Датчики влажности. Виды и работа

Буквально десять лет назад датчики влажности воздуха для вентиляторов могли позволить себе единицы. Цены были действительно дикими. Но в настоящее время ситуация несколько изменилась. Это вполне доступное для каждого устройство.

Для чего оно нужно, спросите вы? Всё просто - для удаления излишней влаги из помещения. Наиболее актуально данное решение для ванной комнаты и санузла, где обычно бывает довольно сыро, и естественной вентиляции недостаточно. Давайте поговорим обо всём более подробно.

Выбор гигрометра

Важно сделать хороший выбор. Для этого необходимо понимать, что датчики влажности воздуха должны соответствовать ряду требований. Самое главное - точность. От того, насколько чувствительным будет элемент, зависит его правильная работа, но это еще далеко не всё. Важно приобрести взаимозаменяемый элемент, то есть тот, который можно будет без проблем снять в случае поломки и установить другой без выполнения дополнительных монтажных работ. В принципе, датчик не должен быть уязвим к конденсату, а также к вредному химическому воздействию.

К второстепенным параметрам относят стоимость и размеры устройства. Перед покупкой не забывайте узнавать о ценах на калибровку гигрометра, так как нередко датчик влажности воздуха для вентиляции может стоить дешевле, нежели его установка и настройка. А сейчас давайте рассмотрим основные виды гигрометров.

Емкостные датчики

Устройство представляет собой конденсатор с воздушным зазором. Суть заключается в том, что воздуха напрямую зависит от его влажности. Когда меняется количество водяных паров в воздухе, меняется и емкость конденсатора. Такого рода и влажности воздуха может иметь более сложную конструкцию. В этом случае воздушный зазор заменяется диэлектриком. Это несколько увеличивает точность устройства. Недостаток такого решения заключается в том, что при влажности ниже 0,5% прибор неточен. Но так как в быту такого показателя добиться практически невозможно, для нас это не является существенным минусом.

Особенно популярны тонкопленочные гигрометры, которые имеют в своем составе несколько датчиков температуры, нужных для термокомпенсации. Допускается отклонение не более чем на 2% при диапазоне в 5-95% относительной влажности.

Резистивные гигрометры

Такого рода датчики основаны на фиксации изменения влажности гигроскопической среды. В качестве гигроскопического элемента могут быть использованы специальные подложки, полимеры и т.п. В стандартном исполнении резистивный датчик температуры и влажности воздуха состоит из подложки, на которую с помощью фоторезистора накладывают два электрода. Дальше проводящим полимером накрывают подложку.

Время срабатывания устройства составляет от 10 до 30 секунд, чего вполне достаточно для ванной комнаты. Неоспоримое преимущество - взаимозаменяемость. Кроме того, подобные датчики практически не нуждаются в калибровке. Средний показатель срока службы составляет примерно 5 лет. Но эта цифра значительно снижается при воздействии на датчик химических паров, масел и т.п. В принципе, это хорошее решение для эксплуатации в бытовых условиях.

Теплопроводящие (термисторные) гигрометры

Данный вид датчиков очень сильно отличается по принципу действия от предыдущих вариантов. Суть заключается в том, что есть несколько термисторов, которые согласованы между собой и смонтированы по мостовой схеме. Так, напряжение на выходе прямо пропорционально относительной влажности воздуха.

Поскольку один термистор изолирован, а второй открыт, время прохождения тока в них разное. Теплоотдача герметичного термистора в разы больше, чем открытого. Это достигается путем использования в качестве изолятора сухого азота. Благодаря тому, что тепло создает различные температуры, термисторы имеют различное сопротивление. Разница данного показателя и характеризует относительную влажность.

Стоит заметить, что датчики относительной влажности воздуха такого типа чаще всего применяют в сушильных агрегатах, микроволновках и другом бытовом и промышленном оборудовании. Помимо описанных нами гигрометров существуют датчики но они очень дорогостоящие и нашли свое применение в сборе метеорологических данных.

Датчик влажности воздуха цифровой: преимущества и недостатки

Преимущества электронного варианта заключаются в том, что мы приобретаем небольшой выносной дисплей. Его присоединяем к нашему датчику. Получаемая информация выводится на экран. Но если простейший влажности воздуха своими руками изготовить не проблема, то с электронным вариантом всё куда сложнее. Дело в том, что цифровое оборудование нуждается в точной калибровке, поэтому придется вызывать специалиста для монтажа. Кроме того, имеется возможность установить таймер, который будет работать по заданной программе.

