Емкостной способ измерения влажности

Новые емкостные датчики влажности

Новая серия датчиков влажности HCH-1000 отличается от ранее предлагаемых датчиков прежде всего функциональной простотой. Это, по сути, двухвыводной преобразователь относительной влажности в емкость (рис. 1).

Рис. 1. Новые емкостные датчики компании Honeywell серии HCH-1000

Емкостные датчики влажности в настоящее время получили наибольшее распространение в индустриальной, метеорологической и бытовой аппаратуре, благодаря ряду преимуществ перед резистивными и термическими датчиками. Такие датчики производятся, соответственно, по емкостной технологии, которая обеспечивает максимальную температурную и долговременную стабильность параметров, высокую чувствительность, низкий гистерезис и время отклика, а также полное восстановление характеристики после воздействия конденсата. Вместе с этим, благодаря использованию при производстве «поставленных на поток» современных микроэлектронных технологий, датчики имею очень низкую стоимость.

Новые датчики HCH-1000 состоят из перфорированного верхнего электрода, полиимидного диэлектрического слоя, нижнего сплошного электрода и электрических выводов. Вся конструкция смонтирована на стеклянной подложке и образует конденсатор. Пары влаги, адсорбирующиеся в полиимидном слое, меняют его диэлектрическую проницаемость, что влечет за собой изменение емкости. Изменение величины диэлектрической проницаемости от накопленной в диэлектрике влаги практически линейно. Соответственно близка к линейной и характеристика емкость-влажность (рис. 2.).

Рис. 2. Типовая характеристика преобразования датчика HCH-1000 (а) и рабочая область (б)

На данный момент доступны две модели датчиков HCH-1000-001 и HCH-1000-002. Вторая отличается от первой лишь наличием пластикового чехла, защищающего ее от пыли и грязи (рис. 3).

Рис. 3. Конструктивное исполнение датчиков серии HCH-1000

Основные технические характеристики датчиков HCH-1000 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики HCH-1000 при t = 25°C, Uвх = 1,0 В, F = 1 кГц

Параметр	Мин.	Тип.	Макс.	Примечание
Нормальная емкость, пФ	310	330	350	при 55%RH
Чувствительность, пФ/%RH	0,55	0,6	0,65	10%RH…95%RH
Гистерезис по влажности, %RH	—	±2,0	—	—
Нелинейность, %RH	—	±2,0	—	—
Время отклика, сек	—	15	—	30%RH…90%RH
Температурный коэффициент, пФ/°С	0,15	0,16	0,17	5°С…70°С
Долговременная стабильность, %RH/год	—	0,2	—	—
Диапазон рабочих температур, °С	-40	—	120	—
Диапазон измерения влажности, %RH	0	—	100	—
Частотный диапазон, кГц	1,0	—	100	—

Характеристика преобразования датчика HCH-1000 определяется следующей формулой:

S — чувствительность (пФ/%RH),
С_C — расчетная емкость датчика, соответствующая измеряемой влажности,
C_S(55%RH) — нормальная емкость датчика при 55%RH,
%RH(C_M) — измеряемая влажность,
%RH(C_S)] — стандартная влажность.

Величина измеряемой относительной влажности в процентах вычисляется по формуле:

Измеряя величину C_M(%RH), получаем значение относительной влажности.

На практике измерение емкости производится за счет подачи сигнала возбуждения на электроды датчика. Изменение емкости датчика преобразуется в изменение напряжения, тока, частоты или ширины импульсов. Существует несколько типичных методов измерения емкости.

Первый, или «прямой», метод подразумевает заряд конденсатора от источника тока в течение определенного времени и затем измерение напряжения на конденсаторе. Этот метод требует наличия прецизионного источника очень маленького тока и высокоимпедансного входа измерения напряжения.

Второй метод подразумевает использование измеряемой емкости в качестве времязадающей цепочки RC-генераторе с последующим измерением постоянной времени, частоты или периода. Этот метод прост (рис. 4), но обычно не обеспечивает высокой точности.

Рис. 4. Простой преобразователь емкость-напряжение на основе популярного таймера TLC555

Третий метод заключается в измерении импеданса конденсатора на переменном токе. Источник синусоидального сигнала подключается к конденсатору, и при этом измеряются напряжение и ток через конденсатор. Однако такая схема очень сложна и состоит из многих компонентов.

Четвертый, наиболее распространенный, метод измерения емкости прецизионного датчика с малой величиной емкости заключается в применении зарядового усилителя, который преобразует соотношение измеряемой и опорной емкостей в сигнал напряжения. Такая схема поставляется в виде специализированных микросхем и подходит для некоторых систем при больших объемах производства.

Во всех описанных методиках емкость сначала преобразуется в напряжение, которое затем преобразуется в цифровой код при помощи прецизионного аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Подробную информацию Вы также можете найти на нашем сайте по адресу: http://www.compel.ru/catalog/sensors .

