Typer fuktighetssensorer, deres driftsprinsipp, design og anvendelse. Lydfuktighetsalarm Hovedtekniske parametere for DHT11

For mange produksjonsprosesser er det svært viktig å opprettholde det nødvendige mikroklimaet, spesielt et visst innhold av vanndamp i luften eller gassen. Instrumenter som et hygrometer og en hygrostat brukes til dette formålet. Førstnevnte måler innholdet av vanndamp, sistnevnte opprettholder det nødvendige nivået. Figur 1 viser Rosa-10-apparatet, brukt både i industri og landbruk.

Figur 1. Husholdningsapparater av Rosa-10 i ulike utførelser

Men fuktighetssensoren brukes ikke bare i produksjon (for eksempel for å bestemme egenskapene til tre); den kan brukes til å regulere tørrheten av luften i rommet (fig. 2), måle metningen av jorden med vann, etc. Vi foreslår å vurdere utformingen og driftsprinsippet til slike enheter. Dette vil i betydelig grad hjelpe deres riktige bruk i hjemmet, for eksempel for å lage en avtrekksvifte til badet, en termostat for et badehus eller en hjemmelaget temperatur- og fuktighetssensor for et drivhus.

Figur 2. Alle moderne klimasystemer er utstyrt med en modul som måler fuktighet

Før vi går videre til teorien, la oss definere terminologien.

Terminologi

Absolutt fuktighet refererer til vanninnholdet (i gram) i en kubikkmeter luft. Følgelig er måleenheten for denne verdien g/m3. Tilstanden der vanninnholdet i gassen når sin maksimale verdi (100%) kalles terskelen for maksimal metning eller fuktighetskapasitet. Når denne grensen er nådd, starter kondenseringsprosessen.

Det skal bemerkes at fuktighetskapasiteten er direkte proporsjonal med temperaturen: jo høyere den er, desto større er mengden vann som kan inneholdes i samme volum gass. Dette er grunnen til at en digital eller analog fuktighetsmålingsmodul nesten alltid er utstyrt med en temperatursensor.

La oss gå videre til definisjonen som beskriver relativ fuktighet. Denne verdien viser forholdet mellom fuktighetskapasitet og absolutt fuktighet, tilsvarende temperaturregimet på målingstidspunktet. Tilstanden der disse verdiene blir like kalles "duggpunktet".

Nå som vi har bestemt oss for terminologien, la oss se på de eksisterende sensortypene og finne ut på hvilket prinsipp hver av dem fungerer.

Typer av sensorer og deres driftsprinsipper

De mest utbredte er fire typer enheter, hver av dem har sin egen spesifikke operasjon:

Figur 4. Vannsensor SYH-2RS

Siden detektorer av denne typen oftest brukes i amatørkretser, vil vi komme tilbake for å vurdere deres design.

Figur 6. Aspirasjonsfuktighetsmåler MV-4M

Vi har listet opp de vanligste typene detektorer; faktisk er det mange flere av dem. For eksempel er det også en optisk sensor som bruker lysspredning når det dannes kondens når duggpunktet nås, en termisk sensor (to termistorer brukes i et åpent og forseglet kammer), en kanalsensor, etc.

Design av resistive type detektorer

La oss nå, som lovet, se på designfunksjonene til sensorer av resistiv type ved å bruke SYH-2RS-modellen som et eksempel.

Figur 7. Resistiv sensordesign

1) - sett fra siden; 2) – ovenfra.

Betegnelser:

a – keramisk substrat;
b - sputterte elektroder;
c – hygroskopisk belegg basert på aluminiumoksid.

Som du kan se, er utformingen av sensoren ganske enkel, noe som bestemmer den lave kostnaden for enheter av denne typen. Og hvis vi også tar hensyn til utskiftbarheten til slike elementer, er det ikke overraskende at i de fleste hjemmelagde enheter for hjemmet (for eksempel en vannlekkasjesensor), foretrekker radioamatører å bruke resistive sensorer.

Kort oversikt over tilgjengelige enheter på markedet og deres anvendelse

La oss se på enheter som kan være nyttige i hverdagen, og starter med luftfuktighetsbryteren HIG-2 (fig. 8), som brukes til å styre hetten på badet.

Figur 8. HIG-2-modul med reléutgang

Hovedtrekk:

enheten drives fra et hjemmenettverk med en spenning på 220 V;
drift ved relativ fuktighet fra 60 % til 90 % (sett);
tillatt belastningsstrøm - ikke mer enn 2 A;
Viftedriftstiden etter aktivering stilles inn av en timer (2-20 min.).

Hvordan koble til HIG-2 fuktighetssensor?

For å koble enheten riktig, er det nok å følge diagrammet gitt i instruksjonene for enheten; det er vist i figur 9.

Figur 9. Viftekoblingsskjema til fuktighetskontrollmodulen

Det er tilsvarende symboler på terminalblokken til enheten, så denne operasjonen vil ikke forårsake noen vanskeligheter. Hvis den elektriske ledningen til leiligheten eller selve viften ikke gir jording, trenger den ikke å kobles til, og det er heller ikke nødvendig å installere en bryter ved strøminngangen.

De som er fascinert av konseptet med et "smarthjem" vil helt sikkert være interessert i den eksterne Mi Smart-sensoren (fig. 10). Ved å installere en spesiell applikasjon på smarttelefonen kan du motta informasjon om temperatur og fuktighet i leiligheten. Hvis du angir visse mikroklimaparametere i et slikt program, vil det varsle deg hvis betingelsene brytes.

Figur 10. Xiaomi trådløs sensor

Merk at denne enheten har en ganske lav målefeil (for fuktighet er den innenfor 3%, som for temperatur, er nøyaktigheten av avlesningene ca. 0,3 C°). En betydelig ulempe er den ikke-russiske programvaren, men dette problemet vil bli løst i nær fremtid.

For de som ønsker å lage dryppvanning til et drivhus med fuktighetssensor, kan vi anbefale Gardena-sensoren (fig. 11), som regulerer driften av ventilene til systemene til samme produsent.

Figur 11. Gardena-sensor som styrer vanningssystemet

Enheten drives av to alkaliske batterier; ladningen varer i 10-12 måneder med kontinuerlig drift.

