Sensor de humedad – Tipos y principio de funcionamiento

Sensor de humedad – Tipos y principio de funcionamiento

El sensor de humedad es uno de los dispositivos más importantes que se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de consumo, industriales, biomédicas, ambientales, etc. para medir y controlar la humedad.

La humedad se define como la cantidad de agua presente en el aire circundante. Este contenido de agua en el aire es un factor clave en el bienestar de la humanidad. Por ejemplo, nos sentiremos cómodos incluso si la temperatura es de 00 C con menos humedad, es decir, el aire está seco.

Pero si la temperatura es de 100 ° C y la humedad es alta, es decir, el contenido de agua es alto, entonces nos sentiremos bastante incómodos. La humedad también es un factor importante para operar equipos sensibles como la electrónica, equipos industriales, dispositivos sensibles a la electricidad estática y dispositivos de alta tensión, etc. Estos equipos sensibles deben operarse en un entorno de humedad adecuado para el dispositivo.

Sensores de humedad

Por lo tanto, detección, medición, monitoreo y control la humedad es una tarea muy importante. Algunas de las áreas importantes de aplicación para detectar, medir y controlar la humedad se mencionan a continuación.

Doméstico: la detección y el control de humedad en nuestros hogares y oficinas es importante ya que las condiciones de mayor humedad afecta el flujo sanguíneo. Otras áreas incluyen cocinar, plantación en interiores, etc.

Industrial: en industrias como las refinerías, química, metal u otras industrias donde se usan hornos, la alta humedad reducirá la cantidad de oxígeno en el aire y por lo tanto reduce la velocidad de disparo. Otras industrias como procesamiento de alimentos, textiles, papel, etc. también necesitan control de humedad.

Agricultura: las técnicas de riego como el riego por goteo necesitan un contenido de humedad preciso para las plantas. Además, la humedad en el suelo juega un papel importante en el crecimiento adecuado de la planta. Otras áreas donde se requiere control de humedad es la vegetación de interior.

Electrónica y semiconductor: Casi todos los dispositivos electrónicos están clasificados con un rango de valores de humedad en el que funcionan según lo esperado. En general, este valor será algo así como 10% -50% de humedad Los Fab de semiconductores (plantas de fabricación) deben mantener valores de temperatura y humedad muy precisos, ya que incluso una diferencia mínima puede mostrar un gran impacto en la producción.

Médico: equipos médicos como ventiladores, incubadoras, esterilizadores etc. necesitan control de humedad. También se usa en plantas farmacéuticas y procesos biológicos.

Todas las aplicaciones mencionadas anteriormente y muchas otras requieren la detección de humedad y se realizan con sensores de humedad. Antes de hablar sobre los sensores de humedad, sus tipos y principio de funcionamiento, primero veremos algunos términos y definiciones importantes relacionados con la humedad.

 

Términos importantes relacionados con la humedad

Humedad: Generalmente, el término humedad significa el contenido de agua de cualquier material o sustancia. Pero, en la práctica, el término humedad se refiere al contenido de agua en sólidos y líquidos. El término Humedad se refiere al contenido de agua en los gases (aire).

Humedad absoluta: Humedad absoluta (AH) es la relación entre la masa del vapor de agua y el volumen del aire. Si m es la masa del vapor de agua y V es el volumen total, es decir, el volumen de la mezcla de aire y vapor de agua, la Humedad absoluta AH está dada por

AH = m/V

La humedad absoluta no toma en cuenta la temperatura, pero cambia con la temperatura y la presión. Humedad relativa: cuando hablamos de medir la humedad, generalmente hablamos de humedad relativa (a menos que se especifique lo contrario).

La humedad relativa o HR es la relación de la presión de vapor de agua presente en el aire a una temperatura a la presión de vapor de agua máxima presente en el aire a la misma temperatura.

En los informes meteorológicos y pronósticos, la probabilidad de precipitación o rocío o niebla se indica utilizando la humedad relativa y, por lo tanto, se considera una métrica importante.

La humedad relativa tiene en cuenta tanto la temperatura como la presión. Por lo tanto, los sensores de humedad que miden la humedad relativa miden tanto el contenido de humedad como la temperatura del aire.

NOTA: Para temperaturas superiores a 1000 ° C, medir la humedad relativa (RH) es de ningún uso ya que entregaría valores engañosos.

