Термисторный датчик влажности

Последнее обновление 10 марта 2023

Общий принцип работы связки вентиляции и датчика влажности сохраняется для всех приборов, а вот исполнение может быть различным. Чаще всего оно выполняется в двух вариантах:

Можно ли настроить бытовые активные датчики вроде Xiaomi или Aqara для пуска вентиляции?

Можно, но только опосредованно – датчик подаёт сигнал на хаб, а тот, в свою очередь, подаёт питание на «умную» розетку или выключатель, к которым подсоединён вентилятор.

Какой датчик лучше для стандартной ванной комнаты?

Оптимально использовать датчик, сопряжённый с вентилятором в одном корпусе, который устанавливается в отверстие общего вентканала.

Зачем датчик, если вентилятор можно подсоединить к выключателю?

Это не всегда удобно. Представьте, что вы вышли из ванной, там влажно, а свет за собой выключили. Датчик будет включать систему вентиляции ситуативно, по необходимости.

Можно ли собрать систему «вентилятор-датчик» самому?

Можно, однако необходимо будет ещё одно звено – плата контроллера, которая будет по сигналу датчика запускать вентилятор.

Большинство производственных помещений требуют постоянной поддержки необходимого микроклимата. Определенные процессы, которые проходят на производстве, должны быть подчинены четким значениям содержания влаги в воздухе, что требует установки влагочувствительной вентиляции. В процессе ее работы применяются специальные приборы. В частности, это гигрометр, измеряющий содержание паров воды, и гигростат, который служит для поддержки нужного уровня влаги.

Помимо производственных процессов, датчики влажности и температуры могут быть с успехом применены и в других помещениях, так как основной задачей приборов является поддержание определенного уровня сухости. Информация об их работе будет полезна при установке вытяжного вентилятора в доме, датчика температуры в тепличных постройках или регулятора температуры в бане, ванной комнате или бассейне.

Измерению уровня влажности способствуют приборы, которые называются гигрометрами. Также их принято именовать датчиками влажности. Важность наблюдений за влажностью воздуха подтверждается созданием максимального комфорта для жизнедеятельности человека, сельскохозяйственных культур, всевозможного оборудования и т.д.

Канальный датчик влажности S+S REGELTECHNIK

Так, влажность воздушной массы влияет на внутреннее состояние человека. В большей степени чувствительность к влажности проявляют люди, у которых наблюдается метеорологическая зависимость, гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, а также заболевания сердца и сосудов. Низкая влажность воздуха может оказывать негативное воздействие даже на здорового человека, понижая его уровень комфорта, вызывая сон и раздражая кожные покровы. Зачастую от сухого воздуха может пострадать дыхательная система. В результате у человека развиваются острые респираторные заболевания и иногда пневмония.

В производственных условиях из-за влажности воздушной массы могут меняться свойства изделий и техническое состояние средств производства. В агропромышленной сфере достаточно влажная почва способствует плодородию, в то время как повышенный ее уровень может погубить урожай. По этой причине использование датчиков влажности является крайне необходимым.

Существует ряд технических устройств, приоритетность которых ставится на самый высокий уровень. Для их точной настройки необходимо обладать информацией о влажности воздушной массы в окружающем пространстве.

Для измерения влажности используются следующие величины:

Датчики влажности могут быть следующих типов:

Виды датчиков влажности

На сегодняшний день в бытовых и промышленных датчиках влажности принцип измерения реализован различным образом. Большинство конструкций можно свести к нескольким типовым позициям:

Резистивные. Состоят из двух электродов, которые расположены на подложке из полимерных компонентов, а сверху покрыты слоем оксида алюминия. Рост уровня влажности изменяет её параметры электрического сопротивления, в результате напряжение пропущенного через электроды тока также меняется. Эти изменения регистрируются принимающей аппаратурой.

Резистивные датчики влажности – простые и недорогие приборы с довольно высокой точностью измерения.

работает в широком диапазоне температур;

быстрое время отклика (до половины минуты).

малый срок службы (около 5 лет);

чувствительность к химическому составу воздуха.

Ёмкостные. В основе измерения влажности – конденсатор. В самом простом датчике диэлектриком между двумя обкладками служит атмосферный воздух. Его токопроводимость зависит от влаги. Вместе с влажностью воздуха изменяется и ёмкость конденсатора, сигнал об этом передаётся на регистрирующую аппаратуру.

