Саморобний датчик вологості повітря із резистора. Пізнавальні експерименти з транзисторами. Найцікавіші ролики на Youtube

Датчики температури (термодатчики) для теплиці

В якості перетворювачів температури електричний сигнал використовуються різні термодатчики - терморезистори, термотранзистори і т. д. Опір цих датчиків пропорційно (прямо або назад) температурі навколишнього середовища.

Для самостійного виготовленняТермодатчик можна використовувати негативну властивість транзисторів - відхід їх параметрів від температури. У транзисторах ранніх випусків цей відхід був настільки великий, що транзисторний радіоприймач, що залишився на сонці, починав видавати спотворений звук, а через деякий час або замовк взагалі, або просто хрипів.

Це відбувалося тому, що нагрівшись, транзистори починали пропускати значно більший струм, робочі точки транзисторів зміщувалися і радіоприймач переставав працювати.

Цю властивість транзисторів з успіхом можна використовувати при виготовленні своїми руками термодатчиків для теплиціі не лише їх. І чим більший відхід параметрів транзистора від температури, тим більш чутливим вийде датчик. Для термодатчиків підійдуть транзистори ранніх випусків – МП15А, МП16Б, МП20Б, МП41А, МП42Б, МП25А.Б. МП26А.Б, МП416Б, ГТ308Б, П423, П401-403.

При використанні їх як датчиків не потрібно будь-якої доробки і перетворення температури в електричний сигнал забезпечується певним включенням транзистора в електронну схему. Щоб отримати уявлення про роботу транзистора як термодатчик, проведемо невеликий експеримент.

Зберемо схему своїми руками за рис. З.а (цоколівка більшості перерахованих транзисторів показана на рис. 3,б) і підключимо до джерела живлення. Якщо під рукою не виявиться мережне джерело живлення, можна використовувати батарею «Крона» або дві послідовно включені батареї від кишенькового ліхтаря. Вольтметром контролюватимемо напругу на резисторі 5,1 кОм.

Зазначимо величину напруги під час підключення до схеми джерела живлення. Підігріємо корпус транзистора паяльником не торкаючись його - напруга на резистори починає зростати. Відведемо паяльник убік – через деякий час стрілка вольтметра повернеться на колишнє місце. Якщо постійний резистор 5,1 ком замінити на змінний, отримаємо можливість змінювати рівень напруги на рухомому контакті при заданій температурі середовища у теплиці.

Але перший експеримент показує, що зміна напруги на резисторі 5,1 ком мало, а транзистор доводиться сильно нагрівати. Якщо збільшити цю зміну напруги при невеликому нагріванні транзистора, то в принципі вирішується завдання включення відповідного навантаження.

Збільшити цю зміну напруги можна, якщо зібрати схему за рис. 4,а (на рис. 4,б показана цоколівка підсилювального транзистора). Резистор 5,1 ком замінимо на 4,7 ком, оскільки частина струму буде відгалужуватися в базу транзистора підсилювального каскаду.

Обертанням движка потенціометра 4,7 ком необхідно домогтися максимальної напруги на колекторі транзистора КТ315. Знову підігріємо транзистор МП25Б - напруга на колекторі впаде майже до нуля і досить швидко, причому при меншому нагріванні термодатчика. Приберемо паяльник – напруга так само швидко відновиться.

З цих нехитрих експериментів можна зробити такі висновки.

1. При нагріванні транзистора МП25Б струм через нього змінюється - це реєструє вольтметр як зміни напруги на резисторі, включеному послідовно з транзистором МП25Б. Отже, цей транзистор може бути використаний як термодатчик при підвищенні температури навколишнього середовища.
2. Щоб отримати командний сигнал, тобто велика зміна напруги за короткий проміжок часу при малому нагріві (при малій зміні температури навколишнього середовища), необхідний підсилювач, керований термодатчиком.

З цих висновків випливає, що на основі транзистора МП25Б, що використовується як термодатчик, і підсилювача напруги з великим коефіцієнтом посилення, можна створити електронний термометр для контролю та регулювання температури всередині теплиціпри її підвищенні. Простіше кажучи, така схема може вчасно включити вентилятор і провітрити теплицю, оранжерею або замкнутий об'єм, де встановлена гідропонна установка- Засклений балкон або лоджія.

А що робити, якщо температура середовища знизиться і потрібно включати не вентилятор, а калорифер, щоб підняти температуру?

Поміняємо місцями термодатчик і змінний резистор і послідовно з ним включимо ще один на 36 кОм (рис. 5). За допомогою двигуна потенціометра досягнемо максимальної напруги на колекторі транзистора KT315.

Наллємо в чашку трохи холодної води, кинемо шматочки колотого льоду і опустимо у воду термометр і транзистор МП25Б так, щоб вода не торкалася висновків транзистора. Через 1...2 хв корпус транзистора охолоне і вольтметр покаже швидкий спад напруги майже нуля.

Дістанемо шматочки льоду з чашки та доллємо теплої води до колишнього рівня. Через деякий час температура води та корпусу транзистора відновиться і вольтметр відмітить швидкий рістнапруги до початкового рівня. Схема повернулася у вихідне становище.

З цих дослідів випливає: при охолодженні транзистора МП25Б струм через нього також змінюється, але в зворотний бікі при зміні місця підключення транзистора МП25Б у колишній схемі його можна використовувати як термодатчикапри зниженні температури.