La oss nå se på egenskapene til den industrielle modellen til Ivit-MT digitalmåleren (fig. 12), som kan brukes i produksjonssektoren, landbruket eller boliger og kommunale tjenester.

Figur 12. Fuktighetsmåler med fjernsensor fra IVIT-M-serien

Liste over hovedegenskaper:

for å drive enheten kreves en spenning på 18-36 V;
relativ fuktighet kan måles i området fra 5% til 95% (maksimal feil ikke mer enn 4%);
måling av lufttemperatur i området fra -40 C° til 50 C° (modifikasjoner H1, V) eller fra -40 C° til 60° (modeller H2, K1, K2), nøyaktighet 2 C°;
Enheten kan brukes i temperaturområdet fra -40 C° til 50 C°.

De som liker å eksperimentere vil helt sikkert være interessert i sensorene DHT11 og DHT22 (fig. 13), som brukes sammen med Arduino-plattformen. På Internett kan du finne mange interessante løsninger basert på denne elementbasen.

Figur 13. Fuktighetssensorer for Arduino-plattformen

a) DHT22; b) DHT11.

Som det fremgår av figuren, er utseendet til disse sensorene nesten identisk, det samme gjelder pinouten. De tekniske egenskapene til sensorene er svært like, med unntak av nøyaktighet og måleområde. La oss presentere disse dataene.

De viktigste tekniske parameterne til DHT11:

tilkobling til en likespenningskilde på 3-5 V;
under forespørselen er toppnivået for strømforbruket ikke mer enn 2,5 mA;
grenser for målt fuktighet og temperatur – 20-80% og 0-50 C°, feil 5% og 2 C°;
Samplingsfrekvensen er 1 Hz, det vil si at data kan innhentes en gang per sekund.

La oss nå sammenligne disse parameterne med den mer nøyaktige DHT22-modellen:

spenningen til strømforsyningen forblir uendret, det samme gjør strømmen som forbrukes under dataoverføring;
fuktighet måles over hele området 0-100%, feilen er innenfor 2-5%;
Grensene for den målte temperaturen er betydelig utvidet sammenlignet med forrige modell, minimum er -40 C°, maksimum er +125 C°.

Kostnaden for disse enhetene er ganske rimelig på Aliexpress; de kan bestilles med gratis frakt for $1,28 (DHT11) og $4,9 (DHT22). Hvis du kjøper i Russland, vil prisen være omtrent halvannen til to ganger dyrere. Når det gjelder den grunnleggende plattformen, kan Arduino Uno-brettet kjøpes i Middle Kingdom for $25-$48 (prisen avhenger av konfigurasjonen). Programvare og fastvare lastes ned gratis.

Hvis du i lang tid glemmer oppvasken med vann plassert på en varm komfyr, vil flere liter vann som fordamper og oppvasken er skadet ikke gjøre deg glad. For å unngå at dette skjer, kan du sette sammen en enkel enhet som ved plassering for eksempel på kjøkkenet vil varsle deg med lydsignaler om høy luftfuktighet i rommet.

Kretsskjemaet for alarmen for høy luftfuktighet er vist i fig. 1. Samtidig kan det også signalisere om en sølepytt som har dannet seg på gulvet, som vil redusere plagene ved skader på rør- eller varmeutstyr eller at vasken renner over når kranen står åpen i lang tid og dreneringshullet er tett.

Ris. 1. Diagram over en alarm for høy luftfuktighet

Gassmotstand B1 brukes som et følsomt element i alarmanordningen. Disse ble brukt i videokassettopptakere og videokameraer for å blokkere driften av båndmekanismen når luftfuktigheten inne i enheten var høy. Logiske elementer DD1.1 og DD1.2 danner en pulsgenerator som følger omtrent 15 ganger per minutt. Denne frekvensen er satt av motstandene R13, R15, R16 og kondensator C9. Takket være VD7-dioden er pulsene betydelig (ca. 10 ganger) kortere enn pausene mellom dem.

Når gassmotstanden er tørr, overstiger ikke motstanden 1...3 kOhm, og spenningen ved tilkoblingspunktet til motstandene R4, R5, R7 er ikke nok til å åpne transistor VT1. Transistor VT2 er også lukket. Det logiske spenningsnivået ved den nedre (i henhold til kretsen) inngang til element DD1.1 er lavt, noe som forbyr driften av pulsgeneratoren på elementene DD1.1 og DD1.2, og utgangen til element DD1.2 er satt til et lavt nivå, som igjen forbyr driften av pulsgeneratorens lydfrekvens på elementene DD1.3 og DD1.4.

Hvis luftfuktigheten i luften som omgir gassmotstanden øker (for å sjekke er det nok å puste ut to eller tre ganger på gassmotstanden fra en avstand på 5...10 cm), vil motstanden til gassmotstanden øke til 10...20 MOhm. Med den økte spenningen ved basen vil transistor VT1 åpne, og transistor VT2 vil åpne sammen med den. Et høyt logisk spenningsnivå vil bli satt ved den nedre (i henhold til diagrammet) inngang til element DD1.1. Begge pulsgeneratorene vil fungere. Piezo-lydsenderen HA1 vil sende ut lydsignaler hvert 4. sekund som varer i ca. 0,5 sekunder.

Tilbakemelding gjennom motstand R7 akselererer åpning og lukking av transistorene VT1, VT2 og skaper en liten hysterese i deres svitsjekarakteristikk. Dette sikrer tydelig, skranglefri drift av alarmen når fuktigheten sakte nærmer seg terskelen. Responsterskelen settes av trimmemotstand R3.

Enheten vil også gi signal dersom transistor VT1 forblir lukket og transistor VT2 åpner som følge av at kontaktene E1 og E2 lukkes av sølt vann. Motstander R6 og R8 begrenser ikke bare basisstrømmen til transistoren VT2, men reduserer også risikoen for elektrisk støt til en person som berører kontaktene. Nettspenning kan nå dem som et resultat av vanninntrengning inne i alarmenheten eller svikt i isolasjonen mellom viklingene til transformator T1.

