Датчик влажности для вентилятора своими руками

Терминология

Следует разобраться, что собой представляют датчики влажности воздуха, поскольку не все пользователи понимают, для каких показателей они используются.

Существует абсолютная и относительная влажность воздуха. Первая означает точное количество воды в воздухе (измеряется в г/куб.м). При этом содержание влаги можно определить и в процентном соотношении. У данного показателя есть предел – 100%. Это наибольшая величина, которую называют также порогом максимального насыщения. Еще одно ее название – влагоемкость. Процесс конденсации стартует как раз с этого предела.

Между влагоемкостью и температурой среды есть взаимосвязь. Чем выше температура, тем большее количество влаги может собираться все в том же объеме воздуха. Поэтому и цифровые, и аналоговые приборы часто оснащаются дополнительно температурным датчиком.

Отношение показателя влагоемкости к абсолютной влажности и представляет собой относительную влажность воздуха. Когда эти величины будут равны друг другу, наступает состояние, называемое «точкой росы».

В этой терминологии нужно разобраться до того, как отправиться покупать прибор, поскольку датчики подбираются с учетом целого ряда критериев.

Виды датчиков и их принцип работы

Датчики влажности бывают разных видов. В продаже можно встретить 4 основных типа подобных приборов:

1. Емкостной датчик влажности. Представляет собой воздушный конденсатор. Устройства применяются и для промышленного оборудования, и для бытовой техники. С конструктивной точки такой гигрометр состоит из подложки, на которой находится тонкопленочный полимерный элемент. Подложка делается из керамики, стекла или кремния. Преимущества таких приборов состоят в том, что они могут работать при высокой температуре, а в промышленности важна их стойкость к химическим испарениям.
2. Резистивный датчик. Принцип его работы основан на изменении показателя сопротивления гигроскопичного материала, которое происходит в зависимости от уровня содержания влаги. Детекторы такого типа чаще всего используются в быту.
3. Психометрический датчик. В данном случае его работа основана на том, что при испарении происходит потеря тепла. В такой конструкции используются 2 детектора: сухой и влажный. Измеряется разница температуры, что позволяет определить уровень содержания влаги в воздухе. Когда-то такие счетчики применялись реже, поскольку нужно было постоянно сверяться с таблицами. Сегодня это цифровые приборы высокой точности, и ими пользоваться совсем несложно.
4. Аспирационные датчики. Они похожи на психометрические, но их конструкцией предусмотрено наличие вентилятора, который отвечает за принудительное нагнетание газа или воздушной смеси. Такие устройства целесообразно устанавливать там, где движение воздуха характеризуется слабостью и прерывистостью.

Независимо от того, емкостной датчик относительной влажности или психометрический прибор, пользователя интересует их надежность. То есть то, насколько хорошо при сырости работает это устройство, какие факторы могут повлиять на точность измерений и т.д.

Устройство детекторов резистивного типа

Приборы влажности этого типа должны фиксировать изменения электрического сопротивления в гигроскопической среде. Речь идет о таких материалах, как соль, проводящий полимер, другие типы подложки. Чаще всего используется все-таки второй вариант. Чтобы понять принципы определения – как измерять измерения влажности этим прибором, нужно рассмотреть его устройство.

Датчики влажности резистивного типа представляют собой электроды из металлического сплава, которые накладывают на подложку с применением фоторезистора, либо второй вариант – электроды наматывают на пластиковый или стеклянный цилиндр. Подложку покрывают ранее упомянутым проводящим полимером или солевым раствором. Иногда подложка обрабатывается другим химическим соединением, в том числе кислотой.

Когда на чувствительные элементы попадает водяной пар, происходит распад ионных групп, что увеличивает электрическую проводимость. Ее замеры помогают установить уровень влажности.

Сенсор подобного типа работает достаточно быстро. Для большинства моделей такого оборудования время отклика составляет 10-30 секунд. Диапазон сопротивлений может колебаться в пределах от 1 кОм до 100 мОм. Портативные многокомпонентные датчики обладают меньшим количеством функций, чем их более дорогие аналоги. Но для бытовых целей и этого хватает.

Использование электронного цифрового датчика влажности воздуха такого типа позволяет добиться хорошей точности измерений. Калибровка оборудования проводится в специальной компьютерной системе.

Резистивные датчики устойчивы к воздействию окружающей среды. Они могут работать от -40°С до +100°С. Кроме того, такие приборы нормально служат в течение как минимум 5 лет даже на производстве, не говоря уже о бытовом использовании.

