رطوبت سنج
رطوبت سنج چیست و انواع آن کدام است؟
سنسورهای رطوبت که رطوبت سنج نیز نامیده می شوند دستگاه هایی هستند که میزان بخار آب یا رطوبت موجود در هوا را تشخیص داده و اندازه گیری می کنند که نه نتها می توانند باعث راحتی زندگی انسان ها و حیوانات شوند بلکه نقش مهمی درتولید محصولات و سایر فرآیندهای تولید دارند.
توانایی تشخیص و اندازه گیری میزان رطوبت از آن جهت حائز اهمیت است که بتوان آن را کنترل کرد به عنوان مثال در تابستان ها با روشن کردن دستگاه های تهویه هوا و در زمستان ها با دستگاه بخور می توان میزان آن را کنترل کرد. در تست ابزار سعی شده تا انواع هیدرومتر ها و هیدروترمومترهای پرتابل و رومیزی ، ترموگراف های دما و رطوبت و …برای برآورده سازی تمامی نیازهای مشتریان عرضه گردد. این نکته نیز قابل ذکر است که دستگاه های رطوبت سنج امروزی به همراه انواع سنسور های دماسنج عرضه میگردند زیرا که دما و رطوبت محیطی دو عامل وابسته به یکدیگر و تاثیر گذار در کیفیت هوای محیط های داخلی و خارجی است.
در نوشته زیر سعی شده است که به سوالات زیر پاسخ داده شود:
- رطوبت سنج یا سنسورهای رطوبت چه هستند؟
- انواع مختلف رطوبت سنج یا سنسورهای رطوبت
- نحوه کار و عملکرد رطوبت سنج
- موارد کاربرد رطوبت سنج
رطوبت چیست و چگونه اندازه گیری می شود؟!
رطوبت به میزان رطوبت موجود در هوا اطلاق می شود. بارها پیش آمده که ما از اصطلاح گرفته یا خفه برای توصیف هوا استفاده کرده ایم که در این وضعیت ما احساس ناراحتی و نارضایتی می کنیم، علت این ناراحتی سطح بسیار زیاد رطوبت موجود در هوا است. انسان ها معمولاً به دنبال یک سطح متوسط رطوبت هستند، وجود رطوبت بیش از حد، عملکرد مکانیزم خنک کننده طبیعی بدن را مختل یا سخت تر می کند و باعث ایجاد نارضایتی و ناراحتی می شود.
در زیر چند اصطلاح کلی که برای توصیف و اندازه گیری سطح رطوبت استفاده می شود آورده شده است:
- رطوبت مطلق
- رطوبت نسبی
- نقطه شبنم
رطوبت مطلق Absolute Humidity
به مقدار رطوبت هوا بدون توجه به دما گفته می شود. واحد اندازه گیری آن جرم در واحد حجم یا گرم بر متر مکعب است.
هوا مخلوطی از گازهایی است که توانایی نگه داشتن بخار آب را دارد و تابعی از دمای آن است. هر چه هوا گرم تر باشد قادر است بخار آب بیشتری در خود نگه دارد. در دمای 30 درجه سانتی گراد ( 86 درجه فارنهایت ) حداکثر رطوبت مطلق در حدود 30 گرم بر متر مکعب است. این مقدار در دمای صفر درجه سانتی گراد ( 32 درجه فارنهایت ) به 5 گرم بر متر مکعب کاهش می یابد.
رطوبت مطلق بالاتر به معنای وجود بخار آب بیشتر در واحد حجم و رطوبت مطلق پایین تر به معنای وجود بخار آب کمتری در واحد حجم است.
رطوبت نسبی Relative Humidity
اصطلاحی است که اکثر مردم از طریق هواشناسان و اخبار آب و هوا با آن آشنایی دارند. رطوبت نسبی به صورت درصد بیان می شود و به نسبت مقدار فعلی رطوبت مطلق به حداکثر رطوبت مطلق هوا برای دمایی مشخص گفته می شود. بنابراین مقدار آن در دماها و فشارهای مختلف متفاوت خواهد بود.