І тут напрошується основний висновок: на основі транзистора МП25Б, що використовується як термодатчикаі підсилювача з великим коефіцієнтом посилення, можна створити електронний термометр для контролю та регулювання температури в теплиціпри її зниженні. Ця схема вчасно включить калорифер чи систему обігріву ґрунту.

Підсилювач з великим коефіцієнтом посилення необхідний включення навантажень при найменшому зміні температури (0,5...2 °С). Датчики повітряних термометрів є власне транзистори зазначених вище типів. Необхідно відзначити, що чим вищий статичний коефіцієнт передачі струму транзистора (коефіцієнт посилення), тим чутливіше датчик.

Датчик температури ґрунту- такий самий транзистор, поміщений у скляну пробірку і залитий епоксидним клеєм до середини висновків, до яких припаяні проводи, що відводять. Місця пайок та висновки необхідно закрити відрізками вінілових трубочок, щільно насунувши їх до упору корпус транзистора. Провіди пропускаються через гумову шайбу (можна використовувати гумові клапани від кранбукс), яка щільно вставляється в горло пробірки. Датчик готовий.

Прилад, яким вимірюють рівень вологості, називається гігрометром або просто датчиком вологості. У повсякденному життівологість виступає важливим параметром, і часто не тільки для звичайного життя, але і для різної техніки, і для сільського господарства (вологість грунту) і багато для чого ще.

Зокрема від ступеня вологості повітря чимало залежить наше самопочуття. Особливо чутливими до вологості є метеозалежні люди, а також люди, які страждають на гіпертонічну хворобу, бронхіальну астму, захворювання серцево-судинної системи.

При високій сухості повітря навіть здорові людивідчувають дискомфорт, сонливість, свербіж та подразнення шкірних покривів. Часто сухе повітря може спровокувати захворювання дихальної системи, починаючи з ГРЗ та ГРВІ, і закінчуючи навіть пневмонією.

На підприємствах вологість повітря здатна впливати на збереження продукції та обладнання, а в сільському господарствіоднозначно вплив вологості ґрунту на родючість і т. д. Тут і рятує застосування датчиків вологості - гігрометрів.

Якісь технічні прилади спочатку калібруються під строго необхідну важливість, і іноді щоб провести точне налаштування приладу, важливо мати точне значення вологості в навколишньому середовищі.

Вологістьможе вимірюватися кількома з можливих величин:

Для визначення вологості повітря, так і інших газів, вимірювання проводяться в грамах на кубометр, коли мова про абсолютне значення вологості, або в одиницях RH, коли мова про вологість відносної.

Для вимірювання вологості твердих тілабо в рідинах підходять виміри у відсотках від маси досліджуваних зразків.

Для визначення вологості рідин, що погано змішуються, одиницями вимірювання будуть служити ppm (скільки частин води припадає на 1000000 частин ваги зразка).

За принципом дії, гігрометри поділяються на:

ємнісні;

резистивні;

термісторні;

оптичні;

електронні.

Ємнісні гігрометри, у найпростішому випадку, являють собою конденсатори з повітрям як діелектрик у зазорі. Відомо, що повітря діелектрична проникність безпосередньо пов'язана з вологістю, а зміни вологості діелектрика приводять і до змін в ємності повітряного конденсатора.

Більш складний варіант ємнісного датчика вологості в повітряному зазорі містить діелектрик з діелектричною проникністю, що може сильно змінюватися під впливом на нього вологості. Даний підхід робить якість датчика кращим, ніж просто з повітрям між обкладками конденсатора.

Другий варіант добре підходить для проведення вимірювань щодо вмісту води у твердих речовинах. Досліджуваний об'єкт розміщується між обкладками такого конденсатора, наприклад об'єктом може бути таблетка, а сам конденсатор приєднується до коливальному контуруі до електронного генератора, при цьому вимірюється власна частота отриманого контуру, і за виміряною частотою обчислюється ємність, отримана при внесенні досліджуваного зразка.

Безумовно, даний методмає і деякі недоліки, наприклад при вологості зразка нижче 0.5% він буде неточним, крім того, вимірюваний зразок повинен бути очищений від частинок, що мають високу діелектричну проникність, до того ж важлива і форма зразка в процесі вимірювань, вона не повинна змінюватися в ході дослідження .

Третій тип ємнісного датчика вологості - це ємнісний тонкоплівковий гігрометр. Він включає в себе підкладку, на яку нанесені два гребінчасті електроди. Гребінчасті електроди грають у разі роль обкладок. З метою термокомпенсації в датчик додатково вводять ще й два термодатчики.

Такий датчик включає два електроди, які нанесені на підкладку, а поверх на самі електроди нанесений шар матеріалу, який відрізняється досить малим опором, що сильно, однак, змінюється в залежності від вологості.

Придатним матеріалом у пристрої може бути оксид алюмінію. Даний оксид добре поглинає із довкілля воду, при цьому питомий опір його помітно змінюється. В результаті загальний опір ланцюга вимірювання такого датчика значно залежатиме від вологості. Так, про рівень вологості буде свідчити величина струму, що протікає. Гідність датчиків такого типу - мала їх ціна.

Термісторний гігрометр складається з кількох однакових термісторів. До речі нагадаємо, що — це нелінійний електронний компонент, опір якого залежить від його температури.

Один із включених у схему термісторів розміщують у герметичній камері із сухим повітрям. А інший - у камері з отворами, крізь які до неї надходить повітря з характерною вологістю, значення якої потрібно виміряти. Термістори з'єднують за бруківкою, на одну з діагоналей моста подається напруга, а з іншого діагоналі зчитують показання.

