаги в воздухе. Такой датчик способен измерять увлажненность не только газов, но и твердых предметов небольшого размера.
Более совершенный и точный вариант емкостного датчика состоит из двух гребенчатых электродов, помещенных на подложку. Они заменяют обкладки конденсатора,
Из достоинств емкостных датчиков можно отметить такие:
- простота устройства;
- низкая стоимость;
- надежность работы.
Но есть и недостатки:
- малая точность при измерении, когда значение приближается к нижнему порогу;
- зависимость показаний от чистоты среды (мелкие пылеобразные частицы в газе оказывают существенное влияние на диэлектрическую проницаемость);
- необходимость в электропитании датчика.
Оптический датчик
Этот тип наиболее точный, но и наиболее дорогой. Его используют, как правило, в лабораторных устройствах и на производстве с чувствительными к водяным парам технологическими процессами. В бытовых приборах применение оптического датчика не имеет целесообразности.
Принцип действия такой: на зеркало подается луч света, который после отражения улавливается фотодатчиком, постепенное охлаждение зеркальной поверхности приводит к моменту наступления процесса конденсации водяных паров и рассеиванию отраженного светового луча, фиксация и обработка показателей «точки росы» и текущего состояния температуры и давления дает информацию о степени увлажненности воздуха.
Оптический тип является одновременно датчиком влажности и температуры.
Резистивный и электронный гигрометр
Эти датчики простые по устройству, но точность измерения у них самая низкая. Принцип действия резистивного элемента заключается в следующем: между двух электродов размещен материал с низким сопротивлением и высокой чувствительностью к влажности (обычно это оксид алюминия), измеряется общее сопротивление, данные обрабатываются для вычисления относительной влажности.
Принцип действия электронного вида основывается на свойстве электролита, нанесенного на электроизоляционный слой, изменять свою концентрацию при изменении количества водяных паров в воздухе. Этот тип датчиков уровня влажности имеет малые размеры, что позволяет его устанавливать в небольших по размерам устройствах. При этом электронные гигрометры обладают достаточной точностью измерений для бытовых приборов и надежностью. Еще одно его достоинство — это способность измерять увлажненность воздуха вне зависимости от температуры окружающей среды.
Термисторная разновидность
Термистор является нелинейным электронным элементом, у которого сопротивление в большой степени меняется при незначительном изменении температуры. В датчике один термистор встроен в герметичную камеру с сухим воздухом, а другой имеет прямой контакт с окружающей средой. Пары влаги при попадании на второй термистор на нем частично конденсируются и испаряются. При этом изменяется его температура и сопротивление. Сравнение сопротивления двух термисторов и дает представление о степени увлажненности воздуха.