نقطه شبنم
نقطه شبنم در شرایط فشار نسبی با کاهش دما برای رسیدن به 100% رطوبت نسبی یا اشباع کامل حاصل می شود. در صورتی که دما بیش از اندازه سرد شود منجر به خارج شدن بخار موجود در جو شده که خود را به صورت مه یا باران نشان می دهد.
هر چه نقطه شبنم بالاتر باشد بخار آب بیشتری در هوا وجود دارد به همین ترتیب هوا گرفته تر خواهد بود.
رطوبت سنج ها در بسیاری از سیستم ها و برنامه ها نقش اساسی دارند تا با اندازه گیری میزان رطوبت کمک کنند و در صورت لزوم سطح رطوبت کنترل یا تغییر یابد.
سه نوع اصلی از انواع رطوبت سنج یا سنسور رطوبت وجود دارد که در زیر به آن ها اشاره شد است. عملکرد این دستگاه ها به گونه ایی است که با تشخیص رطوبت و ارسال سیگنال الکتریکی میزان رطوبت موجود در هوا را اندازه گیری کرده و مقدار آن را نمایش می دهند.
- رطوبت سنج خازنی
- رطوبت سنج مقاومتی
- رطوبت سنج هدایت حرارتی
دو مورد اول برای اندازه گیری رطوبت نسبی طراحی شده اند و آخرین مورد برای اندازه گیری و تشخیص رطوبت مطلق مورد استفاده قرار می گیرد. سنسورهای رطوبت نسبی معمولاً دارای یک ترمیستور برای اندازه گیری دما نیز هستند.
رطوبت سنج خازنی
رطوبت سنج خازنی همانطور که از نام آن ها مشخص است از یک خازن برای اندازه گیری میزان رطوبت هوا استفاده می کند. این نوع رطوبت سنج از دولایه الکترود تشکیل شده که بین آن ها ماده دی الکتریک قرار گرفته است. جنس ماده دی الکتریک به گونه ایی است که توانایی جذب رطوبت را دارد. رایج ترین دی الکتریک استفاده شده در این نوع رطوبت سنج ها فیلم های پلیمری هستند که میزان دی الکتریک( ثابت دی الکتریک ) آن در حدود 2 تا 15 است.
در صورت عدم وجود رطوبت، ظرفیت خازنی ( توانایی ذخیره بار الکتریکی ) توسط هندسه خازنی و گذردهی ( ثابت دی الکتریک ) ماده دی الکتریک تعیین می شود.
ثابت دی الکتریک بخار آب در دمای طبیعی اتاق در حدود 80 است این مقدار بسیار بیشتر از ثابت دی الکتریک بین دو الکترود است. ماده دی الکتریک با جذب بخار آب هوای اطراف باعث افزایش ثابت دی الکتریک می شود که در نتیجه باعث افزایش ظرفیت خازنی رطوبت سنج می شود.
بین رطوبت نسبی موجود در هوا، میزان رطوبت موجود در ماده ی دی الکتریک و ظرفیت خازنی رطوبت سنج رابطه مستقیمی وجود دارد. تغییر در ثابت دی الکتریک مستقیماً با مقدار رطوبت نسبی متناسب است. با اندازه گیری تغییرات در ظرفیت خازنی ( یا ثابت دی الکتریک ) می توان سطح رطوبت نسبی را تعیین کرد.
رطوبت سنج علاوه بر سنسور شامل پراب، کابل و بخش الکتریکی می باشد. بخش الکتریکی یا مدار سیگنالینگ وظیفه دارد تا سیگنال را از سنسور گرفته و در خروجی به صورت مورد نظر کاربر نمایش دهد.
ویژگی ها رطوبت سنج خازنی
- رطوبت سنج های خازنی با گذشت زمان قرائت پایداری را ایجاد می کنند.
- قادر به اندازه گیری رنج وسیعی از رطوبت نسبی هستند.
- تغییرات آن به صورت نسبتاً خطی بود.
