انواع سنسورهای دما از قطعات ترمواستاتیک روشن/خاموش ساده که سیستم گرمایشی آب داغ محلی را کنترل می‌کنند تا انواع نیمه رسانا بسیار حساس که می‌تواند کنترل پروسه پیچیده را کنترل کنند، تغییر می‌کند. نوع بسیار پرکاربرد تمام سنسورها سنسورهایی هستند که دما یا گرما را سنجش می‌کنند.
سنسورهای دما
از کلاس‌های علمی مدرسه خود به یاد داریم که جابه جایی مولکول‌ها و اتم‌ها گرما (انرژی جنبشی) تولید می‌کنند و هر چه جابه جایی بزرگتر، گرمای بیشتری تولید می‌شود. سنسورهای دما مقدار انرژی گرما یا حتی سردی که توسط یک شی یا سیستم تولید می‌شود را اندازه می‌گیرد و به ما اجازه “سنجش” یا تشخیص هر تغییر فیزیکی آن تولید کننده دما هم آنالوگ یا خروجی دیجیتال را می‌دهد.
انواع سنسور دما
انواع مختلفی از سنسورهای دما موجود وجود دارد و همگی دارای ویژگی‌های مختلفی است که بر کاربرد واقعی آنها بستگی دارد. یک سنسور دما شامل دو نوع فیزیکی پایه است:
انواع سنسور دما تماسی – این انواع سنسور دما نیازمند این هستند تا در تماس فیزیکی با شی‌ای که سنجش می‌شوند باشند و از هدایت برای کنترل تغییرات در دما استفاده می‌کند. آنها می‌توانند برای تشخیص جامدها، مایع‌ها یا گازها در یک محدوده وسیع دما به کار روند.
انواع سنسور دما بدون تماس – این انواع سنسور دما از همرفت و ارتعاش برای کنترل تغییرات در دما استفاده می‌کنند. آنها می‌توانند برای تشخیص مایع‌ها و گازها که انرژی ارتعاشی مانند افزایش گرما و سرما به پایین در جریان‌های همرفتی یا تشخیص انرژی ارتعاشی که از یک شی در حالت ارتعاش مادون قرمز (خورشید) استفاده شوند.
دو نوع پایه سنسور دما بدون تماس و تماسی همچنین می‌تواند به سه گروه سنسور، الکترو-مکانیکی، مقاومتی و الکترونیک تقسیم شود و تمام سه نوع در زیر بحث شده است.
سنسورهای دما – ترموستات
ترموستات یک سنسور دما الکترو-مکانیکی نوع تماسی یا سوئیچ است که به صورت اساسی شامل دو فلز مختلف مانند نیکل، کوپر، تنگستن یا آلومینیوم و غیره است که به یکدیگر برای تشکیل یک نوار دو فلزی خم شده‌اند. نرخ انبساط خطی مختلف دو فلز ناهمگن یک حرکت خم مکانیکی هنگامی که نوار در معرض گرما قرار می‌گیرد، تولید می‌کند.
نوار دو فلزی می‌تواند خودش به عنوان یک سوئیچ الکتریکی یا به عنوان یک مسیر مکانیکی عملیاتی یک سوئیچ مکانیکی در کنترل‌های ترمواستاتیک به کار رود و به صورت گسترده برای کنترل عناصر گرمایشی آب داغ در بویلرها، کوره‌ها، مخزن‌های ذخیره آب داغ همانند در سیستم‌های خنک‌کننده رادیاتور وسایل نقلیه به کار رفته‌اند.
ترموستات دو فلزی
ترموستات شامل دو فلز متفاوت گرمایی هستند که پشت به پشت به یکدیگر چسبیده‌اند. وقتی که سرد است، تماس‌ها بسته می‌شوند و جریان از ترموستات عبور می‌کند. وقتی که داغ می‌شود، یک فلز بیشتر از دیگری منبسط می‌شود و نوار فلزی خم شده به بالا خم می‌شود (یا پایین) و تماس‌ها را باز می‌کند و مانع از شارش جریان می‌شود.
