اصل اندازه گیری رطوبت

اصل اندازه گیری رطوبت به چه صورت است؟

اندازه گیری رطوبت ابزار مهمی برای پیش بینی آب و هوا در فضای باز و همچنین کنترل آب و هوا در داخل خانه است. کنترل رطوبت به ویژه در محل های زندگی، ذخیره سازی و تولید بسیار مهم است.

تعاریف

از نظر علمی بیان شده است که رطوبت معیار بخار آب موجود در یک گاز است.

بخار اصطلاحی است که به شکل گازی ماده ای اطلاق می شود که معمولاً به صورت جامد یا مایع وجود دارد. وقتی مایع به صورت گاز وجود داشته باشد، بر محیط اطراف خود فشار وارد می کند.

این فشار میزان بخار موجود در هوا را در دمای معین تعیین می کند. این مقدار که به عنوان فشار بخار معروف است، با دما و فشار و همچنین از ماده ای به ماده دیگر متفاوت است.

به عنوان مثال، آب در دماهای نزدیک به جوش، فشار بخار بالایی دارد (در نقطه جوش فشار بخار = فشار اتمسفر). فشار بخار کم در دماهای زیر انجماد (همه جامدات عموماً فشار بخار پایینی دارند، اگر چنین نبود، تبخیر می‌شوند).

با کاهش فشار، فشار بخار افزایش می‌یابد، که توضیح می‌دهد که چرا آب در دمای پایین‌تر در ارتفاعات بالاتر می‌جوشد (فشار کم). رطوبت مطلق اندازه گیری جرم بخار آب موجود در حجم مشخص است.

از آنجایی که اندازه گیری جرم بخار آب دشوار است، از اندازه گیری معمول تری به نام رطوبت نسبی استفاده می شود. رطوبت نسبی رطوبت (RH) درصدی از مقدار آبی است که هوا می تواند در دمای معین نگه دارد. معادله زیر درصد رطوبت نسبی را محاسبه می کند.

.

از آنجایی که اندازه گیری جرم بخار آب دشوار است، از اندازه گیری معمول تری به نام رطوبت نسبی استفاده می شود. رطوبت نسبی رطوبت (RH) درصدی از مقدار آبی است که هوا می تواند در دمای معین نگه دارد. معادله زیر درصد رطوبت نسبی را محاسبه می کند.

از آنجایی که اندازه گیری جرم بخار آب دشوار است، از اندازه گیری معمول تری به نام رطوبت نسبی استفاده می شود. رطوبت نسبی رطوبت (RH) درصدی از مقدار آبی است که هوا می تواند در دمای معین نگه دارد.

معادله زیر درصد رطوبت نسبی را محاسبه می کند.

 

کجا:

Pa = فشار واقعی

Ps = فشار اشباع

رطوبت نسبی به دما بستگی دارد. در ۱۰۰% RH، فشار واقعی بخار آب برابر با فشار اشباع است.

دمایی که در آن وجود دارد نقطه شبنم نقطه نام گذاری می شود. هر گونه سرد شدن در زیر نقطه شبنم باعث متراکم شدن آب می شود.

اگر اتمسفر در یک رطوبت ثابت در طول روز تثبیت شود، کاهش دما در شب ممکن است به زیر نقطه شبنم رفته و باعث متراکم شدن بخار شود.

بخار متراکم کننده پدیده ای را ایجاد می کند که معمولاً به عنوان شبنم شناخته می شود.

نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که سنسور فقط یک اندازه گیری، رطوبت مطلق، RH یا نقطه شبنم را به دست آورد، زیرا دو مورد دیگر را می توان با استفاده از دمای محیط، نمودارها یا معادلات محاسبه کرد.

روش‌های سنجش

به طور کلی، به دست آوردن اندازه گیری رطوبت کار آسانی نیست.

بسیاری از ابزارها دارای دقت ضعیف، پهنای باند باریک، مشکلات آلودگی و هیسترزیس هستند. برخی از سازها قطعات بزرگ، ناهنجار و گران قیمت هستند.

برای تشدید این مشکل، دستگاه های بسیار دقیق کمی برای تولید و اندازه گیری رطوبت وجود دارد که برای استفاده در کالیبراسیون سنسور مورد نیاز است.

در زیر، روش های مختلف سنجش رطوبت مورد بحث قرار گرفته است.

روش روانسنجی

قدیمی ترین روش برای اندازه گیری رطوبت نسبی، روش سایکرومتریک است.

روان سنجی معمولاً به عنوان روش حباب “تر” و “خشک” شناخته می شود. یک سنسور سایکرومتریک به طور مستقیم رطوبت را حس نمی کند، بلکه دما را برای یافتن غیر مستقیم رطوبت نسبی حس می کند.

عناصر حسگر می توانند دماسنج، RTD یا ترمیستور باشند.