For å forhindre at alarmen irriterer deg med lydsignaler mens årsakene til driften er eliminert, kan du ved å trykke på SB1-knappen blokkere driften av generatorene i omtrent 18 minutter. For denne tiden vil kondensator C8, utladet ved å trykke på knappen, lades gjennom motstand R17. Motstand R22 begrenser utladningsstrømmen til kondensatoren, og beskytter knappkontaktene mot å brenne. Det skal bemerkes at gjenopprettingen av den lave motstanden til gassmotstanden B1 etter eksponering for høy luftfuktighet er veldig langsom. Derfor, for å bli kvitt irriterende signaler, må du kanskje trykke på SB1-knappen flere ganger.

Piezolydsenderen HA1 er koblet til utgangene til elementene DD1.3, DD1.4 gjennom emitterfølgere på transistorene VT5, VT6 og VT7, VT8. Dette øker belastningskapasiteten til generatoren og gjør det mulig å koble flere lydgivere til den parallelt, og plassere dem for eksempel i forskjellige rom.

HL1 LED signaliserer at alarmenheten er koblet til nettverket, og HL2 LED tennes når lydsignaler gis, samt når generatorene blokkeres av et lavt spenningsnivå på kondensator C8. Kondensatorer C1 og C2 forhindrer falske alarmer forårsaket av interferens.

Nettspenningen på 220 V tilføres primærviklingen til nedtrappingstransformatoren T1 gjennom beskyttelsesmotstandene R1 og R2. Varistor RU1 beskytter transformatoren mot spenningsstøt i nettverket. En spenning på omtrent 17 V fra sekundærviklingen til transformatoren retter opp diodebroen VD2-VD5. Alle komponentene til stabilisatoren drives av en spenning på +9,2 V, hentet fra en spenning likrettet ved hjelp av transistorene VT3 og VT4 ved hjelp av en stabilisator. Verdien avhenger av stabiliseringsspenningen til zenerdioden VD6.

Siden designet bruker en laveffekts nedtrappingstransformator fra en Xerox kopimaskin som T1, designet for en belastningsstrøm på ca. 10 mA, er strømmen gjennom zenerdioden valgt å være svært liten - mindre enn 1 mA. Den lille kraften til transformatoren avgjorde også valget av lydsignalets natur - en kort tonepuls og en lang pause.

Du kan også bruke en kraftigere transformator, for eksempel TPK-2-12V, designet for en belastningsstrøm på opptil 0,21 A. For egenproduksjon av en transformator, en W-formet magnetisk kjerne med et tverrsnittsareal på Den sentrale stangen på 2 cm 2 er egnet. Primærviklingen skal bestå av 5900 vindinger viklingstråd med en diameter på 0,06 mm. Sekundærviklingen, som inneholder 500 omdreininger, er viklet med tråd med en diameter på ca. 0,2 mm. De magnetiske kretsplatene er montert over taket. Den ferdige transformatoren kan belegges med epoksyforbindelse.

De fleste av enhetens deler er plassert på et kretskort som måler 75x45 mm, vist i fig. 2. Motstander R6, R8 og motstander R1, R2 med varistor RU1 er montert på små separate tavler.

Ris. 2. Plassering av enhetsdeler på et kretskort som måler 75x45 mm

Det ble også brukt et ferdig kort fra nettverksadapteren, hvor diodene VD2-VD5 og kondensator C3 ble installert. Etter produksjon er alle disse platene belagt på installasjonssiden med en fuktsikker lakk, for eksempel XB-784. Sammen med T1-transformatoren er de plassert i en plastkasse med dimensjoner på 160x110x32 mm fra RR-701R trygghetsalarmmottaker.

Gassmotstand B1, fjernet fra Funai VCR, er montert på en massiv metallplate og er sammen med den plassert i en plastkasse som måler 46x42x15 mm (fig. 3) med hull for lufttilgang. Dens følsomhet er betydelig høyere enn for husholdningsgassmotstanden GZR-2B, brukt i designet beskrevet i artikkelen "Lys- og lydindikator for vann som koker bort" (Radio, 2004, nr. 12, s. 42, 43). Likevel kan GZR-2B og andre lignende gassmotstander også fungere i den beskrevne alarmenheten.

Ris. 3. Gassmotstand B1 på en metallplate

Enheten kan bruke faste motstander av alle typer (MLT, S1-4, S1-14, S2-23). Det er ønskelig at motstand R1 og R2 er ikke brennbare. Trimmermotstand R3 er miniatyr i et hus som beskytter den mot ytre påvirkninger. Det er svært uønsket å bruke åpne trimmemotstander (for eksempel SP3-38) på grunn av deres lave pålitelighet. Varistor RU1 - HEL14D471K eller en annen disktype med en klassifiseringsspenning på 470 V.

Oksydkondensatorer - K50-68, K53-19, K53-30 og deres importerte analoger. Kondensator C8 skal ha lav lekkasjestrøm. Kopien brukt av forfatteren har en lekkasjestrøm på mindre enn 10 nA ved en spenning på 18 V. De resterende kondensatorene er keramiske K10-17, K10-50, KM-5 eller deres analoger. Kondensator C4 må konstrueres for en spenning på minst 35 V.

I stedet for dioder 1 N4002 er alle 1N4001-1 N4007, UF4001 -UF4007, samt KD208, KD209, KD243-seriene egnet. Diodene 1N4148 kan erstattes med 1SS244, 1N914, KD510A, KD521A, KD521B, KD522A, KD522B. Zenerdiode BZV55C-10 er erstattet av TZMC-10, KS210Ts, KS210Ts1, 2S210K1, 2S210K, 2S210Ts, transistorer 2SC1685 og 2SC2058 - med 2SC1815, 3SS184, 3SS184, 3SS, 04 , 3 KT6111-serien, og transistor 2SA1015 - på SS9012, SS9015, 2SA733 eller serie KT3107, KT6112. Bytte transistorer 2SC2331 - 2SC2383, SS8050, BD136, BD138, KT646A, KT683A. I stedet for transistorer er 2SA1273 og 2SA1270, SS8550, 2SB564, BD231, KT639A, KT644A, KT684A egnet. Vær oppmerksom på at erstatningstransistorer kan variere i kassetype og pinnelayout.

K561LA7-brikken vil bli erstattet av den innenlandske KR1561LA7, N564LA7, 564LA7 (de to siste i forskjellige pakker) eller den importerte CD4011A.

Choke L1 er en liten industriprodusert induktans med en induktans på minst 100 μH og en viklingsmotstand på 3...30 Ohm. Knapp SB1 - PKN-125.