دو نوع اصلی نوارهای فلزی دوتایی بر اساس جابه جایی آنها هنگامی که در معرض تغییرات دما قرار می‌گیرند وجود دارد. انواع “اقدام – فوری” وجود دارد که یک عمل نوع “روشن / خاموش” یا “خاموش /روشن” لحظه‌ای بر تماس‌هاس الکتریکی در یک مجموعه نقطه دما تولید می‌کند و انواع “اقدام – فوری” آرامتر که به صورت تدریجی با تغییر دما موقعیت آنها را تغییر می‌دهد.
ترموستات نوع اقدام – فوری به صورت رایج در خانه‌های ما برای کنترل کردن نقطه تنظیم دمای فر ها، اتوها، غوطه‌وری مخزن‌های آب داغ به کار رفته اند و آنها همچنین می‌توانند در دیوارها برای کنترل سیستم گرمایشی خانگی به کار روند.
انواع خزنده (creeper) عموما شامل یک سیم‌پیچ دو فلزی یا حلزونی هستند که به آرامی با تغییرات دما باز می‌شوند یا پیچ‌هایشان باز می‌شود. عموما، نوع خزنده نوارهای دو فلزی به تغییرات دما نسبت به انواع روشن / خاموش سریع استاندارد حساس‌تر هستند به طوری که با طولانی‌تر شدن و ضخیم‌تر شدن نوار، آنها برای استفاده در سنج‌های دما و شماره‌گیرها و غیره ایده‌آل هستند.
با وجود ارزانی و وسیع بودن محدوده عملیاتی، یک عیب اصلی ترموستات نوع اقدام سریع استاندارد هنگامی که به عنوان یک سنسور دما استفاده می‌شود این است که آنها دارای یک محدوده هیسترزیس بزرگتر از زمانی است که کنتاکت‌های الکتریکی باز می‌شوند تا زمانی که آنها دوباره بسته می‌شوند، هستند. برای مثال، آن ممکن است به 20 درجه سانتیگراد تنظیم شود اما ممکن است تا 22 درجه سانتیگراد باز نشود یا دوباره تا 18 درجه سانتیگراد بسته شود.
بنابراین محدوده نوسان دما ممکن است کاملا بالا باشد. ترموستات‌های دو فلزی موجود اقتصادی برای مصارف خانگی دارای پیچ تنظیم دما است که امکان یک نقطه تنظیم دما مطلوب با ارزش و سطح هیسترزیس برای تنظیم دوباره را می‌دهد.
سنسورهای دما – ترمیستور
ترمیستور نوع دیگر سنسور دما است که نام آن یک ترکیب کلمات مقاومت‌های حساس به دما است. یک ترمیستور یک نوع خاص مقاومت است که مقاومت فیزیکی خود را هنگامی که در معرض تغییرات دما قرار می‌گیرد، تغییر می‌دهد.
ترمیستورها عموما از مواد سرامیکی مانند اکسید نیکل، منگنز یا کبالت پوشیده شده در شیشه که آنها را به راحتی آسیب‌پذیر می‌کند، ساخته شده‌اند. مزیت اصلی آنها بر انواع عمل سریع سرعت آنها در پاسخ به هر تغییری در دما، دقت و تکرار پذیری است.
اکثر انواع ترمیستورها دارای یک ضریب دما منفی مقاومت یا (NTC) است که مقدار مقاومت آنها به پایین با یک افزایش در دما می‌رود و البته مقداری وجود دارد که دارای یک ضریب دما مثبت (PTC) داست که مقدار مقاومت آنها به بالا با یک افزایش در دما می‌رود.
ترمیستورها از یک ماده نیمه رسانای نوع سرامیکی ساخته شده‌اند که از تکنولوژی اکسید فلزی مانند منگنز، کبالت و نیکل و غیره استفاده می‌کنند. ماده نیمه رسانا عموما به دیسک‌های فشاری کوچک یا توپ‌ها که به صورت محکم برای ارائه یک پاسخ نسبتا سریع به هر تغییرات در دما مهر و موم شده‌اند، شکل گرفته‌اند.