Еще стоит сказать о том, что электронные гигрометры могут быть оборудованы датчиком движения. Последний работает следующим образом: когда в ванную кто-то входит, вентилятор включается автоматически, когда никого нет, устройство не работает. В принципе, преимуществ у такого решения очень много, но датчик влажности воздуха своими руками электронного типа изготовить сложно. Еще один существенный минус - отсутствие вентиляции при

Увлажнитель воздуха с датчиком влажности

Принцип работы увлажнителя заключается в том, что при понижении количества водяных паров в воздухе ниже определённого порога включается распылитель. Это решение реализовано через смонтированный датчик влажности. Чаще всего он емкостной или электронный с отклонением в 2%. Если раньше нам нужно было понизить влажность, для чего использовался тот же датчик влажности и вентилятор, то в этом случае необходимо увеличивать показатель.

Наиболее популярным решением являются холодные увлажнители. Принцип действия таких устройств носит следующий характер. Через увлажнительный картридж вентилятор прогоняет воздух, который распыляется через специальную насадку. Такие агрегаты имеют в своем составе электронный чувствительный элемент, который сигнализирует о том, когда нужно очередное распыление.

Имеется возможность автоматической работы в обход гигрометра. Принцип заключается в том, что на таймере устанавливается периодичность распыления. В этом случае нет необходимости устанавливать датчики относительной влажности воздуха, что значительно уменьшает стоимость увлажнителя.

Гигрометр - это необходимость для ванной комнаты

В настоящее время есть всего несколько способов поддержания оптимальной влажности в помещении. Один из них - увлажнитель. Но если, к примеру, в спальне и нужен более влажный воздух, то в ванной следует только понижать этот параметр путем отвода излишней влаги в вентиляцию. Суть заключается в том, что когда влаги много, устройство работает, когда мало - не работает.

Доступны два режима: автоматический (агрегат включается сам, когда срабатывает датчик) и ручной (функционирование по таймеру после ручного запуска в течение 2-30 минут). Такой датчик измерения влажности воздуха позволяет регулировать скорость вращения вентилятора, которая напрямую зависит от влажности. Чем она выше, тем кулер работает быстрее, и наоборот. Это хорошее решение, если в комнате плохая естественная вентиляция, и вода надолго задерживается. Есть масса климатических компаний, выпускающих качественные гигрометры. Давайте рассмотрим несколько моделей.

Soler&Palau Silent 100 CHZ

Датчик влажности от данного мирового производителя характеризуется большой стабильностью и хорошим ресурсом работы, который достигает 30 тыс. часов при нормальной эксплуатации. Преимуществом такого решения является то, что могут быть установлены в любом положении, что иногда крайне необходимо.

Корпус изделия защищен от попадания влаги внутрь, что способствует более стабильной и длительной работе устройства. Вентилятор оснащается довольно мощным электродвигателем с обратным клапаном, что обеспечивает хороший отток влажного воздуха. Включение устройства выполняется в автоматическом режиме через электронный датчик. Все элементы надежно защищены от конденсата, поэтому фактический срок службы практически не отличается от указанного в инструкции. Стоимость данного агрегата колеблется в районе 6-7 тысяч рублей.

ОбзорMaico ECA Piano H

Продукция немецкой компании Maico славится точностью и безотказностью работы. Такой вентилятор с датчиком влажности стоит немало. Это обусловлено тем, что корпус выполнен из ударопрочного пластика, электродвигатель оснащен системой защиты от перегрузок и скопления конденсата. Мощный вентилятор наряду с высокоточным датчиком влажности обеспечивает надежный отток воздуха из помещения.

Можно с уверенностью говорить о том, что Maico ECA Piano H подойдет для эксплуатации как в небольшом складском помещении или санузле, так и в офисе или общем душе. Стоит обратить ваше внимание на то, что датчик влажности воздуха для вентилятора в данном устройстве реагирует на изменение относительной влажности на 1-2%. В принципе, это отличное решение за хорошие деньги. Стоимость устройства составляет 16 000 рублей.

Какова цена хорошего датчика влажности?

Можно с уверенностью говорить о том, что в настоящее время существует огромный выбор гигрометров. Некоторые датчики влажности воздуха подходят только для промышленного использования, другие же - только для бытовой эксплуатации. Так, расценки на простейшие бытовые приборы начинаются с 4 тысяч рублей. За эти деньги не стоит рассчитывать на высокоточные гигрометры. Как правило, это простейшие емкостные датчики с ресурсом работы не более 10 тысяч часов.

Модели среднего ценового диапазона, такие, как Elicent ELEGANCE, обойдутся примерно в 8-10 тысяч рублей. Взамен вы получите агрегат с ресурсом работы примерно в 30 тысяч часов.

Датчики с вентиляторами высокого ценового диапазона стоимостью примерно в 20-30 тысяч рублей - это эксклюзивные решения, которые подходят под любой дизайн помещения. Кроме того, подобные устройства имеют регулятор мощности, поэтому подойдут как для больших, так и маленьких помещений.