Но точка, в которой они установлены, все-таки имеет значение. Если на них постоянно действуют химические пары или масла, срок службы ниже.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств, их применение

Глядя, как конденсат попадает на зеркало в ванной комнате, люди задумываются об установке прибора влажности в помещении. Особенно, когда там работает сразу несколько электрических приборов. К выбору датчика влажности в ванную комнату стоит подойти с ответственностью.

Среди приборов резистивного типа считается неплохим вариантом модель SYH-2RS. Она может работать при температуре до +85°С и отличается неплохими техническими характеристиками. Погрешность датчика составляет всего около 5%. А одним из его преимуществ является компактность.

Толщина корпуса не превышает 2,9 мм, длина – около 10 мм; после установки прибор практически незаметен, то есть не испортит интерьер. Он работает от бытовой сети в 220 В.

Как и многие современные датчики, даже может преодолеть основной недостаток резистивных приборов, который заключается в том, что при наличии конденсата точность их показаний снижается. Тем не менее чаще всего вместо этой модели используют более дешевые китайские аналоги.

Среди товаров, произведенных в Поднебесной, большинство датчиков выпускают неизвестные изготовители. Из китайских наибольшей популярностью пользуются DHT22 и DHT11. Второй вариант стоит дешевле, но первый является более качественным.

Такие приборы ставят одновременно с вентилятором. Поэтому некоторые владельцы квартир на датчиках как раз экономят, предпочитая китайские изделия, хотя у них и температурный диапазон меньше, и срок службы может не дотягивать до 5 лет.

Емкостные датчики влажности

Недорогими и, прежде всего, простыми в обраще­нии являются датчики влажности емкостного типа. Они состоят из специальной пленки с напыленным с двух сторон слоем золота (рис. 9.21). Таким обра­зом, пленка служит диэлектриком плоского конден­сатора. С помощью соответствующей измерительной схемы, более подробно на которой остановимся ниже, это изменение емкости можно преобразовать в по­стоянное напряжение. Общее устройство такого дат­чика показано на рис. 9.22.

Зависимость емкости датчика от влажности воздуха (Frel) приведена на рис. 9.23. Поскольку эта характеристика изогнута (нелинейна), непосредствен­ную индикацию можно осуществить только при откалиброванной соот­ветствующим образом шкале или с помощью дополнительно включенной схемы линеаризации.

На рис. 9.24 показана зависимость между относительной влажностью Frel и емкостью датчика, норми­рованной при Frel = 12%.

Общая емкость датчика равна CS = С0 + ∆С, где С0 — емкость при нулевой влажности, ∆С — изме­нение емкости из-за наличия влаги. Емкость дат­чика CS слабо зависит от измерительной частоты, как видно из рис. 9.25. Поэтому незначительное измене­ние измерительной частоты не оказывает влияния на показания датчика.

Важной характеристикой, определяющей приме­нимость датчика, является его время срабатывания или постоянная времени. При резком изменении влаж­ности датчику требуется около 2 мин для достижения 90% окончательного показания (рис. 9.26), соответ­ствующего вновь установившейся влажности.

Рис. 9.21. Принципиальное устройство диэлектрического датчика влажности.

Рис. 9.22. Конструкция промышленного датчика влажности.

Рис. 9.23 Зависимость емкости датчика СS от относительной влажности.

Рис. 9.24. Зависимость между отно­сительной влажностью воздуха и ем­костью датчика, нормированной при Frel = 12%,

Рис. 9.25. Частотная ха­рактеристика датчика влажности.

Рис. 9.26. Время срабатывания датчика влажности при резке изменяющемся содержании влаги в воздухе.

1. Измерительные схемы и калибровка датчиков влажности

Изменения емкости можно, естественно, как и из­менения сопротивления, измерять с помощью измери­тельного моста. Соответствующая схема показана на рис. 9.27. Она состоит из моста для измерения емкости с датчиком влажности в качестве активного элемента. Мост питается переменным напряжением с частотой около 100 кГц. С помощью подстроенного конденсатора СА выходное напряжение U0 устанав­ливается на нуль при ∆С = 0. При изменении ем­кости ∆С выходное напряжение U0 служит мерой этого изменения и соответственно изменения влаж­ности.

Рис. 9.27 Измерительная схема датчика влажности с емкостным мостом.

Для простых конструкций датчиков получили рас­пространение также схемы, работающие по разности импульсов. Принципиальное построение такой схемы показано на рис. 9.28. Она состоит из двух мультиви­браторов (M1 и М2), причем M1 синхронизирует М2.