اولین عنصر حسگر، لامپ خشک، دمای محیط را اندازه گیری می کند. عنصر حسگر دوم، لامپ مرطوب، در یک فتیله اشباع شده با آب مقطر محصور شده است.

هوای اجباری در سراسر لامپ مرطوب باعث تبخیر می شود که آن را زیر دمای محیط خنک می کند. مقدار تبخیر (خنک شدن) به فشار بخار هوا بستگی دارد.

با استفاده از دمای مرطوب و خشک لامپ، رطوبت نسبی را می توان در نمودار سایکرومتریک مشاهده کرد.

جستجوی %RH در نمودار برای هر اندازه گیری زمان بر و دست و پا گیر است.

با فناوری امروزی، نمودارهای سایکرومتری و معادلات نقطه شبنم را می توان در یک ریزپردازنده ذخیره کرد، بنابراین این روش را به یک روش سنجش مستقیم برای RH و نقطه شبنم تبدیل می کند.

 

سیکرومتر اسلینگ به اواخر قرن ۱۹ برمی گردد. از دماسنج‌های جیوه‌ای برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کرد و چرخاندن لامپ به اطراف باعث حرکت هوا در سراسر لامپ مرطوب می‌شد. امروزه واحدها فن هایی برای تهویه لامپ مرطوب تعبیه کرده اند.

یک سنسور سایکرومتریک دقت خوبی با وضوح %RH 0.1% دارد، میزان رطوبت از ۱۰ تا ۱۰۰% در دماهای ۳۲^oF تا ۱۴۰^oF و دقت + ۲ درصد معایب یک حسگر سایکرومتریک زمان پاسخ آهسته است و به طور قابل توجهی گران تر هستند.

روش نقطه شبنم

روش دیگر برای اندازه گیری رطوبت استفاده از حسگر نقطه شبنم است. دو نوع رایج از سنسورهای نقطه شبنم وجود دارد، نوع سطح تراکم سرد شده یا محلولی از کلرید لیتیوم اشباع.

محلول لیتیوم کلرید اشباع شده مستقیماً رطوبت نسبی را حس نمی کند.

اشباع یک فیتیله با الکترودهای مقاومتی در محلول و جریان تحریک از طریق فتیله باعث ایجاد گرمای ژول می شود. حرارت باعث تبخیر مقداری از محلول می شود که باعث کاهش مقاومت و کاهش حرارت می شود.

در نهایت تعادل حاصل می شود و دمای محلول می تواند به نقطه شبنم مربوط شود.

 

نوع سطح چگالش سرد شده دمایی را که در آن چگالش شروع می شود با دقت بسیار تشخیص می دهد. متداول ترین وسیله ای که استفاده می شود آینه ای برای تشخیص تراکم است. سیستم طوری تنظیم شده است که یک LED (دیود ساطع کننده نور) با زاویه حدود ۴۵ درجه از آینه منعکس می شود.

یک ترانزیستور فوتو نور منعکس شده را تشخیص می دهد. سپس دمای آینه به صورت الکترونیکی کنترل می شود. این سیستم با خنک کردن سطح آینه زیر دمای محیط کار می کند تا زمانی که تراکم ایجاد شود. متراکم شدن سطح آینه باعث پراکندگی نور LED می شود. نور پراکنده یک افت ناگهانی در خروجی ترانزیستور عکس ایجاد می کند.

در این مرحله، دمای سطح آینه با استفاده از سنسور دما مانند RTD یا ترمیستور خوانده می شود.

این دما نقطه شبنم است. با یک حلقه بازخورد، خنک کننده یا گرمایش آینه به طور مداوم نقطه شبنم را دنبال می کند.

چند طرح مختلف از سطوح تراکم نیز وجود دارد که استفاده می شود.

.

روش آینه سرد پایدارترین و دقیق ترین روش برای تعیین رطوبت نسبی است. تمیز نگه داشتن آینه و اطمینان از کیفیت بالای سنسور دما و آینه بسیار مهم است.

این روش بهترین محدوده رطوبت (۰-۱۰۰% RH) را دارد و برای گازهای متعدد در فشارهای زیاد قابل استفاده است. این سازها حجیم و بسیار گران هستند.

تمیز نگه داشتن آینه و اطمینان از کیفیت بالای سنسور دما و آینه بسیار مهم است.

این روش دارای بهترین محدوده رطوبت (۰-۱۰۰% RH) است و می تواند برای گازهای متعدد در فشارهای زیاد مورد استفاده قرار گیرد. این سازها حجیم و بسیار گران هستند.

تمیز نگه داشتن آینه و اطمینان از کیفیت بالای سنسور دما و آینه بسیار مهم است.

این روش دارای بهترین محدوده رطوبت (۰-۱۰۰% RH) است و می تواند برای گازهای متعدد در فشارهای زیاد مورد استفاده قرار گیرد. این سازها حجیم و بسیار گران هستند.