У разі коли напруга на вихідних клемах дорівнює нулю, температури обох компонентів рівні, отже однакова і вологість. У разі, коли на виході буде отримано не нульову напругу, це свідчить про наявність різниці вологостей в камерах. Так, за значенням одержаного при вимірах напруги визначають вологість.

У недосвідченого дослідника може виникнути справедливе питання, чому температура термістора змінюється при його взаємодії з вологим повітрям? А справа все в тому, що при збільшенні вологості, з корпусу термістора починає випаровуватися вода, при цьому температура корпусу зменшується, і чим вище вологість, тим інтенсивніше відбувається випаровування, і тим швидше остигає термістор.

4) Оптичний (конденсаційний) датчик вологості

Цей вид датчиків найточніший. В основі роботи оптичного датчика вологості - явище пов'язане з поняттям "точка роси". У момент досягнення температурою точки роси, газоподібна та рідка фази – за умови термодинамічної рівноваги.

Так, якщо взяти скло, і встановить у газоподібному середовищі, де температура в момент дослідження вища за точку роси, а потім почати процес охолодження даного скла, то при конкретному значенні температури на поверхні скла почне утворюватися водяний конденсат, це водяна пара стане переходити в рідку фазу . Ця температура і буде якраз точкою роси.

Так ось, температура точки роси нерозривно пов'язана і залежить від таких параметрів як вологість та тиск у навколишньому середовищі. В результаті, маючи можливість вимірювання тиску та температури точки роси, вдасться легко визначити і вологість. Цей принцип є основою функціонування оптичних датчиків вологості.

Найпростіша схема такого датчика складається із світлодіода, що світить на дзеркальну поверхню. Дзеркало відображає світло, змінюючи його напрямок, і направляючи на фотодетектор. У цьому випадку дзеркало можна підігрівати або охолоджувати за допомогою спеціального пристрою регулювання температури високої точності. Часто таким пристроєм є термоелектричний насос. Звичайно, на дзеркало встановлюють датчик для вимірювання температури.

Перш ніж почати вимірювання, температуру дзеркала виставляють на значення, яке явно вище температури точки роси. Далі здійснюють поступове охолодження дзеркала. У момент, коли температура почне перетинати точку роси, на поверхні дзеркала відразу почнуть конденсуватися краплі води, і світловий промінь від діода приломиться через них, розсіється, а це призведе до зменшення струму в ланцюзі фотодетектора. Через Зворотній зв'язокфотодетектор взаємодіє із регулятором температури дзеркала.

Так, спираючись на інформацію, отриману у формі сигналів від фотодетектора, регулятор температури утримуватиме температуру на поверхні дзеркала точно рівної точці роси, а термодатчик відповідно покаже температуру. Так, при відомих тиску та температурі можна точно визначити основні показники вологості.

Оптичний датчик вологості має найвищу точність, недосяжну інші типи датчиків, плюс відсутність гістерезису. Недолік — найвища ціна з усіх плюс велике споживання електроенергії. До того ж необхідно стежити, щоб дзеркало було чистим.

Принцип роботи електронного датчика вологості повітря ґрунтується на зміні концентрації електроліту, що покриває собою будь-який електроізоляційний матеріал. Існують такі прилади з автоматичним підігрівом із прив'язкою до точки роси.

Часто точка роси вимірюється над концентрованим розчином хлориду літію, який дуже чутливим до мінімальних змін вологості. Для максимальної зручності такий гігрометр часто додатково обладнають термометром. Цей прилад має високу точність і малу похибку. Він здатний вимірювати вологість незалежно від температури довкілля.

Популярні і прості електронні гігрометри у формі двох електродів, які просто встромляються в ґрунт, контролюючи його вологість за ступенем провідності залежно від цієї самої вологості. Такі сенсори популярні у шанувальників, оскільки можна легко налаштувати автоматичний полив грядки або квітки в горщику, якщо поливати в ручну ніколи або не зручно.

Перш ніж купити датчик, подумайте, що вам потрібно буде вимірювати відносну або абсолютну вологість повітря або грунту, який передбачається діапазон вимірювань, чи важливий гістерезис, і яка потрібна точність. Найточніший датчик – оптичний. Зверніть увагу на клас захисту IP, діапазон робочих температур, залежно від конкретних умов, де буде використовуватися датчик, чи підійдуть вам параметри.

Андрій Повний

Цей простий саморобний пристрій використовується для води або іншої рідини, у різних приміщеннях або в ємностях. Наприклад, ці датчики дуже часто використовують для фіксації можливого затоплення підвалу або льоху талими водами або на кухні під мийкою і т.п.

Роль датчика вологості виконує шмат фольгованого склотекстоліту з прорізаними в ньому канавками, і як тільки в них потрапить вода автомат відключить навантаження від мережі. Або якщо використовувати тилові контакти реле-автомат увімкне насос або потрібний нам пристрій.

Сам датчик виготовляємо так само як і в попередній схемі. Якщо рідина потрапить на контакти датчика F1, звуковий сигналізатор почне видавати постійний звуковий сигнал, а також засвітиться світлодіод HL1.

Тумблером SA1 можна змінювати порядок індикації HL1 на безперервне світіння світлодіода в черговому режимі.

Цю схему датчика вологості можна використовувати як сигналізатор дощу, переповнення будь-якої ємності з рідиною, протікання води і т.д. Живлення схеми може бути подано від будь-якого постійного джерелаживлення напругою п'ять вольт.

