Snímače vlhkosti a teploty pro měření úrovně vlhkosti ve vzduchu: princip činnosti různých typů

Udržování mikroklimatu na dané úrovni je důležité nejen pro některé výrobní procesy, ale také pro pohodlné bydlení lidí. Jednou z klíčových součástí jsou senzory vlhkosti a teploty. Toto měřící zařízení má několik modelů, které se liší velikostí, cenou, použitým fyzikálním principem a přesností měření.

Teoretické informace

Vlhkost vzduchu charakterizuje množství vodní páry v něm při konkrétní teplotě. Existuje absolutní a relativní vlhkost. První ukazuje množství vody ve formě páry, která se nachází v jednotkovém objemu plynu a měří se v gramech na metr krychlový. Každý plyn při určité teplotě má svou vlastní absolutní vlhkost, po jejímž dosažení začíná proces kondenzace kapaliny.

Relativní vlhkost udává, do jaké míry dosáhl aktuální stav vlhkosti absolutní hodnoty. Měří se v procentech a závisí také na teplotě plynu. Při relativní vlhkosti 100 % při konkrétní teplotě je dosaženo „rosného bodu“ – začíná proces oddělování vlhkosti od plynu ve formě malých kapiček. Čím vyšší je jeho teplota, tím vyšší je absolutní vlhkost. Proto je mnoho domácích a průmyslových klimatizačních systémů vybaveno kombinovaným snímačem teploty a vlhkosti.

Vlastnosti různých provedení

Existuje pět nejoblíbenějších typů senzorů vlhkosti vzduchu. A to:

• kapacitní;
• optický;
• odporový;
• elektronický;
• termistor.

Každý typ má své výhody a nevýhody. Volba čidla vlhkosti vzduchu pro instalaci do konkrétního zařízení je založena na vyváženosti výhod a nevýhod konkrétního modelu. Výrobci volí nejlepší možnost z hlediska spolehlivosti, přesnosti měření a nákladů.

Kapacitní typ

Nejjednodušší verzí takového měřicího zařízení je vzduchový kondenzátor. Při změně množství vodní páry v plynu se mění vlastnosti samotného plynu včetně dielektrické konstanty. Měření posledně jmenovaného s následným zpracováním dat dává znázornění nasycení vzduchu vodní párou.

Složitější modifikace se liší tím, že místo vzduchu je mezi desky kondenzátoru umístěno speciální dielektrikum citlivé na množství vlhkosti ve vzduchu. Takový senzor je schopen měřit obsah vlhkosti nejen v plynech, ale také v malých pevných předmětech.

Dokonalejší a přesnější verze kapacitního senzoru se skládá ze dvou hřebenových elektrod umístěných na substrátu. Nahrazují desky kondenzátoru,

Mezi výhody kapacitních senzorů patří:

• jednoduchost zařízení;
• nízké náklady;
• spolehlivost práce.

Ale jsou tu i nevýhody:

• nízká přesnost měření, když se hodnota blíží spodnímu prahu;
• závislost naměřených hodnot na čistotě média (malé prachové částice v plynu mají významný vliv na dielektrickou konstantu);
• potřeba napájení snímače.

Optický senzor

Tento typ je nejpřesnější, ale také nejdražší. Používá se zpravidla v laboratorních zařízeních a ve výrobě s technologickými procesy citlivými na vodní páru. V domácích spotřebičích není použití optického senzoru praktické.

Princip činnosti je následující: do zrcadla je přiváděn paprsek světla, který je po odrazu zachycen fotosenzorem, postupné ochlazování povrchu zrcadla vede k nástupu procesu kondenzace vodní páry a rozptyl odraženého světelného paprsku, fixace a zpracování "rosného bodu" a aktuální stav teploty a tlaku dává informaci o stupni vlhkosti vzduch.

Optický typ je snímač vlhkosti a teploty.

Odporový a elektronický vlhkoměr

Tyto snímače jsou jednoduché konstrukce, ale přesnost jejich měření je nejnižší. Princip činnosti odporového prvku je následující: mezi dvě elektrody je umístěn materiál s nízkým odporem a vysokou citlivostí na vlhkost (obvykle jde o oxid hlinitý), změří se celkový odpor, data se zpracují pro výpočet relativní vlhkosti.

Princip činnosti elektronického typu je založen na vlastnosti elektrolytu aplikovaného na elektroizolační vrstvu měnit svou koncentraci při změně množství vodní páry ve vzduchu. Tento typ snímače úrovně vlhkosti má malé rozměry, což umožňuje jeho instalaci do malých zařízení. Elektronické vlhkoměry mají přitom dostatečnou přesnost měření pro domácí spotřebiče a spolehlivost. Další výhodou je možnost měření vlhkosti vzduchu bez ohledu na okolní teplotu.

Odrůda termistoru

Termistor je nelineární elektronický prvek, u kterého se při nepatrné změně teploty do značné míry mění odpor. V senzoru je jeden termistor zabudován v komoře se suchým vzduchem a druhý je v přímém kontaktu s okolím. Vlhké páry při dopadu na druhý termistor na něm částečně kondenzují a odpařují se. Tím se mění jeho teplota a odpor. Porovnání odporu dvou termistorů dává představu o stupni vlhkosti ve vzduchu.