Более сложные ёмкостные датчики использую не воздух, а более чувствительное к влаге вещество. Обнаружить малейшее изменение ёмкости помогает импульсный генератор малого тока, подающегося на обкладки.

высокая точность измерения;

способность работать не только с воздухом, но и с другими веществами;

не подвержены коррозии, так как электроды обычно в изоляции.

требуют постоянный источник питания;

при малом уровне влажности растёт погрешность измерений.

Термисторные. Терморезисторы – это компоненты, электрическое сопротивление которых зависит от температуры. В датчиках всегда используется пара термисторов, один из которых помещён в запаянную камеру с предельно высушенным воздухом, а другой соприкасается с окружающей средой. При росте уровня влажности активизируются процессы испарения и конденсации, которые приводят к изменению температуры. Изменение значений протекающего тока является показателем уровня влажности.

термисторные датчики отличаются средними показателями точности

их невысокая цена делает их привлекательными, особенно в самодельных системах управления домом

Оптические. В таких приборах используется феномен точки росы – состояния, при котором влага из воздуха конденсируется на поверхности. Гладкое зеркало подсвечивается светодиодом. При росте уровня влажности вода конденсируется на зеркале, а это приводит к изменению преломления света, что регистрируется чувствительным фотоэлементом.

его непревзойдённая точность

сложность изготовления и высокая стоимость изделия

В быту такая точность является избыточной, хотя оптические датчики и моно встретить в системах «умный дом» премиум-класса.

Управляем вытяжной вентиляцией с умом

Влажность воздуха имеет большое влияние как на жизнедеятельность людей, так и на производственные процессы. Именно поэтому контроль наличия влаги необходим для поддержания здорового климата в жилых помещениях и создания оптимальных условий в цехах, фабриках и складах. Одним из способов поддержания необходимого уровня влажности является использование вентиляции в связке с датчиком влажности воздуха.

Гигрометры электронного типа

В основу функционирования гигрометра электронного типа заложено изменение уровня концентрации электролита, предназначенного для покрытия электроизоляционного материала. Нужно сказать о существовании устройств, которые имеют автоматический подогрев и непосредственную связь с точкой росы.

Зачастую для измерения точки росы берется концентрированный раствор хлорида лития. Он отличается существенной чувствительностью даже к незначительному изменению влажностного уровня. Чтобы такой прибор использовался максимально удобно, требуется его дополнительное оснащение термометром. Подобный гигрометр является высокоточным и имеет незначительную погрешность. Он предназначен для измерения влажности вне зависимости от установленного температурного режима.

Также востребованность получили обычные электронные датчики влажности, в состав которых входят два электрода. Они размещаются на поверхности грунта и предназначены для контроля его влажности с ориентиром на проводимость. Самым известным производителем подобных датчиков является компания Arduino, предлагающая решения для быстрой настройки автоматического полива отдельных участков земельной грядки или домашних растений, когда по тем или иным причинам отсутствует возможность ручного полива.

Зачем контролировать влажность

Влажность воздуха может быть абсолютной и относительной. Первая цифра говорит о том, какое максимальное количество воды в виде водяного пара может содержаться в кубическом метре воздуха при средних значениях температуры и атмосферного давления. Относительная влажность – это процентное отношение фактической влажности к максимально возможной. Так, при 20°С в кубометре воздуха содержится около 17,5 г водяного пара. Если относительная влажность – 70%, то влаги будет уже 12,3 г.

В жилых помещениях нормальным для человека считается уровень влажности в 50 – 60%. Меньшие показатели вызывают неудобство и дискомфорт, а вот при повышенных появляется риск развития грибка и плесени.

Яковлев Алексей Сергеевич

Электрик с 20 летним стажем и богатым опытом

Постоянно низкая влажность может привести к пересыханию слизистых оболочек и сухости кожных покровов, как следствие – повышение заболеваемости верхних дыхательных путей, а также постоянное раздражение кожи.

Особенно актуально следить за количеством влаги в специальных помещениях, где есть «мокрые зоны»: ваннах, саунах, банях, санузлах. Здесь риск появления грибка и плесени существенно выше, поэтому необходима принудительная вентиляция.

Как работает датчик влажности

Датчик влажности регистрирует параметр влажности благодаря физическим эффектам, которые происходят в его «внутренностях». При достижении критических значений происходит подача сигнала (замыкание или размыкание контактов), который приводит в действие вытяжной вентилятор.

