Датчики влагосодержания. Звуковой сигнализатор влажности. Многие умельцы хотят собственными руками сделать гигрометр для вентилятора. Для такой работы им понадобятся современные цифровые устройства

Одним из зимних вечеров гулял по просторам интернета в поисках схемы датчика влажности почвы, увидел эту схему и она мне приглянулась из за её простоты.

Немного её переделал и вот что получилось

Развел дорожки в " ", вытравил плату, впаял детали и подключил питание. Попробовал дотронуться до контактов Д1 Д2, реле щелкнуло, покрутив переменник убедился что чувствительность меняется. Вроде бы все и надо успокоиться, но я вспомнил, что когда то я разбирал видеомагнитофон и нашел там два как я тогда подумал сопротивления (я не ошибся). Откопав эти сопротивления в куче радиодеталей попробовал одно из них подключить и посмотреть что получится. Вращая переменник добился, чтобы схема реагировала на пар исходящий из рта. Дышишь на датчик и реле срабатывает, таким образом получился датчик влажности воздуха.

Схема очень простая с доступными деталями (кроме сопротивления влажности из видеомагнитофона) . Применить устройство можно для включения вентиляции в ванной комнате, открытия форточки в теплице или парнике а если заменить сопротивление двумя электродами то можно включать автоматически полив растений.

При сборке используются следующие детали:

Переменный резистор 100 кОм тип R3296; Конденсаторы 0,022 мкФ керамика или пленочный, 220 мкФ х 16В электролит, 470мкФ х 25В электролит; Сопротивление 10 кОм 0,125Вт; Транзистор КТ315 с любым буквенным индексом или любой его аналог например BC847 ; Диод 1N4007 или любой другой аналогичный диод; Стабилизатор напряжения LM7809 (9B) или любой другой аналогичный; Реле LEG-12 или любое другое на 12В и тем-же расположением выводов; Микросхема К176ЛА7 или К561ЛА7 или CD4011 или любой её аналог, разница между микросхемами в напряжении питания;

При использовании микросхем К561ЛА7 и CD4011 вместо LM7809 нужно установить перемычку и реле 12В.

Если будет использоваться микросхема К176ЛА7, то вместо перемычки (видно на фото перемычка красного цвета между электролитами) надо впаять стабилизатор по схеме, так как питание этой микросхемы максимум 9В. Так же надо вместо реле 12В установить реле на 9В.

Вот что получилось у меня

Настройка схемы производится вращением переменного сопротивления R1 100 кОм.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
DD1	Логическая ИС	К561ЛА7	1	CD4011		В блокнот
IC1	Линейный регулятор	LM7809	1			В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	BC847	1			В блокнот
VD1	Выпрямительный диод	1N4007	1			В блокнот
C1		220мкФ 16В	1	К50-35		В блокнот
C2	Конденсатор	2.2 нФ	1	К15-5 керамический		В блокнот
C3	Электролитический конденсатор	470мкФ 25В	1	К50-35		В блокнот
R1	Подстроечный резистор	100 кОм	1

Многие современные импортные стиральные машины обору­дованы сигнализаторами подтекания воды из них. Устаревшие или более дешевые модели стиральных машин такой сервис­ной функции не имеют. К сожалению, некоторые их владель­цы уже на собственном опыте знают, что такое "потоп" и "сколько это будет стоить". Чтобы не испытать это чувство, можно заранее воспользоваться материалами статьи.

Схема простейшего сигнализа­тора повышения влажности приве­дена на рис. 1. Она контролирует состояние датчика влажности (сенсо­ра), который подключается к контак­там К1 "SENSOR". Конструкция дат­чика может быть самой различной.

Все зависит от возможностей его изготовителя. В простейшем слу­чае достаточно воспользоваться "печатной" платой, на которой име­ются два проводника, расположен­ные на удалении 0,5...1,5 мм друг от друга. Для повышения эффек­тивности работы такого датчика при минимальных его размерах можно сделать проводники в виде спирали. Это позволит увеличить "зону взаимодействия" проводни­ков без значительного увеличения габаритов датчика.

На микросхеме интегрального таймера IC1 типа NE555 выполнен моностабильный генератор им­пульсов. Собственная частота ге­нератора определяется номинала­ми резисторов R1, R2 и конденса­тора С1.

К выходу схемы (КЗ "OUT- REPRO") подключается любой электромагнитный или динамичес­кий излучатель. Для исключения перегрузки микросхемы по выходу необходимо, чтобы его сопротивле­ние при напряжении питания мик­росхемы 9 В было более 50 Ом. Можно воспользоваться и малогаба­ритным пьезоизлучателем. При этом его надо будет зашунтировать рези­стором сопротивлением 2...20 кОм. В качестве конденсатора С2 при этом достаточно будет использовать неполярный керамический конден­сатор емкостью до 0,22...0,68 мкФ или вообще заменить конденсатор С2 ... перемычкой. Смелее экспе­риментируйте!

При сухом датчике влажности транзистор Т1 будет в непроводя­щем состоянии, напряжение пита­ния на микросхему IC1 не подает­ся и она обесточена. Если влаж­ность в месте расположения датчи­ка "SENSOR" повысится, то тран­зистор Т1 получит смещение базо­вого перехода и отопрется. Микро­схема IC1 получит питание и начнет генерировать электрические сигна­лы звукового диапазона частот. "Зазвучит" излучатель, сигнализи­руя о протечке воды в месте уста­новки датчика.

Для повышения чувствительно­сти работы схемы целесообразно в качестве Т1 использовать тран­зисторы с большим коэффициен­том усиления, например, ВС549С или отечественные КТ3102Е.

Схема рис. 1 очень простая и типовая. Казалось бы, что в ней еще усовершенствовать? Действи­тельно, начинающие радиолюбите­ли могут повторять ее. Собствен­но, на них она и была рассчитана. Более любознательные читатели могут задаться вопросом рацио­нальности предлагаемого в схеме рис. 1 способа включения/вык­лючения генерации микросхемы электронного таймера серии 555. Из алгоритма работы этих микро­схем известно, что в зависимо­сти от напряжения на выводе 4 тай­мер может находиться в рабочем или пассивном (заторможенном) состоянии. Так, если на вывод 4 по­дано напряжение менее 0,4 В, то на выходе таймера (независимо от сигналов на других его входах) ус­танавливается напряжение низко­го уровня. Этот режим называется пассивным.

Если напряжение на выводе 4 превышает 1 В, то цепь блокиров­ки работы таймера автоматически выключается и не влияет на после­дующую работу таймера. Это ак­тивный режим. Микросхема может работать как моностабильный ге­нератор в данном случае. Ток уп­равления микросхемой по выводу 4 очень мал и не превышает 0,2 мА. Это позволяет изменить схему уп­равления ее работой. Дело в том, что с повышением влажности в области датчика "SENSOR" сопро­тивление самого датчика меняет­ся не скачкообразно, а постепенно. Примерно так же постепенно будет уменьшаться и сопротивление пе­рехода эмиттер-коллектор транзи­стора Т1. Возрастает напряжение питания микросхемы IC1. Пример­но при 3...4 В она начинает гене­рировать, но громкость звука в громкоговорителе "REPRO" будет очень слабой. По мере повышения влажности в зоне датчика гром­кость возрастает.

Целесообразнее постараться придать сигнализатору влажности релейные свойства - сигнал трево­ги должен быть достаточно силь­ным уже при минимально допусти­мом уровне контролируемого пара­метра (влажности). Для этого, ве­роятно, достаточно вывод 8 (+Vcc) микросхемы IC1 и резистор R1 под­ключить непосредственно к выхо­ду выключателя питания S1. Вывод 4 этой микросхемы соединяют с эмиттером транзистора Т1 и допол­нительным резистором R3. Второй конец этого резистора должен быть соединен с минусом питания мик­росхемы - рис. 2.

Как и ранее, пока датчик влажности сух, транзистор Т1 находится в непроводящем со­стоянии. Тока эмиттера транзисто­ра и падения напряжения на рези­сторе R3 нет. Таймер "заторможен" по выводу 4.

При повышении влажности транзистор Т1 отпирается, ток эмиттера(коллектора)создает па­дение напряжения на резисторе R3. Как только на этом резисторе будет более 0,4...1 В, таймер раз­блокируется и начинает генериро­вать импульсы. Релейный режим управления работой генератора НЧ при линейном изменении сопро­тивления датчика влажности дос­тигнут.

В заключение хотелось бы выс­казать предположения в выборе типа транзистора Т1 и номинала резистора R3. Поскольку ток тай­мера 555 по выводу 4 может быть очень мал (менее 0,5 мА), то зада­димся током коллектора этого транзистора, например, 2 мА. Зна­чит, при напряжении питания схе­мы 9 В сопротивление R3 может быть 4,3 кОм.

Получение столь небольшого тока через транзистор Т1, вероят­но, возможно и при не столь уж и большом коэффициенте его усиле­ния. А это допускает применение в качестве Т1 любых типов мало­мощных транзисторов без их под­бора. Возможно, целесообразно выполнить эмиттерную нагрузку транзистора Т1 в виде цепочки из двух резисторов (R3 и R4) - рис. 3. Это дополнительно облегчит на­стройку схемы.

Литература:
1. Poplachove cidlo vlhoctf // Amaterske RADIO. 2009. №12. S.3.
2. B.H. Вениаминов, O.H. Лебе­дев, А.И. Мирошниченко. Микро­схемы и их применение // М.: Изда­тельство "Радио и связь". 1989. С.81 -82.

Вода может стать источником большой беды, если вовремя не узнать о ее появлении там, где ее не ждут и где она нежеланна, особенно в больших количествах.

Помочь человеку в подобных случаях и избежать многих неприятностей может индивидуальный сигнализатор появления влаги, который можно выполнить очень компактным. Схема сигнализатора показана на рис.1.

На германиевых транзисторах VT1, VT2, резисторах R1, R2, конденсаторе С1 и головке громкоговорителя собран тональный генератор, который при исправных деталях начинает звучать сразу, как только на него будет подано напряжение питания. Питание на генератор подается через ключевой каскад на кремниевых транзисторах VT3, VT4, резисторах R3...R5 и датчике появления влаги. Многие жидкости обладают электропроводностью и, следовательно, сопротивлением электрическому току. Так, водопроводная вода имеет омическое сопротивление в несколько килом.

Следовательно, попадание влаги на датчик эквивалентно появлению между базой транзистора VT3 и "минусом" цепи питания некоторого сопротивления, которое делает электрический потенциал базы транзистора VT3 отрицательным по отношению к эмиттеру этого транзистора. Такое включение для транзистора VT3 является открывающим, и через него начинает течь ток, который в свою очередь приводит к открыванию транзистора VT4. Оба транзистора, открывшись, входят в режим насыщения, электронный ключ замыкается, и через него на тональный генератор подается питание. Начинает звучать головка громкоговорителя (0,5 ГДШ-2), тональность и громкость звука которой способны разбудить даже крепко спящего человека. В дежурном (ждущем) режиме сигнализатор потребляет ток значительно меньше 1 мкА. В режиме сигнализации (при попадании воды на датчик) прибор потребляет ток не более 80 мА. Так как прибор очень экономичен в дежурном режиме, то в наиболее ответственных случаях установка в него выключателя питания даже нежелательна.

Чтобы убедиться, что сигнализатор включен и работоспособен, достаточно замкнуть пластины его датчика влажными пальцами руки или чем-то металлическим. В случае исправности он тут же подаст "голос".

Область применения сигнализатора появления влаги не ограничена охранными функциями. Он может следить за

наполнением жидкостью каких-либо емкостей, или его можно использовать в качестве электронной "няни". В последнем случае датчик (датчики) подкладывают под пеленки. Как только пеленки намокнут "няня" тут же об этом просигнализирует. Для приведения электронной "няни" в дежурное положение достаточно протереть датчик какой-либо салфеткой или ветошью.

В качестве VT1 можно использовать МП11А (МП35 ...МП38), а в качестве VT2 -МП39 (МП16...МП42Б), т.е. любые низкочастотные маломощные германиевые транзисторы соответствующей проводимости. В качестве VT3 применен КТ203, в качестве VT4 - КТ814. Радиатор для VT4 не нужен. В качестве головки громкоговорителя подойдут любые мощностью 0,25...2 Вт с номинальным электрическим сопротивлением 8 Ом. Монтаж прибора может быть как навесным, так и с использованием печатной платы, размеры и конфигурация которой зависят от размеров примененных деталей и корпуса прибора.

В качестве датчика прибора можно использовать пластину одностороннего фольгированного материала, на которой вытравлены контактные полоски (рис. 2). Можно вырезать полоски датчика из медной фольги и наклеить их на резину, кожу и т.п. Полоски следует залудить припоем. Некоторые из авторов советуют этого не делать, так как внешний вид от этого становится кустарным. Но если залуживать хорошо прогретым, зачищенным и облуженным жалом мощного паяльника хорошо зачищенные и натертые канифолью печатные проводники, используя малые количества припоя (это своеобразное "ноу-хау"), то качество покрытия получается отличным. Вместе с этим устраняются дефекты печатных проводников из-за микротрещин, и повышается срок службы печатных плат, особенно тех, которые из-за применения нельзя покрывать защитным лаком.

Чем меньше будет расстояние между полосками датчика, тем выше вероятность того, что сигнализатор сработает даже от попадания на датчик нескольких капель дождя. Длина проводников, соединяющих датчик с прибором, может быть от нескольких десятков сантиметров до нескольких сотен метров.

С.Н. Коваленко, г. Запорожье

Аварии с домашним водопроводом часто происходят не внезапно. Сначала начнет подтекать, потом капать, а потом может и прорвать. А еще могут и соседи сверху начать заливать. И лучше узнать об этом пораньше, а не когда тебя разбудит дождь с потолка. Для собственного спокойствия решил я подстраховаться и сделать звуковой сигнализатор влажности. Теперь такая игрушка стоит у меня у каждой батареи, под каждой раковиной и других водоопасных местах. Этот бдительный страж предупредит об опасности воем милицейской сирены. Так же приборчик можно использовать для сигнализации о завышенной влажности в помещении, или образовании конденсата.

Технические характеристики:
Напряжение питания - 12 вольт.
Ток потребления в покое - нет.
Ток потребления в режиме работы - 20 мА.

Детали:
D1- К561ЛА7- 1 шт. Аналог- CD4011A.
T1, T2- КП505- 2 шт. Любой n-канальный МОП транзистор с напряжением затвора не выше 3 вольт.
С1- 0,1 мкф. Керамика.
С2, С3- 22 нф. Керамика.
R2- 1 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R4- 3,3 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R6- 47 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R1- 68 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R3- 100 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R5- 220 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
ЗП-18- 1 шт. Любой пьезокерамический излучатель.
S1- Любой выключатель.
Bat 12 V- Пальчиковая батарейка от брелка сигнализации.

Описание работы:
При повышении влажности сопротивление датчика уменьшается, открывается транзистор Т2. Включаются оба генератора микросхемы D1. Генератор на элементах D1-3 и D1-4 работает на частоте, примерно 1 герц, генератор на элементах D1-1 и D1-2 на частоте вашего излучателя (нужно подстроить для максимальной громкости, в моем случае порядка трех килогерц). Транзистор Т1 с частотой 1 герц подключает и отключает емкость С3 подключенную параллельно емкости С2, из-за этого меняется тональность второго генератора и получается имитация звука сирены.

Настройка:
При правильной сборке устройство в настройке не нуждается.
Для снижения чувствительности прибора нужно уменьшить резистор R5, для повышения чувствительности увеличить.
При данных элементах сигнализатор срабатывает от касания рукой.
Для увеличения громкости можно подобрать частоту с помощью С2 и С3 под ваш резонатор.
В роли датчика влажности можно использовать любые два проводника расположенные близко друг к другу. Я нарезал на фольгированном текстолите несколько рядом лежащих дорожек.

Деталей и соединений не много, потэому печатную плату решил не делать.
По цене трудно что-то сказать, все детали были под рукой. Самый дорогой элемент это батарейка - 30 рублей.

16.04.2014

Определение количественных показателей влажности газовых сред, жидкостей, твердых и сыпучих тел – востребованная задача практически для всех сфер промышленности, хозяйственной и научной деятельности, различного типа производств. Все методы определения влажностных показателей делятся на прямые и косвенные. Прямой способ подразумевает непосредственное отделение сухого вещества в исследуемом материале от влаги. Принцип косвенных методов заключается в измерении физических величин, имеющих функциональную связь с влажностью вещества или материала.

Необходимость беспрерывно производить замеры, контролировать и регулировать содержание влаги в различных веществах способствовало разработке и развитию компактных сенсорных приборов – датчиков влаги. Они значительно облегчили процесс круглосуточного детектирования концентрации молекул воды в анализируемом материале. Современные сенсорные датчики должны отвечать целому ряду требований: помимо высокой точности, чувствительности и быстроты операций, данные устройства должны иметь широкий измерительный диапазон, охват нескольких порядков анализируемой величины, стабильность показаний.

Области применения датчиков

Измерение показателей влажности необходимо в таких сферах деятельности, как:

• химическое производство;
• транспортировка топлива;
• фармацевтика;
• полимеризация;
• животноводство;
• хранение продукции;
• обслуживание холодильных и морозильных камер;
• лесоперерабатывающая промышленность;
• работа пищевых цехов;
• сельскохозяйственная отрасль и т. д.

Виды влажностных датчиков

Датчики для замеров влажности классифицируются по различным критериям, например по:

• агрегатному состоянию и структурным особенностям материала, который подлежит анализу;
• условиям и режиму эксплуатации – существуют датчики для беспрерывных и дискретных контрольно-измерительных мероприятий;
• способу осуществления замеров – датчики имеют проточный и погружной тип;
• методу определения влажностных показателей.

Последний критерий поспособствовал выделению двух больших групп, пользующихся высоким спросом: сорбционные и сорбционно-импедансные датчики.

Сорбционные датчики влажности

Для определения и контроля незначительных концентраций влаги применяются датчики сорбционного типа, принцип измерения в которых основывается на пъезосорбционных и сорбционно-импендасных способах мониторинга.

Главный функциональный элемент таких датчиков – сорбционный слой, который при контакте со средой исследования способен поглощать пары воды. Часто в роли такого слоя выступает полимерная пленка или материал на основе высокопористых неорганических оксидов.

Чем выше размерные характеристики внутренних полостей материала, тем большей эффективностью обладает датчик на его основе. Поэтому оптимальными анализирующими элементами служат пористые и мезопористые материалы. При этом важно отметить, что увеличение влагочувствительности датчиков с помощью такого материала так же может сопровождаться увеличением погрешности производимых замеров. В связи с этим разработка и производство датчиков влажности требует особого контроля и соблюдения технологий формирования чувствительного элемента.

Сорбционные датчики, задействуемые при мониторинге влажности различных сред, могут иметь структуру по типу «сэндвич». Изготовление датчика осуществляется на подложках из стеклокристаллического материала или поликорового наполнителя. Электроды выполняются на основе никеля с ванадиевым покрытием. Чувствительная гидрофильная прослойка представлена специальной наноструктурированной пленкой из полимеров, ее формирование происходит по особой технике. На прослойку из полученной диэлектрической пленки наносится особо тонкое золотое покрытие (мембраны данной пленки способны селективно пропускать молекулы воды), которое берет на себя функционал второго электрода. Обеспечивает надежное исполнение конструкции непосредственное расположение контактов на уровне нижнего электрода. Постоянная времени имеет значение:

• для датчика относительной влажности – 1-2 с;
• для датчика микровлажности – от 10 до 180 с, такой широкий диапазон обуславливается зависимостью от уровня исследуемой концентрации влаги.

Особая технология термической обработки влажностного датчика помогает снизить значение погрешности устройства до 2 %.

Датчик влажности «сэндвич» типа:

1. Основание датчика;

2. Нижние электроды;

3. Пленка сорбента;

4. Верхний электрод.

Работа датчиков влажности часто сопряжена с применением термоизмерителей. Это помогает повышать точность исследований среды, обеспечивать корректный пересчет единиц измерения и получать максимально точные значения абсолютной и относительной влажности.

Особая роль отводится датчикам относительной влажности при мониторинге атмосферы, климата производственных помещений и жилых построек. Также без данных датчиков не обходится работа гидрометеорологического оборудования, в том числе зондов.

Датчики, применяемые для мониторинга параметров микровлажности, востребованы при исследованиях особо чистых активных газов и их сред (примером может служить аргон или кислород). Поэтому без такого измерительного оборудования не обходятся отрасли электроники, лабораторные корпуса и т. д.

Сорбционно-импедансные датчики

Определить концентрацию влаги в различных средах помогают датчики сорбционно-импедансного типа. Преимуществом этих устройств мониторинга влажности служат:

• высокие показатели чувствительности;
• простая технология изготовления;
• компактность изделия.

Работа такого датчика основывается на зависимости комплексного сопротивления сорбционного слоя от объема поглощенной им влаги. Такие датчики влажности могут иметь два варианта конструктивного исполнения:

• вышеописанная структура «сэндвич»;
• с планарным размещением электродов, часто имеют форму гребенки.

Градуировочные характеристики сорбционно-импедансных средств измерения влажности зависят от сорбционного материала. Изначально в роли сорбционного слоя выступали гигроскопичные ионообразующие добавки в виде солей (такие как хлорид лития, фторид бериллия и т. д.). Измерительным датчикам подобного вида свойственны недочеты – низкая стабильность показателей, меньшая чувствительность и большая вероятность погрешностей.

Основываясь на этом, современные производители редко используют ионообразующие соли как самостоятельный влаговосприимчивый агент. Гигроскопичная соль в производстве датчиков получила вспомогательную роль – ее используют в качестве материала пропитки или добавки для повышения влагочувствительности. Основное применение в различных сферах получили импедансные измерители с полимерными сорбентами (как органическими так и неорганическими) на основе оксидов металлов. Покрытие может иметь тонкопленочный или толстопленочный вариант.

Процесс совершенствования датчиков влажности

Как в отечественном, так и в зарубежном производстве датчиков влажности просматривается эффективное направление развития – разработка инновационных влагочувствительных композиций. В целом, для этой отрасли характерны следующие особенности:

• неминуемый переход на групповую планарную микроэлектронную технологию производства (применяется как тонкопленочная, так и толстопленочная);
• создание мультизадачных устройств, например, интегральных датчиков температуры и влажности. Эксплуатация таких датчиков не только способствует повышению точности производимых замеров, но и приводит к упрощению процесса их калибровки;
• приведение к единой системе конструкций датчиков влажности, а также средств обработки сигналов на фоне широкого применения микропроцессоров.

Существование широкого многообразия моделей датчиков влажности можно объяснить тем, что ни один из них не является универсальным. Каждый тип датчика имеет свою специфику, обладает преимуществами и недостатками, а значит выбор устройства должен происходить с учетом особенностей его применения.

Мониторинг влажности с контрольно-измерительными приборами ЭКСИС

На основе изготавливаемых датчиков влажности АО «Экологические сенсоры и системы» разрабатывает автоматизированные системы многоканального типа, а также стационарные и мобильные варианты контрольно-измерительных приборов. Последние используются для мониторинга относительной влажности и температурных показателей (устройства линейки ИВТМ-7), при исследованиях микровлажности газов (линейка ИВГ-1).

Стоит отметить, что в изданиях научно-исследовательского и технического назначения понятие датчика влажности подразумевает устройства, в составе которых присутствует влагочувствительный элемент (сенсор) и электросхема для приема и преобразования сигнала от сенсора в необходимое значение. Именно поэтому устройства мониторинга часто именуют датчиками.

Разрабатываемые устройства задействуют при решении задач в условиях производств, обеспечения условий комфортной и безопасной деятельности работника в различных промышленных сферах. Примером может служить задействование приборов измерения в электронике, на химических предприятиях, атомных станциях и т. д.

Производимые приборы обладают всеми необходимыми характеристиками для объединения устройств в общую измерительную сеть. Комплектация такой сети может включать многоканальные и одноканальные приборы, сетевые и портативные модели, измерительные преобразователи. Работе инновационных измерительных систем характерно распределенная схема управления, удаленный контроль (в том числе посредством сети Интернет) и другие современные технологии контрольно-измерительных мероприятий.