Zavolejte nám: + 33 2 33 61 16 70

vlhkost

Co je snímač vlhkosti?

Čidlo vlhkosti (nebo vlhkoměr) detekuje, měří a hlásí vlhkost i teplotu vzduchu. Poměr vlhkosti ve vzduchu k největšímu množství vlhkosti při konkrétní teplotě vzduchu se nazývá relativní vlhkost. Relativní vlhkost se stává důležitým faktorem při hledání pohodlí.

Senzory vlhkosti pracují na základě detekce změn, které mění elektrické proudy nebo teplotu ve vzduchu.

Jaké jsou typy snímačů vlhkosti?

Kapacitní snímač vlhkosti

Pracovní princip

Kapacitní snímač vlhkosti je malý kondenzátor vyrobený z hygroskopického dielektrického materiálu umístěného mezi dvojicí elektrod. Většina kapacitních senzorů používá jako dielektrický materiál plast nebo polymer s typickou dielektrickou konstantou v rozmezí od 2 do 15. Tato konstanta a geometrie senzoru určují hodnotu kapacity.

Při normální pokojové teplotě má dielektrická konstanta vodní páry hodnotu asi 80, což je hodnota mnohem větší než konstanta dielektrického materiálu snímače. Absorpce vlhkosti senzorem proto vede ke zvýšení kapacity senzoru. Za rovnovážných podmínek závisí množství vlhkosti přítomné v materiálu na teplotě okolí a tlaku okolní vodní páry. To platí také pro hygroskopický dielektrický materiál použitý v senzoru.

Relativní vlhkost je podle definice funkcí jak teploty okolí, tak tlaku vodní páry. Existuje přímý vztah mezi relativní vlhkostí, množstvím vlhkosti přítomné v senzoru a kapacitou senzoru. Tento vztah je základem provozu kapacitního vlhkostního přístroje.

Víme, že relativní vlhkost je poměr skutečného tlaku vodní páry k maximálnímu tlaku vodní páry (tlak nasycených par), který je možný při dané teplotě. Dielektrický materiál se mění rychlostí související se změnou relativní vlhkosti.

Řetězec měření a výkon

V hygrometru využívajícím kapacitní čidlo je vlhkost měřena řetězovým procesem namísto přímé detekce. Řetěz se skládá z následujících komponent:

1. Kapacitní snímač

2. Sonda

3. Kabel

4. Elektronika

5. Výstupní signál


Výkon nástroje je určen všemi prvky v řetězci, nikoli samotným snímačem. Senzor a související elektroniku nelze uvažovat samostatně. Jakýkoli faktor, který by mohl narušit proces měření v řetězci, bude mít pravděpodobně vliv na výkon přístroje.

Chyby a nejistoty

Klasifikace chyb ovlivňujících konečnou nejistotu vlhkoměru s kapacitním senzorem. Chyby měření lze rozdělit do dvou širokých kategorií:

Systematické chyby jsou předvídatelné a reprodukovatelné. Do této kategorie spadají chyby způsobené nelinearitou přístroje nebo teplotními efekty. Systematické chyby jsou specifické pro daný přístroj.

Náhodné chyby nejsou zcela předvídatelné, protože závisí především na vnějších faktorech nástroje. Chyby vyplývající z hystereze senzoru i chyby vyplývající z kalibrace jsou náhodné chyby. Náhodné chyby se obvykle odhadují na základě statistických údajů nebo na základě zkušeností a úsudku.

Protože jsou předvídatelné, lze systematické chyby potenciálně eliminovat. Náhodné chyby však nelze zcela vyloučit.

Chyby linearity. Typická odezva kapacitního snímače relativní vlhkosti (mezi 0 a 100% RH) není lineární. V závislosti na korekci provedené elektronickými obvody může mít přístroj chybu linearity. Za předpokladu, že senzor a související elektronika vykazují reprodukovatelné charakteristiky, je chyba linearity systematickou chybou.

Měřicí body doporučené výrobcem přístroje ke kalibraci se zpravidla určují, aby se minimalizovala chyba linearity. Kalibrace v těchto bodech by měla produkovat víceméně rovnoměrné rozdělení chyby linearity.

Teplotní chyby. Teplota může mít hlavní vliv na několik prvků výše popsaného procesu měření řetězce. Hygroskopické vlastnosti senzoru se mění s teplotou. Přístroj pro relativní vlhkost funguje dobře na základě předpokladu, že vztah mezi množstvím vlhkosti přítomné v dielektriku senzoru a relativní vlhkostí je konstantní. U většiny hygroskopických materiálů se však tento vztah mění s teplotou.

Dielektrické vlastnosti

Dielektrické vlastnosti molekuly vody jsou ovlivněny teplotou. Při 20 ° C má dielektrická konstanta vody hodnotu asi 80. Tato konstanta se zvyšuje o více než 8% při 0 ° C a klesá o 30% při 100 ° C. Podobné účinky lze zaznamenat v souvislosti s jinými fyzikálními vlastnosti vody, jako je elektrická vodivost.