Lydgiver HA1 er en piezoelektrisk ringeenhet for et telefonapparat. Dens egen kapasitans er 0,03 µF. Andre piezo-emittere egner seg også, enda større, designet for en spenning på minst 20 V. Flere slike emittere kan kobles parallelt. I stedet for en piezo-emitter kan en elektromagnetisk telefonkapsel eller et dynamisk hode med en viklingsmotstand på minst 32 Ohm, for eksempel PQAS57P3ZA-DZ, kobles til enhetens utgang gjennom en ikke-polar koblingskondensator.

En vannlekkasjesensor kan for eksempel lages av en plate med glassfiberfolie på den ene siden. Folien er delt langs en brutt linje av et gap i to isolerte deler, hvorav den ene fungerer som elektrode E1, og den andre som elektrode E2. Jo lengre gapet er, desto større er sannsynligheten for at de første vanndråpene som faller på platen faller på den og kortslutter elektrodene.

Flere av disse sensorene, koblet parallelt, kan plasseres på de farligste stedene med tanke på vannlekkasje, for eksempel under varmeradiatorer, vaskemaskiner og vannrørskjøter. Boksen med gassmotstanden er plassert på stedet i rommet som er mest utsatt for dugg ved høy luftfuktighet, men ikke på vinduet.

Trimmermotstand R3 setter alarmterskelen. Hvis "tørrmotstanden" til gassmotstand B1 tar for lang tid å gjenopprette etter en reduksjon i fuktighet, kan motstandene R4 og R5 med tre ganger mindre motstand installeres i alarmen. Du kan øke følsomheten til den lekkede vannsensoren ved å øke motstanden til motstanden R9 til 100 kOhm. Ved å velge motstanden til motstanden R20 kan du stille inn ønsket tone på lydsignalene. For å gjøre det lettere å sjekke funksjonaliteten og sette opp alarmen, kan kondensator C8 midlertidig deaktiveres.

Publiseringsdato: 13.09.2015

Lesernes meninger

Ivan / 04/05/2016 - 09:28
Finnes det et blokkskjema, en beskrivelse av mikrokretsene og et kretskort?

Dokumentasjon

Hvordan velge en fuktighetssensor

De viktigste tekniske parametrene å vurdere når du velger en fuktighetssensor er:
- nøyaktighet
- repeterbarhet
- utskiftbarhet
- langsiktig stabilitet
- utvinning fra kondens
- motstand mot kjemisk og fysisk forurensning
- størrelse
- ramme
- pris

Ytterligere faktorer å vurdere kan inkludere erstatningskostnader, kalibrering, designkompleksitet, signalforsterkerpålitelighet og databehandlingskretser. For å vurdere alle tilbudene som er tilgjengelige på det moderne elektroniske komponentmarkedet, er det nødvendig å vurdere hovedtypene fuktighetssensorer og de generelle driftsprinsippene for hver av dem.

Kapasitive relativ fuktighet (RH) sensorer

Kapasitive fuktighetssensorer er mye brukt i moderne industrielt utstyr, husholdningsapparater og telemetrisystemer for innsamling av meteorologiske data.

Slike sensorer er strukturelt sammensatt av et substrat hvorpå en tynnfilmpolymer eller metalloksid er plassert mellom to ledende elektroder. Den følsomme overflaten er dekket med en porøs metallelektrode for å beskytte mot forurensning og kondens. Underlaget er vanligvis laget av glass, keramikk eller silisium. Inkrementelle endringer i dielektrisitetskonstanten til en kapasitiv fuktighetssensor er nesten direkte proporsjonale med den relative fuktigheten til den omgivende luften. Når luftfuktigheten svinger med 1 %, endres kapasitansen med 0,2-0,5 pF, og ved 50 % fuktighet (25°C) kan svingningene nå fra 100 til 500 pF.

Kapasitive fuktighetssensorer er preget av en lav temperaturkoeffisient, evnen til å operere ved høye temperaturer (opptil 200 °C), evnen til å gjenopprette fullstendig fra kondens og moderat motstand mot kjemiske røyk. Responstiden til sensorene varierer fra 30 til 60 s for et fuktighetstrinn på 63 %.

Moderne teknologier for produksjon av kapasitive sensorer har integrert mange fremskritt innen halvlederelektronikk for å oppnå minimal parameterforskyvning og hysterese under langvarig drift. For eksempel kan tynnfilm kapasitive sensorer integrere en monolittisk signalforsterkerbrikke på underlaget. Ofte har moderne signalforsterkere en CMOS-generator for å jevne ut det lineære utgangssignalet.

Kapasitive duggpunktsensorer

Tynnfilm kapasitive sensorer er preget av en diskret signalendring ved lav relativ fuktighet. Arbeidet deres er preget av stabilitet og minimalt skifte gjennom hele driftsperioden. Slike sensorer har imidlertid ikke lineær utgang når den relative luftfuktigheten faller under noen få prosent. Denne funksjonen til sensorene førte til utviklingen av et duggpunktsmålesystem som kombinerer en kapasitiv sensor med en mikroprosessorkrets som lagrer kalibreringsdata i en ikke-flyktig minneenhet. Denne tilnærmingen til å løse problemet har betydelig redusert kostnadene for hygrometre og duggpunktsendere, som brukes i klimaanlegg og telemetrisystemer for innsamling av meteorologiske data. Sensorene er montert på en brikke som har et spenningsutgangssignal avhengig av nivået av relativ fuktighet. Mikroprosessorkontroll lagrer spenningsnivået på nivå 20 i temperaturområdet -40...27°C. Referanseverdiene bekreftes med et NIST-hygrometer ved bruk av Peltier-kjølt speilteknologi. Spenningsnivået ved duggpunktet og frysepunktet lagres i EPROM-minnet til sensoren. Mikroprosessoren bruker disse dataene til å beregne en lineær relasjonsalgoritme mens den samtidig måler tørrpæretemperatur og vanndamptrykk. Når vanndamptrykket er bestemt, beregnes duggpunkttemperaturen fra det termodynamiske forholdet som er lagret i EPROM-minnet. Korrelasjon med måleteknologi for kjølt speil er over ±2°C for duggpunkt i området -40...-7°C og over ±1°C i området -7...27°C. Langtidsstabiliteten til sensoren er mindre enn 1,5°C per år. Metrologiske måleinstrumenter basert på dette prinsippet er mye brukt i ulike applikasjoner på grunn av deres attraktive pris sammenlignet med instrumenter basert på kjølt speilteknologi.