Несколько важных моментов

Конечно, нельзя не отметить, что далеко не всегда рационально устанавливать в ванную комнату датчики влажности воздуха. Обусловлено это тем, что устройство будет выкачивать влажный воздух и тем самым охлаждать помещение. В указанном случае логично было бы обеспечить хорошую приточную вентиляцию. Для этого можно сделать решетку в дверном полотне, чего будет вполне достаточно. Чтобы не заболеть, можно несколько изменить схему и сделать так, чтобы вентилятор работал только тогда, когда в помещении никого нет. Но в этом случае не будет срабатывать таймер на агрегате.

В принципе, цифровой датчик температуры и влажности рационально устанавливать в овощехранилищах и подвалах, где есть необходимость поддерживать влажность и температуру на определённом уровне.

Заключение

Вы узнали довольно много полезной информации о том, что такое датчик влажности воздуха. Цена на подобное оборудование может различаться в зависимости от мощности, функциональности, габаритов и других параметров. Такая покупка - не из дешевых, поэтому для начала оцените, насколько вам нужен описанный прибор. Если в ванной или санузле начал появляться грибок из-за повышенной влаги и обычная вентиляция не помогает, гигрометр, смонтированный на вентилятор, будет очень полезен. В некоторых случаях проблема решается вентилятором с электрическим приводом, который необходимо включать и выключать вручную. Это намного дешевле и почти ничем не хуже.

Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.

Рисунок 1. Отечественные приборы Роса-10 в различном исполнении

Но датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.


 Рисунок 2. Все современные климатические системы снабжены модулем, измеряющим влажность

Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.

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».

Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.

Виды датчиков и их принцип работы

Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:



 Рисунок 4. Датчик воды SYH-2RS

Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.



 Рисунок 6. Аспирационный измеритель влажности МВ-4М

Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.

Устройство детекторов резистивного типа

Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.


 Рисунок 7. Устройство резистивного сенсора

1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.

Обозначения:

  • а – керамическая подложка;
  • b – напыленные электроды;
  • c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.

Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение

Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.


 Рисунок 8. Модуль HIG-2 с релейным выходом

Основные характеристики:

  • устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
  • срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
  • допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
  • время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).

Как подключить датчик влажности HIG-2?

Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.


 Рисунок 9. Схема подключения вентилятора к модулю контроля влажности

На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.

Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.


 Рисунок 10. Беспроводной сенсор производства компании Xiaomi

Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.

Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.


 Рисунок 11. Сенсор Gardena, управляющий системой полива

Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.

Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.


 Рисунок 12. Измеритель влажности с выносным датчиком из серии ИВИТ-М

Перечень основных характеристик:

  • для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
  • относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
  • измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
  • прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.

Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.


 Рисунок 13. Сенсоры влажности для платформы Arduino

a) DHT22; b) DHT11.

Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.

Основные технические параметры DHT11:

  • подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
  • в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
  • границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
  • частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.

Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:

  • напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
  • влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
  • границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.

Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.

Документация

Как выбрать датчик влажности

Наиболее важные технические параметры, которые необходимо просмотреть при выборе датчика влажности, это:
- точность
- повторяемость
- взаимозаменяемость
- долгосрочная стабильность
- восстановление от конденсата
- стойкость к химическим и физическим загрязнениям
- размер
- корпус
- стоимость

Дополнительными фактора для рассмотрения могут стать стоимость замены, калибровка, сложность конструкции, надежность усилителя сигнала и схемы обработки данных. Чтобы рассмотреть все предложения, которые доступны на современном рынке электронных компонентов, необходимо рассмотреть основные типы датчиков влажности и общие закономерности работы каждого из них.

Емкостные датчики относительной влажности (RH)

Емкостные датчики влажности широко используются в современном промышленном оборудовании, бытовой технике и телеметрических системах сбора метеорологических данных.

Такие датчики конструктивно состоят из подложки, на которой расположен тонкопленочный полимерный или металлооксидный между двумя проводящими электродами. Чувствительная поверхность покрыта пористым металлическим электродом для защиты от загрязнения и конденсата. Подложка обычно изготавливается из стекла, керамики или кремния. Инкрементальные изменения в диэлектрической константе емкостного датчика влажности практически прямо пропорциональны относительной влажности окружающего воздуха. При колебании влажности на 1% емкость изменяется на 0.2-0.5 пФ, а при 50% влажности (25°С) колебания могут достигать от 100 до 500 пФ.

Емкостные датчики влажности характеризуются низким температурным коэффициентом, возможностью работы на высоких температурах (вплоть до 200°С), возможностью полного восстановления от попадания конденсата и умеренной стойкостью к химическим испарениям. Время отклика датчиков составляет от 30 до 60 с для шага изменения влажности в 63%.