ترمیستورها توسط مقدار مقاومتی خود در دمای اتاق (معمولا در 25 درجه سانتیگراد)، ثابت زمانی آنها (زمانی برای رسیدن به تغییر دما) و محدوده توان آنها با توجه به شارش جریان از آنها رنج‌بندی می‌شوند. مانند مقاومت‌ها، ترمیستورها با مقادیر مقاومت در دمای اتاق از 10 ها تا مگا اهم ها به پایین تا تنها یک اهم موجود هستند اما برای اهداف سنجش آن انواع با مقادیری در کیلو اهم عموما به کار می‌روند.
ترمیستورها قطعات مقاومتی غیر فعال هستند به این معنا که ما احتیاج به گذراندن یک جریان از آن برای تولید یک خروجی ولتاژ قابل اندازه‌گیری هستیم. سپس ترمیستورها عموما به صورت سری با یک مقاومت بایاس مناسب برای تشکیل یک شبکه تقسیم‌کننده پتانسیل وصل شده‌اند، و انتخاب مقاومت یک خروجی ولتاژ در بعضی نقاط دما از پیش تعیین شده یا مقدار ارائه می‌دهد،
مثال شماره 1 سنسورهای دما
ترمیستور پیش رو دارای یک مقدار مقاومت 10kΩ در 250C است و یک مقدار مقاومت 100 اهم در 100 درجه سانتیگراد دارد. افت ولتاژ دو سر ترمیستور را محاسبه کنید و از این رو ولتاژ خروجی آن (Vout) برای هر دو دما ها هنگامی که به صورت سری با یک مقاومت 1kΩ در دو سر یک تغذیه توان 12v وصل می‌شوند، محاسبه کنید.
با تغییر مقدار مقاومت ثابت R2 (در مثال ما 1 کیلیو اهم) به یک پتانسیومتر یا از پیش تعیین شده، یک خروجی ولتاژ می‌تواند در یک نقطه تنظیم از پیش تعیین شده برای مثال خروجی 5 ولت در 60 درجه سانتیگراد و با تغییر پتانسیومتر یک سطح ولتاژ خروجی خاص می‌تواند در یک محدوده دمای وسیع به دست آید.
اگرچه قابل ذکر است که ترمیستورها قطعات غیر خطی هستند و مقادیر مقاومت استاندارد آنها در دمای اتاق بین ترمیستورهای مختلف متفاوت است که اساسا به دلیل مواد نیمه رسانایی است که آنها از آن ساخته شده‌اند. ترمیستور، دارای یک تغییر نمایی با دما است و در نتیجه دارای یک ثابت دمای بتا (β) است که می‌تواند برای محاسبه مقاومت خود برای هر نقطه دمای داده شده به کار رود.
اگرچه، هنگامی که با یک مقاومت سری مانند حالت شبکه تقسیم‌کننده ولتاژ یا آرایش نوع پل وستون به کار رفت، جریان به دست آمده در پاسخ به یک ولتاژ اعمال شده به شبکه تقسیم‌کننده / پل نسبت به دما خطی است. سپس، ولتاژ خروجی دو سر مقاومت با دما خطی می‌شود.
آشکارسازهای دما مقاومتی (RTD)
نوع دیگر سنسور دما مقاومتی الکتریکی آشکارساز دما مقاومتی یا RTD است. RTD ها سنسورهای دما دقیق ساخته شده از فلزهای بسیار شفاف مانند پلاتنیوم، کوپر یا نیکل هستند که در یک سیم‌پیچ پیچیده شده‌اند و تغییرات مقاومت الکتریکی به عنوان یک تابع دما مشابه با ترمیستور است. همچنین RTD های فیلم نازک موجود هستند. این قطعات دارای یک فیلم نازک پلاتینیوم هستند که به یک بستر سرامیک سفید تجزیه شده است.