Resistive fuktighetssensorer

Resistive fuktighetssensorer oppdager endringer i den elektriske motstanden til et hygroskopisk medium (for eksempel en ledende polymer, salt eller behandlet substrat).

Resistive sensorer er bifilare sår. Når de er belagt med en hygroskopisk polymer, er motstanden deres omvendt proporsjonal med fuktigheten.

Vanligvis består resistive sensorer av metallelektroder avsatt på et substrat ved bruk av en fotomotstand eller viklet på en plast- eller glasselektrodesylinder. Substratet er belagt med saltvann eller ledende polymer. Når den er oppløst eller plassert i en flytende substans, dekker den sensoren jevnt. I et annet tilfelle kan substratet behandles med et eller annet kjemisk reagens, for eksempel syre. Sensoren absorberer vanndamp og iongruppene brytes ned, noe som øker den elektriske ledningsevnen. Responstiden for de fleste resistive sensorer er 10 til 30 sekunder for et 63 % måletrinn. Resistansområdet til et typisk resistivt element varierer fra 1 kΩ til 100 MΩ.

De fleste resistive sensorer bruker AC-eksitasjonsspenning uten DC-bias for å forhindre polarisering av sensoren. Den resulterende strømmen konverteres og likrettes til et likespenningssignal for ytterligere forsterkning, linearisering eller analog-til-digital konvertering.

Den nominelle frekvensen er 30 Hz til 10 kHz.

Resistive sensorer er ikke helt resistive på grunn av den kapasitive effekten i området mer enn 10-100 MΩ. Hovedfordelen med resistive fuktighetssensorer er deres utmerkede utskiftbarhet (typisk ±2 % RF), som gjør det mulig å bruke en motstand for å kalibrere signalforsterkningskretsen ved et fast fuktighetsnivå. Dette eliminerer behovet for. Nøyaktigheten til hver resistiv fuktighetssensor kan måles i en kalibreringstank eller ved hjelp av et dedikert datasystem. Driftstemperaturområdet for resistive fuktighetssensorer er fra -40 til 100°C.

I husholdnings- og kommersiell bruk er levetiden til slike sensorer mer enn 5 år, men eksponering for kjemiske damper og andre forurensninger (for eksempel olje) kan føre til for tidlig svikt. En annen ulempe med resistive fuktighetssensorer er deres tendens til å skifte verdier når de opererer i kondensat hvis det brukes et vannløselig belegg. Resistive sensorer har betydelig temperaturavhengighet når de brukes i miljøer med store temperaturendringer (større enn 10°F). Samtidig kan en termisk kompensasjonskrets legges til sensordesignet for å øke nøyaktigheten. Dermed er de viktigste fordelene med resistive sensorer liten størrelse, lav pris, utskiftbarhet og langsiktig stabilitet.

Moderne resistive sensorer er designet med et keramisk belegg for å redusere sammenløpet av miljøforhold når kondens oppstår. Sensorene består av et keramisk substrat med metallelektroder avsatt ved hjelp av fotoresistteknologi. Overflaten på underlaget er belagt med en ledende polymer (eller blandet keramisk sammensetning), og selve sensoren er plassert i et beskyttende plasthus med et støvfilter.

Bindematerialet er keramisk pulver suspendert i et flytende medium. Etter at overflaten er belagt og tørket, behandles sensorene med høy temperatur. Resultatet er et tykt filmbelegg, uløselig i vann, som fullstendig beskytter sensoren mot kondens.
Når den er nedsenket i vann, er den typiske gjenopprettingstiden til 30 % for en sensor med keramisk bakside 5-15 minutter, avhengig av lufthastighet.

Utskiftbarheten av sensorer er mindre enn 3 % i måleområdet 15-95 % relativ fuktighet. Nøyaktigheten er ±2%. Når sensoren brukes sammen med en signalforsterkningskrets, er utgangsspenningen direkte proporsjonal med den relative fuktigheten i omgivelsene.

Termisk ledende absolutt fuktighetssensorer

Slike sensorer måler absolutt fuktighet ved å bestemme forskjellen mellom varmeledningsevnen til tørr luft og luft mettet med vanndamp.

Termisk ledende sensorer brukes ofte til å måle absolutt fuktighet ved høye temperaturer. Driftsprinsippet deres er veldig forskjellig fra resistive og kapasitive sensorer.

Hvis luften eller gassen er tørr, har den en betydelig evne til å absorbere varme. Et typisk eksempel er ørkenklima. Ørkenen er veldig varm om dagen, men om natten synker temperaturen kraftig på grunn av det tørre atmosfæriske klimaet. Motsatt kan ikke fuktig klima avkjøles like raskt fordi varmen lagres av vanndamp i atmosfæren.

Termisk ledende fuktighetssensorer (eller absolutte fuktighetssensorer) består av to matchede NTC-termistorer koblet i en brokrets. Utgangsspenningen til broen er direkte proporsjonal med absolutt fuktighet. Den ene termistoren er hermetisk forseglet i tørt nitrogen, og kroppen til den andre er åpen.

Når strøm går gjennom termistorene, øker den termiske motstanden temperaturen til mer enn 200°C. Varmen som spres fra en forseglet termistor er større enn for en åpen termistor på grunn av forskjellen i termisk ledningsevne mellom vanndamp og tørt nitrogen. Siden avledet varme skaper forskjellige driftstemperaturer, er forskjellen i termistormotstand proporsjonal med absolutt fuktighet.

En enkel sammenstilling av motstander gir en utgangsspenning i området 0 - 130 g/kub.m ved 60°C. Kalibrering utføres ved å plassere sensoren i tørr luft eller nitrogen og justere utgangssignalet til null. Absolutte fuktighetssensorer har lang levetid, deres driftstemperatur når 300 °C, og sensorhuset er motstandsdyktig mot kjemiske damper.

Mange moderne importerte vaskemaskiner er utstyrt med indikatorer for vannlekkasje fra dem. Utdaterte eller billigere modeller av vaskemaskiner har ikke en slik servicefunksjon. Dessverre vet noen av eierne deres allerede fra egen erfaring hva en "flom" er og "hvor mye den vil koste." For å unngå denne følelsen kan du bruke materialene i artikkelen på forhånd.