Dielektrické vlastnosti snímače se také mění s teplotou. Dielektrická konstanta většiny dielektrických materiálů klesá se zvyšující se teplotou. Vliv teploty na dielektrické vlastnosti většiny plastů a polymerů je obecně omezenější.

Senzor tepelné vlhkosti

Dva tepelné senzory vedou elektřinu podle vlhkosti okolního vzduchu. Jeden snímač je uzavřen v suchém dusíku, zatímco druhý měří okolní vzduch. Rozdíl mezi těmito dvěma měří vlhkost.

Odporový snímač vlhkosti

Pracovní princip

Senzory odporové vlhkosti měří změnu elektrické impedance hygroskopického média, jako je vodivý polymer, sůl nebo ošetřený substrát.

Rezistivní senzory jsou založeny na interdigitálním nebo dvouvodičovém vinutí. Po nanesení hydroskopického polymerního povlaku se jejich odolnost inverzně mění s vlhkostí. Změna impedance je obecně inverzní exponenciální vztah k vlhkosti.

Rezistivní senzory se obvykle skládají z elektrod z ušlechtilého kovu nanesených na substrát technikami fotorezistu nebo z elektrod navinutých na plastový nebo skleněný válec. Substrát je potažen solí nebo vodivým polymerem. Alternativně může být substrát ošetřen aktivačními chemikáliemi, jako je kyselina.

Senzor absorbuje vodní páru a iontové funkční skupiny jsou disociovány, což vede ke zvýšení elektrické vodivosti. Doba odezvy většiny odporových senzorů se pohybuje od 10 do 30 s a dosahuje 63% skutečné hodnoty. Rozsah impedance typických odporových prvků se pohybuje od 1 000 ohmů do 100 000 000 ohmů.

Většina odporových snímačů používá symetrické střídavé napájecí napětí bez předpětí DC, aby se zabránilo předpětí snímače. Tuto odezvu lze linearizovat analogovými nebo digitálními metodami. Typický proměnný rezistor se pohybuje od několika kilohmů do 100 Mohmů. Jmenovitá budicí frekvence je 30 Hz až 10 kHz.

Kalibrace a přesnost snímače 

„Odporový“ snímač není čistě odporový v tom, že díky kapacitním účinkům je odezva měřítkem impedance. Zřetelnou výhodou odporových RH senzorů je jejich zaměnitelnost, obvykle v rozmezí plus nebo minus 2% RH, což umožňuje kalibraci elektronických obvodů pro úpravu signálu pomocí rezistoru v pevném RH bodě. To eliminuje potřebu standardů pro kalibraci vlhkosti, takže odporová čidla vlhkosti jsou obvykle vyměnitelná v terénu.

Přesnost jednotlivých odporových čidel vlhkosti lze potvrdit testováním v RH kalibrační komoře nebo počítačovým systémem DA, na který se odkazuje ve standardizovaném prostředí s vlhkostí. Jmenovitá provozní teplota odporových senzorů se pohybuje od -40 ° C do 100 ° C.

Životnost senzoru

V obytných a komerčních prostředích je životnost těchto senzorů> 5 let, ale vystavení chemickým výparům a dalším nečistotám, jako je olejová mlha, může způsobit předčasné selhání. Další nevýhodou některých odporových senzorů je jejich tendence posunout hodnoty, když jsou vystaveny kondenzaci, pokud je použit ve vodě rozpustný povlak.

Čidla odporové vlhkosti mají významnou teplotní závislost, pokud jsou instalována v prostředí s velkými teplotními výkyvy. Pro větší přesnost je zabudována simultánní teplotní kompenzace. Díky malým rozměrům, nízké ceně, zaměnitelnosti a dlouhodobé stabilitě jsou tyto odporové senzory vhodné pro použití v řídicích a zobrazovacích produktech pro průmyslové, komerční a rezidenční aplikace.

Funkční kontrola v průběhu času

přesnost

Každý snímač by měl mít vlastní kalibrační křivku založenou na 9bodovém systému.

Opakovatelnost

Měření ze snímače by měla být prováděna tak, aby se neodchylovala. Opakovatelnost je postupné měření driftu mezi měřeními jedné veličiny.

Linearita

Udává odchylku napětí od hodnoty BFSL a naměřenou hodnotu výstupního napětí převedenou na relativní vlhkost.

Fiabilité

Měření často způsobují nesynchronizaci snímače. Aby byl senzor užitečný, musí poskytovat spolehlivá měření.

Doba odezvy

Typicky se doba potřebná k tomu, aby senzor dosáhl 66% (doba náběhu) nebo 33% (doba poklesu) maximálního výstupního napětí, nazývá doba odezvy.

Aplikace senzorů

Použití čidel vlhkosti je velmi rozmanité. Lidé s nemocemi ovlivněnými vlhkostí, monitorování a preventivní opatření v domácnostech používají snímače vlhkosti. Čidlo vlhkosti je také součástí topných, ventilačních a klimatizačních systémů (systémy HVAC). Používají se také v kancelářích, automobilech, zvlhčovačích, muzeích, průmyslových prostorách a sklenících a používají se také v meteorologických stanicích k hlášení a předpovědi počasí.