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: sensors.vesti@compel.ru

HRS100 — датчик угла поворота от Honeywell

Применение металлического корпуса классического контактного потенциометра позволяет использовать этот бесконтактный датчик угла не только в новых разработках, но и как замену резистивным потенциометрам в ответственных приложениях, где требуется повышенная надежность в сложных условиях эксплуатации.

Достоинства HRS100:

бесконтактное преобразование угла поворота в электрический сигнал;
прочный металлический корпус;
50 млн. рабочих циклов;
защита от электростатического разряда до ±7 кВ;
наличие шлица на валу;
угол поворота +45 градусов;
рабочая температура от -40 до 85°С;
защита от превышения питания до 18 В;

Применение:

машиностроение и станкостроение;
управление и контроль положения дросселей и заслонок;
контроль положения педалей и рычагов;
рулевые механизмы;
положение подвесок и подвесных систем;
управление и контроль положения карданов;
положение манипуляторов;
положение регулируемых зеркал;
положение регулируемых сидений;
определение угла наклона

Многоканальный сервер радиодоступа компании Bluegiga

Многоканальный сервер радиодоступа Bluegiga Access Server — это устройство, позволяющее объединить до двадцати одного Bluetooth-устройства в единую сеть. Многоканальный сервер радиодоступа обеспечивает доступ к Bluetooth-устройствам через внешнюю GSM или Ethernet-сеть. Многоканальный сервер радиодоступа может поддерживать соединение как с OEM-модулями, так и с любыми другими Bluetooth-устройствами, например сотовыми телефонами, PDA, сканерами штрих-кодов и т.д.

Один из вариантов применения многоканального сервера радиодоступа — это передача контента на сотовые телефоны, находящиеся в радиусе действия сервера (Bluetooth-маркетинг). Через Bluetooth-канал можно передавать картинки, текст, анимацию, игры и видео. На сегодняшний день Bluetooth-сервер может «распознавать» 350 различных марок сотовых телефонов. Это позволяет посылать для каждого пользователя оптимизированные под его тип телефона графические данные.

Коды для заказа:

2291 — многоканальный Bluetooth-сервер радиодоступа (7 каналов);
2291-EXT — многоканальный Bluetooth-сервер радиодоступа (7 каналов) с внешней SMA-антенной;
2293 — многоканальный Bluetooth-сервер радиодоступа (21 канал);
2293-EXT — многоканальный Bluetooth-сервер радиодоступа (21 канал) с внешней SMA-антенной.

Источник

Емкостной способ измерения влажности

Для каждой измерительной задачи соответствующий датчик влажности

Ёмкостное определение влажности воздуха;
Психрометрическое определение влажности воздуха;
Гигрометрическое определение влажности воздуха;
Диэлектрическое определение влажности в материалах;
Определение содержания влаги в материалах по принципу электропроводности;
Определение точки росы с помощью ССС датчиков;
Определение точки росы с помощью зеркала точки росы;

Ёмкостное определение влажности воздуха

В ёмкостном датчике имеется стеклянная подложка, на которой между двумя металлическими слоями нанесён влагочувствительный полимер. При поглощении влаги диэлектрическая постоянная, и следовательно, ёмкость тонкоплёночного конденсатора изменяются в зависимости от относительной влажности воздуха. Измерительный сигнал прямо пропорционален относительной влажности воздуха и не зависит от атмосферного давления.

Преимущества:

Не требует технического обслуживания в течение длительного периода;
Устойчиво работает при температурах ниже 0°С;
Работа датчика не зависит от атмосферного давления;
Универсален в применении;

Недостатки:

Ограниченная стабильность при долговременной эксплуатации;
Чувствителен к конденсации и некоторым агрессивным средам;

Психрометрическое определение влажности воздуха

Психрометры – точные измерительные приборы, в которых имеется сухой и влажный датчик температуры. При
испарении датчик влажности охлаждается, при этом скорость воздуха, необходимая для охлаждения, должна
быть не менее 2 м/с. Показатели влажности вычисляются, исходя из разницы температур сухого и влажного элементов (психрометрическая разность). Расчётные формулы для приборов ALMEMO ® соответствуют тем, которые используются Метеорологической службой Германии относительно 1013 миллибар. Для большей точности измерений можно скорректировать атмосферное давление.

Преимущества:

Датчик не теряет свои активные свойства со временем, за исключением загрязнения фитиля;
Высокая точность;
Высокий уровень качества измерений;
Пригоден для определения влажности в любых веществах — до 100% относительной влажности;

Недостатки:

При длительной эксплуатации требует запаса воды и ухода за фитилём;
Малопригоден при минусовых температурах и низкой влажности;
На работу датчика влияет атмосферное давление;

Гигрометрическое определение влажности воздуха

Гигрометрические датчики оснащены измерительной полоской, которая удлиняется или сжимается, в зависимости от влажности. Измерительная полоска состоит из множества органических либо синтетических моноволокон.