Et diagram over den enkleste alarmen for fuktighetsøkning er vist i ris. 1. Den kontrollerer tilstanden til fuktighetssensoren (sensoren), som er koblet til K1 "SENSOR"-kontaktene. Utformingen av sensoren kan være svært forskjellig.

Alt avhenger av egenskapene til produsenten. I det enkleste tilfellet er det nok å bruke et "trykt" bord, hvor det er to ledere plassert i en avstand på 0,5 ... 1,5 mm fra hverandre. For å øke effektiviteten til en slik sensor med dens minimumsdimensjoner, kan lederne lages i form av en spiral. Dette vil øke "interaksjonssonen" til lederne uten å øke dimensjonene til sensoren betydelig.

En monostabil pulsgenerator er laget på den integrerte timerbrikken IC1 type NE555. Generatorens egenfrekvens bestemmes av verdiene til motstandene R1, R2 og kondensatoren C1.

Enhver elektromagnetisk eller dynamisk sender er koblet til utgangen på kretsen (kortslutning "OUT-REPRO"). For å unngå overbelastning av mikrokretsens utgang, er det nødvendig at motstanden ved en mikrokretsforsyningsspenning på 9 V er mer enn 50 ohm. Du kan også bruke en liten piezo-emitter. I dette tilfellet må den shuntes med en motstand med en motstand på 2...20 kOhm. I dette tilfellet vil det være nok å bruke en ikke-polar keramisk kondensator med en kapasitet på opptil 0,22...0,68 µF som kondensator C2 eller til og med erstatte kondensator C2... med en jumper. Eksperimenter gjerne!

Når fuktighetssensoren er tørr, vil transistoren T1 være i en ikke-ledende tilstand, forsyningsspenningen tilføres ikke IC1-brikken og den er spenningsløs. Hvis luftfuktigheten ved "SENSOR"-sensoren øker, vil transistoren T1 motta en forspenning i baseovergangen og låses opp. IC1 vil motta strøm og begynne å generere elektriske signaler i lydfrekvensområdet. Senderen vil "lyde", som signaliserer en vannlekkasje på stedet der sensoren er installert.

For å øke følsomheten til kretsen, er det tilrådelig å bruke transistorer med høy forsterkning som T1, for eksempel BC549S eller innenlands KT3102E.

Opplegg ris. 1 veldig enkelt og typisk. Det ser ut til, hva annet kan forbedres i det? Faktisk kan begynnende radioamatører gjenta det. Egentlig var den designet for dem. Mer nysgjerrige lesere kan stille spørsmål ved rasjonaliteten til det som foreslås i diagrammet ris. 1 en metode for å slå på/av genereringen av en elektronisk timermikrokrets i 555-serien. Fra driftsalgoritmen til disse mikrokretsene er det kjent at, avhengig av spenningen på pinne 4, kan timeren være i en drifts- eller passiv (hemmet) tilstand . Så hvis en spenning på mindre enn 0,4 V påføres pin 4, blir utgangen fra timeren (uavhengig av signalene på de andre inngangene) satt til en lav spenning. Denne modusen kalles passiv.

Hvis spenningen på pinne 4 overstiger 1 V, slås timerdriftsblokkeringskretsen automatisk av og påvirker ikke etterfølgende drift av timeren. Dette er aktiv modus. Mikrokretsen kan fungere som en monostabil oscillator i dette tilfellet. Mikrokretskontrollstrømmen ved pin 4 er svært liten og overstiger ikke 0,2 mA. Dette lar deg endre kontrollskjemaet for driften. Faktum er at med økende fuktighet i området til "SENSOR"-sensoren, endres ikke motstanden til selve sensoren brått, men gradvis. Motstanden til emitter-kollektorforbindelsen til transistoren T1 vil gradvis avta på omtrent samme måte. Tilførselsspenningen til mikrokretsen IC1 øker. Ved ca 3...4 V begynner den å generere, men lydvolumet i "REPRO"-høyttaleren vil være veldig svakt. Når fuktigheten i sensorområdet øker, øker volumet.

Det er mer hensiktsmessig å forsøke å gi fuktighetsalarmreléet egenskaper - alarmsignalet bør være sterkt nok allerede ved minimum tillatt nivå for den kontrollerte parameteren (fuktighet). For å gjøre dette er det sannsynligvis nok å koble pin 8 (+Vcc) til IC1 og motstand R1 direkte til utgangen til strømbryteren S1. Pin 4 på denne mikrokretsen er koblet til emitteren til transistoren T1 og en ekstra motstand R3. Den andre enden av denne motstanden må kobles til den negative strømforsyningen til mikrokretsen - ris. 2.

Som før, mens fuktighetssensoren er tørr, er transistor T1 i en ikke-ledende tilstand. Det er ingen transistor-emitterstrøm og ikke noe spenningsfall over motstand R3. Tidtakeren er "sperret" ved pinne 4.

Når luftfuktigheten øker, låses transistor T1 opp, emitter (kollektor) strømmen skaper et spenningsfall over motstand R3. Så snart det er mer enn 0,4...1 V på denne motstanden, låses timeren opp og begynner å generere pulser. Relémodusen for å kontrollere driften av lavfrekvensgeneratoren med en lineær endring i motstanden til fuktighetssensoren er oppnådd.

Avslutningsvis vil jeg gjøre antagelser ved valg av type transistor T1 og verdien av motstand R3. Siden 555-timerstrømmen på pinne 4 kan være veldig liten (mindre enn 0,5 mA), vil vi sette kollektorstrømmen til denne transistoren, for eksempel, 2 mA. Dette betyr at med en kretsforsyningsspenning på 9 V, kan motstanden til R3 være 4,3 kOhm.

Å motta en så liten strøm gjennom transistoren T1 er sannsynligvis mulig selv om forsterkningen ikke er så stor. Og dette tillater bruk av alle typer laveffekttransistorer som T1 uten å velge dem. Det kan være tilrådelig å utføre emitterbelastningen til transistoren T1 i form av en kjede av to motstander (R3 og R4) - ris. 3. Dette vil ytterligere lette oppsettet av kretsen.