При ∆С = 0 длительность импульсов обоих мультивибраторов одинакова (t1 = t2). Если же емкость датчика изменится (∆С ≠ 0), то между двумя выходами 1 и 2 возникнет «разностный» импульс длительностью t3 = t2 – 1 ~ ∆С. Если период прямоуголь­ного импульса напряжения равен T = 2t1, а ампли­туда импульсов равна UB, то для среднего арифмети­ческого значения выходного напряжения U0 полу­чается уравнение U0 = (t3/T)UB = (∆С/2С0)UB.

При условии, что мультивибраторы М1 и М2 в сущности одинаковы (например, мультивибраторы, выполненные на одном кристалле по технологии КМОП), а емкость датчика имеет такой же температурный коэффициент, как и подстроечный конденсатор СА, отношение t3/T не зави­сит от изменений температуры.

Рис. 9.28. Принципиальное устройство схемы с двумя мульти­вибраторами, работающей по разности импульсов.

Рис 9.29 Формирование разностного импульса схемой, показанной на рис. 9.28.

Разумеется, напряжение питания должно быть стабилизировано, так как оно непосредственно вхо­дит в результат измерений (U0).

На рис. 9.30 изображена простая измерительная схема без стабилизации напряжения и без линеари­зации. Поскольку ток этой схемы чрезвычайно мал (около 100 мкА), три элемента типа «ААА» могут обеспечить питание примерно в течение года.

Улучшенная схема приведена на рис. 9.31. Напря­жение питания стабилизируется транзисторами, а выходное напряжение линеаризовано. Линеари­зация (рис. 9.32) осу­ществляется следующим образом. Выходные им­пульсы заряжают конден­сатор С через D и R1 и од­новременно ток разряда, пропорциональный напря­жению на конденсаторе, протекает через R2. В ре­зультате этого больше не соблюдается про­порциональность между выходным напряжением U0 и средним значением на­пряжения выходного импульса U0(AV). Соответствую­щим подбором С, R1 и R2 можно достигнуть линеари­зации выходного напряжения.

Рис. 9.30. Полная измерительная схема, работающая по разно­сти импульсов: Н — датчик влажности.

Рис. 9.31. Улучшенная схема со стабилизированным питанием и линеаризацией: Н — датчик влажности; NTC— терморезистор с отрицательным ТКС. На измерительном приборе М при токе 45 мкА имеется метка, соответствующая нижнему пределу на­пряжения ≈ 4,1 В.

Рис. 9.32. Схема линеаризации выходного сигнала датчика.

Для однозначного отождествления измеренного напряжения с определенной влажностью необходимо создание в воздухе заранее известной влажности (табл. 9.4).

Таблица 9.4

Относительная влажность (%) воздуха над насыщенными растворами некоторых солей при различных температурах

Насыщенные растворы отдельных солей вызы­вают уменьшение влажности в замкнутом воздушном пространстве над ними. Этот эффект можно исполь­зовать для калибровки датчиков влажности. Для этого калибруемый датчик монтируют в герметичном сосуде (например, в стеклянной банке для консерви­рования), как показано на рис. 9.33, и соединяют с электронной схемой. Затем в сосуд помещают пропи­танный насыщенным раствором ватный тампон и сразу же закрывают крышкой. Спустя примерно 30 мин в резервуаре устанавливается соответствую­щая относительная влажность, указанная в табл. 9.4. Например, в случае применения LiCl при комнатной температуре (20°С) получается относительная влаж ность 12%. Используя различные солевые растворы (при их смене сосуд обязательно очищают), можно промерить всю характеристику датчика для относи­тельной влажности от 12 до 98%, а в случае необходимости также и линеаризировать ее.

Рис. 9.33. Устройство для калибровки датчиков влажности.

=======================================================================================

ВОПРОСЫ:

1. Термокондуктометрические ячейки

2. Топливная и термохимическая (каталитическая) ячейки

3. Анализатор выхлопных газов

4. Полупроводниковые газовые датчики

5. Датчики природного газа и алкоголя

6. Конденсационный гигрометр на основе хлорида лития

7. Емкостные датчики влажности

8. Измерительные схемы и калибровка датчиков влажности

ДАТЧИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

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.

Для поддержания нормальных условий жизнедеятельности человека или животных, а также при организации производства, важно обеспечить правильный микроклимат. Одна из важных составляющих – правильная влажность. Причем этот показатель измеряется как в воздушной среде, так и в почве. Кроме того, при организации производства или строительства, необходимо знать остаточную влажность материала. Например, нарушения требований сухости зерна или цемента, могут привести к порче продукта, и серьезным финансовым потерям. Представьте себе заплесневевший элеватор зерна емкостью десятки тысяч тонн. Или превратившийся в камень, внушительный запас сухих строительных смесей.