Джерелом звукового сигналу є звуковипромінювач із вбудованим звуковим генератором. Датчик вологості виготовляємо із смужки фольгованого текстоліту, у якого зроблена тонка доріжка у фользі. Якщо датчик сухий, звуковий сигнал не сигналізує. У разі намокання датчика ми відразу почуємо переривчастий сигнал тривоги.

Живиться конструкція від батарейки типу крона і її вистачить на два роки, тому що під час режиму очікування схема споживає майже нульовий струм. Ще одним бонусом схеми можна вважати той момент, що практично будь-яке число датчиків можна підключити паралельно до входу і таким чином охопити всю контрольовану площу за раз. Схема детектора побудована двох транзисторах типу 2N2222, з'єднаних способом Дарлінгтона".

R1, R3 - 470K
SW1 - кнопка
R2 - 15к
SW2 - перемикач
R4 - 22K
B1 - батарея типу крона
C1 – конденсатор ємністю 0.022 мкФ
T1, T2 - вхідні клеми
PB1 - (RS273-059) п'єзо-зуммер
Q1, Q2 - транзистори типу 2N2222

Коли перший транзистор відкривається, він відразу ж відмикає другий, який включає п'єзозуммер. За відсутності рідини обидва транзистори надійно замкнені та споживається дуже низький струм від батареї живлення. Коли зумер включається, споживаний струм збільшується до 5 мА. Звуковипромінювачі типу RS273-059 мають у своєму складі вбудований генератор. Якщо потрібний потужніший сигнал тривоги, підключіть кілька зумерів паралельно або візьміть дві батареї.

Друковану плату виготовляємо з розмірами 3*5 см.

Тумблер test, приєднує 470 ком опір на вхід, імітуючи дію рідини, тим самим перевіряючи працездатність схеми. Транзистори можна замінити на вітчизняні типу КТ315 або КТ3102.

Автоматичний датчик вологості призначений для включення примусової вентиляції приміщення при підвищеній вологості повітря, може бути встановлена ​​на кухні, у ванній кімнаті, погребі, підвалі, гаражі. Його призначення - увімкнути вентилятори примусового провітрювання приміщення, коли вологість у ньому наближається до 95...100%.

Пристрій відрізняється високою економічністю, надійністю, а простота конструкції дозволяє легко модифікувати його вузли під конкретні умови експлуатації. Схема датчика вологості представлена ​​малюнку нижче.

Працює схема в такий спосіб. Коли вологість повітря в приміщенні в нормі, опір датчика роси - газорезистора В1 не перевищує 3 кім, транзистор VT2 відкритий, потужний високовольтний польовий транзистор VT1 закритий, первинна обмотка трансформатора Т1 знеструмлена. Також буде знеструмлено навантаження, підключене до роз'єму ХР1.

Як тільки вологість повітря наближається до точки випадання роси, наприклад, закипів залишений без нагляду, ванна кімната заповнюється гарячою водою, льох підтоплюється талими, ґрунтовими водами, відмовив терморегулятор водонагрівача опір газорезистора В1. змінного струмузнімається з вторинної обмотки Т1 і надходить на бруківку діодний випрямляч VD2. Пульсації випрямленої напруги згладжуються оксидним конденсатором великої ємності С2. Параметричний стабілізатор напруги постійного струмупробудований на складовому транзисторі VT3 з великим коефіцієнтом передачі струму бази типу КТ829Б, стабілітроні VD5 та баластному резисторі R6.

Конденсатори СЗ, С4 зменшують пульсацію вихідної напруги. До виходу стабілізатора напруги можуть бути підключені вентилятори з робочою напругою 12... 15В, наприклад, комп'ютерні. До гнізда ХР1 можуть бути підключені вентилятори загальною потужністю до 100 Вт, які розраховані на напругу живлення 220 В змінного струму. У розрив ланцюга живлення понижуючого трансформатора Т1 та високовольтного навантаження встановлено мостовий випрямляч VD1. На стік польового транзистора надходить пульсуюча напруга постійного струму. Каскад на транзисторах VT1, VT2 живиться стабілізованою напругою +11, заданим стабілітроном VD7. Напруга на цей стабілітрон надходить ланцюжком R2, R3, VD4, HL2. Таке схемне рішення дозволяє відкривати польовий транзистор повністю, що значно знижує потужність, що розсіюється на ньому.

Транзистори VT1, VT2 включені як тригер Шмітта, що виключає перебування польового транзистора в проміжному стані, ніж запобігає його перегріву. Чутливість датчика вологості задається підстроювальним резистором R8, а при необхідності та підбором опору резистора R7. Варистор RU1 і RU2 захищають елементи пристрою від пошкоджень сплесками напруги мережі. Світлодіод HL2 зеленого кольоруСвічення показує наявність напруги живлення, а червоний світлодіод HL1 сигналізує про високу вологість та включення пристрою в режим примусового провітрювання приміщення.

До пристрою можна підключити до 8 низьковольтних вентиляторів зі струмом споживання до 0,25 А кожен і, або кілька вентиляторів з напругою живлення 220 В. Якщо за допомогою цього пристрою буде необхідно керувати більш потужним навантаженням з напругою живлення 220 В, то до виходу стабілізатора напруги можна підключити електромагнітні реле, наприклад типу G2R-14-130, контакти якого розраховані на комутацію змінного струму до 10 А при напрузі 250 В. Паралельно резистору R8 можна встановити терморезистор з негативним ТКС, опором 3,3...4, 7 ком при 25°С, розміщеним, наприклад, над газовою або електроплитою, що дозволить включати вентиляцію також і при зростанні температури повітря вище 45...50 °С, коли конфорки плити працюють на повну потужність.