Преимущества:

Недорогой и несложный для измерений. Пригоден для измерений в загрязнённой среде;
Легко очищается;

Недостатки:

Ограниченная точность измерений;
Ограниченный диапазон измерений;
Низкая скорость измерений;

Определение точки росы

Определение точки росы с помощью ССС датчиков
Датчик точки росы имеет встроенный сенсорный чип (принцип точки росы ССС по Heinze), который находится на охлаждающемся элементе. Датчик также соединён с цепью управления, которая регулирует рабочий ток в охлаждающемся элементе, так чтобы определить конденсат. Конечная температура точки росы измеряется в датчике, и эти данные можно вывести на компьютер для получения численного результата.

Преимущества:

Высокая точность, надёжность и воспроизводимость;
Широкий диапазон измерений;

Недостатки:

Сложный метод измерений;
Не подходит для быстрых измерений;
Не подходит для работы при минусовых температурах;

Определение точки росы с помощью зеркала точки росы
Датчик представляет собой каскадный термоэлектрический элемент Пельтье с оптически управляемым зеркалом. Датчик также соединён с цепью управления, которая регулирует рабочий ток в охлаждающемся элементе для определения конденсата. Температура точки росы измеряется непосредственно сенсором, данные измерений можно вывести на компьютер для получения численного результата.

Преимущества:

Высокая точность, надёжность и воспроизводимость;
На работу датчика не влияет атмосферное давление;
Широкий диапазон измерений;
Подходит для работы при минусовых температурах;

Недостатки:

Сложный метод измерений;
Высокое токопотребление;
Опасность загрязнения;

Диэлектрическое определение влажности в материалах

Измерение влагосодержания в материалах осуществляется путём определения диэлектрической постоянной. При этом проводят измерения электроёмкости в высокочастотном электростатическом поле, которое создаётся в материале, не разрушая его структуру.

Преимущества:

Быстрые и несложные измерения;
Не разрушает исследуемый материал;
Возможно долгосрочное использование;

Недостатки:

Ограниченная точность измерений;

Определение влажности в материалах по принципу электропроводности

Измерение влажности в материалах осуществляется путём определения электрического сопротивления, которое зависит от содержания влаги в материале.

Преимущества:

Быстрые и несложные измерения;

Недостатки:

Ограниченная точность измерений;
Необходимость погружения датчика;
Только для краткосрочных измерений;
Значения измерений зависят от свойств материалов;

Измерение равновесного влагосодержания

Равновесное влагосодержание материала — это устойчивый уровень относительной влажности в окружающей среде, при которой материал ни поглощает, ни испаряет влагу. Все строительные материалы, в той или иной степени, поглощают или испаряют влагу из окружающего воздуха.
Материалы гигроскопичны, то есть они пытаются установить равновесие по влажности с окружающим воздухом. Материал и окружающих воздух, в зависимости от их температуры, устанавливают баланс между поглощением и выделением влаги по отношению друг к другу. Таким образом, каждый материал содержит определённое количество влаги (измеряемое в процентом соотношении) в зависимости от температуры и влажности воздуха.
В состоянии равновесия, отношение между содержанием воды и равновесной влажностью материала может быть графически отображено кривой — изотермой сорбции. На изотерме сорбции, при заданной постоянной температуре, указывается для каждого значения влажности соответствующее содержание влаги в материале.
Если изменяется состав или качество материала, то также изменяется его сорбционное поведение и, следовательно, изотерма сорбции. Из-за сложности сорбционного процесса изотермы нельзя определить путём расчётов — их необходимо записывать экспериментально.

Краткий словарь терминов

Абсолютная влажность
Физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м 3 воздуха.

Энтальпия
Энтальпия (теплосодержание) показывает, сколько тепла содержит влажный воздух. Эта величина важна для расчёта теплопроизводительности и холодопроизводительности, т. е. при проверке теплообменников.

Соотношение компонентов смеси
Абсолютная влажность к 1 кг сухого воздуха.

Относительная влажность
Отношение количества водяного пара к тому количеству водяного пара, которое воздух может содержать при данной температуре. Из-за зависимости от температуры относительная влажность указывается только для конкретной температуры.

Давление насыщенного пара
В воздухе может быть только определённое максимальное количество водяного пара. Давление насыщенного пара определяется из соотношения удельного веса (g) водяного пара на кг. влажного воздуха. Давление насыщенного пара прямо пропорционально температуре воздуха, т.е. при высокой температуре оно высокое, а при низкой – низкое. Следовательно, в тёплом воздухе может быть большой объём пара, а в холодном воздухе – низкий.

Точка росы
Температура, при которой относительная влажность равна 100%. При охлаждении воздуха до точки росы водяной пар начинает конденсироваться.

Парциальное давление водяного пара
Давление газа, входящего в состав смеси, которое бы он давал, находясь один в данном объёме, при той же самой температуре.

Источник