آشکارسازهای دما مقاومتی دارای ضرایب دما مثبت (PTC) هستند اما برخلاف ترمیستور خروجی آنها به شدت خطی است و اندازه‌های بسیار دقیق از دما را تولید می‌کند.
اگرچه، آنها دارای حساسیت گرمایی بسیار ضعیفی هستند به طوریکه یک تغییر در دما تنها یک تغییر خروجی بسیار کوچک برای مثال 1Ω/0C تولید می‌کند.
انواع بسیار رایج RTD ها از پلاتنیوم ساخته شده‌اند و گرماسنج مقاومت پلاتنیوم یا PRT خوانده می‌شوند با که رایج‌ترین آنها سنسور Pt100 است که دارای یک مقدار مقاومت استاندارد 100 اهم در دمای 0 درجه سانتیگراد است. عیب این است که پلاتینیوم گران است و یکی از معایب اصلی این نوع قطعه بهای آن است.
مانند ترمیستور، RTD ها قطعات مقاومتی غیر فعال هستند و با عبور یک جریان ثابت از سنسور دما به دست آوردن یک ولتاژ خروجی که به صورت خطی با دما افزایش می‌یابد، ممکن است. RTD نوعی دارای یک مقاومت پایه نزدیک 100Ω در 00C است، که تا نزدیک 140Ω در 1000C با یک محدوده دمای عملیاتی بین -200 تا +6000C افزایش می‌یابد.
از آنجا که RTD یک قطعه مقاومتی است، ما نیاز به گذراندن یک جریان از آنها و کنترل ولتاژ حاصل داریم. اگرچه، هر تغییری در مقاومت به دلیل گرمای خود سیم‌های مقاومت با عبور جریان از آن I2R (قانون اهم)، باعث یک خطا در خواندن می‌شود. برای جلوگیری از این، RTD معمولا یه یک شبکه پل وتسون که دارای سیم‌های اتصالی اضافی برای جبران سرب / یا اتصال به یک منبع جریان ثابت است، متصل می‌شود.
سنسورهای دما – ترموکوپل
ترموکوپل تاکنون نوع بسیار پرکاربرد تمام انواع سنسورهای دما است. ترموکوپل به دلیلی سادگی آن و راحتی در استفاده و سرعت در پاسخ به تغییرات در دما بیشتر به دلیل سایز کوچک خود، مشهور هستند. ترموکوپل ها همچنین دارای محدوده دمای وسیع‌تر از تمام سنسورهای دما از زیر -2000C تا بیشتر از -20000C هستند.
تروکوپل‌ها سنسورهای دما ترموالکتریکی هستند که شامل دو پیوند فلزی غیر متشابه مانند کوپر و کنستانتات هستند که به یکدیگر جوش یا خرد داده می‌شوند. یک اتصال در یک دمای ثابت که پیوند (سرما) مرجع نامیده می‌شوند، در حالی که دیگری پیوند (داغ) اندازه‌گیری است. هنگامی که دو پیوند در دماهای مختلف هستند، یک ولتاژ در دو سر پیوند که برای اندازه‌گیری سنسور دما به کار می‌رود، گسترده شده است، که در زیر نشان داده شده است.
ساختار ترموکوپل
اصل عملیاتی یک ترموکوپل بسیار ساده و پایه است. وقتی با یکدیگر دوب می‌شوند پیوند دو فلز نامتشابه مانند کوپر و کنسانتانت یک تاثیر “ترمو-الکتریکی” که یک اختلاف پتانسیل ثابت تنها چند میلی‌ولت (mV) بین آنها ارائه می‌دهد، تولید می‌کند. اختلاف ولتاژ بین دو پیوند “اثر Seebeck” نامیده می‌شود زیرا که یک گرادیانت دما در راستای سیم‌های حامل ایجاد شده که یک emf تولید می‌کند. سپس ولتاژ خروجی از یک ترموکوپل یک تابع تغییرات دما است.