На місці трансформатора Т1 можна встановити будь-який понижувальний трансформатор з габаритною потужністю не менше 40 Вт, вторинна обмотка якого розрахована на величину струму не менше струму низьковольтного навантаження. Без перемотування вторинної обмотки "Юність", "Сапфір". Також підійдуть уніфіковані трансформатори ТПП40 чи ТН46-127/220-50. При самостійному виготовленні трансформатора можна використовувати Ш-подібний магнітопровід перетином 8,6 см2. Первинна обмотка містить 1330 витків дроту діаметром 0,27 мм.

Вторинна обмотка 110 витків обмотувального дроту діаметром 0,9 мм. Замість транзистора КТ829Б підійде будь-який із серій КТ829, КТ827, BDW93C, 2SD1889, 2SD1414. Цей транзистор встановлюють тепловідведення, розмір якого залежатиме від струму навантаження і величині падіння напруги колектор-емітер VT3. Бажано вибрати таке тепловідведення, з яким температура корпусу транзистора VT3 не перевищувала б 60°С.

Якщо напруга на обкладках конденсатора С2 при підключеному до виходу стабілізатора навантаженні буде більше 20 В, то для зменшення VT3 потужності, що розсіюється, можна відмотати від вторинної обмотки трансформатора кілька витків. Польовий транзистор IRF830 можна замінити на КП707В2, IRF422, IRF430, BUZ90A, BUZ216. При монтажі цього транзистора необхідний його захист від пробою статичною електрикою. Замість SS9014 можна застосувати будь-який із серій КТ315, КТ342, КТ3102, КТ645, 2SC1815. При заміні біполярних транзисторів враховуйте відмінності у цоколівках.

Діодні мости KBU можна замінити аналогічними КВР08, BR36, RS405, KBL06. Замість 1N4006 можна використовувати 1N4004 – 1N4007, КД243Г, КД247В, КД105В. Стабілітрони: 1N5352 - КС508Б, КС515А, КС215Ж; 1N4737A - КС175А, КС175Ж, 2С483Б; 1 N4741А – Д814Г, Д814Г1, 2С211Ж, КС221В.

Світлодіоди можуть бути будь-які загального застосування, наприклад, серій АЛ307, КВП40, L-63. Оксидні конденсатори – імпортні аналоги К50-35, К50-68. Варистор - будь-які малої або середньої потужності на класифікаційну робочу напругу 430 В, 470 В, наприклад, FNR-14K431, FNR-10K471. Чутливий до вологості повітря газорезистор ГЗР-2Б узятий зі старого вітчизняного відеомагнітофона "Електроніка ВМ-12". Аналогічний газорезистор можна знайти і в інших несправних вітчизняних та імпортних відеомагнітофонах або старих касетних відеокамерах. Цей газорезистор зазвичай прикручений до металевого шасі стрічкопротяжного механізму. Його призначення - блокувати роботу апарату при запотіванні стрічкопротяжного механізму, що запобігає замотування і псування магнітної стрічки. Пристрій можна змонтувати на друкованій платі розмірами 105x60 мм, Газорезистор краще розмістити в окремій коробочці з ізоляційного матеріалу з отворами, що встановлюється в місці прохолодніше. Також рекомендується прикрутити його до невеликої металевої пластини, можна через тонку слюдяну ізолюючу прокладку. Для захисту змонтованої плати від вологи монтаж та друкарські провідники покривають кількома шарами лаку ФЛ-98, МЛ-92 або цапонлаком.

Газорезистор нічим зафарбовувати не треба. Для перевірки пристрою на працездатність можна просто видихнути на газорезистор повітря з легень або піднести ближче ємність з окропом. Через кілька секунд спалахне світлодіод HL1 і підключені як навантаження вентилятори почнуть боротися з підвищеною вологістю. У черговому режимі пристрій споживає струм від мережі близько 3 мА, що небагато. Оскільки пристрій споживає в черговому режимі потужність менше 1 Вт, його можна експлуатувати цілодобово, не побоюючись за витрату електроенергії. Так як пристрій частково має гальванічну зв'язок з напругою мережі змінного струму 220 В, то при налаштуванні та експлуатації пристрою слід дотримуватися відповідних запобіжних заходів.

В результаті численних експериментів з'явилася ця схема датчика грунту на одній єдиній мікросхемі. Підійде будь-яка з мікросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 або CD4001A.

Датчик вологості повітря, схема та креслення якого додаються, дає можливість повністю автоматизувати процес контролю та управління відносною вологістю повітря у будь-якому приміщенні. Ця схемаДатчика вологості дає можливість вимірювати відносну вологість в діапазоні від 0-100%. За дуже високої точності та стабільності параметрів

Світлозвуковий сигналізатор википання води. - Радіо, 2004 №12, стор 42, 43.
. - Схемотехніка, 2004 №4, стор 30-31.
Константа» у льоху. - САМ, 2005 № 5, стор 30, 31.

Для багатьох виробничих процесівдуже важливо підтримувати необхідний мікроклімат, зокрема певний вміст пари води в повітрі або газі. Для цієї мети використовуються такі прилади, як гігрометр та гігростат. Перші вимірюють вміст водяної пари, другі підтримують їх необхідний рівень. На малюнку 1 показано пристрій Роса-10, що використовується як у промисловості, так і сільському господарстві.