Современные технологии производства емкостных датчиков интегрировали в себя многие достижения полупроводниковой электроники, чтобы добиться минимального смещения параметров и гистерезиса при долгосрочной эксплуатации. Например, тонкопленочные емкостные датчики могут интегрировать на подложке монолитную микросхему усилителя сигнала. Часто современные усилители сигналов имеют CMOS генератор для сглаживания линейного выходного сигнала.

Емкостные датчики точки росы

Тонкопленочные емкостные датчики отличаются дискретным изменением сигнала при малой относительной влажности. Их работа характеризуется стабильностью и минимальным сдвигом во всем периоде эксплуатации. Однако такие датчики не имеют линейного выхода, когда относительная влажность падает ниже нескольких процентов. Такая особенность датчиков привела к разработке системы измерения точки росы, которая объединяет емкостной датчик с микропроцессорной схемой, хранящей данные калибровки в блоке энергонезависимой памяти. Такой подход к решению проблемы значительно сократил стоимость гигрометров и передатчиков точки росы, которые используются в системах кондиционирования воздуха и телеметрических системах сбора метеорологических данных. Датчики монтируются на микросхеме, которая имеет выходной сигнал по напряжению в зависимости от уровня относительной влажности. Микропроцессорное управление запоминает уровень напряжения на уровне 20 в диапазоне температур -40…27°С. Опорные значения подтверждается с NIST гигрометром, работающим по технологии охлаждаемого зеркала на элементах Пельтье. Уровень напряжения в точке росы и точке замерзания сохраняется в EPROM память датчика. Микропроцессор использует эти данные для расчета алгоритма линейной зависимости при одновременном измерении температуры сухого термометра и давления водяного пара. Как только определено давление водяного пара, температура точки росы рассчитывается из термодинамической зависимости, хранящейся в EPROM памяти. Корреляция с технологией измерения охлаждаемого зеркала выше ±2°С для точки росы в диапазоне -40…-7°С и выше ±1°С в диапазоне -7…27°С. Долгосрочная стабильность датчика составляет менее 1.5°С в год. Измерительные метрологические приборы, работающие по этому принципу, широко используются в различных приложениях, благодаря своей привлекательной цене по сравнению с приборами на технологии охлаждаемого зеркала.

Резистивные датчики влажности

Резистивные датчики влажности фиксируют изменения электрического сопротивления гигроскопической среды (например, проводящего полимера, соли или обработанной подложки).

Резистивные датчики имеют бифилярную намотку. После покрытия гигроскопическим полимером, их сопротивление оказывается обратно пропорциональным влажности.

Обычно, резистивные датчики состоят из металлических электродов, наложенных на подложку с помощью фоторезистора или намотанных на пластиковых или стеклянный цилиндр электродов. Подложка покрывается солевым или проводящим полимером. Когда он растворяется или помещается в жидкое вещество, он ровно покрывает датчик. В другом случае, подложка может быть обработана каким-либо химическим реагентом, например, кислотой. Датчик поглощает водяной пар и ионные группы распадаются, что увеличивает электрическую проводимость. Время отклика для большинства резистивных датчиков составляет от 10 до 30 секунд для шага измерений 63%. Диапазон сопротивлений типичного резистивного элемента колеблется от 1 кОм до 100 МОм.

Большинство резистивных датчиков используются АС напряжение возбуждения без смещения постоянным током для предотвращения поляризации датчика. Образовывающийся ток конвертируется и выпрямляется в сигнал постоянного напряжения для дальнейшего усиления, линеаризации или аналого-цифрового преобразования.

Номинальная частота составляет от 30 Гц до 10 кГц.

Резистивные датчики не является полностью резистивные за счет емкостного эффекта в диапазоне более 10-100 МОм. Главное преимущества резистивных датчиков влажности заключается в их отличной взаимозаменяемости (обычно она составляет ±2% отн.влаж.), что позволяет использовать резистор для калибровки схемы усиления сигнала на фиксированном уровне влажности. Это позволяет устранить необходимость в стандартах калибровки влажности. Точность каждого резистивного датчика влажности можно измерить в калибровочной емкости или с помощью специальной компьютерной системы. Диапазон рабочих температур резистивных датчиков влажности составляет от -40 до 100°С.

В условиях бытовой и коммерческой эксплуатации срок службы таких датчиков составляет более 5 лет, однако воздействие химических паров и других загрязнений (масла, например) может привести к их досрочному выходу из строя. Другой недостаток резистивных датчиков влажности - их тенденция к сдвигу значений при работе в конденсате, если используется растворимое в воде покрытие. Резистивные датчики имеют значительную зависимость от температуры, когда применяются в среде с большими температурными изменениями (более 10°F). В тоже время, схема термокомпенсация может быть добавлена в конструкцию датчика для увеличения его точности. Таким образом, основными преимуществами резистивных датчиков являются небольшие размеры, малая стоимость, взаимозаменяемость и долгосрочная стабильность.

