5.7. Датчики влажности

Современные методы измерения влажности твердых тел, жидкостей и газов разделяются на прямые и косвенные. Прямые методы измерения влажности предполагают непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу, а затем их взвешивание и подсчет влажности.

Косвенные методы позволяют определить влажность по вспомогательным физическим величинам, имеющим тесную количественную связь с влажностью материала.

К косвенным методам относятся электрические методы и метод замера теплопроводности, зависящей от влагосодержания контролируемой среды.

Хотя косвенные методы менее точны, чем прямые, они получили широкое распространение, так как отличаются быстродействием и позволяют производить авто­матический дистанционный контроль и регулирование влажности.

Датчики влажности по принципу действия разделяются на две большие группы в зависимости от измеряемой электрической характеристики вещества: электрофизические и электропараметрические.

К группе электрофизических датчиков относятся: радиационные датчики, работа которых основана на из­мерении степени поглощения влагой инфракрасных излу­чений," электромагнитных колебаний высокой частоты, γ-лучей и нейтронных излучений; магнитоядерные резонансные, работающие на принципе поглощения радиочастотного магнитного поля ядрами атомов водорода влаги.

К электропараметрическим датчикам относятся: кондуктометрические, которыми определяют влажность по результатам измерения электрической проводимости; высокочастотные, при помощи которых определяют влажность по величине диэлектрической проницаемости или тангенса угла диэлектрических потерь, и гигрометрические, позволяющие оценить влажность среды по изменениям электрических или механических характеристик, вспомогательного гигроскопического вещества.

Кондуктометрические и высокочастотные датчики состоят из электродов, выполненных в виде цилиндрического или плоского воздушного конденсатора. Между обкладками конденсатора помещают материал, влажность которого необходимо измерить. Если при изменении влажности активная электропроводимость среды меняется больше, чем емкостная, то предпочтение отдается измерению активной проводимости.

На рисунке показана принципиальная схема полупроводникового электропсихрометра. В два плеча неравновесного моста включены два одинаковых полупроводниковых терморезистора, помещенные в гигроскопичные керамические трубки. Одна трубка смачивается водой, а вторая находится в воздухе. Таким образом, терморезисторR_cнаходится в сухой трубке и его температура равна температуре воздуха. Сопротивление второго терморезистораR_м, трубка которого смачивается водой, зависит от испарения влаги и будет всегда выше, чем сопротивление сухого терморезистора, так как процесс испарения сопровождается

понижением температуры.

Рис 5.18 Принципиальная

схема электрического

психрометра.

Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее происходит испарение воды с поверхности мокрой трубки и тем больше будет соотношение между R_киR_cи, следовательно, выше в прибореПвыходной сигнал, по величине пропорциональный влажности окружающей среды.

Для измерения влажности газов широко используются гигрометрические дилатометрические датчики, у которых линейные размеры воспринимающего элемента зависят от влажности. Воспринимающим элемен­том может быть человеческий обезжиренный волос или пленка толщиной 5 — 30 микрон, изготовленная из обо­лочки кишок крупного рогатого скота. При изменении относительной влажности воздуха от 0 до 100% происходит удлинение волоса на 2 — 2,5%, а животной пленки — на 4 — 5%. Это удлинение передается через рычажный механизм указательной стрелке, отклонение которой, та­ким образом, будет пропорционально влажности.

В гигрометрических датчиках влажности газов исполь­зуются полупроводниковые гигрорезисторы. Гигрорезисторы изготовляются в виде тонких пленок из полупроводниковых материалов, сопротивление которых резко падает при увеличении влажности. Недостатками гигрорезисторов являются большая инерционность, наличие гистерезиса и влияние температуры окружающей среды. Последний недостаток устраняется введением в схему элементов температурной компенсации.