Але датчик вологості застосовується у виробництві (наприклад, визначення характеристик деревини), з його допомогою можна регулювати сухість повітря у приміщенні (рис.2), вимірювати насичення грунту водою тощо. Пропонуємо розглянути пристрій та принцип роботи таких приладів. Це суттєво допоможе їх правильному застосуванню у побутовій сфері, наприклад, щоб зробити витяжний вентилятор у ванну, терморегулятор для лазні або саморобний датчик температури та вологості у теплицю.

Перш ніж перейти до теорії, визначимося із термінологією.

Термінологія

Під абсолютною вологістю мають на увазі вміст води (у грамах) в одному кубометрі повітря. Відповідно, одиниця виміру цієї величини – г/м3. Стан, при якому вміст води в газі досягає максимальної величини (100%), називається порогом максимального насичення або вологоємністю. При досягненні цієї межі починається процес конденсації.

Необхідно зауважити, що вологоємність прямо пропорційна температурі: чим вона вища, тим більша кількість води може утримуватися в тому ж обсязі газу. Саме тому цифровий або аналоговий модуль вимірювання вологості практично завжди має датчик температури.

Перейдемо до визначення, що описує відносну вологість. Ця величина показує співвідношення вологоємності та абсолютної вологості, що відповідають температурному режиму на момент вимірювання. Стан, у якому ці величини зрівняються, називається «точка роси».

Тепер, коли ми визначилися з термінологією, розглянемо типи датчиків і дізнаємося, за яким принципом працює кожен з них.

Види датчиків та їх принцип роботи

Найбільшого поширення набули чотири типи приладів, кожен з них має свою специфіку експлуатації:

Оскільки детектори цього типу найчастіше використовуються в аматорських схемах, ми ще повернемося до розгляду їхнього пристрою.

Ми навели найбільш поширені види детекторів, насправді їх значно більше. Наприклад, є ще оптичний датчик, де використовується розсіювання світла при утворенні конденсату для досягнення точки роси, термічний (задіяні два терморезистори у відкритій та герметичній камері), канальний і т.д.

Влаштування детекторів резистивного типу

Тепер, як і обіцяли, розглянемо конструктивні особливостісенсорів резистивного типу з прикладу моделі SYH-2RS.

1) – вид збоку; 2) – вид зверху.

Позначення:

• а – керамічна підкладка;
• b – напилені електроди;
• c - Гігроскопічне покриття на основі оксиду алюмінію.

Як бачите, конструкція сенсора досить проста, цим і зумовлює низька вартість пристроїв цього типу. А якщо ще взяти до уваги взаємозамінність таких елементів, то не дивно, що у більшості саморобних пристроїв для дому (наприклад, датчик протікання води) радіоаматори вважають за краще використовувати резистивні сенсори.

Короткий огляд наявних на ринку пристроїв їх застосування

Розглянемо прилади, які можуть бути корисними у побуті, почнемо з реле вологості повітря HIG-2 (рис.8), що служить для керування витяжкою у ванній.

Основні характеристики:

• пристрій запитується від домашньої електромережі з напругою 220;
• спрацьовування за відносної вологості від 60% до 90% (встановлюється);
• допустимий струм навантаження – трохи більше 2 А;
• час роботи вентилятора після спрацьовування визначається таймером (2-20 хв.).

Як підключити датчик вологості HIG-2?

Для правильного підключення пристрою достатньо дотримуватись схеми, наведеної в інструкції до приладу, показана на малюнку 9.

На клемнику приладу є відповідні позначення, тому складнощів ця операція не викликає. Якщо електропроводці квартири або на самому вентиляторі не передбачено заземлення, його можна не підключати, так само не обов'язково ставити на вхід живлення вимикач.

Тих, кого захоплює концепція «розумного будинку», напевно, зацікавить зовнішній сенсор Mi Smart (рис. 10). При встановленні на смартфон спеціальної програми можна отримувати інформацію про температуру та вологість у квартирі. Якщо в такій програмі задати певні параметри мікроклімату, то вона сповістить, якщо умови будуть порушені.

Зауважимо, що цей пристрій досить низька похибка вимірювань (для вологості вона не більше 3%, щодо температури, то точність показань порядку 0,3 З°). Істотний недолік – нерусифіковане програмне забезпечення, але цю проблему буде вирішено найближчим часом.

Тим, хто хоче зробити для теплиці крапельний поливз датчиком вологості можна порекомендувати сенсор Gardena (рис. 11), який регулює роботу клапанів систем цього ж виробника.

Для живлення пристрою використовуються дві алкалінові батареї, їх заряду вистачає на 10-12 місяців безперервної роботи.

Тепер розглянемо характеристики промислової моделі цифрового вимірювача Івіт-М.Т (рис. 12), який може застосовуватись у виробничій сфері, сільському господарстві чи ЖКГ.

Перелік основних характеристик:

• для живлення приладу потрібна напруга 18-36 В;
• відносна вологість може бути виміряна в діапазоні від 5 до 95% (максимальна похибка не більше 4%);
• вимірювання температури повітря в межах від -40° до 50° (модифікації Н1, V) або від -40° до 60° (моделі Н2, К1, К2), точність 2°;
• прилад може експлуатуватися в температурному діапазоні від -40 до 50°С.

Любителів поекспериментувати напевно зацікавлять сенсори DHT11 та DHT22 (рис. 13), які використовуються разом із платформою Ардуїно. У мережі можна знайти багато цікавих рішень на цій елементній базі.

a) DHT22; b) DHT11.