Humedad específica: Humedad específica (SH) es la relación de masa del vapor de agua a la masa total del aire. Proporción de mezcla o relación de humedad: La relación de mezcla es la relación entre la masa del vapor de agua y la masa del aire seco.

Temperatura del punto de rocío: temperatura del punto de rocío es la temperatura en la que el contenido de vapor de agua está saturado El aire. En la temperatura del punto de rocío, la humedad relativa HR es del 100%. En otras palabras, para que el aire contenga la cantidad máxima de vapor de agua (o humedad), debe alcanzar la temperatura del punto de rocío.

Sensores de humedad: clasificación y principios de funcionamiento

Sensores de humedad son dispositivos muy importantes que ayudan a medir la humedad ambiental. Técnicamente, el dispositivo utilizado para medir la humedad de la atmósfera se llama higrómetro. Los sensores de humedad o higrómetros se pueden clasificar en función del tipo de humedad que se utiliza para medir, por ejemplo,

sensores de humedad absoluta (AH) o sensores de humedad relativa (RH). Los sensores de humedad también pueden clasificarse según el parámetro utilizado para medir la humedad, es decir, sensores de humedad capacitivos, sensores de humedad con conductividad eléctrica (o resistivos) y sensores de humedad con conductividad térmica.

Hay otros tipos de sensores de humedad o higrómetros Higrómetro óptico, higrómetro oscilante e higrómetro gravimétrico.

Veamos los diferentes tipos de sensores de humedad o higrómetros junto con sus principios de funcionamiento.

Sensores de humedad capacitivos

Sensores de humedad basados ​​en el efecto capacitivo o simplemente los Sensores de Humedad Capacitiva son uno de los tipos básicos de Sensores de Humedad disponibles.

A menudo se usan en aplicaciones donde factores como el costo, la rigidez y el tamaño son motivo de preocupación. En los sensores de humedad relativa capacitiva (RH), la permitividad eléctrica del material dieléctrico cambia con el cambio de humedad.

Funcionamiento de los sensores capacitivos RH

Un sensor capacitivo RH capacitivo se puede hacer desde un condensador lleno de aire como la humedad en la atmósfera cambia su permitividad. Pero para aplicaciones prácticas, el aire como dieléctrico no es factible.

Por lo tanto, el espacio entre las placas del condensador generalmente se llena con un material dieléctrico apropiado (aislador), cuya constante dieléctrica varía cuando está sujeto a cambios. en humedad.

El método común para construir un sensor capacitivo de RH es usar una película de polímero higroscópico como dieléctrico y depositar dos capas de electrodos en ambos lados.

Otra forma de utilizar los sensores capacitivos RH es observar los cambios en el frecuencia del oscilador construido usando un condensador con Tema de prueba sensible a RH como dieléctrico. Esta configuración se utiliza a menudo en productos farmacéuticos.

Las muestras de prueba, como las tabletas médicas, se colocan entre dos placas (que forman los electrodos del condensador) para formar un condensador en el circuito del oscilador LC. La frecuencia del oscilador cambia con la humedad que rodea la muestra de prueba.

 Oscilador tipo RH Sensor

Veamos la construcción de un delgado sensor de RH capacitivo basado en una película de polímero de termostato. Está fabricado en un sustrato de silicio. En este sustrato, se depositan dos electrodos metálicos hechos de aluminio, platino o cromo. La forma de estos electrodos está tallada de manera que los electrodos forman un patrón interdigitizado.

En la parte superior de esta capa, se deposita una capa dieléctrica. La siguiente imagen muestra una vista superior y transversal del sensor de humedad capacitivo. Tenga en cuenta que dos resistencias sensibles a la temperatura se depositan en el mismo sustrato para proporcionar compensación de temperatura.

 Tipo de película Sensor capacitivo RH Ventajas de los sensores de humedad capacitivos

  • El voltaje de salida es casi lineal.
  • Proporcionan resultados estables durante un uso prolongado.
  • Puede detectar un amplio rango de humedad relativa.

Desventajas de los sensores de humedad capacitiva

  • La distancia desde el sensor y el circuito de señalización es muy limitada.

Aplicaciones de los sensores de humedad capacitiva

Los sensores de humedad capacitiva se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen pero no se limitan a:

  • Sistemas HVAC
  • Impresoras y máquinas de fax
  • Estaciones meteorológicas
  • Automóviles
  • Procesamiento de alimentos
  • Refrigeradores, hornos y secadores

Sensores de humedad resistivos (sensores de conductividad eléctrica)

Los sensores de humedad resistiva son otro tipo importante de sensores de humedad que miden la resistencia (impedancia) o la conductividad eléctrica. El principio detrás de los sensores de humedad resistiva es el hecho de que la conductividad en los conductores no metálicos depende del contenido de agua.

Funcionamiento de los sensores de humedad resistiva

El sensor de humedad resistiva generalmente está compuesto de materiales con resistividad relativamente baja y esta resistividad cambia significativamente con los cambios en la humedad. La relación entre resistencia y humedad es inversamente exponencial. El material de baja resistividad se deposita encima de dos electrodos.

Los electrodos se colocan en un patrón interdigitizado para aumentar el área de contacto. La resistividad entre los electrodos cambia cuando la capa superior absorbe agua y este cambio se puede medir con la ayuda de un circuito eléctrico simple.

Sensor resistivo de RH Algunos de los materiales comúnmente utilizados son sal, sustratos especialmente tratados, polielectrolitos sólidos y polímeros conductores. Los modernos sensores de humedad resistiva están recubiertos con una sustancia cerámica para brindar protección adicional. Los electrodos en el sensor generalmente están hechos de metales nobles como el oro, la plata o el platino.

Ventajas de los sensores de humedad resistiva

  • Bajo costo
  • Tamaño pequeño
  • La distancia entre el sensor y el circuito de señal puede ser grande (adecuado para operaciones remotas).
  • Altamente intercambiable ya que no hay estándares de calibración.

Desventajas de los sensores de humedad resistiva

  • Los sensores de humedad resistivos son sensibles a los vapores químicos y otros contaminantes
  • Las lecturas de salida pueden variar si se usan con productos solubles en agua.

Aplicaciones de sensores de humedad resistiva

Los sensores de Humedad Conductiva Resistente o Eléctrica son sensores de bajo costo con un tamaño relativamente pequeño. A menudo se usan en varias aplicaciones industriales, domésticas o residenciales y comerciales.

Sensores de humedad de conductividad térmica

Sensores de humedad de conductividad térmica también se conocen como sensores de humedad absoluta (AH) cuando miden la humedad absoluta. Los sensores de humedad de conductividad térmica miden la conductividad térmica tanto del aire seco como del aire con vapor de agua. La diferencia entre las conductividades térmicas individuales puede estar relacionada con la humedad absoluta.

Funcionamiento de los sensores de humedad con conductividad térmica

El mejor componente para lograr el sensor de humedad basado en la conductividad térmica es el termistor. Por lo tanto, dos diminutos termistores con coeficiente de temperatura negativo se utilizan para un circuito de puente.

En eso, un termistor está herméticamente sellado en una cámara llena de nitrógeno seco mientras que el otro está expuesto a un ambiente abierto a través de una pequeña ventilación agujeros. Cuando se enciende el circuito, se calcula la resistencia de los dos termistores y la diferencia entre esos dos valores es directamente proporcional a la Humedad absoluta (AH).

 Sensor térmico de HA Ventajas de los sensores de humedad con conductividad térmica

  • Adecuado para ambientes de alta temperatura y situaciones de alta corrosión.
  • Muy duradero
  • Mayor resolución en comparación con otros tipos

Desventaja de la conductividad térmica Sensores de humedad

  • Exposición a cualquier gas con propiedades térmicas diferentes de lo que el nitrógeno podría afectar la medición de la lectura.

Ap plicaciones de los sensores de humedad de conductividad térmica

Algunas de las aplicaciones más comunes de los sensores de humedad de conductividad térmica son:

  • Hornos de secado
  • Plantas farmacéuticas
  • Owens
  • Secadoras de ropa y secadoras
  • Deshidratación de alimentos

Consideraciones importantes al seleccionar un sensor de humedad

Los siguientes son algunos de los factores que deben tomarse en consideración al seleccionar un sensor de humedad.

  • Precisión del sensor.
  • Calibración: requisitos y métodos
  • Tamaño del sensor
  • Costo del sensor y costo de reemplazo
  • Repetibilidad de salida
  • Complejidad del circuito
  • Resistencia a la contaminación
  • Confiabilidad del sensor

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