Как определить количество воды в окружающей среде или предметах? Для этого используются датчики влажности.

01

Такой прибор называют гигрометром или гигростатом, в зависимости от способа применения. С простейшими механическими гигрометрами вы наверняка сталкивались на уроках физики в школе, и в саунах, где этот тип прибора довольно популярен.

Датчики влажности воздуха по принципу действия

Для начала разберемся с терминами: что такое влажность в принципе?

Академически, это содержание водяных паров в атмосфере или количество влаги в иной среде по отношению к ее весу.

На практике влажность может быть обусловлена не только водой, но и другими техническими жидкостями.

Механические датчики влажности

Эти конструкции не отличаются разнообразием, и применяются не одну сотню лет. Принцип действия основан на способности материалов изменять свои габариты (длину) при намокании. Наилучший вариант – это женский волос рыжего цвета (разумеется, естественного происхождения, а не окрашенный). На практике чаще всего применяется конский волос, или волосы других животных.

Система подвеса состоит из грузика (или пружины), оттягивающего измерительный элемент: волос. Подвес прикреплен к стрелке. При намокании, волос растягивается, стрелка показывает значение влажности. Разумеется, при изготовлении такого прибора или смене изношенного волоса, шкалу необходимо заново откалибровать. Преимущество таких приборов – простота и дешевизна в реализации. Недостатки: высокая погрешность (причем она меняется в ходе эксплуатации) и боязнь механических нагрузок.

Психрометрические датчики температуры и влажности

Почему два в одном? Дело в том, что датчик влажности такой конструкции основан на измерении температуры. А поскольку в системе есть термометр, почему не вывести его показания на табло. Эти приборы бывают механическими и электронными. Механика представляет собой два одинаковых термометра, один из которых помещен во влажную среду (банальное обертывание мокрой ветошью). Иногда, для увеличения производительности, приборы обдувают специальным вентилятором. На влажном и сухом термометрах отображается разная температура. Разница определяется степенью влажности воздуха (мокрый термометр в сухом воздухе быстрее охлаждается). Для получения показаний используются специальные психрометрические таблицы. В этом главный недостаток прибора: сложность проведения измерений. Еще одна проблема – такой гигрометр не может работать непрерывно, для каждой процедуры измерений он готовится заранее: необходимо намочить ветошь (губку), запустить вентилятор, дождаться, пока столбики термометров найдут верное положение. Зато психрометрический датчик влажности воздуха с механическим приводом надежен и точен. Стоимость такого прибора также доступна.

Электронные датчики температуры и влажности психрометрического типа работают по такому же принципу. Вместо термометров используются термисторы: электронные компоненты, сопротивление которых зависит от температуры. Подключены по мостовой схеме: при идеальном балансе температур напряжение на выходе нулевое, если происходит разбалансировка показаний – на выходе датчика появляется потенциал. Чтобы определить разность температур, термисторы помещены в две камеры: герметичную с сухим воздухом, и перфорированную, в которой будет реальная влажность по месту измерения. Вариант удобный, универсальный, но его точность весьма условна.

Подобные детекторы применяются в различных электронных схемах контроля. Особенно они популярны при разработке систем на базе Arduino.

Емкостные датчики влажности

Достаточно простые электронные устройства, работа которых основана на изменении электропроводности воздуха в зависимости от насыщения влагой. Фактически – это конденсаторы переменной емкости, величина которой контролируется управляющей схемой. Датчик влажности воздуха емкостного типа использует конденсаторы с воздушной прослойкой между пластинами. Универсальные гигрометры (с твердым диэлектриком) могут измерять количество воду в твердой среде.

Сенсоры надежные и достаточно точные, однако со временем изнашиваются. К неоспоримым преимуществам можно отнести независимость от кислотности среды. Этим обычно грешат резистивные сенсоры.

Оптический датчик влажности

Содержит измерительную зеркальную пластину и чувствительный фотодетектор. Второе наименование измерителя – конденсационный. Принцип действия основан на природе так называемой точки росы. При определенной температуре поверхности, на ней образуется конденсат. Наглядный пример – покрытые росой автомобили, припаркованные на открытом воздухе. Зеркальная пластина последовательно нагревается, выпадение конденсата фиксируется фотодетектором.