Як видно з малюнка зовнішній виглядцих датчиків практично ідентичний, це стосується і розпинування. Технічні характеристикисенсорів дуже схожі, за винятком точності та діапазону вимірювань. Наведемо ці дані.

Основні технічні параметри DHT11:

• підключення до джерела постійної напруги 3-5;
• у процесі запиту піковий рівень споживаного струму трохи більше 2,5 мА;
• межі вимірюваної вологості та температури - 20-80% і 0-50 ° С, похибка 5% і 2 ° С;
• частота вибірки 1 Гц, тобто отримувати дані можна один раз на протязі секунди.

Тепер порівняємо ці параметри з більш точною моделлю DHT22:

• напруга джерела живлення залишається без змін, як і споживані струм при передачі даних;
• вологість вимірюється у всьому діапазоні 0-100%, похибка в межах 2-5%;
• межі вимірюваної температури істотно розширені, порівняно з попередньою моделлю, мінімальна -40 ° С, максимальна +125 ° °.

Вартість цих приладів цілком доступна на Аліекспрес їх можна замовити з безкоштовною доставкою по $1.28 (DHT11) і $4,9 (DHT22). Якщо купувати в Росії ціна буде приблизно в півтора-два рази дорожчою. Щодо базової платформи, то плату Arduino Uno можна придбати в Піднебесній за $25-$48 (вартість залежить від комплектації). Програмне забезпеченнята прошивки завантажуються безкоштовно.

Декілька схем датчиків

У січні 2007 року видавництво "Наука та Техніка" випустило книгу автора А.П.Кашкарова "Електронні датчики". На цій сторінці хочу познайомити Вас з деякими конструкціями.

На початку розглянемо схеми із застосуванням мікросхеми К561ТЛ1. Перша схема - ємнісне реле:

Мікросхема К561ТЛ1 (закордонний аналог CD4093B) – одна з найпопулярніших цифрових мікросхем цієї серії. Мікросхема містить 4 елементи 2І-НЕ з передавальною характеристикою тригера Шміта (має певний гістерезис).

Цей пристріймає високу чутливість, що дозволяє використовувати його в охоронних пристроях, а також у пристроях, що попереджають про небезпечне знаходження людини в небезпечній зоні (наприклад, у розпилювальних верстатах). Принцип пристрою заснований на зміні ємності між штиром антени (використовується стандартна автомобільна антена) та підлогою. За твердженням автора, ця схема спрацьовує при наближенні людини середнього розміру на відстань близько 1,5 метра. Як навантаження транзистора може використовуватися, наприклад, електромагнітне реле зі струмом спрацьовування не більше 50 міліампер, яке своїми контактами включає виконавчий пристрій (сирену та ін.). Конденсатор С1 служить зниження ймовірності спрацьовування пристрою від перешкод.

Наступний пристрій - датчик вологості:

Особливістю схеми є застосування як датчик змінного конденсатора С2 типу 1КЛВМ-1 з повітряним діелектриком. Якщо повітря сухе - опір між пластинами конденсатора становить більше 10 Гігаом, а вже при невеликій вологості опір зменшується. По суті, цей конденсатор є високоомним резистором із змінним залежно від зовнішніх умов абсорбованої атмосферної вологості опором. При сухому кліматі опір датчика великий, і на виході елемента D1/1 є низький рівень напруги. при збільшенні вологості опір датчика зменшується, виникає генерація імпульсів, на виході схеми є короткі імпульси. У разі збільшення вологості частота генерації імпульсів збільшується. У певний момент вологості генератор на елементі D1/1 перетворюється на генератор імпульсів. на виході пристрою з'являється безперервний сигнал.

Схема сенсорного датчика показана нижче:

Принцип дії цього пристрою полягає у реагуванні на "наведення" у тілі людини або тварини від різних електричних пристроїв. Чутливість пристрою дуже велика - він реагує навіть на дотик до пластини Е1 людини в рукавичках. При першому дотику пристрій вмикається, при другому - вимикається. Конденсатор С1 служить для захисту від перешкод і в окремому випадку може і не бути...

Наступний пристрій – індикатор вологості ґрунту. Цей пристрій може бути використаний, наприклад, для автоматизації поливу теплиці:

Пристрій, як на мене, дуже оригінальний. Датчиком є ​​котушка індуктивності L1, закопана в грунт на глибину 35-50 сантиметрів.
Транзистор Т2 та котушка індуктивності спільно з конденсаторами С5 та С6 утворюють автогенератор на частоту близько 16 кілогерц. При сухому ґрунті амплітуда імпульсів на колекторі транзистора VT2 дорівнює 3 вольтам. Збільшення вологості ґрунту призводить до зниження амплітуди цих імпульсів. Реле увімкнено. За деякого значення вологості генерація зривається, що призводить до вимкнення реле. Реле своїми контактами вимикає, наприклад, насос або електромагнітний вентиль ланцюга поливу.
Про деталі: Найвідповідальнішою частиною схеми є котушка. Ця котушка намотується на відрізок пластмасової труби, діаметром 100, довжиною 300 міліметрів і містить 250 витків, дроти ПЕВ діаметром 1 міліметр. Намотування - виток до витка. Зовні обмотка ізолюється двома – трьома шарами ПХВ ізоляційної стрічки. Транзистори можна замінити на КТ315. Конденсатори – типу КМ. Діоди VD1-VD3 – типу КД521 – КД522.
Вся конструкція живиться від стабілізованого джерела напругою 12 вольт. Струм споживання схемою дорівнює (в режимах "волого-сухо") 20-50 міліампер.
Електронна схемазбирається у невеликій герметичній коробці. Для можливості регулювання навпроти двигуна R5 слід передбачити отвір, який після налаштування також герметично закривається. Для живлення використаний малопотужний трансформатор із випрямлячем та стабілізатором на КР142ЕН8Б. Реле повинно нормально спрацьовувати при струмі не більше 30 міліампер та напрузі 8-10 вольт. Наприклад - можна застосувати РЕМ10, паспорт 303. Для живлення насоса контакти цього реле непридатні. Як проміжне реле можна використовувати автомобільне. Контакти такого реле витримують струм щонайменше 10 ампер. Можна застосувати реле типу КУЦ від кольорових телевізорів. Обидва з рекомендованих реле мають обмотку на 12 вольт і їх можна включати до мікросхеми стабілізатора (після випрямляча і конденсатора, що згладжує), або після стабілізатора (але тоді мікросхему стабілізатора слід встановити на невеликий тепловідведення). Також на корпусі слід встановити два герметичні роз'єми (наприклад типу РША). Один роз'єм використовується для підключення мережі та виконавчого пристрою (насос), інший – для підключення котушки.
Налаштування схеми зводиться до регулювання чутливості пристрою за допомогою змінного резистора R5. Остаточне налаштування проводиться на місці роботи пристрою точнішим підстроюванням резистора. Слід мати на увазі, що цей пристрій дещо змінює поріг включення при зміні температури ґрунту (але це не дуже суттєво, оскільки на глибині 35-50 сантиметрів температура ґрунту змінюється незначно).
Навесні у власників овочевих ям та гаражів з'являється ще одна турбота- Талі води. Якщо вчасно не відкачати воду - овочі стають непридатними... Можна процедуру відкачування води доручити автоматиці. Схема виходить простенькою, а заощадить Вам багато часу і нервів. ця схема не з книжки!) :

Схема автоматичної "водовідкачування" працює на принципі електропровідності води. Основним елементом контролю рівня є блок із трьох пластин з нержавіючої сталі. Пластини 1 та 2 мають однакову довжину, пластина 3 - датчик верхнього рівня води. Поки рівень води нижче за рівень 3 пластини - на вході логічного елемента D1 рівень логічної одиниці, на виході елемента рівень логічного нуля - транзистор замкнений, реле знеструмлено. При збільшенні рівня води датчик через 3 воду з'єднується із загальним проводом схеми (пластина 1) - на вході елемента рівень логічного нуля, на виході елемента - рівень логічної одиниці - транзистор відкривається - реле своїми контактами включає насос. Одночасно з насосом на вхід схеми підключається пластина датчика 2. Ця пластина є датчиком нижнього рівня води. Насос працюватиме до тих пір, поки рівень води не опуститься нижче рівня пластин. Після цього насос відключається і схема переходить у черговий режим.
У схемі можна застосувати майже будь-які логічні елементи КМОП технології серій 176, 561,564. Реле РЕМ22 використовується на напругу спрацьовування 10-12 вольт. Дане реле має досить потужні контакти, що дозволяє безпосередньо керувати насосом типу "Водолій" потужністю до 250 Вт. Для збільшення надійності роботи корисно вільні групи контактів реле (їх всього чотири) з'єднати паралельно і паралельно контактам реле включити ланцюжок із послідовно з'єднаних резистора на 100 ом (потужністю не менше 2 ват) і конденсатора на 0,1 мікрофаради (з робочою напругою не менше 400 вольт). Цей ланцюжок служить зменшення іскріння на контактах у моменти комутації. Якщо у Вас насос більшої потужності – доведеться застосувати додаткове проміжне реле з контактами більшої потужності (наприклад, пускач ПМЕ 100 – 200...), обмотку якого (зазвичай на 220 вольт) комутувати за допомогою реле РЕМ22. У цьому випадку зазвичай вистачає однієї пари контактів і ланцюжок, що іскрогасить, паралельно контактам реле можна не ставити. Трансформатор живлення використаний на 12 вольт (був готовий) із потужністю близько 5 ватів. При самостійному виготовленні слід враховувати той факт, що трансформатор працюватиме безперервно, тому краще збільшити (для надійності) на 15-20 відсотків кількість витків первинної та вторинної обмоток порівняно з розрахунковими. Використовувати Китайські трансформатори я б Вам не радив - при роботі вони дуже гріються - може статися пожежа, або трансформатор просто згорить, а Ви будете впевнені в надійності роботи схеми і перестанете навідуватися в гараж.
Цей пристрій експлуатується автором протягом 5 років і показав високу надійність. Сусіди по гаражному кооперативу також високо оцінили цей "девайс" - рівень води в їх ямах також значно знизився.

Можна такий пристрій виготовити і без мікросхеми:

Реле у цій конструкції використовується типу КУЦ (від кольорових телевізорів). Цей тип реле має дві пари замикаючих контактів. Одна пара використовується для перемикання пластин датчика, інша – для керування насосом. Слід пам'ятати, що реле типу КУЦ небажано використовувати разом із мікросхемою - можуть виникнути хибні спрацьовування від наведень!

Схема якихось особливостей немає. Можливо, під час налаштування доведеться підібрати резистор R2 у ланцюзі зміщення транзистора VT2, домагаючись чіткого спрацьовування реле при контакті датчика з водою.