В интернете часто можно встретить утверждение, что датчик влажности и гигрометр – это одно и то же. На самом деле это неверно. Гигрометр – прибор для измерения влажности с информативной шкалой. Датчик также замеряет этот параметр, но его главная задача – подать сигнал, для наблюдения за количеством водяного пара в воздухе он непригоден.

Гигрометры емкостного типа

Типичный образец емкостного гигрометра – это конденсатор с закаченным воздухом, который является диэлектриком в промежуточном слое. На диэлектрическую проницаемость воздушной массы напрямую влияет влажность. При этом с изменением влажности диэлектрика меняется емкость конденсатора с содержащимся внутри воздухом.

В более сложном варианте гигрометра емкостного типа в воздушной области находится диэлектрик, имеющий диэлектрическую проницаемость, которая имеет способность подвергаться существенным коррективам при изменении уровня влажности. Благодаря такому подходу улучшается качество прибора по сравнению с аналогами, в которых воздух находится посреди обкладок конденсатора.

Использование последних дает возможность проводить измерения объема воды в твердотельных элементах. Местом размещения исследуемого объекта является промежуточная область обкладок конденсатора. При этом сам конденсатор объединяется с электронным генератором и колебательным контуром для измерения собственной частоты созданного контура. Измеренная частота служит для определения емкости, полученной при добавлении анализируемого объекта.

Емкостной датчик влажности

Несомненно, данная методика имеет определенные недостатки: к примеру, если влажность объекта составляет ниже полпроцента, результат измерения отличится неточностью. Помимо этого, требуется очистка исследуемого объекта от частиц, для которых характерна высокая диэлектрическая проницаемость. Также во время измерений необходимо обратить внимание и на форму объекта – исследование должно завершиться с исходной его формой.

Также влажность воздушной массы может измеряться емкостным тонкопленочным датчиком. В его состав входит подложка с двумя электродами гребенчатого типа. Последние выполняют функцию обкладки. В данном случае термическая компенсация достигается за счет добавления в прибор двух термодатчиков.

Все датчики влажности отличаются по определенным значениям, поэтому при выборе датчика влажности для вентилятора необходимо точно знать влажность окружающей среды и микроклимата, который уже есть в помещении. Для правильного измерения влажности необходимо проводить весь процесс с учетом технических требований будущего прибора. Есть несколько типов устройств, из которых можно выбрать нужный.

Емкостные

Все емкостные датчики являются конденсаторами, в которых воздух выступает диэлектриком. Такое устройство прибора объясняется тем, что влажность воздуха связана с диэлектрической проницаемостью, а значит любое изменение количества влаги в воздушных потоках влияет на изменения в емкости устройства.

Некоторые из таких приборов могут с успехом применяться в проведении измерения влажности твердых веществ, так как достаточно разместить в конденсаторе объект, и значения начнут меняться. Очень важно очистить исследуемый объект от любых частиц с диэлектрической проницаемостью, а форма образца не должна меняться в ходе измерений.

Резистивные

Все датчики потока резистивного типа обладают одним несомненным преимуществом — небольшой рыночной стоимостью, поэтому позволить себе купить это устройство могут многие. Принцип работы прибора заключается в двух электродах на подложке, которые несут специальный материал, изменяющий свое состояние в зависимости от количества влаги в окружающем воздухе.

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.

Какая должна быть нормальная влажность воздуха в детской комнате? Читайте ответ на этот вопрос в этой статье.

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.

Наш эксперт. Специалист в области кондиционирования и вентиляции с 10-летним стажем.

Конечно, у такого датчика есть свои недостатки. Для правильного функционирования прибора необходимо регулярно следить за чистотой зеркала, так как от его состояния зависит вся работа устройства. Но главным недостатком является наиболее высокая стоимость датчика и большое потребление энергии, что делает его не самым удачным вариантом для ограниченного бюджета

Электронные

Все цифровые датчики влажности имеют одинаковый принцип работы, основанный на электроизоляционных материалах и позволяющий определять влажность воздуха с высокой точностью и погрешностью, сведенной к минимальной. В устройстве определяется концентрация электролита, а приборы могут обладать автоматическим подключением подогрева. Большинство электронных датчиков оборудованы прибором для измерения температуры. что делает их наиболее удобными в использовании. Главным преимуществом датчика является возможность измерять влагу вне зависимости от температурных показателей окружения.

Гигрометры оптического типа

Данный тип датчика влажности отличается большой точностью. В функциональном плане гигрометр базируется на явлении, имеющем связь с точкой росы. В частности, когда температура равна точке росы, жидкая и газообразная стадии обретают термодинамическое равновесие.