В конструкции современных резистивных датчиков используется керамическое покрытие для снижения слияния условий окружающей среды при возникновении конденсата. Датчики состоят из керамической подложки с металлическими электродами, нанесенными по фоторезистивной технологии. Поверхность подложки покрыта проводящим полимером (или смешанным керамическим составом), а сам датчик помещается в защитный пластиковый корпус с пылевым фильтром.

Связующим материалом является керамический порошок, взвешенный в жидкой среде. После того, как поверхность покрыта и высушена, датчики обрабатывается высокой температурой. Результатом является толстопленочное покрытие, нерастворимое в воде, которое полностью защищает датчик от конденсата.
После попадания в воду, типичное время восстановления до уровня 30% датчика с керамической подложкой составляет 5-15 минут, в зависимости от скорости движения воздуха.

Взаимозаменяемость датчиков составляет менее 3% в диапазоне измерений 15-95% отн.влажнсоти. Точность составляет ±2%. При использовании датчика вместе со схемой усиления сигнала, выходное напряжение прямо пропорционально относительной влажности окружающей среды.

Теплопроводящие датчики абсолютной влажности

Такие датчики измеряют абсолютную влажность путем определения разницы между теплопроводимостью сухого воздуха и воздуха, насыщенного водяными парами.

Для измерения абсолютной влажности на высоких температурах часто используются теплопроводящие датчики. Их рабочий принцип сильно отличается от резистивных и емкостных датчиков.

Если воздух или газ сухой, он имеет значительные возможности поглощения тепла. Типичный пример - климат пустынь. Днем в пустыне очень жарко, однако ночью температура резко падает благодаря сухому атмосферному климату. И наоборот, влажный климат не может так быстро охлаждаться, поскольку тепло сохраняется водяными парами в атмосфере.

Теплопроводящие датчики влажности (или датчики абсолютной влажности) состоят из двух согласованных NTC термисторов, включенных по мостовой схеме. Выходное напряжение моста прямо пропорционально абсолютной влажности. Один термистор герметично изолирован в сухом азоте, а корпус другого открыт.

При прохождении тока через термисторы, термосопротивление увеличивает температуру до более 200°С. Тепло, рассеиваемое с герметичного термистора, больше, чем тепло открытого термистора, за счет разницы в теплопроводимости водяного пара и сухого азота. Поскольку рассеиваемое тепло создает разные рабочие температуры, разница сопротивления термисторов пропорциональна абсолютной влажности.

Простая сборка резисторов дает выходное напряжение в диапазоне 0 - 130 г/куб.м при 60°С. Калибровка проводится путем помещения датчика в сухую воздушную среду или в азот с регулировкой выходного сигнала до нуля. Датчики абсолютной влажности имеют долгий срок службы, их рабочая температура достигает 300°С, а корпус датчиков устойчив к химическим парам.

Это простое самодельное устройство используется для воды или другой жидкости, В различных помещениях или в емкостях. Например,эти датчики очень часто используют для фиксации возможного затопления подвала или погреба талыми водами или на кухне под мойкой и т.п.


Роль датчика влажности выполняет кусок фольгированного стеклотекстолита с прорезанными в нем канавками,и как только в них попадет вода автомат отключит нагрузку от сети. Или если использовать тыловые контакты реле-автомат включит насос или или нужное нам устройство.

Сам датчик изготавливаем точно также как и в предыдущей схеме. Если жидкость попадет на контакты датчика F1 звуковой сигнализатор начнет издавать постоянный звуковой сигнал, а также загорится светодиод HL1.

Тумблером SA1 можно менять порядок индикации HL1 на непрерывное свечение светодиода в дежурной режиме.

Эту схему датчика влажности можно использовать в качестве сигнализатора дождя, переполнения какой-либо емкости с жидкостью, протечки воды и т.д. Питание схемы может быть подано от любого постоянного источника питания напряжением пять вольт.

Источником звукового сигнала является звукоизлучатель со встроенным звуковым генератором. Датчик влажности изготавливаем из полоски фольгированного текстолита, у которого сделана тонкая дорожка в фольге. Если датчик сухой, то звуковой сигнал не сигнализирует. В случае намокания датчика, мы сразу услышим прерывистый сигнал тревоги.

Питается конструкция от батарейки типа крона и ее хватит на два года, потому что во время режима ожидания, схема потребляет почти нулевой ток. Еще одним бонусом схемы можно считать тот момент, что практически любое число датчиков можно подключить параллельно входу и таким образом образом охватить всю контролируемую площадь за раз. Схема детектора построена на двух транзисторах типа 2N2222, соединенных способом Дарлингтона".

