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Capteurs d'humidité - comment ils sont disposés et fonctionnent
Un appareil qui mesure le niveau d'humidité est appelé hygromètre ou simplement capteur d'humidité. Dans la vie quotidienne, l'humidité est un paramètre important, et souvent non seulement pour la vie ordinaire, mais aussi pour divers équipements, et pour l'agriculture (humidité du sol), et bien plus encore.
En particulier, notre état de santé dépend beaucoup du degré d'humidité. Les personnes dépendantes des conditions météorologiques, ainsi que les personnes souffrant d'hypertension, d'asthme bronchique et de maladies du système cardiovasculaire, sont particulièrement sensibles à l'humidité.
Avec une forte sécheresse à l'air, même les personnes en bonne santé ressentent de l'inconfort, de la somnolence, des démangeaisons et une irritation de la peau. L'air sec peut souvent provoquer des maladies du système respiratoire, commençant par des infections respiratoires aiguës et des infections virales respiratoires aiguës, et se terminant même par une pneumonie.
Dans les entreprises, l'humidité de l'air peut affecter la sécurité des produits et équipements, et dans l'agriculture, l'influence de l'humidité du sol sur la fertilité, etc., est sans ambiguïté. capteurs d'humidité - hygromètres.
Certains appareils techniques sont initialement calibrés à l'importance strictement requise, et parfois pour affiner l'appareil, il est important d'avoir la valeur exacte de l'humidité dans l'environnement.
Humidité peut être mesurée par plusieurs des valeurs possibles:
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Pour déterminer l'humidité de l'air et d'autres gaz, les mesures sont effectuées en grammes par mètre cube en ce qui concerne la valeur absolue de l'humidité, ou en unités d'humidité relative en ce qui concerne l'humidité relative.
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Pour mesurer la teneur en humidité des solides ou des liquides, des mesures en pourcentage de la masse des échantillons d'essai conviennent.
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Pour déterminer la teneur en humidité des liquides mal mélangés, le ppm (combien de parties d'eau pour 1 000 000 parties du poids de l'échantillon) servira d'unité de mesure.
Selon le principe d'action, les hygromètres sont divisés en:
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capacitif;
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résistif;
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thermistance;
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optique;
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électronique.
1) Capteur d'humidité capacitif
Les hygromètres capacitifs, dans le cas le plus simple, sont des condensateurs avec l'air comme diélectrique dans l'espace. Il est connu que dans l'air, la constante diélectrique est directement liée à l'humidité, et les variations de l'humidité diélectrique entraînent également des modifications de la capacité du condenseur à air.
Une version plus complexe d'un capteur d'humidité capacitif dans l'entrefer contient un diélectrique, avec une constante diélectrique, qui peut varier considérablement sous l'influence de l'humidité. Cette approche rend la qualité du capteur meilleure qu'avec de l'air entre les plaques de condensateur.
La deuxième option est bien adaptée aux mesures concernant la teneur en eau des solides. L'objet étudié est placé entre les plaques d'un tel condensateur, par exemple, l'objet peut être une tablette, et le condensateur lui-même est connecté au circuit oscillant et au générateur électronique, tandis que la fréquence naturelle du circuit obtenu est mesurée, et la capacité obtenue en introduisant l'échantillon à tester est `` calculée '' à partir de la fréquence mesurée.
Bien sûr, cette méthode présente certains inconvénients, par exemple, si l'humidité de l'échantillon est inférieure à 0,5%, elle sera inexacte, en outre, l'échantillon mesuré doit être nettoyé des particules ayant une constante diélectrique élevée, de plus, la forme de l'échantillon est également importante pendant la mesure, elle ne devrait pas changer au cours de l'étude.
Le troisième type de capteur d'humidité capacitif est un hygromètre capacitif à couche mince. Il comprend un substrat sur lequel deux électrodes en peigne sont appliquées. Dans ce cas, les électrodes en peigne jouent le rôle de plaques.À des fins de compensation thermique, deux autres capteurs de température sont également introduits dans le capteur.
2) Capteur d'humidité résistif
Un tel capteur comprend deux électrodes qui sont déposées sur un substrat, et au-dessus des électrodes elles-mêmes une couche de matériau est appliquée qui diffère par une résistance assez faible, mais elle varie considérablement en fonction de l'humidité.
Un matériau approprié dans le dispositif peut être l'alumine. Cet oxyde absorbe bien l'eau de l'environnement extérieur, tandis que sa résistance spécifique varie considérablement. Par conséquent, la résistance totale du circuit de mesure d'un tel capteur dépendra considérablement de l'humidité. Ainsi, la valeur du courant circulant indiquera le niveau d'humidité. L'avantage des capteurs de ce type est leur faible prix.
3) Capteur d'humidité à thermistance
Un hygromètre à thermistance se compose d'une paire de thermistances identiques. Soit dit en passant, rappelez-vous que thermistance - Il s'agit d'un composant électronique non linéaire dont la résistance dépend fortement de sa température.
