دستگاه های اندازه گیری رطوبت

این مقاله دستگاه های اندازه گیری رطوبت را توضیح می دهد. رطوبت مقدار بخار آب موجود در هوا است.
رطوبت مطلق: به اندازه گیری مقدار واقعی بخار آب موجود در هوا، صرف نظر از دمای هوا، رطوبت مطلق می گویند. رطوبت بخار آب در هر متر مکعب حجم هوا اندازه گیری می شود. وقتی مقدار بخار آب در هوا بیشتر باشد، رطوبت مطلق نیز بیشتر می شود.
رطوبت نسبی: میزان بخار آبی که هوا در خود نگه می دارد در مقایسه با مقداری که می تواند در یک دمای خاص نگه دارد، رطوبت نسبی نامیده می شود. رطوبت نسبی بر حسب درصد بیان می شود. رطوبت نسبی به دما بستگی دارد.
رطوبت مخصوص: به وزن بخار آب موجود در یک واحد هوا، رطوبت مخصوص گفته می شود. رطوبت مخصوص بر حسب گرم بخار آب به ازای هر کیلوگرم هوا بیان می شود.
نقطه شبنم: دمایی که در آن هوا از آب اشباع می شود و تراکم شروع می شود، نقطه شبنم نامیده می شود. هر چه نقطه شبنم بالاتر باشد، میزان رطوبت بیشتر است.

چرا اندازه گیری رطوبت مهم است؟

رطوبت به معنای وجود آب در هوا است. بخار آب موجود در هوا می تواند بر راحتی شخصی تأثیر بگذارد. نه تنها این، بلکه تأثیر شدیدی بر فرآیندهای مختلف تولید در صنایع دارد. به عنوان مثال، در یک صنعت نیمه هادی، سطح رطوبت یا رطوبت باید به درستی تنظیم شود تا از پردازش کامل ویفر اطمینان حاصل شود. کنترل رطوبت نیز برای انکوباتورها، تجهیزات تنفسی، استریل کننده ها و محصولات بیولوژیکی بسیار مهم است. سطح رطوبت همچنین می تواند بر فرآیندهای شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی تأثیر بگذارد.

اندازه گیری رطوبت

موارد زیر دستگاه های اندازه گیری رطوبت مورد استفاده برای اندازه گیری رطوبت هستند. روش های مختلف اندازه گیری رطوبت عبارتند از:

1. روش روان سنجی

روش روان سنجی قدیمی ترین روش اندازه گیری رطوبت است. روش روان سنجی به روش حباب مرطوب و خشک نیز معروف است. حسگر روان‌سنجی رطوبت را مستقیماً حس نمی‌کند. در عوض، دما را حس می کند و به طور غیرمستقیم رطوبت را پیدا می کند. عناصر حسگری که ممکن است مورد استفاده قرار گیرند دماسنج، RTD یا ترمیستور هستند.
روش روان‌سنجی از دو عنصر حسی استفاده می‌کند. اولین مورد “لامپ خشک” است که دمای محیط را اندازه گیری می کند. دومی “لامپ مرطوب” است که در یک فتیله اشباع شده از آب مقطر محصور شده است. هوا به اجبار از طریق لامپ مرطوب عبور می کند که باعث تبخیر می شود. به همین دلیل دما کمتر از دمای محیط سرد می شود.
مقدار خنک کننده به فشار بخار هوا بستگی دارد. با کمک دمای مرطوب و خشک حباب، رطوبت نسبی را می توان در نمودار روان سنجی مشاهده کرد. نمودار روان سنجی و معادلات نقطه شبنم را می توان در یک ریزپردازنده ذخیره کرد. سپس، آن را به یک روش سنجش مستقیم برای رطوبت نسبی و نقطه شبنم تبدیل می کند.

2. روش نقطه شبنم

در اندازه گیری رطوبت نوع نقطه شبنم دو نوع سنسور نقطه شبنم وجود دارد. آنها نوع سطح تراکم سرد شده و محلول لیتیوم کلرید اشباع هستند.
محلول لیتیوم کلرید اشباع شده مستقیماً رطوبت نسبی را حس نمی کند. نیاز به اشباع یک فیتیله با الکترودهای مقاومتی در محلول دارد و جریان تحریکی که از فتیله عبور می کند گرمای ژول ایجاد می کند. با توجه به این گرما، مقداری از محلول تبخیر می شود، مقاومت را کاهش می دهد و حرارت را کاهش می دهد. به تدریج تعادل حاصل می شود و دمای محلول را می توان با نقطه شبنم مرتبط کرد.
در نوع سطح چگالش سرد شده، دمایی که در آن چگالش شروع می شود به دقت اندازه گیری می شود. متداول ترین وسیله ای که برای تشخیص تراکم استفاده می شود آینه است. سیستم به گونه ای تنظیم شده است که یک LED (دیود ساطع کننده نور) آینه را با زاویه 45 درجه منعکس می کند. ترانزیستور عکس نور بازتاب شده را تشخیص می دهد. دمای آینه به صورت الکتریکی کنترل می شود. اکنون سطح آینه کمتر از دمای محیط خنک می‌شود تا تراکم ایجاد شود.
به دلیل متراکم شدن سطح آینه، نور LED پراکنده می شود. به همین دلیل، افت ناگهانی در خروجی فوتوترانزیستور وجود دارد. در این مرحله، دمای سطح آینه با استفاده از یک سنسور دما، به عنوان مثال، یک RTD یا ترمیستور خوانده می شود. این دمایی که خوانده می شود نقطه شبنم است.
هنگامی که یک حلقه بازخورد ایجاد می شود، خنک کننده یا گرمایش آینه به طور مداوم نقطه شبنم را دنبال می کند. طرح های بسیاری از سطوح تراکم وجود دارد که مورد استفاده قرار می گیرد. پایدارترین و دقیق ترین روش برای اندازه گیری رطوبت نسبی، روش آینه سرد است.
در این روش تمیز نگه داشتن آینه ضروری است. همچنین سنسور دما و آینه باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند. بهترین محدوده رطوبت (0-100% RH) را دارد. می توان از آن برای گازهای مختلف در فشارهای مختلف استفاده کرد. آنها حجیم و بسیار گران هستند.

3. روش رطوبت سنجی

رطوبت سنج یک دستگاه اندازه گیری رطوبت است که برای اندازه گیری رطوبت نسبی در یک منطقه باز یا بسته طراحی شده است. به طور غیرمستقیم رطوبت را با حس کردن تغییرات خواص فیزیکی یا الکتریکی مواد ناشی از رطوبت موجود در آنها اندازه گیری می کند. بنابراین خروجی مستقیماً نشان دهنده رطوبت است.

3a. رطوبت سنج لمینت

رطوبت سنج لمینت با اتصال نوارهای نازک چوب به نوارهای فلزی نازک ساخته می شود و از این رو یک لمینت تشکیل می شود. رطوبت سنج لمینت به شکل مارپیچ شکل می گیرد. هنگامی که رطوبت تغییر می کند، تغییری در مارپیچ ایجاد می شود. این به این دلیل است که طول چوب به دلیل رطوبت تغییر می کند. انتهای مارپیچ با یک اشاره گر متصل می شود و از این رو انحراف ایجاد می کند. مقیاس نشانگر بر حسب درصد رطوبت درجه بندی می شود.

3b. رطوبت سنج مو

رطوبت سنج مو ساده ترین و قدیمی ترین نوع رطوبت سنج است. در این مورد از موی انسان استفاده می شود. زمانی که رطوبت از 0 تا 100 درصد تغییر می کند موهای انسان 3 درصد بلندتر می شوند. این تغییر در طول را می توان برای کنترل یک اشاره گر برای نشان دادن یا یک مبدل مانند LVDT (مبدل دیفرانسیل متغیر خطی) برای خروجی الکتریکی استفاده کرد. دقت آن 5±% برای رطوبت از 20 تا 90% در محدوده دمایی 5 تا 40 درجه سانتی گراد است.

3c. رطوبت سنج مقاومتی

در رطوبت سنج های مقاومتی، دو الکترود با انگشتان درهم بر روی یک بستر عایق وجود دارد. الکترودها دارای پوششی از مواد رطوبت سنجی هستند (ماده ای که آب را جذب می کند، به عنوان مثال، کلرید لیتیوم). با توجه به این پوشش، یک مسیر رسانا بین الکترودها فراهم می شود. ضریب مقاومت مسیر با رطوبت نسبت معکوس دارد.

الکترودها همچنین ممکن است با یک لایه پلیمری حجیم پوشانده شوند که یونهای متناسب با رطوبت نسبی آزاد می کند. تغییرات در این دستگاه ها رطوبت سنج های الکترولیتی و مقاومتی خازنی هستند.

3d رطوبت سنج خازنی

برخی از لایه‌های پلیمری نازک خاصیتی دارند که دی الکتریک ثابت با تغییر رطوبت تغییر می‌کند. این اصل پایه رطوبت سنج های خازنی را تشکیل می دهد. ظرفیت بین دو صفحه ساخته شده با استفاده از پلیمر به عنوان دی الکتریک مستقیماً با رطوبت متناسب خواهد بود. طول عمر خوبی دارند. محدوده کاری رطوبت سنج های خازنی 0 تا 100 درجه سانتی گراد است. زمان پاسخگویی سریع دارند. آنها همچنین می توانند دما را جبران کنند تا دقت 0.5 ± در محدوده رطوبت کامل بدست آید.

3e. رطوبت سنج پیزوالکتریک

رطوبت سنج های پیزوالکتریک از دو نوسانگر کریستالی پیزوالکتریک استفاده می کنند. از این یکی به عنوان مرجع استفاده می شود. در فضای خشک محصور شده است. نوسان ساز دوم در معرض رطوبتی است که باید اندازه گیری شود. به دلیل رطوبت، جرم کریستالی افزایش می یابد که باعث کاهش فرکانس تشدید آن می شود. هنگامی که فرکانس های هر دو نوسانگر با هم مقایسه می شوند، رطوبت را می توان محاسبه کرد. این دستگاه می تواند گازهای با رطوبت 1 تا 25000 ppm را اندازه گیری کند.