Виды датчиков влажности, их принцип работы, устройство и применение. Сигнализатор повышенной влажности воздуха Виды влажностных датчиков

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

Большая влажность в ванной комнате является основной причиной появления в помещении плесени и грибка. Чтобы этого не происходило, вместо вентиляционного окна решетки устанавливают вентилятор.

И оптимальным вариантом такого изделия для воздухообмена влаги в ванной является вентилятор со встроенным датчиком влажности для вентиляции. Еще такой прибор называют гигрометр. Датчик влажности воздуха для управления вентиляцией совместно с таймером создают работу изделия автоматизированной. Помимо этого, есть ряд специализированных устройств, которые производят контроль за влажностью воздуха: это различные канальные преобразователи, гигростаты, те-же гигрометры и многое другое. Все разнообразие приборов можно увидеть в любом интернет-магазине, например на вентиляция.ком

Разновидности и особенности гигрометра

Гигростат приборы различаются между собой однолинейными и двух линейными схемами. Всякий контур содержит в себе реле, управляющее изделием. А гигрометр, имеющий два контура, разумеется, управляет несколькими устройствами.

В результате регулируется циркуляция воздуха в комнате. Перед тем как установить вентилятор с датчиком влажности, нужно сознавать, что эти изделия должны соответствовать некоторым условиям.

Основное для вытяжки – точность срабатывания гигрометра. А также изделие должно быть нейтральным к конденсату. Гигростаты подразделяют на емкостные, резистивные, теплопроводящие (термостатные) гигрометры.

Датчики емкостные

Принцип работы этого устройства заключается в изменении емкости конденсатора при повышенной влажности воздуха в помещении.

Резистивные приборы

Такие гигрометры основаны на изменении влажности в среде гигроскопа. Здесь элементом выступают подложки и полимеры.

В классическом варианте резистивный гигрометр температуры и конденсата состоит из подложки, с разложенными двумя электродами при использовании фоторезистора.

Затем ее накрывают токопроводящим полимерным элементом. Время включения вентиляции составляет от 15 до 35 секунд, что допустимо для ванной комнаты.

Теплопроводящие гигрометры

Такая разновидность изделий отличается по принципу действия от упомянутых гигрометров. Принцип работы у таких изделий заключается в мостовой схеме подключенных между собой термисторов.

Напряжение в конце схемы пропорционально содержанию влаги. А из-за того, что один резистор изолирован, а другой открытый, ток в них проходит за разное время.

Теплоотдача закрытого термистора больше, чем открытого, а это достигается за счет использования изолятора из сухого азота. Поскольку у термисторов разная температура, соответственно, у них соответствующее сопротивление. Разница этого показателя и характеризует сырость воздуха в помещении.

Дополнительная функциональность вентиляторов

На сегодняшний день разработаны современные вентиляторы VENTS iFan системы Electrolux c применением передовых технологий в отрасли вентиляционной продукции. Интегрированные схемы и автоматика с пульта дистанционного управления разрешают поставить выборочные настройки влажности:

• Включение гигрометра при движении. При таком режиме включается вентиляция в то время, когда человек совершает свои гигиенические процедуры в ванной;
• Функция проветривания. Гигростат включается параллельно с включением света в ванной комнате, и вентиляция работает постоянно в малом режиме;
• Таймер для ванной комнаты. Для понижения сырости допускается вентиляция после приема ванной в течение нескольких минут;
• Обратный клапан. Клапан нужен для защиты изделия от посторонних частиц, пыли и неприятного запаха из вентиляционного канала;
• Дополнительное освещение прибора;
• Регулировка мощности;
• Наличие часов на панели изделия.

Но конечно, основным встроенным элементом для этого прибора является гигрометр влажности. Конструктивно он часто выпускается производителями совместно с вентилятором, но может быть, и автономным.

Преимущества

Достоинства такого датчика очевидны:

• Влажный воздух не застаивается в помещении, а сразу же выводится наружу;
• Экономия электроэнергии. Гигрометр срабатывает только при достижении предельного содержания влажности;

Минус гигрометра – его шум во время работы вентилятора.

Особенности датчика влажности

Гигростат работает аналогично термостату, но главная цель при этом – включать и отключать вентиляцию в зависимости от количества влаги. Другими словами, изделие включается лишь при достижении в помещении влажности выше 40%.