Перечень радиокомпонентов

R1, R3 - 470K
SW1 - кнопка
R2 - 15к
SW2 - переключатель
R4 - 22K
B1 - батарея типа крона
C1 - конденсатор емкостью 0.022 мкФ
T1, T2 - входные клеммы
PB1 - (RS273-059) пьезо-зуммер
Q1, Q2 - транзисторы типа 2N2222

Когда первый транзистор открывается, он сразу же отпирает второй, который включает пьезозуммер. При отсутствии жидкости оба транзистора надежно заперты и потребляется очень низкий ток от батареи питания. Когда зуммер включается, потребляемый ток увеличивается до 5 мА. Звукоизлучатели типа RS273-059 имеют в своем составе встроенный генератор. Если необходим более мощный сигнал тревоги, подключите несколько зуммеров параллельно или возьмите две батареи.

Печатную плату изготавливаем с размерами 3*5 см.

Тумблер test, подсоединяет 470 кОм сопротивление на вход, имитируя действие жидкости, тем самым проверяя работоспособность схемы. Транзисторы можно заменить на отечественные, типа КТ315 или КТ3102.

Автоматический датчик влажности предназначен для включения принудительной вентиляции помещения при повышенной влажности воздуха, может быть установлена на кухне, в ванной комнате, погребе, подвале, гараже. Его назначение - включить вентиляторы принудительного проветривания помещения, когда влажность в нём приближается к 95... 100 %.

Устройство отличается высокой экономичностью, надёжностью, а простота конструкции позволяет легко модифицировать его узлы под конкретные условия эксплуатации. Схема датчика влажности представлена на рисунке ниже.

Работает схема следующим образом. Когда влажность воздуха в помещении в норме, сопротивление датчика росы - газорезистора В1 не превышает 3 кОм, транзистор VT2 открыт, мощный высоковольтный полевой транзистор VT1 закрыт, первичная обмотка трансформатора Т1 обесточена. Также будет обесточена нагрузка, подключенная к разъёму ХР1.

Как только влажность воздуха приближается к точке выпадения росы, например, закипел оставленный без присмотра , ванная комната заполняется горячей водой, погреб подтапливается талыми, грунтовыми водами, отказал терморегулятор водонагревателя сопротивление газорезистора В1 резко жение переменного тока снимается с вторичной обмотки Т1 и поступает на мостовой диодный выпрямитель VD2. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются оксидным конденсатором большой ёмкости С2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока простроен на составном транзисторе VT3 с большим коэффициентом передачи тока базы типа КТ829Б, стабилитроне VD5 и балластном резисторе R6.

Конденсаторы СЗ, С4 уменьшают пульсации выходного напряжения. К выходу стабилизатора напряжения могут быть подключены вентиляторы с рабочим напряжением 12... 15В, например,«компьютерные». К гнезду ХР1 могут быть подключены вентиляторы общей мощностью до 100 Вт, рассчитанные на напряжение питания 220 В переменного тока. В разрыв цепи питания понижающего трансформатора Т1 и высоковольтной нагрузки установлен мостовой выпрямитель VD1. На сток полевого транзистора поступает пульсирующее напряжение постоянного тока. Каскад на транзисторах VT1, VT2 питается стабилизированным напряжением +11 В, заданным стабилитроном VD7. Напряжение на этот стабилитрон поступает по цепочке R2, R3, VD4, HL2. Такое схемное решение позволяет открывать полевой транзистор полностью, что значительно снижает рассейемую на нём мощность.

Транзисторы VT1, VT2 включены как триггер Шмитта, что исключает нахождение полевого транзистора в промежуточном состоянии, чем предотвращается его перегрев. Чувствительность датчика влажности задаётся подстроечным резистором R8, а при необходимости и подбором сопротивления резистора R7. Варисторы RU1 и RU2 защищают элементы устройства от повреждений всплесками напряжения сети. Светодиод HL2 зелёного цвета свечения показывает наличие напряжения питания, а красный светодиод HL1 сигнализирует о высокой влажности и включении устройства в режим принудительного проветривания помещения.

К устройству можно подключить до 8 низковольтных вентиляторов с током потребления до 0,25 А каждый и, или несколько вентиля- торов с напряжением питания 220 В. Если с помощью этого устройства будет необходимо управлять более мощной нагрузкой с напряжением питания 220 В, то к выходу стабилизатора напряжения можно подключить электромагнитные реле, например, типа G2R-14-130, контакты которого рассчитаны на коммутацию переменного тока до 10 А при напряжении 250 В. Параллельно резистору R8 можно установить терморезистор с отрицательным ТКС, сопротивлением 3,3...4,7 кОм при 25°С, размещённым, например, над газовой или электроплитой, что позволит включать вентиляцию также и при росте температуры воздуха выше 45...50 °С, когда конфорки плиты работают на полную мощность.