Фото-пара тщательно фокусируется: пока зеркальная поверхность чистая, фотоэлемент пропускает электрический ток. После выпадения росы свет рассеивается, сила тока падает, электроника фиксирует этот момент, и вычисляет уровень влажности по запрограммированному алгоритму.

Такие измерители достаточно точны, однако боятся вибраций и достаточно громоздки. Стоимость средняя. Существенный недостаток – необходимо поддерживать поверхность в идеальной чистоте. Кроме того, после применения датчик необходимо просушить для следующего применения. То есть, в реальном времени он не работает. Фактически – состояние измерений «включено» или «выключено».

Резистивный датчик влажности

Представляет собой переменный резистор, сопротивление которого меняется при изменении влажности. На первый взгляд, сенсор похож на емкостной прибор.

На самом деле технология иная. На диэлектрическую подложку наносится ряд электродов или наматывается токопроводящая проволока (две обмотки с гальванической развязкой). Затем пространство между электродами заполняется специальным солевым гелем или токопроводящим полимером. Главное условие – высокая гигроскопичность материала. Попадая во влажную среду, полимер (солевой гель) меняет проводимость. Сопротивление резистора меняется в обратной зависимости: чем выше влажность, тем оно ниже. Изменения фиксируются электроникой. Неоспоримые преимущества такой схемы: высокая точность, стабильность параметров, и долгий срок службы. Недостатки – невозможность работать в агрессивной среде, требуется защита от пыли. Однако вышедший из строя сенсор легко заменить: стоимость невысокая.

Датчик температуры и влажности воздуха может работать в качестве наглядного измерительного прибора, когда показания просто фиксируются наблюдателем.

Однако более целесообразным будет подключение датчика влажности к системе управления процессами. Как минимум, к устройству сигнализации (оповещения). Например, при выращивании сельскохозяйственных культур, датчик, погруженный в почву, может дать команду на полив грунта. В системах автоматического климат-контроля датчики температуры и влажности управляют кондиционерами и обогревательными котлами без участия оператора.

Применение датчиков на практике

Датчики используются для следующих задач:

• поддержание заданного микроклимата в жилых и офисных помещениях: обеспечение комфортного пребывания людей;
• обеспечение необходимых параметров воздуха на складах и в хранилищах: например, архивы, музеи или овощебазы;
• сохранение заданной влажностной среды при работе с биологическими объектами: инкубаторы, лаборатории, медицинские учреждения;
• обеспечение климатических условий на производстве сухих смесей или с применением чувствительной к влажности технике;
• контроль в котельных или водоочистительных станциях: предотвращение образования конденсата;
• соблюдение гигиенических норм в любых помещениях: высокая влажность способствует развитию плесени и грибка.

Датчики для твердой среды по принципу действия

Как мы уже говорили, некоторые датчики влажности и температуры воздуха универсальны: могут работать в грунте или сыпучих смесях. Также существуют специализированные приборы для решения подобных задач. Собственно, технологий для измерения содержания влаги в сыпучих средах (почва, сухие смеси и пр.) не так много.

Резистивные датчики

Эти детекторы работают по принципу амперметров: а в качестве резистора в цепи выступает среда измерения. Почва или сухая смесь, в зависимости от насыщения водой, меняет электропроводность (или сопротивление). Соответственно меняется и сила протекающего тока. Подобные датчики могут быть только электронными, поскольку механически обеспечить измерение влажности в твердой среде затратно и нецелесообразно.

Два (или больше, для повышения точности) электрода погружаются в среду измерения.

Модуль управления подает на контакты небольшое напряжение, и замеряет значение электрического тока. Чем больше влаги, тем сильнее электроток. Надежная и довольно точная конструкция, не лишена недостатков. Во-первых, электроды должны быть выполнены из материала, стойкого к коррозии и механическим повреждениям. Во-вторых, при калибровке прибора необходимо учитывать содержание солей в почве (или материале).

Емкостные датчики влажности почвы

Пожалуй, самые популярные устройства среди квартирных «земледельцев». Сегодня стало модным выращивать некоторые продукты питания не на огороде, а например, в квартире в Москве. Для обеспечения хорошего урожая применяются технологии интенсивного земледелия под управлением электроники. Контроллер получает информацию о температуре, уровне влажности и освещенности, и моделирует природные условия для вашей грядки на подоконнике.

Если система управления отлажена, нет необходимости ежедневно контролировать процесс роста растений. Достаточно пополнять емкость для полива, и своевременно собирать урожай.

Преимущество такого прибора – возможность работать «на автомате». Кроме того, такой датчик можно сделать своими руками.