روش رطوبت سنجی

روش رطوبت سنجی سنجش رطوبت نسبی رایج ترین است. ابزارها عموما فشرده، قابل اعتماد و ارزان هستند. سنسورهای رطوبت سنجی خروجی ای ارائه می دهند که مستقیماً نشان دهنده رطوبت است.

اولین عناصر حسگر رطوبت ماهیت مکانیکی داشتند. ابعاد فیزیکی مواد مختلف با جذب^۱ آب تغییر می کند.

نمونه هایی از این موارد مو، غشای حیوانات و برخی پلاستیک ها هستند. برای ساختن یک سنسور از این مواد، عنصر با یک فنر در کشش نگه داشته می شود.

یک کرنش سنج جابجایی ناشی از تغییر در رطوبت هوا را کنترل می کند. خروجی کرنش سنج به طور مستقیم با رطوبت نسبی متناسب است.

روش دوم رطوبت سنجی، پوشش یک کریستال نوسانی (کوارتز) با یک پوشش رطوبت سنجی است.

هنگامی که پوشش آب را جذب می کند، جرم تغییر می کند و سپس فرکانس نوسان کریستال را تغییر می دهد.

روش مبهم تر رطوبت سنج الکترولیتی است.

این روش پیچیده است و به اندازه کافی استفاده نمی شود تا توضیح لازم را داشته باشد.

گام‌های اخیر در زمینه لایه نازک و فناوری ریزماشینکاری، تولید حسگرهای رطوبت‌سنجی خازنی و مقاومتی با کیفیت بالا را ممکن می‌سازد.

این حسگرها در سال‌های اخیر دقیق‌تر، فشرده‌تر و پایدارتر شده‌اند و آن‌ها را در صنعت محبوب کرده‌اند. مواد مورد استفاده برای تولید این عناصر حسگر این قابلیت را دارند که با جذب آب، ویژگی های الکتریکی خود را تغییر دهند. مواد در طول سال ها از نمک های الکترولیتی، سرامیک ها و پلیمرهای اخیراً محبوب تغییر کرده اند. طراحی های جدید در مواد حسگر بر بسیاری از مشکلات غلبه کرده است.

.

اولین مشکل عمده سنسورها پهنای باند باریک بود.

هر سنسور منفرد فقط در بازه ۱۰ تا ۲۰ درصد رطوبت نسبی قابل اعتماد بود. تعداد زیادی سنسور تولید شده با دهانه های خاص کل دهانه %RH را پوشش می دهند. سپس زمانی که آب جذب شده ناخالصی هایی را روی سطح باقی می گذاشت، مشکلی وجود داشت. این ناخالصی ها ویژگی های الکتریکی مواد حسگر را تغییر می دهند. پلیمرهای مورد استفاده اکنون بر این مشکلات اولیه غلبه کرده اند.

یک حسگر خازنی مانند یک خازن صفحه موازی تولید میشود

عنصر حسگر به عنوان دی الکتریک عمل می کند. همانطور که رطوبت موجود در هوا بخار آب را تغییر می دهد، پلیمر حسگر با جذب تغییر می کند و در نتیجه ثابت دی الکتریک تغییر می کند.

ثابت دی الکتریک با ظرفیت خازن نسبت مستقیم دارد که با %RH نسبت معکوس دارد.

تکنیک‌های جدید در تولید لایه‌های نازک، این لایه‌ها را دقیق، پایدار و تولید مقادیر زیاد را آسان کرده است.

 

.

انواع مقاومتی رطوبت سنج ها حسگرهایی هستند که ACI در محصولات خود استفاده می کند.

حسگرها از قرار دادن یک لایه نازک از پلیمر حسگر بر روی مجموعه ای از الکترودهای شانه تشکیل می شوند. شکل ۱ نمایشی از بخش های فیزیکی سنسور رطوبت است.

این سنسور آب را به مواد حسگر رطوبت جذب می کند که مقاومت پلیمرها را تغییر می دهد. مواد دیگر آب را جذب می کنند که فقط مقاومت سطح را تغییر می دهد. از آنجایی که آب جذب می شود، مقاومت توده ای پلیمر تغییر می کند و حسگر را در برابر آلودگی سطحی مقاوم می کند.

سنسور به یک جریان تحریک AC نیاز دارد. بنابراین هیچ شانسی برای الکترولیز یا جداسازی پلیمر حساس به رطوبت وجود ندارد. فناوری لایه نازک باعث می شود این سنسورها دقیق، پایدار و آسان تولید شوند.

انتخاب مواد به آنها اطمینان می دهد که زمان پاسخگویی سریع با هیسترزیس کمی دارند.

یکی دیگر از جذابیت‌های آن‌ها اندازه کوچک و هزینه کم آنهاست.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.