На месте трансформатора Т1 можно установить любой понижающий трансформатор с габаритной мощностью не менее 40 Вт, вторичная обмотка которого рассчитана на величину тока не менее тока низковольтной нагрузки. Без перемотки вторичной обмотки «Юность», «Сапфир». Также подойдут унифицированные трансформаторы ТПП40 или ТН46-127/220-50. При самостоятельном изготовлении трансформатора можно использовать Ш-образный магнитопровод сечением 8,6 см2 Первичная обмотка содержит 1330 витков провода диаметром 0,27 мм.

Вторичная обмотка 110 витков обмоточного провода диаметром 0,9 мм. Вместо транзистора КТ829Б подойдёт любой из серий КТ829, КТ827, BDW93C, 2SD1889, 2SD1414. Этот транзистор устанавливают на теплоотвод, размер которого будет зависеть от тока нагрузки и величине падения напряжения коллектор-эмиттер VT3. Желательно выбрать такой теплоотвод, с которым температура корпуса транзистора VT3 не превышала бы 60°С.

Если напряжение на обкладках конденсатора С2 при подключенной к выходу стабилизатора нагрузке будет больше 20 В, то для уменьшения рассеиваемой VT3 мощности можно отмотать от вторичной обмотки трансформатора несколько витков. Полевой транзистор IRF830 можно заменить на КП707В2, IRF422, IRF430, BUZ90A, BUZ216 . При монтаже этого транзистора необходима его защита от пробоя статическим электричеством . Вместо SS9014 можно применить любой из серий КТ315, КТ342, КТ3102, КТ645, 2SC1815. При замене биполярных транзисторов учитывайте различия в цоколёвках.

Диодные мосты KBU можно заменить на аналогичные КВР08, BR36, RS405, KBL06. Вместо 1N4006 можно использовать 1N4004 - 1N4007, КД243Г, КД247В, КД105В. Стабилитроны: 1N5352 - КС508Б, КС515А, КС215Ж; 1N4737A - КС175А, КС175Ж, 2С483Б; 1 N4741А - Д814Г, Д814Г1, 2С211Ж, КС221В.

Светодиоды могут быть любые общего применения, например, серий АЛ307, КИПД40, L-63. Оксидные конденсаторы - импортные аналоги К50-35, К50-68. Варисторы - любые малой или средней мощности на классификационное рабочее напряжение 430 В, 470 В, например, FNR-14K431, FNR-10K471. Чувствительный к влажности воздуха газорезистор ГЗР-2Б взят из старого отечественного видеомагнитофона «Электроника ВМ-12». Аналогичный газорезистор можно найти и в других неисправных отечественных и импортных видеомагнитофонах или в старых кассетных видеокамерах. Этот газорезистор обычно прикручен к металлическому шасси лентопротяжного механизма. Его назначение - блокировать работу аппарата при запотевании лентопротяжного механизма, что предотвращает заматывание и порчу магнитной ленты. Устройство можно смонтировать на печатной плате размерами 105x60 мм, Газорезистор предпочтительнее разместить в отдельной коробочке из изоляционного материала с отверстиями, устанавливаемой в месте попрохладней. Также рекомендуется прикрутить его к небольшой металлической пластине, можно через тонкую слюдяную изолирующую прокладку. Для защиты смонтированной платы от влаги, монтаж и печатные проводники покрывают несколькими слоями лака ФЛ-98, МЛ-92 или цапонлаком.

Газорезистор ничем закрашивать не надо. Для проверки устройства на работоспособность можно просто выдохнуть на газорезистор воздух из лёгких или, поднести поближе ёмкость с кипятком. Через несколько секунд вспыхнет светодиод HL1 и подключенные в качестве нагрузок вентиляторы начнут бороться с повышенной влажностью. В дежурном режиме устройство потребляет ток от сети около 3 мА, что очень немного. Поскольку устройство потребляет в дежурном режиме мощность менее 1 Вт, то его можно эксплуатировать круглосуточно, не опасаясь за расход электроэнергии. Так как устройство частично имеет гальваническую связь с напряжением сети переменного тока 220 В, то при настройке и эксплуатации устройства следует соблюдать соответствующие меры предосторожности.

В результате многочисленных экспериментов появилась вот эта схема датчика почвы на одной единственной микросхеме. Подойдёт любая из микросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 или CD4001A.

Датчик влажности воздуха, схема и чертежи которого прилагаются, дает возможность полностью автоматизировать процесс контроля и управления относительной влажностью воздуха в любом помещении. Данная схема датчика влажности дает возможность измерять относительную влажность в диапазоне от 0–100%. При очень высокой точности и стабильности параметров

Светозвуковой сигнализатор выкипания воды. - Радио, 2004, №12, стр. 42, 43.
. - Схемотехника, 2004, №4, стр. 30-31.
Константа» в погребе. - САМ, 2005, № 5, стр. 30, 31.