Изготовление датчика влажности почвы своими руками на Arduino

Разумеется, сам сенсор изготавливать не нужно, эта деталь давно и успешно выпускается нашими друзьями из Поднебесной и стоит относительно недорого. Речь пойдет об интеграции датчика в систему управления для теплицы или балконной грядки.

Типичный пример: комплект FC-28.

Представляет собой емкостной детектор, соединенный с платой компаратора, выполненной на микросхеме LM393. В схеме присутствует потенциометр, с помощью которого можно произвести калибровку и задать условия для срабатывания датчика. Принципиальная схема устройства на иллюстрации:

Прибор не предназначен для мониторинга текущей влажности земли: его задача дать сигнал для включения системы автоматического полива. При достижении откалиброванного резистором порога сухости почвы, логический «0» на выходе компаратора меняется на «1» (контакт D0). Контроллер получает сигнал и дает команду исполнительному механизму полива.

В принципе, разработчик предусмотрел возможность снятия показаний для отображения на текстовом табло. Для этого используется аналоговый сигнал (A0) со схемы управления. Это не основной режим, но оператор всегда может увидеть влажность почвы в процентах.

Питание комплекта осуществляется с помощью источника 5 вольт с током до 35 мА. Это может быть блок питания или комплект батареек. Подойдет любая версия Arduino: например, UNO.

Схема может быть расширена датчиком уровня воды, световой и звуковой сигнализацией. Источником водоснабжения служит помпа, соединенная с контролируемым резервуаром. Типовая блок-схема готовой системы полива на емкостном датчике влажности представлена на иллюстрации:

Если запрограммировать контроллер Arduino на несколько грядок, можно применять систему на больших территориях: поле, теплица и пр.

Изготовление датчика влажности почвы своими руками

Еще одна популярная сфера применения датчика влажности (на этот раз воздуха) – это домашний инкубатор. Как известно, при нагреве инкубатора воздух внутри осушается. Это может привести к высокому проценту отбраковки яиц. Примитивные миски с водой не всегда дают должный эффект: без системы контроля вода испарится, а владелец инкубатора может пропустить этот момент. Для контроля необходим элементарный контроль с цифровым табло.

Если не рассматривать популярные готовые решения на Ардуино, можно собрать электронный детектор влажности воздуха на базе микросхемы PIC16F628A. Сенсор влажности, совместимый с такой логикой – DTH-11. Остальная элементная база – несколько согласующих резисторов и цифровое табло.

Данный контроллер имеет возможность как показывать уровень влажности в процентах, так и давать сигнал на исполнительное устройство для увлажнения. Снабдив его любым типом увлажнителя можно не беспокоиться о сохранности яиц в закладке.

Кроме того, данная схема позволяет подключить сенсор температуры. Таким образом, вы получаете полноценную систему климат контроля для инкубатора, работающую в автономном режиме.

Промышленные датчики температуры и влажности

При наличии средств, все эти приборы можно приобрести в заводском исполнении.

Это может быть отдельно вынесенный датчик влажности для индикации, или встроенный сенсор с подключением к системе «умный дом». Многие датчики позволяют получать информацию дистанционно, с передачей по сети интернет или на мобильный планшет.

Совет: для эффективного и надежного использования лучше приобретать не универсальные, а специализированные датчики влажности и температуры.

В данном материале есть описание различных типов сенсоров: каждый из них хорош для конкретных условий применения. Не обязательно выбирать самый дорогой и защищенный от агрессивной внешней среды прибор, если он будет использоваться в помещении.

Равно как датчик влажности почвы для горшков комнатных растений, не сможет контролировать обширные грядки в теплице или на поле.

Совет для самодельщиков

Если вам подвернулся исправный датчик с какого-нибудь готового устройства, не пытайтесь извлечь его и использовать в другой схеме. Интегрированные сенсоры, как правило, разрабатываются под конкретные проекты, и создание переходной схемы сведет на нет всю экономию. Лучше сначала разработать свой контроллер, а затем приобрести под него конкретный датчик влажности.

Видео по теме

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 диэлектрическая проницаемость воздуха напрямую зависит от его влажности. Когда меняется количество водяных паров в воздухе, меняется и емкость конденсатора. Такого рода датчик температуры 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 точки росы, 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 емкостной датчик 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 отключении электроэнергии.

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 вентилятор с датчиком 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.

Обзор Maico 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.