Например, если поместить стекло в газообразную среду, в которой температура превышает точку росы, и после этого приступить к охлаждению стекла, под воздействием определенного температурного режима стекло покроется водяным конденсатом. В результате образовавшиеся испарины окажутся в жидкой фазе. Данный температурный режим будет соответствовать точке росы.

Из этого следует, что точка росы имеет температуру, зависящую от давления и влажности окружающего пространства. В итоге если есть возможность определения давления и температуры точки росы, вычисление влажности не окажется проблемой. Этим принципом руководствуются при работе гигрометров оптического типа.

Простейший вариант такого устройства включает светодиод, свечение которого отражается на зеркальной поверхности. Установка зеркала способствует изменению направления света с последующей его отправкой в сторону фотодетектора. Зеркальная поверхность поддается нагреву или охлаждению специальным аппаратом изменения высокоточной температуры. Такие функции посильны для термоэлектрического насоса. Само зеркало оборудуют датчиком, измеряющим температуру.

Схема оптического датчика влажности

Перед началом измерений температура зеркальной поверхности должна превышать температуру точки росы. Далее, зеркало подвергается медленному охлаждению. Во время достижения температуры точки росы зеркальная поверхность становится местом конденсации водяных капель, что приводит к преломлению исходящего от диода светового потока и его рассеиванию. В результате цепь фотодетектора оказывается под воздействием слабого тока. Между фотодетектором и регулятором температуры зеркальной поверхности устанавливается обратная связь.

Направляемые от фотодетектора в сторону температурного регулятора сигналы позволяют зеркальной поверхности иметь постоянный температурный режим, который эквивалентен точке росы. При этом благодаря термодатчику станет известна температура. После этого, имея давление и температуру, можно с точностью измерить влажность.

Гигрометр оптического типа является наиболее высокоточным по сравнению с остальными аналогами. Также для этого прибора не характерен гистерезис. Недостатком подобных датчиков является высокая стоимость и значительный расход электричества. Крайне рекомендуется поддерживать зеркальную поверхность датчика влажности в чистоте.

Перед покупкой гигрометра необходимо определиться с измерением абсолютной или относительной влажности. Также обязателен учет измерительного диапазона, исследуемого объекта (грунт или воздушная масса), важности гистерезиса и точности результатов. Самым точным датчиком является вариант оптического типа. Кроме того, важны уровень IP-защиты, условия эксплуатации, соответствие параметров и широта температурного диапазона.

Гигрометры термисторного типа

В состав термисторного датчика влажности входят одинаковые термисторы в количестве двух штук. Следует напомнить, что термистор является нелинейным электронным компонентом, величина сопротивления которого находится в зависимости от температурного режима.

Местом размещения одного из термисторов является герметичная камера, в которую закачен сухой воздух. Второй термистор помещают в камеру, имеющую отверстия. Последние служат для поступления воздушного потока с определенным уровнем влажности, которая является объектом измерений. Для соединения термисторов используется мостовая схема. Одна из диагоналей моста находится под электрическим напряжением, а вторая предназначена для взятия показаний.

Схема термисторного датчика влажности

Если выходные клеммы имеют нулевое напряжение, наблюдается равенство двух компонентов. Это означает о равенстве влажности. Если значение напряжения не равно нулю, можно смело полагать, что внутри камер зафиксирована разная влажность. В данном случае величина напряжения служит поводом для определения влажности.

Давая ответ на вопрос относительно причины изменения температуры термистора под воздействием влажной воздушной массы, нужно понимать, что увеличение влажности приводит к испарению воды, осевшей на корпусе термистора. Наличие воды на корпусе понижает его температуру. С повышением влажности увеличивается интенсивность испарения, непосредственно влияя на скорость остывания термистора.

Гигрометры резистивного типа

Резистивный датчик влажности состоит из двух электродов, размещенных на подложке. Выше электродов располагается материал, имеющий относительно малое сопротивление. При этом на изменение сопротивления материала сильно воздействует влажность.

Схема резистивного датчика влажности

Отличным материалом с низким сопротивлением является оксид алюминия. Он является прекрасным поглотителем воды из окружающего пространства. Процесс поглощения сопровождается существенным изменением удельного сопротивления. В итоге на значение общего сопротивления измерительной цепи значительно влияет влажность. В частности, последняя величина контролируется протекающим электрическим током. Подобные гигрометры являются максимально доступными по стоимости.