اگر هردو پیوندها در دمای یکسان باشند اختلاف پتانسیل دو سر دو پیوند صفر است در بیان دیگر، هیچ ولتاژ خروجی نیست به طوریکه V1=V2 است. اگرچه، هنگامی که پیوندها درون یک مدار متصل می‌شوند و هر دو در دماهای مختلف هستند به طوریکه یک خروجی ولتاژ مربوط به اختلاف دمای بین دو پیوند آشکار خواهد شد و V1-V2 است. این اختلاف در ولتاژ با دما افزایش خواهد یافت تا زمانی که سطح ولتاژ اوج پیوندها به دست آید و این توسط مشخصات دو فلز نامتشابه استفاده شده تعیین شده است.
ترموکوپل‌ها می‌توانند از انواع مختلفی از مواد ایجاد شوند که امکان اندازه‌گیری دماهای شدید بین -200Cتا بیش از +20000C را می‌دهد. با چنن تنوع بزرگی از مواد و محدوده دما استانداردهای تشخیص داده شده داخلی به صورت کامل با کدهای رنگی ترموکوپل برای اجازه دادن به کاربر برای انتخاب سنسور ترموکوپل درست برای یک کاربرد خاص گسترش یافته است. کد رنگی انگلیسی برای ترموکوپل های استاندارد به صورت زیر است.
کدهای رنگی ترموکوپل
سه ماده متداول ترموکوپل که در بالا برای اندازه‌گیری دمای کلی مورد استفاده قرار می‌گیرد عبارتند از: آهن – کنستانتات (نوع J)، مس – کنستانتات (نوع T) و نیکل کروم (نوع K). برای یک تغییر دما 10 درجه سانتیگراد اختلاف ولتاژ خروجی از یک ترموکوپل بسیار کوچک تنها چند میلی‌ولت (mV) است و به دلیل این ولتاژ خروجی کوچک شکل‌هایی از تقویت به صورت کلی مورد نیاز است.
تقویت ترموکوپل
نوع تقویت‌کننده، هم گسسته یا در شکل یک تقویت‌کننده عملیاتی نیاز دارد تا به صورت دقیق انتخاب شود، برای اینکه پایداری رانش خوب برای ممانعت از تنظیم مجدد ترموکوپل در بازه‌های مکرر نیاز است. این چوپر و نوع ابزار دقیق تقویت‌کننده را برای اکثر کاربردهای سنجش دما برتر می‌کند.
انواع دیگر سنسور دما که در اینجا به آنها اشاره نشد شامل سنسورهای پیوندی نیمه رسانا، سنسورهای مادون قرمز و ارتعاشات گرمایی و گرماسنج‌های نوع پزشکی، نمایشگرها و جوهرهای تغییر رنگ یا دایس‌ها هستند.
در این آموزش درباره “انواع سنسور دما”، بر مثال‌های گوناگون سنسورها که می‌تواند برای اندازه‌گیری تغییرات در دما به کار روند پرداختیم. در آموزش بعدی بر سنسورهایی که برای اندازه‌گیری کمیت روشنایی به کار می‌روند مانند دیودهای نوری، ترانزیستورهای نوری سلول‌های نوری و مقاومت وابسته بر نور خواهیم پرداخت.
سنسور دما آنالوگ
ماژول سنسور دما آنالوگ KY-013 برای آردوینو ، دمای محیط را بر اساس مقاومت ترمیستور اندازه گیری می کند.
مشخصات فنی سنسور دما آنالوگ
ماژول سنسور دما آنالوگ KY-013 از ترمیستور NTC و مقاومت 10KΩتشکیل شده است. مقاومت ترمیستور با دمای اطراف آن متفاوت است، ما از معادله Steinhart-Hart برای استخراج دمای دقیق ترمیستور استفاده خواهیم کرد. مشخصات در جدول زیر آمده است:
نمودار بالا تغییرات مقاومت بر حسب دما را نشان می دهد که میتوان این نمودار را به صورت نمودار خطی مدل سازی کرد. با استفاده از نمودار میتوان ضریب دما (نسبت تغییر مقاومت به تغییر دما) را تعیین کرد. با دانستن مقاومت فعلی می توان دمای واقعی را تعیین کرد.