- یکی از محدودیت هایی که این نوع رطوبت سنج ها دارند این است که برای مسافت های طولانی مناسب نیستند.
رطوبت سنج مقاومتی
رطوبت سنج مقاومتی گاهی اوقات به عنوان سنسور هدایت الکتریکی نیز شناخته می شوند. در این نوع رطوبت سنج از تغییر مقدار اندازه گیری شده بین دو الکترود برای تعیین مقدار رطوبت نسبی استفاده می شود.
این دستگاه شامل یک لایه رسانا به شکل یک فیلم پلیمری حساس به رطوبت است که بر روی یک بستر قرار گرفته است. این فیلم رسانا مجموعه ایی از الکترودهای شانه مانند است که معمولاً از فلزهای نجیب مانند طلا، نقره و پلاتین برای ساخت بستر آن استفاده می شود و به منظور افزایش سطح تماس بین الکترودها و ماده ی رسانا به صورت یک الگوی متخلخل ساخته می شود.
مقاومت ماده ی رسانا با مقدار رطوبت جذب شده رابطه ی عکس دارد. با جذب بیشتر بخار آب رسانایی ماده رسانا افزایش یافته در نتیجه مقاومت آن کاهش پیدا می کند.
ویژگی های رطوبت سنج مقاومتی
- رطوبت سنج مقاومتی دستگاه های کم هزینه ای هستند اما کمتر مورد توجه قرار گرفته شده اند.
- به راحتی قابل تعویض هستند.
- برخلاف رطوبت سنج های خازنی از این نوع رطوبت سنج ها می توان در برنامه های نظارت بر راه دور استفاده کرد.
رطوبت سنج های هدایت حرارتی
برای اندازه گیری رطوبت مطلق از این نوع رطوبت سنج ها استفاده می شود. این نوع رطوبت سنج ها با محاسبه اختلاف هدایت حرارتی هوای خشک در مقابل هوای مرطوب این کار را انجام می دهند.
دو ترمیستور NTC توسط دو سیم نازک به سنسورهای این نوع رطوبت سنج متصل اند. یکی از ترمیستورها در محفظه ایی قرار دارد که از طریق تعدادی سوراخ ایجاد شده بر روی آن در معرض هوا قرار می گیرد. ترمیستور دوم در یک محفظه کاملاً بسته و در معرض هیدوژن خشک قرار گرفته است. یک مدار پل الکتریکی جریان را به ترمیستورها منتقل می کند که شروع به گرم شدن خود می کنند از آن جایی که یکی از ترمیستورها در معرض رطوبت هوا قرار دارد رسانایی متفاوتی خواهد داشت. با اندازه گیری تفاوت مقاومت دو ترمیستور میزان رطوبت مطلق محاسبه می شود.
ویژگی های رطوبت سنج هدایت حرارتی
- این نوع رطوبت سنج ها برای محیط هایی با درجه حرارت و خورندگی بالا مناسب هستند.
- از دوام بیشتری برخوردار بوده.
- دقت بالاتری نسبت به سایر رطوبت سنج های دیگر دارد.
کاربرد رطوبت سنج
رطوبت سنج ها در بسیاری از کاربردهای صنعتی، تجاری و مصرفی مورد استفاده قرار می گیرند. در زیر به تعدادی از کاربردهای آن ها اشاره می کنیم:
- در سیستم های تهویه هوا HVAC: رطوبت سنج ها با حفظ شرایط آب و هوایی و در بهینه سازی انرژی بسیار مهم هستند.
- در کاربردهای پزشکی از جمله دستگاه های انکیباتور و امکانات مراقبت های ویژه نوزادان از رطوبت سنج ها استفاده می شود.
- در ایستگاه های هواشناسی برای پیش بینی وضعیت آب و هوا و پیش بینی شرایط محیطی
- در صنعت خودرو برای تهویه هوای داخل خودرو و جلوگیری از بخار گرفتگی شیشه جلو و عقب خودرو در زمستان ها
- در پروسه تولید مواد غذایی به خصوص مواد غذایی نیمه آماده
- در ساخت و تولید مدارهای مجتمع