Litteratur:
1. Poplachove cidlo vlhoctf // Amaterske RADIO. 2009. Nr. 12. S.3.
2. B.H. Veniaminov, O.H. Lebedev, A.I. Miroshnichenko. Mikrokretser og deres anvendelse // M.: Forlag "Radio og kommunikasjon". 1989. S.81 -82.

Denne enkle hjemmelagde enheten brukes til vann eller annen væske, i forskjellige rom eller beholdere. For eksempel brukes disse sensorene veldig ofte til å oppdage mulig oversvømmelse av kjelleren eller kjelleren med smeltevann eller på kjøkkenet under vasken, etc.

Rollen til fuktighetssensoren utføres av et stykke folieglass med riller kuttet inn i det, og så snart vann kommer inn i dem, vil maskinen koble belastningen fra nettverket. Eller hvis vi bruker de bakre kontaktene, vil det automatiske reléet slå på pumpen eller enheten vi trenger.

Vi produserer selve sensoren på nøyaktig samme måte som i forrige diagram. Hvis væske kommer på kontaktene til F1-sensoren, vil lydalarmen begynne å avgi et konstant lydsignal, og HL1-LED-en vil også lyse.

Ved å bruke SA1-vippebryteren kan du endre rekkefølgen på HL1-indikasjonen til et kontinuerlig LED-lys i standby-modus.

Denne fuktighetssensorkretsen kan brukes som regndetektor, overløp av væskebeholder, vannlekkasje osv. Kretsen kan drives fra en hvilken som helst fem-volts likestrømkilde.

Kilden til lydsignalet er en lydgiver med innebygd lydgenerator. Fuktighetssensoren er laget av en stripe av folie-PCB med et tynt spor i folien. Hvis sensoren er tørr, signaliserer ikke lydsignalet. Hvis sensoren blir våt, vil vi umiddelbart høre et intermitterende alarmsignal.

Designet drives av et Krona-batteri og vil vare i to år, fordi i standby-modus bruker kretsen nesten null strøm. En annen bonus med kretsen er det faktum at nesten et hvilket som helst antall sensorer kan kobles parallelt med inngangen og dermed dekke hele det kontrollerte området om gangen. Detektorkretsen er bygget på to transistorer av typen 2N2222 koblet på en Darlington-måte."

Liste over radiokomponenter

R1, R3 - 470K
SW1 - knapp
R2 - 15k
SW2 - bryter
R4 - 22K
B1 - batteri av kronetype
C1 - kondensator med en kapasitet på 0,022 µF
T1, T2 - inngangsterminaler
PB1 - (RS273-059) piezosummer
Q1, Q2 - 2N2222 transistorer

Når den første transistoren åpnes, låser den opp den andre umiddelbart, som slår på piezo-summeren. I fravær av væske er begge transistorene sikkert av og det forbrukes svært lav strøm fra batteriet. Når summeren er slått på, øker strømforbruket til 5 mA. Lydgivere av type RS273-059 har innebygget generator. Hvis det er behov for en kraftigere alarm, kobler du flere summer parallelt eller bruker to batterier.

Vi produserer trykte kretskort med mål på 3*5 cm.

Testvippebryteren kobler en 470 kOhm motstand til inngangen, simulerer virkningen av en væske, og kontrollerer derved funksjonaliteten til kretsen. Transistorer kan erstattes med innenlandske, for eksempel KT315 eller KT3102.

En automatisk fuktighetssensor er designet for å slå på tvungen ventilasjon av et rom med høy luftfuktighet; den kan installeres på kjøkkenet, badet, kjelleren, kjelleren, garasjen. Dens formål er å slå på viftene for tvungen ventilasjon av rommet når luftfuktigheten i det nærmer seg 95...100%.

Enheten er svært økonomisk, pålitelig, og dens enkle design gjør det enkelt å modifisere komponentene for å passe spesifikke driftsforhold. Diagrammet over fuktighetssensoren er vist i figuren nedenfor.

Ordningen fungerer som følger. Når luftfuktigheten i rommet er normal, overstiger motstanden til duggsensoren - gassmotstand B1 ikke 3 kOhm, transistor VT2 er åpen, den kraftige høyspente felteffekttransistoren VT1 er lukket, primærviklingen til transformator T1 er spenningsløs. Lasten som er koblet til XP1-kontakten vil også bli strømløs.

Så snart luftfuktigheten nærmer seg duggpunktet, for eksempel en koke uten tilsyn, badet er fylt med varmt vann, kjelleren er oversvømmet med smeltet vann, grunnvann, termostaten til varmtvannsberederen har sviktet, motstanden til gassmotstanden B1 fjernes den skarpe vekselstrømmen fra sekundærviklingen T1 og tilføres brodiodelikeretteren VD2. Likrettede spenningsrippel jevnes ut av en høykapasitets oksidkondensator C2. Den parametriske likespenningsstabilisatoren er bygget på en kompositttransistor VT3 med høy basisstrømoverføringskoeffisient av typen KT829B, en zenerdiode VD5 og en ballastmotstand R6.

Kondensatorer SZ, C4 reduserer utgangsspenningsrippel. Vifter med en driftsspenning på 12...15V, for eksempel "datamaskin"-vifter, kan kobles til utgangen til spenningsstabilisatoren. Vifter med en total effekt på opptil 100 W, designet for en forsyningsspenning på 220 VAC, kan kobles til XP1-kontakten. En brolikeretter VD1 er installert i den åpne forsyningskretsen til nedtrappingstransformatoren T1 og høyspenningslasten. En pulserende likespenning tilføres avløpet til felteffekttransistoren. Kaskaden på transistorene VT1, VT2 drives av en stabilisert spenning på +11 V, satt av zenerdioden VD7. Spenningen tilføres denne zenerdioden gjennom kjeden R2, R3, VD4, HL2. Denne kretsdesignen gjør at felteffekttransistoren kan åpnes helt, noe som reduserer kraften som forsvinner på den betydelig.

Transistorene VT1, VT2 er inkludert som en Schmitt-trigger, som forhindrer at felteffekttransistoren er i en mellomtilstand, noe som hindrer den i å overopphetes. Følsomheten til fuktighetssensoren stilles inn ved å trimme motstand R8, og om nødvendig ved å velge motstanden til motstand R7. Varistorer RU1 og RU2 beskytter enhetselementer mot skade av nettverksspenningsstøt. Den grønne LED HL2 indikerer tilstedeværelsen av forsyningsspenning, og den røde LED HL1 signaliserer høy luftfuktighet og enheten byttes til tvungen ventilasjonsmodus.