مقدار این مقاومت را می توان از طریق تقسیم ولتاژ، بین یک مقاومت شناخته شده و یک مقاومت ناشناخته (متغیر) مثل شکل زیر تعیین کرد. محاسبه کامل در مثال زیر آورده شده است.
پایه های سنسور دما آنالوگ
اتصال پایه های ماژول در برد Arduino و Raspberry Pi در جدول های زیر آورده شده است:
اتصال پایه های ماژول در برد Arduino و Raspberry Pi در جدول های زیر آورده شده است:
دیاگرام اتصالات سنسور دما
پایه های مختلف ماژول را مطابق جدول بالا و به صورت آنچه در تصویر زیر مشاهده می‌شود به برد آردوینو متصل کنید.
کدهای آردوینو مربوط به ماژول سنسور دما آنالوگ
برنامه نوشته شده در زیر ولتاژ واقعی را از NTC اندازه گیری می کند، دما را محاسبه می کند و نتیجه را برای خروجی سریال به درجه سانتیگراد تبدیل می کند.
int ThermistorPin = A5;
int Vo;
float R1 = 10000; // value of R1 on board
float logR2, R2, T;
float c1 = 0.001129148, c2 = 0.000234125, c3 = 0.0000000876741; //steinhart-hart coeficients for thermistor
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
Vo = analogRead(ThermistorPin);
R2 = R1 * (1023.0 / (float)Vo - 1.0); //calculate resistance on thermistor
logR2 = log(R2);
T = (1.0 / (c1 + c2*logR2 + c3*logR2*logR2*logR2)); // temperature in Kelvin
T = T - 273.15; //convert Kelvin to Celcius
// T = (T * 9.0)/ 5.0 + 32.0; //convert Celcius to Farenheit
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(T);
Serial.println(" C");
delay(500);
}
کدهای رزبری پای ماژول سنسور دما آنالوگ
# import needed modules
import math, signal, sys, os
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings(False)
# initialise variables
delayTime = 0.5 # in Sekunden
# assigning the ADS1x15 ADC
ADS1015 = 0x00 # 12-bit ADC
ADS1115 = 0x01 # 16-bit
# choosing the amplifing gain
gain = 4096 # +/- 4.096V
# gain = 2048 # +/- 2.048V
# gain = 1024 # +/- 1.024V
# gain = 512 # +/- 0.512V
# gain = 256 # +/- 0.256V
# choosing the sampling rate
# sps = 8 # 8 Samples per second
# sps = 16 # 16 Samples per second
# sps = 32 # 32 Samples per second
sps = 64 # 64 Samples per second
# sps = 128 # 128 Samples per second
# sps = 250 # 250 Samples per second
# sps = 475 # 475 Samples per second
# sps = 860 # 860 Samples per second
# assigning the ADC-Channel (1-4)
adc_channel_0 = 0 # Channel 0
adc_channel_1 = 1 # Channel 1
adc_channel_2 = 2 # Channel 2
adc_channel_3 = 3 # Channel 3
# initialise ADC (ADS1115)
adc = ADS1x15(ic=ADS1115)
# temperature calculation function
def calcTemp(voltage):
temperature = math.log((10000/voltage)*(3300-voltage))
temperature = 1 / (0.001129148 + (0.000234125 + (0.0000000876741 * temperature * temperature)) * temperature);
temperature = temperature - 273.15;
return temperature
# Main Loop
# ########
# Reading the values from the input pins and print to console
try:
while True:
#read voltage-value and calculate temperature
temp0 = round(calcTemp(adc.readADCSingleEnded(adc_channel_0, gain, sps)), 2)
temp1 = round(calcTemp(adc.readADCSingleEnded(adc_channel_1, gain, sps)), 2)
temp2 = round(calcTemp(adc.readADCSingleEnded(adc_channel_2, gain, sps)), 2)
temp3 = round(calcTemp(adc.readADCSingleEnded(adc_channel_3, gain, sps)), 2)
# print to console
print "Channel 0:", temp0, "C"
print "Channel 1:", temp1, "C"
print "Channel 2:", temp2, "C"
print "Channel 3:", temp3, "C"
print "---------------------------------------"
sleep(delayTime)
except KeyboardInterrupt:
GPIO.cleanup()در این مقاله قصد داریم تا شما علاقه‌مندان به الکترونیک را با سنسور رطوبت و اصول، کاربرد، پارامترها و کاربردهای آن آشنا سازیم. گاهی اوقات پس از بارش باران، هوا مرطوب می‌شود و به نظر می‌رسد که آب در هوا معلق مانده است. با این حال و در این حالت خاص، شما روی چند دکمه کلیک می‌کنید و محیط روشن می‌شود. چطور و چرا این اتفاق می‌افتد؟ رطوبت در هوا شکل گرفته است. با این حال، حسگر رطوبت در مدار جریان متناوب شما (AC) آن را بالا می‌برد و برای شما تمیز می‌کند. فوق‌العاده نیست؟ بیایید نگاهی به این بیندازیم که چطور این کار را انجام می‌دهد.
