Выбор датчика влажности

В настоящее время на практике для измерения относительной влажности применяется несколько технологий, использующих свойство различных структур изменять свои физические параметры[3] (емкость, сопротивление, проводимость и температуру) в зависимости от степени насыщения водяным паром. Каждой из этих технологий свойственны определенные достоинства и недостатки (точность, долговременная стабильность, время преобразования и т.д.). В таблице 2.8 приведен сравнительный анализ характеристик емкостных и резистивных датчиков относительной влажности, при производстве которых применяются различные материалы.

Таблица 2.8.

Среди всех типов емкостные датчики, благодаря полному диапазону измерения, высокой точности и температурной стабильности, получили наибольшее распространение как для измерения влажности окружающего воздуха, так и применения в производственных процессах.

Компания Honeywell производит семейство емкостных датчиков влажности, применяя метод многослойной структуры (рис. 2.8), образуемой двумя плоскими платиновыми обкладками и диэлектрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер, по сравнению с термореактивной пластмассой, обеспечивает датчику более широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. В дополнение к этому датчики на основе термореактивного полимера имеют самый большой срок службы в этиленоксидных стерилизационных процессах.

Рисунок 2.8 Метод многослойной структуры, применяемый при изготовлении датчиков влажности

В процессе работы водяной пар проникает через верхнюю пористую обкладку конденсатора (рис. 2.8) и уравновешивается с окружающим газом. Одновременно эта обкладка защищает электрические процессы, протекающие в полимерном слое, от внешних физических воздействий (света и электромагнитного излучения). Слой полимера, покрывающий пористый платиновый электрод сверху, служит защитой конденсатора от пыли, грязи и масел. Такая мощная фильтрационная система, с одной стороны, обеспечивает датчику длительную бесперебойную работу в условиях сильной загрязненности окружающей среды, с другой — снижает время отклика.

Выходной сигнал любого (емкостного или резистивного) абсорбционного датчика влажности представляет собой функцию от температуры и влажности, поэтому для получения высокой точности измерения в широком диапазоне рабочих температур требуется температурная компенсация характеристики преобразования. Компенсация особенно необходима, когда датчик используется в индустриальном оборудовании для измерения влажности и точки росы. Именно для этих целей некоторые модели датчиков Honeywell имеют встроенный платиновый терморезистор сопротивлением 1000 Ом, который расположен с обратной стороны подложки (рис. 2.9).

Рисунок 2.9 Структура датчика влажности со встроенным платиновым датчиком температуры

Датчики влажности Honeywell — это интегрированные приборы. Помимо чувствительного элемента и термосенсора, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию. Выходной сигнал датчика Honeywell является функцией от напряжения питания, окружающей температуры и влажности. Чем выше напряжение питание, тем больше размах выходного сигнала и, соответственно, чувствительность. Связь же между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой показана на объемной диаграмме (рис. 2.10).

Рисунок 2. 10 Связь между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой

Она легко аппроксимируется с помощью комбинации двух выражений:

Прямая наилучшего соответствия при 25 °C (жирная линия на диаграмме), описывается выражением U_вых = U_пит(0,0062 · (%RH₂₅) + 0,16). Из этого уравнения определяется процент RH₂₅ при температуре 25 °C.

Далее производится температурная коррекция и вычисляется истинное значение RH: RH_{истинная} = (%RH₂₅) · (1,0546 - 0,00216T), где T измеряется в °C.

Выражения выше соответствуют характеристикам реальных датчиков со следующими отклонениями:

Рисунок 2.11 Характеристики преобразования датчика влажности Honeywell при различных температурах

Особенности применения датчиков серии HIH-3602 [4]

Для работы в суровых климатических условиях и наиболее точного определения значения влажности вблизи точки росы фирма Honeywell выпускает серию HIH-3602 с модификациями. Датчики выпускаются в корпусе ТО-5, в который встроен датчик температуры, для модели HIH-3602-A это NTC термистор номиналом 100кОм, для HIH-3602-С платиновый датчик температуры номиналом 1кОм. Возможны ситуации, когда при высоком значении относительной влажности (более 95%) при понижении температуры возможна конденсация паров воды, что влечет за собой «залипание» показаний на уровне 100% относительной влажности. Для предотвращения этого случая в датчиках серии HIH-3602 предусмотрен гидрофобный фильтр, выполненный из специально обработанной нержавеющей стали. Вывести из «спящего» состояния также помогает подача на датчик несколько повышенного напряжения питания, однако при этом возможно некоторое смещение калибровки на 2…3 %. Сама по себе конденсация и последующее испарение влаги не оказывает влияния на калибровку датчиков.

Основные преимущества серии HIH-3602

- наличие встроенного датчика температуры

- корпус с гидрофобным фильтром

- каждый датчик снабжен паспортом с индивидуальными данными

- лазерная подгонка элементов

- высокая устойчивость к воздействию химических веществ (кроме паров ацетона или этанола).

Выберем датчик HIH-3602-L .

Таблица 2.9

Выбор индикатора

В данной задаче для вывода информации будет достаточно, чтобы ЖК экран позволял вывести до 8 символов. Таким требования удовлетворяет алфавитно-цифровой ЖК экран производства фирмы Hantronix HDM 08111H-L[5], размером 8х1 символ. Размер каждого символа 5х10 пикселей.

Данный экран имеет встроенный контроллер HD 44780 от фирмы Hitachi.

На рисунке 2.12приводятся размеры экрана и символов.

Рис. 2.12 – Размеры экрана и символов

В таблице 2.10 приведены назначения выводов ЖК экрана HDM 08111H-L.

Таблица 2.10

Для подсветки данного экрана будет использована светодиодная подсветка зеленого цвета. Данный тип подсветки долговечен – наработка до 50000 часов, не требует инвертора напряжения. Рабочий диапазон температур от -30С до +70С.