Mantenere il microclima a un determinato livello è importante non solo per alcuni processi produttivi, ma anche per la vita confortevole delle persone. Una delle parti chiave per questo sono i sensori di umidità e temperatura. Questa apparecchiatura di misurazione ha diversi modelli, che si differenziano per dimensioni, costo, principio fisico utilizzato e precisione di misurazione.
Contenuto
- Informazioni teoriche
- Caratteristiche di diversi design
- Tipo capacitivo
- Sensore ottico
- Igrometro resistivo ed elettronico
- Varietà di termistori
Informazioni teoriche
L'umidità dell'aria caratterizza la quantità di vapore acqueo in essa contenuta a una temperatura specifica. C'è umidità assoluta e relativa. La prima mostra la quantità di acqua sotto forma di vapore, situata in un volume unitario di gas, ed è misurata in grammi per metro cubo. Ogni gas ad una certa temperatura ha una propria umidità assoluta, raggiunta la quale inizia il processo di condensazione del liquido.
L'umidità relativa indica la misura in cui lo stato di umidità attuale ha raggiunto un valore assoluto. Si misura in percentuale e dipende anche dalla temperatura del gas. Con un'umidità relativa del 100% a una temperatura specifica, viene raggiunto il "punto di rugiada": il processo di separazione dell'umidità dal gas inizia sotto forma di piccole goccioline. Maggiore è la sua temperatura, maggiore è l'umidità assoluta. Pertanto, molti sistemi di climatizzazione domestica e industriale sono dotati di un sensore combinato di temperatura e umidità.
Caratteristiche di diversi design
Esistono cinque dei tipi più popolari di sensori di umidità dell'aria. Vale a dire:
- capacitivo;
- ottico;
- resistivo;
- elettronico;
- termistore.
Ogni tipo ha i suoi vantaggi e svantaggi. La scelta di un sensore di umidità dell'aria per l'installazione in un dispositivo specifico si basa sull'equilibrio tra vantaggi e svantaggi di un particolare modello. I produttori scelgono l'opzione migliore in termini di affidabilità, precisione di misurazione e costi.
Tipo capacitivo
La versione più semplice di un tale dispositivo di misurazione è un condensatore ad aria. Quando la quantità di vapore acqueo nel gas cambia, cambiano le proprietà del gas stesso, compresa la costante dielettrica. La misurazione di quest'ultimo con successiva elaborazione dei dati dà rappresentazione della saturazione dell'aria con il vapore acqueo.
Una modifica più complessa differisce dal fatto che al posto dell'aria, tra le piastre del condensatore viene posizionato uno speciale dielettrico, sensibile alla quantità di umidità nell'aria. Tale sensore è in grado di misurare il contenuto di umidità non solo dei gas, ma anche di piccoli oggetti solidi.
Una versione più perfetta e accurata del sensore capacitivo è costituita da due elettrodi a pettine posizionati su un substrato. Sostituiscono le piastre del condensatore,
Tra i vantaggi dei sensori capacitivi ci sono i seguenti:
- semplicità del dispositivo;
- basso costo;
- affidabilità del lavoro.
Ma ci sono anche degli svantaggi:
- bassa precisione di misura quando il valore si avvicina alla soglia inferiore;
- la dipendenza delle letture dalla purezza del mezzo (piccole particelle polverose nel gas hanno un effetto significativo sulla costante dielettrica);
- la necessità di alimentazione del sensore.
Sensore ottico
Questo tipo è il più accurato, ma anche il più costoso. Viene utilizzato, di regola, nei dispositivi di laboratorio e nella produzione con processi tecnologici sensibili al vapore acqueo. Negli elettrodomestici, l'uso di un sensore ottico non è pratico.
Il principio di funzionamento è il seguente: un raggio di luce viene alimentato allo specchio, che, dopo la riflessione, viene catturato dal fotosensore, il graduale raffreddamento della superficie dello specchio porta all'inizio del processo condensazione del vapore acqueo e dispersione del raggio di luce riflesso, fissazione ed elaborazione del "punto di rugiada" e lo stato attuale di temperatura e pressione fornisce informazioni sul grado di umidità aria.
Il tipo ottico è sia un sensore di umidità che di temperatura.
Igrometro resistivo ed elettronico
Questi sensori sono semplici nel design, ma la loro precisione di misurazione è la più bassa. Il principio di funzionamento di un elemento resistivo è il seguente: tra i due elettrodi viene interposto un materiale a bassa resistenza ed elevata sensibilità all'umidità (solitamente è ossido di alluminio), viene misurata la resistenza totale, i dati vengono elaborati per calcolare l'umidità relativa.
Il principio di funzionamento di tipo elettronico si basa sulla proprietà di un elettrolita applicato ad uno strato isolante elettrico di modificare la propria concentrazione al variare della quantità di vapore acqueo nell'aria. Questo tipo di sensore di livello di umidità è di piccole dimensioni, il che consente di installarlo in dispositivi di piccole dimensioni. Allo stesso tempo, gli igrometri elettronici hanno una precisione di misurazione sufficiente per gli elettrodomestici e l'affidabilità. Un altro vantaggio è la capacità di misurare l'umidità dell'aria indipendentemente dalla temperatura ambiente.
Varietà di termistori
Un termistore è un elemento elettronico non lineare in cui la resistenza cambia in larga misura con un leggero cambiamento di temperatura. Nel sensore, un termistore è integrato in una camera sigillata con aria secca e l'altro è a diretto contatto con l'ambiente. I vapori di umidità, quando colpiscono il secondo termistore, si condensano parzialmente ed evaporano. Questo cambia la sua temperatura e resistenza. Confrontando la resistenza dei due termistori si ha un'idea del grado di umidità dell'aria.