سنسور رطوبت
سنسور رطوبت (یا رطوبت‌سنج) رطوبت و دمای هوا را اندازه‌گیری و گزارش می‌کند. نسبت رطوبت هوا به بیشترین میزان رطوبت در دمای هوا را رطوبت نسبی می‌نامند.
انواع سنسور رطوبت هوا
سنسورهای رطوبت با تشخیص تغییراتی که جریان الکتریکی یا دما را تغییر می‌دهند کار می‌کنند. سه نوع اساسی سنسور رطوبت وجود دارد:
- خازنی
- مقاومتی
- حرارتی
هر سه نوع سنسور برای محاسبه رطوبت هوا تغییرات جزئی در جو را کنترل می‌کنند. بگذارید با جزئیات درباره این انواع بحث کنیم:
سنسور رطوبت خازنی
یک سنسور رطوبت خازنی با قرار دادن یک نوار نازک از اکسید فلز بین دو الکترود، رطوبت نسبی را اندازه‌گیری می‌کند. ظرفیت الکتریکی اکسید فلز با رطوبت نسبی جو تغییر می‌کند. آب و هوا، تجارت و صنایع عمده‌ترین زمینه‌های کاربرد هستند.
حسگرهای نوع خازنی، خطی هستند و می‌توانند رطوبت نسبی را از ۰ تا ۱۰۰ درصد اندازه‌گیری کنند. در این مدل، یک مدار پیچیده و تنظیمات منظم وجود دارد. با این حال، برای طراحان این دردسر کم‌تری نسبت به اندازه‌گیری دقیق می‌باشد و از این رو این امر بر اندازه‌گیری‌های جو و فرآیند تسلط دارد. اینها تنها انواع رطوبت نسبی هستند که دستگاه‌های اندازه‌گیری رطوبت نسبی را تا ۰ % اندازه‌گیری می‌کنند. این اثر پایین دما، اغلب منجر به استفاده از آنها بر روی درجه‌حرارت گسترده بدون جبران حرارتی فعال می‌شود.
سنسورهای رطوبت مقاومتی
سنسورهای رطوبت مقاومتی از یون‌ها در نمک‌ها برای اندازه‌گیری امپدانس الکتریکی اتم‌ها استفاده می‌کنند. با تغییر رطوبت، مقاومت الکترودها در دو طرف محیط نمک نیز تغییر می‌کند.
حسگر حرارتی
دو حسگر حرارتی، برق را بر اساس رطوبت هوای اطراف هدایت می‌کنند. یک سنسور در نیتروژن خشک قرار دارد در حالی که سنسور دیگر هوای محیط را اندازه‌گیری می‌کند. تفاوت این دو، رطوبت را اندازه‌گیری می‌کند.