Я немало обзоров написал про дачную автоматику, а раз речь идет про дачу - то автоматический полив - это одно из приоритетных направлений автоматизации. При этом, всегда хочется учитывать осадки, чтобы не гонять понапрасну насосы и не заливать грядки. Немало копий сломано на пути к беспроблемному получению данных о влажности почвы. В обзоре еще один вариант, устойчивый к внешним воздействиям.


Пара датчиков приехала за 20 дней в индивидуальных антистатических пакетиках:




Характеристики на сайте продавца:):
Бренд:ZHIPU
Тип: Датчик вибрации
Материал: Смесь
Выход: Коммутирующий датчик

Распаковываем:


Провод имеет длину в районе 1-го метра:


Помимо самого датчика в комплект входит управляющая платка:




Длина сенсоров датчика порядка 4 см:


Кончики датчика, похоже на графит - пачкаются черным.
Припаиваем контакты к платке и пробуем подключить датчик:




Самым распространенным датчиком влажности почвы в китайских магазинах является такой:


Многие знают, что через непродолжительное время его съедает внешняя среда. Эффект влияния коррозии можно немного снизить подавая питание непосредственно перед измерением и отключая, при отсутствии измерений. Но это мало что меняет, вот так выглядел мой через пару месяцев использования:




Кто-то пробует использовать толстую медную проволоку или пруты из нержавейки, альтернатива предназначенная специально для агрессивной внешней среды выступает в качестве предмета обзора.

Отложим плату из комплекта в сторону, и займемся самим датчиком. Датчик резистивного типа, меняет свое сопротивление в зависимости от влажности среды. Логично, что без влажной среды сопротивление датчика огромное:


Опустим датчик в стакан с водой и видим, что его сопротивление составит порядка 160 кОм:


Если вынуть, то все вернется в исходное состояние:


Перейдем к испытаниям на земле. В сухой почве видим следующее:


Добавим немного воды:


Еще (примерно литр):


Почти полностью вылил полтора литра:


Долил еще литр и подождал 5 минут:

Плата имеет 4 вывода:
1 + питания
2 земля
3 цифровой выход
4 аналоговый выход
После прозвонки выяснилось, что аналоговый выход и земля напрямую соединены с датчиком, так что, если планируете использовать этот датчик подключая к аналоговому входу, плата не имеет большого смысла. Если нет желания использовать контроллер, то можно использовать цифровой выход, порог срабатывания настраивается потенциометром на плате. Рекомендуемая продавцом схема подключения при использовании цифрового выхода:


При использовании цифрового входа:


Соберем небольшой макет:


Arduino Nano я использовал тут как источник питания, не загружая программу. Цифровой выход подключил к светодиоду. Забавно что светодиоды на плате красный и зеленый горят при любом положении потенциометра и влажности среды датчика, единственное при срабатывании порога, зеленый светит чуть слабже:


Выставив порог получаем, что при достижении заданной влажности на цифровом выходе 0, при недостатки влажности напряжение питания:




Ну раз уж у нас в руках контроллер, то напишем программу для проверки работы аналогового выхода. Аналоговый выход датчика подключим к выводу А1, а светодиод к выводу D9 Arduino Nano.
const int analogInPin = A1; // сенсор const int analogOutPin = 9; // Вывод на светодиод int sensorValue = 0; // считанное значение с сенсора int outputValue = 0; // значение выдаваемое на ШИМ вывод со светодиодом void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { // считываем значение сенсора sensorValue = analogRead(analogInPin); // переводим диапазон возможных значений сесора (400-1023 - установлено экспериметально) // в диапазон ШИМ вывода 0-255 outputValue = map(sensorValue, 400, 1023, 0, 255); // включаем светодиод на заданную яркость analogWrite(analogOutPin, outputValue); // выводим наши цифры Serial.print("sensor = "); Serial.print(sensorValue); Serial.print("\t output = "); Serial.println(outputValue); // задержка delay(2); }
Весь код я прокомментировал, яркость светодиода обратно-пропорциональна влажности детектируемой сенсором. Если необходимо чем-то управлять, то достаточно сравнить полученное значение с определенным экспериментально порогом и, например, включить реле. Единственное, рекомендую обработать несколько значений и использовать среднее для сравнения с порогом, так возможны случайные всплески или спады.
Погружаем датчик и видим:


Вывод контроллера:

Если вынуть то вывод контроллера изменится:

Видео работы данной тестовой сборки:

В целом, датчик мне понравился, производит впечатление устойчивого к воздействию внешней среды, так ли это - покажет время.
Данный датчик не может использоваться как точный показатель влажности (как впрочем и все аналогичные), основным его применением, является определение порога и анализ динамики.

Если будет интересно, продолжу писать про свои дачные поделки.
Спасибо всем, кто дочитал этот обзор до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной. Всем полного контроля над влажностью почвы и добра!

Планирую купить +74 Добавить в избранное Обзор понравился +55 +99