Датчик влажности вентилятора называется гигростатом. В некоторых моделях заботливо встроен заранее, такие рекомендуется брать в дом. Относительно прочих гигростатов, приборы выпускают комнатными, канальными в зависимости от места измерения параметров. Первые просто вешаются на стену, служат своеобразными реле, управляют вентилятором, вторые – снабжены длинным щупом, проникающим внутрь воздуховода для контроля среды. Допускаем, можно отдельно достать датчик влажности, на основе сенсора собрать гигростат самостоятельно, скорее диковинка, нежели повседневность. Фирма хочет забрать прибыль от изготовления прибора.

Гигростат – прибор, оценивающий уровень влажности

Гигростат мало отличается от термостата. Задачей прибора считается смыкание-размыкание контактов реле в зависимости от количества паров в воздухе. Упомянули, гигростаты бывают комнатными, канальными, делятся количеством контуров:

1. Одноконтурные.
2. Двухконутрные.

Ряд продолжим до бесконечности. Каждый контур представлен реле, управляющим отдельным устройством. Допускается подключить вентилятор, увлажнитель воздуха самодельной конструкции.

Реализуется полная схема контроля микроклимата помещения. С точки зрения влажности, естественно. Вентилятор вытяжной с датчиком влажности в паре дают возможность включения оборудования в автоматическом режиме. Гигростаты настраиваются на порог срабатывания с некоторым гистерезисом. При увеличении влажности прибор дает сигнал, сохраняет, пока значение параметра опустится ниже порога на некоторую величину, последняя называется шириной петли гистерезиса.

Приведем возможные схемы работы гигростата:

• Изменение диэлектрической проницаемости среды меж обкладками конденсатора приводит к вариациям емкости. Имеется школьная формула, где зависимость прослеживается напрямую. От содержания воздухом паров диэлектрическая проницаемость изменяется, результат фиксирует измерительный прибор.
• Резистивный метод эксплуатирует явление изменения сопротивления специального материала, контактирующего с влажным воздухом (оксид алюминия).
• Оптические измерения задаются целью оценить прозрачность воздуха, годятся целям определения наличия в воздухе газов, дыма, пара.
• Изменение длины синтетического волокна часто используется для определения относительной влажности. Некоторые сорта тканей обладают специфичными свойствами, информация используется многими гигрометрами. Вентилятор с увлажнителем воздуха будет работать, пока длины нитей не достигнут заданных, затем питание прибора отключается.

• Термисторный мост, составленный уравновешенными плечами способен фиксировать наличие паров воды воздуха. Один элемент заключен колбой, заполненной чистым азотом, второй – контролирует параметры среды. Чтобы не вводить читателя в заблуждение, упомянем: термистор – синоним терморезистора. Разогреваются током до высокой температуры, затем отдают тепло. Во влажном воздухе процесс проходит проще. Поговорим подробнее.

Термисторный мост образуется двумя резистивными делителями. Одно плечо образовано реостатом (потенциометром) обыкновенного резистора. Сегмент позволяет выполнить настройку на нужное значение. Во второе плечо входят два упомянутых термистора: в колбе, на воздухе. Середины соединены мостом, откуда снимается результирующий эффект работы системы. В начальный период схема находится в равновесии, выходной ток равен нулю. Пары воды изменяют условия охлаждения чувствительного термистора, баланс нарушается. Эффект используется для переключения состояния реле запускать вентиляторы влажных помещений.

Принцип действия гигрометра на термисторах

Принцип действия следующий. Азот колбы и наружный воздух изначально одинаковой температуры. Затем терморезисторы начинают нагреваться. Азот быстрее, воздух медленнее приближаются к рабочей температуре 200 ºС.

Стеклянную колбу выбрали по нескольким соображениям:

1. Металлическая быстро окисляется, либо возникает необходимость красить. Нужны грунт, дополнительные технологические циклы, удорожает стоимость изделия, увеличивает немаленькую инерционность.
2. Стекло инертно, плохо проводит тепло, но в достаточном объеме. При разной температуре воздуха аналогичное количество паров будет давать разную относительную влажность. Из-за инерции датчики могут давать сбои при похолодании, резком нагреве.

В результате усилий получаем принцип действия психрометра. Во влажном воздухе условия охлаждения чувствительного термистора лучше предоставляемых сухим азотом. Факт вызывает срабатывание реле влажности вентилятора, приводя к постепенной нормализации атмосферы. Гистерезис обусловлен инерционностью прибора.

Гигрометр своими руками

Понимаем, многие жаждут собрать датчик влажности вентилятора своими руками. Целям самоделкиных может пригодиться современная цифровая аппаратура:

1. Сенсоры температуры и влажности DHT11 и DHT22.
2. Устройство ввода-вывода, обработки информации на платформе Arduino.