سنسور تشخیص رطوبت
برخی از پارامترها برای بررسی سنسور رطوبت
پس زمانی که شما می‌دانید آن چیست و چگونه کار می‌کند، گام بعدی احتمالا بررسی کار آن خواهد بود. شما چطور این کار را می‌کنید؟ با کار کردن از طریق برخی از پارامترهای ذکر شده زیر…
دقت
هر سنسور بر اساس سیستم 9 نقطه‌ای، منحنی کالیبراسیون مخصوص به خود را دارد. در اصل نکات مثبت را در برابر نقاط ضعف سنسور خاص قرار می‌دهد.
خطی بودن
خطی بودن نشان‌دهنده انحراف ولتاژ از مقدار BFSL و مقدار ولتاژ خروجی اندازه‌گیری شده، تبدیل شده به رطوبت نسبی است.
قابلیت اطمینان
اندازه‌گیری‌ها اغلب باعث می‌شوند سنسور از همگام‌سازی خارج شود. اما برای اینکه یک سنسور مفید باشد، باید اندازه‌گیری‌های قابل اعتمادی را ارائه دهد.
تکرارپذیری
اندازه‌گیری‌ها از یک حسگر باید انجام شود تا از هم جدا و دور نشوند. تکرار پذیری اندازه‌گیری رانش در میان اندازه‌گیری‌های یک مقدار واحد است.
زمان پاسخ سنسور رطوبت
به طور معمول، زمان افزایش سنسور تا 66٪ (زمان افزایش) یا سقوط تا 33٪ (زمان سقوط) حداکثر ولتاژ خروجی گرفته می‌شود که به عنوان زمان پاسخ شناخته می‌شود.
کاربردهای سنسورهای رطوبت
کاربردهای سنسور رطوبت بسیار گسترده است. افراد مبتلا به بیماری‌های تحت تأثیر رطوبت، نظارت و اقدامات پیشگیرانه در خانه‌ها از سنسورهای رطوبت استفاده می‌کنند. همچنین یک حسگر رطوبت به عنوان بخشی از سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه هوا در خانه (سیستم‌های HVAC) یافت می‌شود. این سنسورها همچنین در ادارات، اتومبیل‌ها، رطوبت‌سازها، موزه‌ها، فضاهای صنعتی و گلخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و همچنین در ایستگاه‌های هواشناسی برای گزارش و پیش‌بینی هوا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پروژه های طراحی شده با سنسور رطوبت
شاخص رطوبت با سنسور رطوبت
در اینجا یک نشانگر و کنترل‌کننده رطوبت ساده ارائه شده است. در صنایعی مانند منسوجات، تغییر در رطوبت تأثیر مستقیمی بر خصوصیات پارچه مانند استحکام کششی، کشش، قطر الیاف و اصطکاک دارد. پنبه و پارچه به رطوبت نسبی بالا (RH) در حدود 70-80 درصد نیاز دارند زیرا بسیار شکننده هستند. پشم به سطح RH در حدود 65 درصد نیاز دارد. در حالی که ابریشم بین 65 تا 70 درصد نیاز دارد. با استفاده از این مدار می‌توانید سطح رطوبت بین 30 تا 90 درصد RH را کنترل کنید.
نشانگر دما و رطوبت یخچال
دستگاهی کوچک و مکنده، دما و رطوبت را از داخل یخچال جمع می‌کند و از طریق اتصال RF به یک واحد گیرنده نزدیک انتقال می‌یابد. واحد گیرنده کد دریافت شده را بررسی می‌کند، دستگاه مایع مناسب را شناسایی می‌کند و دما و رطوبت زنده را نمایش می‌دهد. شاید شما بگوئید چرا به آن احتیاج داریم؟ ما می‌توانیم دما و رطوبت داخل یخچال را با استفاده از یک نشانگر رطوبت دما – طبیعی اندازه‌گیری کنیم اما رطوبت نسبی در این حالت نادرست است.
نظارت بر رطوبت و دما با استفاده از Arduino با IoT
در این پروژه، اطلاعات رطوبت و دما از سنسور DHT-11 با استفاده از ماژول Wi-Fi Arduino MCU و ESP8266 بر روی پلتفرم ThingSpeak مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.