Du kan koble opptil 8 lavspenningsvifter med et strømforbruk på opptil 0,25 A hver til enheten og, eller flere vifter med en forsyningsspenning på 220 V. Ved bruk av denne enheten er det nødvendig å styre en kraftigere last med en forsyningsspenning på 220 V, deretter til utgangsspenningsstabilisatoren, kan du koble til elektromagnetiske releer, for eksempel type G2R-14-130, hvis kontakter er designet for å bytte vekselstrøm opp til 10 A ved en spenning på 250 V Parallelt med motstand R8 kan du installere en termistor med negativ TKS, motstand 3,3...4, 7 kOhm ved 25°C, plassert for eksempel over en gass- eller elektrisk komfyr, som lar deg slå på ventilasjon også når lufttemperaturen stiger over 45...50 °C, når ovnsbrennerne går på full effekt.

I stedet for transformator T1 kan du installere en hvilken som helst nedtrappingstransformator med en total effekt på minst 40 W, hvis sekundærvikling er designet for en strømverdi som ikke er mindre enn strømmen til lavspenningsbelastningen. Uten å spole tilbake sekundærviklingen "Yunost", "Sapphire". Unified transformatorer TPP40 eller TN46-127/220-50 er også egnet. Når du lager en transformator selv, kan du bruke en W-formet magnetisk kjerne med et tverrsnitt på 8,6 cm 2. Primærviklingen inneholder 1330 vindinger ledning med en diameter på 0,27 mm.

Sekundærvikling 110 omdreininger med viklingstråd med en diameter på 0,9 mm. I stedet for KT829B-transistoren vil en hvilken som helst av KT829, KT827, BDW93C, 2SD1889, 2SD1414-seriene gjøre det. Denne transistoren er installert på en kjøleribbe, hvis størrelse vil avhenge av belastningsstrømmen og størrelsen på kollektor-emitter spenningsfallet VT3. Det anbefales å velge en kjøleribbe der temperaturen på VT3-transistorkroppen ikke vil overstige 60°C.

Hvis spenningen på platene til kondensator C2 med en belastning koblet til utgangen til stabilisatoren er mer enn 20 V, kan du for å redusere kraften som spres av VT3 slappe av flere omdreininger fra sekundærviklingen til transformatoren. Felteffekttransistoren IRF830 kan erstattes med KP707V2, IRF422, IRF430, BUZ90A, BUZ216. Når du installerer denne transistoren, må den beskyttes mot sammenbrudd av statisk elektrisitet. I stedet for SS9014 kan du bruke hvilken som helst av KT315, KT342, KT3102, KT645, 2SC1815-serien. Når du bytter ut bipolare transistorer, ta hensyn til forskjellene i pinouts.

KBU diodebroer kan erstattes med tilsvarende KVR08, BR36, RS405, KBL06. I stedet for 1N4006 kan du bruke 1N4004 - 1N4007, KD243G, KD247V, KD105V. Zener-dioder: 1N5352 - KS508B, KS515A, KS215Zh; 1N4737A - KS175A, KS175Zh, 2S483B; 1 N4741A - D814G, D814G1, 2S211ZH, KS221V.

Lysdioder kan være til generell bruk, for eksempel AL307, KIPD40, L-63-serien. Oksydkondensatorer er importerte analoger av K50-35, K50-68. Varistorer - enhver lav eller middels effekt for en klassifisert driftsspenning på 430 V, 470 V, for eksempel FNR-14K431, FNR-10K471. Gassmotstanden GZR-2B, følsom for luftfuktighet, ble tatt fra en gammel videoopptaker "Electronics VM-12". En lignende gassmotstand kan finnes i andre defekte innenlandske og importerte videospillere eller i gamle kassettvideokameraer. Denne gassmotstanden er vanligvis boltet til metallchassiset til båndstasjonen. Dens formål er å blokkere driften av enheten når tapemekanismen dugger, noe som forhindrer magnetbåndet i å pakke seg inn og skade. Enheten kan monteres på et trykt kretskort som måler 105x60 mm Det er å foretrekke å plassere gassmotstanden i en egen boks laget av isolasjonsmateriale med hull, installert på et kjøligere sted. Det anbefales også å skru den fast på en liten metallplate, kanskje gjennom et tynt glimmerisolerende avstandsstykke. For å beskytte det monterte brettet mot fuktighet, er monterings- og trykte ledere belagt med flere lag FL-98, ML-92 lakk eller tsaponlac.

Det er ikke nødvendig å male over gassmotstanden. For å sjekke enhetens funksjonalitet kan du ganske enkelt puste ut luft fra lungene til gassmotstanden eller bringe en beholder med kokende vann nærmere. Etter noen sekunder vil HL1-LED-en blinke og viftene som er tilkoblet som belastning vil begynne å kjempe mot den økte fuktigheten. I standby-modus bruker enheten strøm fra nettverket omtrent 3 mA, som er svært lite. Siden enheten bruker mindre enn 1 W strøm i standby-modus, kan den brukes hele døgnet uten å bekymre deg for strømforbruket. Siden enheten er delvis galvanisk koblet til 220 V AC-nettspenningen, bør det tas passende forholdsregler når du setter opp og bruker enheten.

Som et resultat av mange eksperimenter dukket denne jordsensorkretsen opp på en enkelt brikke. Enhver av mikrokretsene vil gjøre: K176LE5, K561LE5 eller CD4001A.

Luftfuktighetssensoren, diagrammet og tegningene som er vedlagt, gjør det mulig å fullt ut automatisere prosessen med å overvåke og administrere den relative luftfuktigheten i ethvert rom. Denne fuktighetssensorkretsen gjør det mulig å måle relativ fuktighet i området fra 0–100 %. Med svært høy nøyaktighet og stabilitet av parametere

Lys- og lydalarm for vannkoking. - Radio, 2004, nr. 12, s. 42, 43.
. - Circuitry, 2004, nr. 4, s. 30-31.
Konstant" i kjelleren. - CAM, 2005, nr. 5, s. 30, 31.

Det kan være nyttig å lese: