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Sensores de humedad: cómo están dispuestos y funcionan
Un dispositivo que mide el nivel de humedad se llama higrómetro o simplemente un sensor de humedad. En la vida cotidiana, la humedad es un parámetro importante, y a menudo no solo para la vida cotidiana, sino también para diversos equipos, y para la agricultura (humedad del suelo) y mucho más.
En particular, nuestro bienestar depende mucho del grado de humedad del aire. Particularmente sensibles a la humedad son las personas que dependen del clima, así como las personas que sufren de hipertensión, asma bronquial y enfermedades del sistema cardiovascular.
Con una alta sequedad del aire, incluso las personas sanas sienten molestias, somnolencia, picazón e irritación de la piel. A menudo, el aire seco puede provocar enfermedades del sistema respiratorio, comenzando con infecciones respiratorias agudas e infecciones virales respiratorias agudas, y terminando incluso con neumonía.
En las empresas, la humedad del aire puede afectar la seguridad de los productos y equipos, y en la agricultura, la influencia de la humedad del suelo sobre la fertilidad, etc. es inequívoca. sensores de humedad - higrómetros.
Algunos dispositivos técnicos se calibran inicialmente según la importancia estrictamente requerida y, a veces, para ajustar el dispositivo, es importante tener el valor exacto de humedad en el medio ambiente.
Humedad puede medirse por varios de los posibles valores:
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Para determinar la humedad del aire y otros gases, las mediciones se llevan a cabo en gramos por metro cúbico cuando se trata del valor absoluto de humedad, o en unidades de HR cuando se trata de humedad relativa.
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Para medir el contenido de humedad de sólidos o líquidos, las mediciones como porcentaje de la masa de las muestras de prueba son adecuadas.
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Para determinar el contenido de humedad de líquidos mal mezclados, ppm (cuántas partes de agua por 1,000,000 partes del peso de la muestra) servirá como la unidad de medida.
Según el principio de acción, los higrómetros se dividen en:
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capacitivo
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resistivo
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termistor
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óptico
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electrónica
1) sensor de humedad capacitivo
Los higrómetros capacitivos, en el caso más simple, son condensadores con aire como el dieléctrico en el espacio. Se sabe que en el aire la constante dieléctrica está directamente relacionada con la humedad, y los cambios en la humedad dieléctrica también conducen a cambios en la capacitancia del condensador de aire.
Una versión más compleja de un sensor de humedad capacitivo en el entrehierro contiene un dieléctrico, con una constante dieléctrica, que puede variar mucho bajo la influencia de la humedad. Este enfoque hace que la calidad del sensor sea mejor que solo con aire entre las placas del condensador.
La segunda opción es adecuada para mediciones relacionadas con el contenido de agua de los sólidos. El objeto estudiado se coloca entre las placas de dicho condensador, por ejemplo, el objeto puede ser una tableta, y el condensador mismo está conectado al circuito oscilante y al generador electrónico, mientras se mide la frecuencia natural del circuito obtenido, y la capacidad obtenida al introducir la muestra de prueba se "calcula" a partir de la frecuencia medida.
Por supuesto, este método tiene algunos inconvenientes, por ejemplo, si la humedad de la muestra es inferior al 0,5%, será inexacto, además, la muestra medida debe limpiarse de partículas que tengan una alta constante dieléctrica, además, la forma de la muestra también es importante durante la medición, no debería cambio durante el estudio.
El tercer tipo de sensor de humedad capacitivo es un higrómetro capacitivo de película delgada. Incluye un sustrato sobre el cual se aplican dos electrodos de peine. En este caso, los electrodos de peine desempeñan el papel de placas.Para fines de compensación térmica, se introducen adicionalmente dos sensores de temperatura adicionales en el sensor.
2) sensor de humedad resistivo
Dicho sensor incluye dos electrodos que se depositan sobre un sustrato, y encima de los mismos electrodos se aplica una capa de material que difiere en una resistencia bastante baja, sin embargo, varía mucho dependiendo de la humedad.
Un material adecuado en el dispositivo puede ser alúmina. Este pozo de óxido absorbe agua del ambiente externo, mientras que su resistencia específica varía notablemente. Como resultado, la resistencia total del circuito de medición de dicho sensor dependerá significativamente de la humedad. Entonces, el valor de la corriente que fluye indicará el nivel de humedad. La ventaja de los sensores de este tipo es su bajo precio.
3) sensor de humedad del termistor
Un higrómetro de termistor consta de un par de termistores idénticos. Por cierto, recuerda que termistor - Este es un componente electrónico no lineal cuya resistencia depende en gran medida de su temperatura.
Uno de los termistores incluidos en el circuito se coloca en una cámara sellada con aire seco. Y el otro: en una cámara con agujeros a través de los cuales entra aire con una humedad característica, cuyo valor debe medirse. Los termistores están conectados en un circuito de puente, el voltaje se aplica a una de las diagonales del puente y las lecturas se leen desde la otra diagonal.
En el caso de que el voltaje en los terminales de salida sea cero, las temperaturas de ambos componentes son iguales, por lo tanto, la humedad es la misma. En el caso de que la salida reciba un voltaje distinto de cero, esto indica la presencia de una diferencia de humedad en las cámaras. Entonces, la humedad está determinada por el valor del voltaje obtenido durante las mediciones.
Un investigador sin experiencia puede hacer una pregunta justa, ¿por qué cambia la temperatura de un termistor cuando interactúa con el aire húmedo? Y es que con el aumento de la humedad, el agua comienza a evaporarse de la caja del termistor, mientras que la temperatura de la caja disminuye, y cuanto mayor es la humedad, más intensa es la evaporación y más rápido se enfría el termistor.
4) Sensor óptico de humedad (condensación)
Este tipo de sensor es el más preciso. La base del sensor óptico de humedad es un fenómeno asociado con el concepto de "punto de rocío". Cuando la temperatura alcanza el punto de rocío, las fases gaseosa y líquida están en condiciones de equilibrio termodinámico.
Entonces, si toma un vaso e lo instala en un medio gaseoso, donde la temperatura en el momento de la investigación está por encima del punto de rocío, y luego comienza el proceso de enfriamiento de este vidrio, entonces a un valor de temperatura específico comenzará a formarse condensación de agua en la superficie del vidrio, este vapor de agua comenzará a pasar a la fase líquida . Esta temperatura será solo el punto de rocío.
Por lo tanto, la temperatura del punto de rocío está indisolublemente unida y depende de parámetros como la humedad y la presión en el medio ambiente. Como resultado, al tener la capacidad de medir la presión y la temperatura del punto de rocío, será fácil determinar la humedad. Este principio sirve como base para el funcionamiento de los sensores ópticos de humedad.
El circuito más simple de dicho sensor consiste en un LED que brilla en la superficie de un espejo. El espejo refleja la luz, cambia su dirección y la dirige al fotodetector. En este caso, el espejo se puede calentar o enfriar mediante un dispositivo especial de control de temperatura de alta precisión. A menudo, dicho dispositivo es una bomba termoeléctrica. Por supuesto, un sensor de temperatura está montado en el espejo.
Antes de comenzar las mediciones, la temperatura del espejo se establece en un valor que obviamente es más alto que la temperatura del punto de rocío. Luego realice un enfriamiento gradual del espejo.En el momento en que la temperatura comienza a cruzar el punto de rocío, las gotas de agua comenzarán a condensarse inmediatamente en la superficie del espejo, y el haz de luz del diodo se romperá debido a ellas, se dispersará, y esto conducirá a una disminución de la corriente en el circuito del fotodetector. A través de la retroalimentación, el fotodetector interactúa con el controlador de temperatura del espejo.
Entonces, según la información recibida en forma de señales de un fotodetector, el controlador de temperatura mantendrá la temperatura en la superficie del espejo exactamente igual al punto de rocío, y el sensor de temperatura mostrará la temperatura correspondiente. Entonces, con presión y temperatura conocidas, puede determinar con precisión los indicadores básicos de humedad.
El sensor óptico de humedad tiene la más alta precisión inalcanzable por otros tipos de sensores, además de la ausencia de histéresis. La desventaja es el precio más alto de todos, más un gran consumo de electricidad. Además, se debe tener cuidado para garantizar que el espejo esté limpio.
5) higrómetro electrónico
El principio de funcionamiento del sensor electrónico de humedad del aire se basa en un cambio en la concentración de electrolito que cubre cualquier material aislante eléctrico. Existen tales dispositivos con calefacción automática con referencia al punto de rocío.
A menudo, el punto de rocío se mide sobre una solución concentrada de cloruro de litio, que es muy sensible a los cambios mínimos de humedad. Para mayor comodidad, dicho higrómetro a menudo está equipado adicionalmente con un termómetro. Este dispositivo tiene alta precisión y bajo error. Es capaz de medir la humedad independientemente de la temperatura ambiente.
También son populares los higrómetros electrónicos simples en forma de dos electrodos, que simplemente se adhieren al suelo, controlando su humedad según el grado de conductividad, dependiendo de esta humedad. Estos sensores son populares entre los fanáticos. Arduino, ya que es fácil configurar el riego automático de una cama de jardín o una flor en una maceta, en caso de que no sea conveniente o conveniente regar manualmente.
Antes de comprar un sensor, considere lo que necesitará medir, la humedad relativa o absoluta, el aire o el suelo, cuál es el rango de medición esperado, si la histéresis es importante y qué precisión se necesita. El sensor más preciso es el óptico. Preste atención a la clase de protección IP, el rango de temperatura de funcionamiento, dependiendo de las condiciones específicas donde se utilizará el sensor, si los parámetros son adecuados para usted.
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