L'une des thermistances incluses dans le circuit est placée dans une chambre étanche à l'air sec. Et l'autre - dans une chambre avec des trous à travers lesquels l'air avec une humidité caractéristique y pénètre, dont la valeur doit être mesurée. Les thermistances sont connectées dans un circuit en pont, une tension est appliquée à l'une des diagonales du pont et les lectures sont lues à partir de l'autre diagonale.
Dans le cas où la tension aux bornes de sortie est nulle, les températures des deux composants sont égales, donc l'humidité est la même. Dans le cas où la sortie recevra une tension non nulle, cela indique la présence d'une différence d'humidité dans les chambres. Ainsi, l'humidité est déterminée par la valeur de la tension obtenue lors des mesures.
Un chercheur inexpérimenté peut se poser une question juste: pourquoi la température d'une thermistance change-t-elle lorsqu'elle interagit avec l'air humide? Et le fait est qu'avec l'augmentation de l'humidité, l'eau commence à s'évaporer du boîtier de la thermistance, tandis que la température du boîtier diminue, et plus l'humidité est élevée, plus l'évaporation se produit et plus la thermistance refroidit rapidement.
4) Capteur d'humidité optique (condensation)
Ce type de capteur est le plus précis. La base du capteur optique d'humidité est un phénomène associé au concept de "point de rosée". Lorsque la température atteint le point de rosée, les phases gazeuse et liquide sont en état d'équilibre thermodynamique.
Donc, si vous prenez un verre et l'installez dans un milieu gazeux, où la température au moment de l'enquête est supérieure au point de rosée, puis démarrez le processus de refroidissement de ce verre, puis à une valeur de température spécifique, de la condensation d'eau commencera à se former sur la surface du verre, cette vapeur d'eau commencera à passer dans la phase liquide . Cette température ne sera que le point de rosée.
Ainsi, la température du point de rosée est inextricablement liée et dépend de paramètres tels que l'humidité et la pression dans l'environnement. En conséquence, ayant la capacité de mesurer la pression et la température du point de rosée, il sera facile de déterminer l'humidité. Ce principe sert de base au fonctionnement des capteurs optiques d'humidité.
Le circuit le plus simple d'un tel capteur consiste en une LED qui brille sur une surface miroir. Le miroir réfléchit la lumière, change sa direction et la dirige vers le photodétecteur. Dans ce cas, le miroir peut être chauffé ou refroidi au moyen d'un dispositif spécial de contrôle de température de haute précision. Un tel appareil est souvent une pompe thermoélectrique. Bien entendu, un capteur de température est monté sur le miroir.
Avant de commencer les mesures, la température du miroir est réglée sur une valeur qui est évidemment supérieure à la température du point de rosée. Effectuez ensuite un refroidissement progressif du miroir.Au moment où la température commence à franchir le point de rosée, des gouttes d'eau se condensent immédiatement à la surface du miroir, et le faisceau lumineux de la diode se brisera à cause d'eux, se diffusera, ce qui entraînera une diminution du courant dans le circuit photodétecteur. Par rétroaction, le photodétecteur interagit avec le contrôleur de température du miroir.
Ainsi, en se basant sur des informations obtenues sous forme de signaux provenant d'un photodétecteur, le contrôleur de température maintiendra la température sur la surface du miroir exactement égale au point de rosée, et le capteur de température affichera en conséquence la température. Ainsi, avec une pression et une température connues, vous pouvez déterminer avec précision les indicateurs de base de l'humidité.
Le capteur d'humidité optique a la plus haute précision inaccessible par d'autres types de capteurs, plus l'absence d'hystérésis. L'inconvénient est le prix le plus élevé de tous, plus une grande consommation d'électricité. De plus, il faut veiller à ce que le miroir soit propre.
5) Hygromètre électronique
Le principe de fonctionnement du capteur électronique d'humidité de l'air est basé sur une variation de la concentration d'électrolyte, qui recouvre tout matériau isolant. Il existe de tels appareils avec chauffage automatique en référence au point de rosée.
Le point de rosée est souvent mesuré sur une solution concentrée de chlorure de lithium, qui est très sensible aux changements d'humidité minimes. Pour un confort maximal, un tel hygromètre est souvent équipé en plus d'un thermomètre. Cet appareil a une grande précision et une faible erreur. Il est capable de mesurer l'humidité quelle que soit la température ambiante.
Les hygromètres électroniques simples sous la forme de deux électrodes sont également populaires, qui collent simplement dans le sol, contrôlant son humidité en fonction du degré de conductivité, en fonction de cette humidité. Ces capteurs sont populaires auprès des fans. Arduino, car il est facile de configurer l'arrosage automatique d'un lit de jardin ou d'une fleur dans un pot, au cas où il ne serait pas pratique ou pratique d'arroser manuellement.
Avant d'acheter un capteur, considérez ce dont vous aurez besoin pour mesurer, l'humidité relative ou absolue, l'air ou le sol, quelle est la plage de mesure attendue, si l'hystérésis est importante et quelle précision est nécessaire. Le capteur le plus précis est optique. Faites attention à la classe de protection IP, à la plage de température de fonctionnement, en fonction des conditions spécifiques où le capteur sera utilisé, si les paramètres vous conviennent.
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