Arduino – микропроцессорный комплект, базирующийся на дешевых микроконтроллерах, имеет полностью открытые схемные реализации. Каждый выяснит в интернете, из каких комплектующих собрать печатную плату, найдет руководство, посчитает стоимость. Подключить вентилятор с датчиком влажности к связке не будет составлять труда. Самым любопытным моментом становится возможность взаимодействия системы с персональными компьютерами. Имеются библиотеки драйверов, призванные выполнять указанные операции. Умный дом своими руками? Именно так… если ума хватит.

Учитывая современные цены гигростатов, имеется великое искушение собрать вентилятор вытяжной с датчиком влажности своими руками. Порекомендуем решать задачи посложнее. Объединяя нескольких видов оборудование единой сетью. Рассмотренный Soler&Palau часто устанавливает датчик влажности вентилятора на оборудование, большого смысла изобретать велосипед нет. Если собрать домашний увлажнитель, попробовать заставить работать совместно с вентиляцией, ситуация смотрится интереснее. Не повредит пару схем разработать.

Допустимо подобрать аналоговый датчик влажности воздуха вентилятора. Примером послужит оборудование фирмы Honeywell:

1. ИНН3602;
2. ИНН3605;
3. ИНН3610.

Принцип действия основан на конденсаторном методе. Пугают незнакомые слова: «платиновые электроды», «специальная полимерная изоляция». Оборудование едва ли стоит дешево, начните изучение вопроса в случае надобности. Собрать схему измерения аналогового параметра, тарировать датчик тоже задача нелегкая будет.

К совмещенным сенсорам температуры и влажности относятся изделия фирмы Regeltechnik:

• RFF для внутренних помещений;
• AFF для внешней среды.

Заметьте, о термисторах речи не идет. Возможно какой-то редкий метод, непопулярный.

Канальные датчики влажности

Обмолвились, созданы канальные гидростаты, как применять, остается неясным. В промышленности несложно найти объяснение. Электростанция контролирует кучу параметров, включая ph-фактор сточных вод. Повышенная влажность канала вентиляции расценивается системой автоматизированного управления неправильным функционированием оборудования. Дома, в частном коттедже. Вентилятор канальный с датчиком влажности попросту излишний. Бессилен контролировать параметры среды.

Если канальный вентилятор работает одновременно, снабжая несколько комнат, появляется влага в канале, послужит сигналом повышения оборотов двигателя. Например, происходит, когда система работает на режиме, близком холостому. Подключение вентилятора с датчиком влажности вкупе представляет собой мощный тандем для экономии энергии. Работа на полную катушку начинается только при возникновении необходимости.

Допустимо управлять по такому принципу работой рекуператора, схожего оборудования. Режим функционирования экономит энергию.

Рекомендуется поддерживать относительную влажность в рамках 40 – 60%. Иногда возникает задача обратная осушению. Вентилятор с увлажнителем способен довести параметры до нормы в автоматическом режиме. Имеет собственный встроенный гигростат, генератор пара на ультразвуковом элементе, лопасти, гоняющие воздух по комнате. Хороши летом в сухом климате. Заручившись помощью потенциометра, цифровой системы управления, вентиляторы способны в одиночку побороть недостатки природы. Погоды плохой нет, микроклимат – часто оставит желать лучшего.

Песня спета сегодня про датчики влажности. Когда у отечественных производителей, дилеров пропадет мания шпионажа, раскроют подробнее технологии, обещаем вернуться к теме, обсудить подробнее. Не забывайте, низкая влажность вредит иммунитету. Точнее говоря, ослабит слизистые покровы.

Всем спецам привет!!!Вот нашел в дебрях инета один вариант потолка от которого я без ума!!!Вот он:

Составил чертеж предположительный операясь на свои размеры комнаты:

Б1-Б7 — лампы

по кругу вниз смотрящиеМ1-М3 — лампы по полуокружности вниз смотрящиеП1-П3 — лампы по линии вниз смотрящие.1) Т.к. слева по чертежу будет ниша в 15 см, а центр главной окружности расположен в центре комнаты, то для исключения антисимметрии сделал справа еще один линейный уровень в 16 см. Насколько это будет правильным решением с точки зрения дизайна?2) Красным, синем и зеленым цветами линий показаны траектории, на которых будут лежать лампы.3) Пунктирная черная траектория окружности показывает закарнизный бортик.—А вот и основной вопрос: