Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.
Рисунок 1. Отечественные приборы Роса-10 в различном исполненииНо датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.
Рисунок 2. Все современные климатические системы снабжены модулем, измеряющим влажность
Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.
Терминология
Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.
Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.
Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».
Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.
Виды датчиков и их принцип работы
Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:
Рисунок 4. Датчик воды SYH-2RS
Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.
Рисунок 6. Аспирационный измеритель влажности МВ-4М
Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.
Устройство детекторов резистивного типа
Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.
Рисунок 7. Устройство резистивного сенсора
1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.
Обозначения:
- а – керамическая подложка;
- b – напыленные электроды;
- c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.
Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.
Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение
Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.
Рисунок 8. Модуль HIG-2 с релейным выходом
Основные характеристики:
- устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
- срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
- допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
- время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).
Как подключить датчик влажности HIG-2?
Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.
Рисунок 9. Схема подключения вентилятора к модулю контроля влажности
На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.
Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.
Рисунок 10. Беспроводной сенсор производства компании Xiaomi
Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.
Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.
Рисунок 11. Сенсор Gardena, управляющий системой полива
Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.
Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.
Рисунок 12. Измеритель влажности с выносным датчиком из серии ИВИТ-М
Перечень основных характеристик:
- для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
- относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
- измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
- прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.
Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.
Рисунок 13. Сенсоры влажности для платформы Arduino
a) DHT22; b) DHT11.
Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.
Основные технические параметры DHT11:
- подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
- в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
- границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
- частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.
Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:
- напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
- влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
- границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.
Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.
Вот захотел я автоматизировать процесс просушки ванной комнаты после купания. У меня было много обзоров, посвящённых теме влажности. Решил внедрить в жизнь (так сказать) один из методов борьбы с ней. Кстати, зимой в ванной и бельё сушим. Достаточно вытяжной вентилятор включить. Но следить за вентилятором не всегда сподручно. Вот и решил поставить автоматику на это дело. Кому интересно, заходим.
Когда въехал в новую квартиру, почти сразу поставил в вытяжку вентилятор с обратным клапаном. Вентилятор необходим, чтобы просушивать ванную комнату после купания. Обратный клапан нужен для предотвращения попадания в квартиру посторонних запахов от соседей (когда вентилятор молчит). И такое бывает. Вентилятор не простой, с таймером и регулировкой временнОго интервала.
Вот в это изделие китайпрома и хотел вживить купленный модуль.
Так как живу в многоквартирном «муравейнике», то единственное место для сушки белья – это балкон. В ванной может и затухнуть. Необходима циркуляция воздуха. Вентилятор должен был решить эту проблему. Поначалу именно так и делали. Главное не забыть его выключить. Во время работы вентилятора необходимо приоткрывать малость окошко. Про школьную задачку с бассейном и двумя трубами напоминать не надо? Чтобы воздух выходил в вытяжку, необходимо, чтобы он откуда-то входил в квартиру. У кого окна деревянные, а не пластиковые, проблем не будет. Щелей хватит. А вот с пластиковыми квартира превращается в террариум.
Тут я и задумался об автоматизации процесса. Именно для этого я и заказал модуль. Его задачей должно было стать отключение/включение вентилятора при определённых уровнях влажности.
Пора смотреть, в каком виде прибыло. Посылка шла около трёх недель. Модуль был упакован хорошо. В такой пакет их штук двадцать вошло бы.
Сам девайс был запаян в антистатический пакет. Всё по уму. Пайка аккуратная. Претензий по внешнему виду не имею. Даже плата промыта.
Никакой инструкции не было. Только то, что вы видите.
Вот, что написано на странице магазина:
Specification:Напряжение питания: 5В
Weight: 18g
Size: 5 x 2.5 x 1.7 cm (L x W x H)
Current will be more than 150mA
Supply voltage: 5V DC
Maximum load: 10A 250VAC / 10A 125VAC / 10A 30VDC / 10A 28VDC
Максимальная нагрузка: 10А 250В переменного и 10А 30В постоянного тока.
Осталось проверить, как работает. Для этого взял старую (уже ненужную) зарядку от телефона.
Эта зарядка без USB разъёма. Ну очень старенькая. Поэтому на выходе 7В (а не 5В). Пришлось припаять МС стабилизатора КРЕН5. В этом ничего сложного нет. Кто дружит с паяльником, тот знает.
Сильно не пугайтесь, сделал времянку.
Подключил согласно схеме. Схему более менее чего-то подходящего нашёл на Али. Далее редактировал сам согласно тому, что пришло.
Красный светодиод индицирует наличие питающего напряжения. Зелёный – сработку реле. Синим выделил датчик влажности. В основе схемы лежит компаратор на LM393. Подстроечный резистор предназначен для настройки порога срабатывания реле влажности. Всё просто и понятно. Вот только одно НО. Схема НЕ работает.
Пришлось разбираться. Для этого залез в термогигрометр. Обзор (и не один) про него был.
Вскрытие сложностей не доставило. Делал это не один раз.
В данном случае меня интересует только датчик влажности. А с ним не всё так просто. Тестером не звонится. Пришлось искать Datasheet.
А не звонится он потому, что меняет своё частотное сопротивление (рабочая частота 1 кГц). Постоянным током не звонится. Здесь привычный мультиметр не поможет.
Любопытство заставило меня подключить осциллограф параллельно датчику гигрометра.
Вот небольшое видео того, что я увидел.
Девайс обновляет свои показания каждые 10 секунд. Поэтому каждые 10 секунд на датчике появляется колебания, которые фиксирует осциллограф. И никак иначе! Датчик меняет своё сопротивление только по отношению к частоте.
Клякса-мозг отлавливает эти изменения и выдаёт результат на дисплей.
В интернете тоже пришлось полазить.
Таблица зависимости сопротивления датчика от влажности и температуры (на частоте 1кГц):
Датчик ну очень корявый. Меняет своё сопротивление не только от влажности, но и от температуры. Причём зависимость настолько нелинейная, что анализу не поддаётся.
Теперь можно сделать однозначный вывод: Обозреваемый модуль (реле влажности) работать не может в ПРИНЦИПЕ! Компаратор – это не то устройство, что сможет подавать частоту на датчик влажности, а затем анализировать полученные данные. Максимум, что сможет он сделать, это сравнить уровни напряжения на своих входах.
Но нет, уже не доверяя своим выводам, пошёл в ближайший магазинчик радиодеталей и купил МС LM393, правда в другом корпусе. В каком была, в таком и купил, 30 или 40 рублей, не помню. Собрал макетку на скорую руку.
Подключил. НЕ РАБОТАЕТ. Всё! Надо бросать.
Но НЕТ. Надежда умирает последней.
Решил купить на Али аналогичный, но упрощённый модуль (без реле) за $1.29. На тот момент было около 70 рублей. 
Подумал, что даже в случае неудачи, останется датчик влажности и готовая схема на компараторе для самоделок за сущие копейки. На этот раз никакого антистатического пакета. 
Обычный пакетик с замком.
Модуль другой, но схемотехника та же.
Эту схему я скопировал у китайских товарищей. Всё тоже самое, только нет реле.
Подключил. НЕ РАБОТАЕТ. Всё!
Умерла последняя надежда:(На этом я закончил свои «злоключения».
Китайцы привычно жгут со схемами.
Все модули, что получил, не останутся без дела. Я найду им применение. Можно сделать термореле, можно фотореле. Схема уже готова. Необходимо только установить терморезистор или датчик света (фоторезистор). Но это будет уже другая история.
И этот девайс тоже имеет право на жизнь. Вот только не в таком обличии. Реле влажности в том виде, что получил я – это БЛЕФ. Возможно, они существуют на китайском рынке, но не с такой схемотехникой.
На этом всё.
Как правильно распорядиться сведениями из моего обзора каждый решает сам. Кому что-то неясно, задавайте вопросы. Надеюсь, хоть кому-то помог. Возможно, кто-то захочет помочь мне. Я буду очень благодарен.
Удачи всем!
Чуть не забыл напомнить. Датчик влажности (змейка) покрыт специальным активным слоем, который и позволяет ему менять своё сопротивление. Активный слой трогать руками нельзя! Необходимо также быть внимательным к парам флюса или канифоли.
Прибор, которым измеряют уровень влажности, называется гигрометром или просто датчиком влажности. В повседневной жизни влажность выступает немаловажным параметром, и часто не только для самой обычной жизни, но и для различной техники, и для сельского хозяйства (влажность почвы) и много для чего еще.
В частности, от степени влажности воздуха немало зависит наше самочувствие. Особенно чувствительными к влажности являются метеозависимые люди, а также люди, страдающие гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, заболеваниями сердечно-сосудистой системы.
При высокой сухости воздуха даже здоровые люди ощущают дискомфорт, сонливость, зуд и раздражение кожных покровов. Часто сухой воздух может спровоцировать заболевания дыхательной системы, начиная с ОРЗ и ОРВИ, и заканчивая даже пневмонией.
На предприятиях влажность воздуха способна влиять на сохранность продукции и оборудования, а в сельском хозяйстве однозначно влияние влажности почвы на плодородие и т. д. Здесь и спасает применение датчиков влажности — гигрометров .
Какие-то технические приборы изначально калибруются под строго требуемую важность, и иногда чтобы провести точную настройку прибора, важно располагать точным значением влажности в окружающей среде.
Влажность может измеряться несколькими из возможных величин:
Для определения влажности как воздуха, так и других газов, измерения проводятся в граммах на кубометр, когда речь об абсолютном значении влажности, либо в единицах RH, когда речь о влажности относительной.
Для измеряется влажности твердых тел или в жидкостях подходят измерения в процентах от массы исследуемых образцов.
Для определения влажности плохо смешиваемых жидкостей, единицами измерения будут служить ppm (сколько частей воды приходится на 1000000 частей веса образца).
По принципу действия, гигрометры делятся на:
емкостные;
резистивные;
термисторные;
оптические;
электронные.
Емкостные гигрометры, в самом простом случае, представляют собой конденсаторы с воздухом в качестве диэлектрика в зазоре. Известно, что у воздуха диэлектрическая проницаемость непосредственно связана с влажностью, а изменения влажности диэлектрика приводят и к изменениям в емкости воздушного конденсатора.
Более сложный вариант емкостного датчика влажности в воздушном зазоре содержит диэлектрик, с диэлектрической проницаемостью, могущей сильно меняться под влиянием на него влажности. Данный подход делает качество датчика лучше, чем просто с воздухом между обкладками конденсатора.
Второй вариант хорошо подходит для проведения измерений относительно содержания воды в твердых веществах. Исследуемый объект размещается между обкладками такого конденсатора, к примеру объектом может быть таблетка, а сам конденсатор присоединяется к колебательному контуру и к электронному генератору, при этом измеряется собственная частота полученного контура, и по измеренной частоте «вычисляется» емкость, полученная при внесении исследуемого образца.
Безусловно, данный метод обладает и некоторыми недостатками, например при влажности образца ниже 0.5% он будет неточным, кроме того, измеряемый образец должен быть очищен от частиц, имеющих высокую диэлектрическую проницаемость, к тому же важна и форма образца в процессе измерений, она не должна изменяться в ходе исследования.
Третий тип емкостного датчика влажности - это емкостный тонкопленочный гигрометр. Он включает в себя подложку, на которую нанесены два гребенчатых электрода. Гребенчатые электроды играют в данном случае роль обкладок. С целью термокомпенсации в датчик дополнительно вводят еще и два термодатчика.
Такой датчик включает в себя два электрода, которые нанесены на подложку, а поверх на сами электроды нанесен слой материала, который отличается достаточно малым сопротивлением, сильно, однако, меняющимся в зависимости от влажности.
Подходящим материалом в устройстве может выступать оксид алюминия. Данный оксид хорошо поглощает из внешней среды воду, при этом удельное сопротивление его заметно изменяется. В результате общее сопротивление цепи измерения такого датчика будет значительно зависеть от влажности. Так, об уровне влажности станет свидетельствовать величина протекающего тока. Достоинство датчиков такого типа - малая их цена.
Термисторный гигрометр состоит из пары одинаковых термисторов. К слову напомним, что — это нелинейный электронный компонент, сопротивление которого сильно зависит от его температуры.
Один из включенных в схему термисторов размещают в герметичной камере с сухим воздухом. А другой - в камере с отверстиями, через которые в нее поступает воздух с характерной влажностью, значение которой требуется измерить. Термисторы соединяют по мостовой схеме, на одну из диагоналей моста подается напряжение, а с другой диагонали считывают показания.
В случае, когда напряжение на выходных клеммах равно нулю, температуры обоих компонентов равны, следовательно одинакова и влажность. В случае, когда на выходе будет получено не нулевое напряжение, то это свидетельствует о наличии разности влажностей в камерах. Так, по значению полученного при измерениях напряжения определяют влажность.
У неискушенного исследователя может возникнуть справедливый вопрос, почему же температура термистора меняется при его взаимодействии с влажным воздухом? А дело все в том, что при увеличении влажности, с корпуса термистора начинает испаряться вода, при этом температура корпуса уменьшается, и чем выше влажность, тем более интенсивно происходит испарение, и тем стремительнее остывает термистор.
4) Оптический (конденсационный) датчик влажности
Этот вид датчиков наиболее точен. В основе работы оптического датчика влажности — явление связанной с понятием «точка росы». В момент достижения температурой точки росы, газообразная и жидкая фазы - в условии термодинамического равновесия.
Так, если взять стекло, и установит в газообразной среде, где температура в момент исследования выше точки росы, а затем начать процесс охлаждения данного стекла, то при конкретном значении температуры на поверхности стекла начнет образовываться водяной конденсат, это водяной пар станет переходить в жидкую фазу. Данная температура и будет как раз точкой росы.
Так вот, температура точки росы неразрывно связана и зависит от таких параметров как влажность и давление в окружающей среде. В результате, имея возможность измерения давления и температуры точки росы, получится легко определить и влажность. Этот принцип служит основой для функционирования оптических датчиков влажности.
Простейшая схема такого датчика состоит из светодиода, светящего на зеркальную поверхность. Зеркало же отражает свет, меняя его направление, и направляя на фотодетектор. В данном случае зеркало можно подогревать или охлаждать посредством специального устройства регулирования температуры высокой точности. Часто таким устройством выступает термоэлектрический насос. Конечно же, на зеркало устанавливают датчик для измерения температуры.
Прежде чем начать измерения, температуру зеркала выставляют на значение, которое заведомо выше температуры точки росы. Дальше осуществляют постепенное охлаждение зеркала. В момент, когда температура начнет пересекать точку росы, на поверхности зеркала тут же начнут конденсироваться капли воды, и световой луч от диода приломится из-за них, рассеется, а это приведет к уменьшению тока в цепи фотодетектора. Через обратную связь фотодетектор взаимодействует с регулятором температуры зеркала.
Так, опираясь на информацию, полученную в форме сигналов от фотодетектора, регулятор температуры станет удерживать температуру на поверхности зеркала точно равной точке росы, а термодатчик соответственно покажет температуру. Так, при известных давлении и температуре можно точно определить основные показатели влажности.
Оптический датчик влажности обладает самой высокой точностью, недостижимой другими типами датчиков, плюс отсутствие гистерезиса. Недостаток — самая высокая цена из всех, плюс большое потребление электроэнергии. К тому же необходимо следить за тем, чтобы зеркало было чистым.
Принцип работы электронного датчика влажности воздуха основан на изменении концентрации электролита, покрывающего собой любой электроизоляционный материал. Существуют такие приборы с автоматическим подогревом с привязкой к точке росы.
Часто точка росы измеряется над концентрированным раствором хлорида лития, который является очень чувствительным к минимальным изменениям влажности. Для максимального удобства такой гигрометр зачастую дополнительно оборудуют термометром. Этот прибор обладает высокой точностью и малой погрешностью. Он способен измерять влажность независимо от температуры окружающей среды.
Популярны и простые электронные гигрометры в форме двух электродов, которые просто втыкаются в почву, контролируя ее влажность по степени проводимости в зависимости от этой самой влажности. Такие сенсоры популярны у поклонников , поскольку можно легко настроить автоматический полив грядки или цветка в горшке, на случай если поливать в ручную некогда или не удобно.
Прежде чем купить датчик, подумайте, что вам нужно будет измерять, относительную или абсолютную влажность, воздуха или почвы, каков предвидится диапазон измерений, важен ли гистерезис, и какая нужна точность. Самый точный датчик — оптический. Обратите внимание на класс защиты IP, на диапазон рабочих температур, в зависимости от конкретных условий, где будет использоваться датчик, подойдут ли вам параметры.
Андрей Повный
Нередко в продаже можно встретить такие приспособления, которые устанавливаются на цветочный горшок и следят за уровнем влажности почвы, включая при необходимости насос и поливая растение. Благодаря такому устройству можно будет спокойно уезжать в отпуск на недельку, не боясь, что любимый фикус завянет. Однако цена на такие приспособления неоправданно высока, ведь их устройство предельно простое. Так зачем покупать, если можно сделать самому?
Схема
Предлагаю к сборке схему простого и проверенного датчика влажности почвы, схема которого изображена ниже:В почку горшка опускаются два металлических прутка, сделать которые можно, например, разогнув скрепку. Их нужно воткнуть в землю на расстоянии примерно 2-3 сантиметра друг от друга. Когда почва сухая, она плохо проводит электрический ток, сопротивление между прутками очень велико. Когда почва влажная – её электропроводность значительно повышается и сопротивление между прутками уменьшается, именно это явление лежит в основе работы схемы.
Резистор 10 кОм и участок почвы между прутками образуют делитель напряжения, выход которого соединён с инвертирующим входом операционного усилителя. Т.е. напряжение на нём зависит лишь от того, насколько увлажнена почва. Если поместить датчик во влажную почву, то напряжение на входе ОУ будет равно примерно 2-3 вольтам. По мере высыхания земли это напряжение будет увеличиваться и достигнет значения 9-10 вольт при совершенно сухой земле (конкретные значения напряжения зависят от типа почвы). Напряжение на неинвертирующем входе ОУ задаётся вручную переменным резистором (10 кОм на схеме, его номинал можно менять в пределах 10-100 кОм) в пределах от 0 до 12-ти вольт. С помощью этого переменного резистора задаётся порог срабатывания датчика. Операционный усилитель в этой схеме работает в качестве компаратора, т.е. он сравнивает напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. Как только напряжение с инвертирующего входа превысит напряжение с неинвертирующего, на выходе ОУ появится минус питания, загорится светодиод и откроется транзистор. Транзистор, в свою очередь, активирует реле, управляющее водяным насосом или электрическим клапаном. Вода начнёт поступать в горшок, земля вновь станет влажной, её электропроводность увеличиться, и схема отключит подачу воды.
Печатная плата, предлагающаяся к статье, рассчитана на использования сдвоенного операционного усилителя, например, TL072, RC4558, NE5532 или других аналогов, одна его половинка при этом не используется. Транзистор в схеме используется малой или средней мощности и структуры PNP, можно применить, например, КТ814. Его задача – включение и выключение реле, также вместо реле можно применить ключ на полевом транзисторе, как это сделал я. Напряжение питания схемы – 12 вольт.
Скачайте плату:
(cкачиваний: 330)
Сборка датчика влажности почвы
Может случиться такое, что при высыхании почвы реле включается не чётко, а сначала начинает быстро щёлкать, и только после этого устанавливается в открытом состоянии. Это говорит о том, что провода от платы до горшка с растением улавливают сетевые наводки, пагубно влияющие на работу схемы. В таком случае, не помешает заменить провода на экранированные и поставить электролитический конденсатор ёмкостью 4.7 – 10 мкФ параллельно участку почвы, вдобавок к ёмкости 100 нФ, указанной на схеме.Работа схемы мне очень понравилась, рекомендую к повторению. Фото собранного мной устройства:
Несколько схем датчиков
В январе 2007 года издательство "Наука и Техника" выпустило книгу автора А.П.Кашкарова "Электронные датчики". На этой страничке хочу познакомить Вас с некоторыми из конструкций.
Очень хочется предупредить - данные схемы я НЕ собирал - работоспособность их полностью зависит от "порядочности" г-на Кашкарова!В начале рассмотрим схемы с применением микросхемы К561ТЛ1. Первая схема - емкостное реле:
Микросхема К561ТЛ1 (зарубежный аналог CD4093B) - одна из самых популярных цифровых микросхем этой серии. Микросхема содержит 4 элемента 2И-НЕ с передаточной характеристикой триггера Шмита (имеет определенный гистерезис).
Данное устройство имеет высокую чувствительность, что позволяет использовать его в охранных устройствах, а также в устройствах, предупреждающих о небезопасном нахождении человека в опасной зоне (например в распиловочных станках). Принцип устройства основан на изменении емкости между штырем антенны (используется стандартная автомобильная антенна) и полом. По утверждению автора, данная схема срабатывает при приближении человека среднего размера на расстояние около 1,5 метров. В качестве нагрузки транзистора может использоваться, например, электромагнитное реле с током срабатывания не более 50 миллиампер, которое своими контактами включает исполнительное устройство (сирену и проч.). Конденсатор С1 служит для снижения вероятности срабатывания устройства от помех.
Следующее устройство - датчик влажности:
Особенностью схемы является применение в качестве датчика переменного конденсатора С2 типа 1КЛВМ-1 с воздушным диэлектриком. Если воздух сухой - сопротивление между пластинами конденсатора составляет более 10 Гигаом, а уже при небольшой влажности сопротивление уменьшается. По сути этот конденсатор представляет собой высокоомный резистор с изменяющимся в зависимости от внешних условий абсорбированной атмосферной влажности сопротивлением. При сухом климате сопротивление датчика велико, и на выходе элемента D1/1 присутствует низкий уровень напряжения. при увеличении влажности сопротивление датчика уменьшается, возникает генерация импульсов, на выходе схемы присутствуют короткие импульсы. При увеличении влажности частота генерации импульсов увеличивается. В определенный момент влажности генератор на элементе D1/1 превращается в генератор импульсов. на выходе устройства появляется непрерывный сигнал.
Схема сенсорного датчика показана ниже:
Принцип действия этого устройства заключается в реагировании на "наводки" в теле человека или животного от различных электрических устройств. Чувствительность устройства очень велика - оно реагирует даже на прикосновение к пластине Е1 человека в матерчатых перчатках. При первом прикосновении устройство включается, при втором - выключается. Конденсатор С1 служит для защиты от помех и его в отдельном случае может и не быть...
Следующее устройство - индикатор влажности почвы. Это устройство может быть использовано, например, для автоматизации полива теплицы:
Устройство, на мой взгляд, весьма оригинально.
Датчиком служит катушка индуктивности L1, закопанная в почву на глубину
35-50 сантиметров.
Транзистор Т2 и катушка индуктивности совместно с
конденсаторами С5 и С6 образуют автогенератор на частоту около 16
килогерц. При сухой почве амплитуда импульсов на коллекторе транзистора
VT2 равна 3 вольтам. Увеличение влажности почвы приводит к понижению
амплитуды этих импульсов. Реле включено. При некотором значении
влажности генерация срывается, что приводит к выключению реле. Реле
своими контактами выключает, например, насос или электромагнитный
вентиль в цепи полива.
О деталях: Самой ответственной частью схемы
является катушка. Эта катушка наматывается на отрезок пластмассовой
трубы, диаметром 100 , длиной 300 миллиметров и содержит 250 витков,
провода ПЭВ, диаметром 1 миллиметр. Намотка - виток к витку. Снаружи
обмотка изолируется двумя - тремя слоями ПХВ изоляционной ленты.
Транзисторы можно заменить на КТ315. Конденсаторы - типа КМ. Диоды
VD1-VD3 - типа КД521 - КД522.
Вся конструкция питается от стабилизированного
источника, напряжением 12 вольт. Ток потребления схемой равен (в
режимах "влажно-сухо") 20-50 миллиампер.
Электронная схема собирается в небольшой
герметичной коробке. Для возможности регулировки напротив движка R5
следует предусмотреть отверстие, которое после настройки также
герметично закрывается. Для питания использован маломощный
трансформатор с выпрямителем и стабилизатором на КР142ЕН8Б. Реле должно
нормально срабатывать при токе не более 30 миллиампер и напряжении 8-10
вольт. Для примера - можно применить РЭС10, паспорт 303. Для питания
насоса контакты этого реле непригодны. В качестве промежуточного реле
можно использовать автомобильное. Контакты такого реле выдерживают ток
не менее 10 ампер. Можно применить и реле типа КУЦ от цветных
телевизоров. Оба из рекомендованных реле имеют обмотку на 12 вольт и их
можно включать до микросхемы стабилизатора (после выпрямителя и
сглаживающего конденсатора), либо после стабилизатора (но тогда
микросхему стабилизатора следует установить на небольшой теплоотвод).
Также на корпусе следует установить два герметичных разъема (например
типа РША). Один разъем используется для подключения сети и
исполнительного устройства (насос), другой - для подключения катушки.
Настройка схемы сводится к регулированию
чувствительности устройства при помощи переменного резистора R5.
Окончательная настройка производится на месте работы устройства более
точной подстройкой резистора. Следует иметь в виду, что данное
устройство несколько изменяет порог включения при изменении температуры
почвы (но это не очень существенно, поскольку на глубине в 35-50
сантиметров температура почвы изменяется незначительно).
Весной
у владельцев овощных ям и гаражей появляется еще одна забота
- талые воды. Если вовремя не откачать воду - овощи приходят в
негодность... Можно процедуру откачки воды поручить автоматике. Схема
получается простенькой, а сэкономит Вам множество времени и нервов (эта схема не из книжки!
)
:
Схема автоматической "водооткачки" работает на
принципе
электропроводности воды. Основным элементом контроля уровня является
блок из трех пластин из нержавеющей стали. Пластины 1 и 2 имеют
одинаковую длину, пластина 3 - датчик верхнего уровня воды. Пока
уровень воды ниже уровня 3 пластины - на входе логического элемента D1
уровень логической еденицы, на выходе элемента уровень логического нуля
- транзистор заперт, реле обесточено. При увеличении уровня воды датчик
3 через воду соединяется с общим проводом схемы (пластина 1) - на входе
элемента уровень логического нуля, на выходе элемента - уровень
логической еденицы - транзистор открывается - реле своими контактами
включает насос. Одновременно с насосом на вход схемы подключается
пластина 2 датчика. Эта пластина является датчиком нижнего уровня воды.
Насос будет работать до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже
уровня пластин. После этого насос отключается и схема переходит в
дежурный режим...
В схеме можно применить практически любые
логические
элементы КМОП технологии серий 176, 561,564. Реле РЭС22 используется на
напряжение срабатывания 10-12 вольт. Данное реле имеет довольно мощные
контакты, что позволяет непосредственно управлять насосом типа
"Водолей" мощностью до 250 ватт. Для увеличения надежности работы
полезно свободные группы контактов реле (их всего четыре) соединить
параллельно и параллельно контактам реле включить цепочку из
последовательно
соединенных резистора на 100 ом (мощностью не менее 2 ватт) и
конденсатора на 0,1 микрофарады (с рабочим напряжением не менее 400
вольт). Эта цепочка служит для уменьшения искрения на контактах в
моменты коммутации. Если у Вас насос большей мощности - придется
применить дополнительное промежуточное реле с контактами большей
мощности (например пускатель ПМЕ 100 - 200...), обмотку которого
(обычно
на 220 вольт) коммутировать при помощи реле РЭС22. В этом случае обычно
хватает одной пары контактов и искрогасящую цепочку параллельно
контактам реле можно не ставить. Трансформатор питания использован на
12 вольт (был готовый) с мощностью около 5 ватт. При самостоятельном
изготовлении следует учитывать тот факт что трансформатор будет
работать непрерывно, поэтому лучше увеличить (для надежности) на 15-20
процентов количество витков первичной и вторичной обмоток по сравнению
с расчетными. Использовать Китайские трансформаторы я бы Вам не
советовал - при работе они очень сильно греются - может произойти
пожар, либо трансформатор попросту сгорит, а Вы будете уверены в
надежности работы схемы и перестанете наведываться в гараж... Результат
- овощи испорчены...
Данное устройство эксплуатируется автором на
протяжении
5 лет и показало высокую надежность. Соседи по гаражному кооперативу
тоже высоко оценили этот "девайс" - уровень воды в их ямах также
значительно понизился...
Можно подобное устройство изготовить и без микросхемы:
Реле в данной конструкции используется типа КУЦ (от цветных телевизоров). Этот тип реле имеет две пары замыкающих контактов. Одна пара используется для переключения пластин датчика, другая - для управления насосом. Следует иметь в виду, что реле типа КУЦ нежелательно использовать совместно с микросхемой - могут появиться ложные срабатывания от наводок!
Схема каких либо особенностей не имеет. Возможно, во время настройки придется подобрать резистор R2 в цепи смещения транзистора VT2, добиваясь четкого срабатывания реле при контакте датчика с водой.
На оставшихся элементах микросхемы можно собрать еще одно полезное устройство - имитатор охранной сигнализации:
Настройка сводится к подбору с помощью сопротивления резистора R1 уровня чувствительности схемы. Резистором R2 можно изменять частоту генератора.
Данное устройство относится к так называемому "пассивному" устройству защиты, но оно реально работает! Эксплуатация "моргасика" в течении более 5 лет показала его довольно высокую эффективность. За это время не было зафиксировано ни одной попытки вскрытия гаража (у соседей такие случаи бывали). Понятно, что серьезного жулика подобным устройством не напугаешь - (но где они, серьезные жулики - так, одна шпана...).