Датчик представляет собой чувствительный элемент, реагирующий при предельной влаге в воздухе. Он действует на реле, которое замыкает электрическую цепь электродвигателя и вентиляция включается.

Прибор MP590 встроен в корпус устройства вместе с модулем управления. Чтобы вентилятор с датчиком влажности в ванной работал корректно, нужно его правильно настроить.

Сначала переводят управление реле в режим триггер. Затем путем корректировки по показаниям влаги на управленческом модуле создают настройку схемы вентиляции.

Чтобы убедиться в правильной работе прибора, включают горячий душ и дожидаются повышения влажности, например, до 40%. После этого закрывают кран с горячей водой в душе. Через какое-то время, после принудительной вентиляции воздуха, при понижении влаги, прибор отключается.

Установка прибора с датчиком влажности

Для оптимальной работы прибора и эффективной вентиляции воздуха в помещении, его нужно правильно подключить. Что необходимо знать при этом?

Перед монтажом прибора вместо решетки на вентиляционной системе, надо проверить тягу в канале вентиляции. Для этого нужно зажечь спичку и поднести ее к колодцу, если пламя интенсивно отклонится в сторону отверстия, то, значит, естественная вентиляция работает нормально.

При работе изделия для воздухообмена нужен постоянный приток свежего воздуха: для этого подойдет небольшая щель в двери 2-3 см, которая и обеспечит вентиляцию.

При выборе изделия по мощности нужно знать объем помещения и условное количество замены воздушной массы в ванной за единицу времени. Для ванной комнаты этот показатель составляет 3-8 раз.

Умножая, объем на этот параметр, мы получим характеристики мощности прибора. Если в подсчетах боитесь ошибиться, то нужно просто выбрать максимальную по мощности модель – и такой вентилятор гарантированно не создаст проблем с необходимой циркуляцией воздуха.

Нередко возникает необходимость приобретать датчик по измерению сырости отдельно, и потом подключить его к вентилятору. Такие гигрометры принято монтировать в помещении ванной на потолке либо возле канала и в таком случае они снабжены щупом для измерения сырости в шахте воздуховода.

В ванной комнате желательно устанавливать низковольтный вентилятор, так как влажный воздух является хорошим электропроводником. Иногда лучше объединить свет и датчик влаги в воздухе под одним выключателем, так будет обеспечено регулярная вентиляция по мере избыточной сырости в ванной комнате.

Достаточно придерживаться этих простых правил, чтобы была обеспечена надежная и долгосрочная работа вентилятора. А если применить в работе приборы с дополнительными функциями, в том числе вентилятор вытяжной с датчиком влажности, то это устройство будет не только полезное, но и очень необходимым прибором для ванной комнаты.

Согласитесь, покупка такого прибора – это редкое приобретение в жизни и лучше заиметь достойное изделие, чем затем сожалеть о покупке.

Многие огородники и садоводы лишены возможности ежедневно ухаживать за посаженными овощами, ягодами, фруктовыми деревьями в силу загруженности по работе или во время отпуска. Тем не менее, растения нуждаются в своевременном поливе. С помощью простых автоматизированных систем можно добиться того, что почва на вашем участке будет сохранять необходимую и стабильную влажность на протяжении всего вашего отсутствия. Для построения огородной системы автополива потребуется основной контрольный элемент – датчик влажности почвы.

Датчик влажности

Датчики влажности также называют иногда влагомерами или сенсорами влажности. Почти все предлагаемые на рынке влагомеры почвы измеряют влажность резистивным способом. Это не совсем точный метод, потому что он не учитывает электролизные свойства измеряемого объекта. Показания прибора могут быть разными при одной и той же влажности грунта, но с разной кислотностью или содержанием солей. Но огородникам-экспериментаторам не столь важны абсолютные показания приборов, как относительные, которые можно настроить для исполнительного устройства подачи воды в определенных условиях.

Суть резистивного метода заключается в том, что прибор измеряет сопротивление между двумя проводниками, помещенными в грунт на расстоянии 2-3 см друг от друга. Это обычный омметр , который входит в любой цифровой или аналоговый тестер. Раньше такие инструменты называли авометрами .

Также существуют приборы со встроенным или выносным индикатором для оперативного контроля над состоянием почвы.

Легко сделать замер разницы проводимости электрического тока перед поливом и после полива на примере горшка с домашним растением алоэ. Показания до полива 101.0 кОм.

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

Но обычный тестер лишь покажет сопротивление участка почвы между электродами, но не сможет помочь в автополиве.

Принцип действия автоматики

В системах автополива обычно действует правило «поливай или не поливай». Как правило, никто не нуждается в регулировании силы напора воды. Это связано с использованием дорогостоящих управляемых клапанов и других, ненужных, технологически сложных, устройств.

Почти все предлагаемые на рынке датчики влажности, помимо двух электродов, имеют в своей конструкции компаратор . Это простейший аналого-цифровой прибор, который преобразует входящий сигнал в цифровую форму. То есть при установленном уровне влажности вы получите на его выходе единицу или ноль (0 или 5 вольт). Этот сигнал и станет исходным для последующего исполнительного устройства.

Для автополива наиболее рациональным будет использование в качестве исполнительного устройства электромагнитного клапана. Он включается в разрыв трубы и может также использоваться в системах микро-капельного орошения. Включается подачей напряжения 12 В.

Для простых систем, работающих по принципу « датчик сработал - вода пошла», достаточно использование компаратора LM393 . Микросхема представляет собой сдвоенный операционный усилитель с возможностью получения на выходе командного сигнала при регулируемом уровне входного. Чип имеет дополнительный аналоговый выход, который можно подключить к программируемому контроллеру или тестеру. Приблизительный советский аналог сдвоенного компаратора LM393 - микросхема 521СА3 .

На рисунке представлено готовое реле влажности вместе с датчиком в китайском исполнении всего за 1$.

Ниже представлен усиленный вариант, с выходным током 10А при переменном напряжении до 250 В, за 3-4$.

Системы автоматизации полива

Если вас интересует полноценная систем автополива, то необходимо задуматься о приобретении программируемого контроллера. Если участок небольшой, то достаточно установить 3-4 датчика влажности для разных типов полива. Например, сад нуждается в меньшем поливе, малина любит влагу, а для бахчи достаточно воды из почвы, за исключением чрезмерно засушливых периодов.

На основании собственных наблюдений и измерений датчиков влажности можно приблизительно рассчитать экономичность и эффективность подачи воды на участках. Процессоры позволяют вносить сезонные корректировки, могут использовать показания измерителей влажности, учитывают выпадение осадков, время года.

Некоторые датчики влажности почвы оснащены интерфейсом RJ-45 для подключения к сети. Прошивка процессора позволяет настроить систему так, что она будет оповещать о необходимости полива через социальные сети или SMS-сообщением. Это удобно в тех случаях, когда невозможно подключить автоматизированную систему полива, например, для комнатных растений.

Для системы автоматизации полива удобно использовать контроллеры с аналоговыми и контактными входами, которые соединяют все датчики и передают их показания по единой шине к компьютеру, планшету или мобильному телефону. Управление исполнительными приборами происходит через WEB-интерфейс. Наиболее распространены универсальные контроллеры:

• MegaD-328;
• Arduino;
• Hunter;
• Toro;
• Amtega.

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить систему автополива и доверить ей полный контроль над садом и огородом.

Простая схема автоматизации полива

Простейшая система автоматизации полива состоит из датчика влажности и управляющего устройства. Можно изготовить датчик влажности почвы своими руками. Понадобится два гвоздя, резистор с сопротивлением 10 кОм и источник питания с выходным напряжением 5 В. Подойдет от мобильного телефона.

В качестве прибора, который выдаст команду к поливу можно использовать микросхему LM393 . Можно приобрести готовый узел или собрать его самостоятельно, тогда понадобятся:

• резисторы 10 кОм – 2 шт;
• резисторы 1 кОм – 2 шт;
• резисторы 2 кОм – 3 шт;
• переменный резистор 51-100 кОм – 1 шт;
• светодиоды – 2 шт;
• диод любой, не мощный – 1 шт;
• транзистор, любой средней мощности PNP (например, КТ3107Г) – 1 шт;
• конденсаторы 0.1 мк – 2 шт;
• микросхема LM393 – 1 шт;
• реле с порогом срабатывания 4 В;
• монтажная плата.

Схема для сборки представлена ниже.

После сборки подключите модуль к блоку питания и датчику уровня влажности почвы. На выход компаратора LM393 подсоедините тестер. С помощью построечного резистора установите порог срабатывания. Со временем нужно будет его откорректировать, возможно, не один раз.

Принципиальная схема и распиновка компаратора LM393 представлена ниже.

Простейшая автоматизация готова. Достаточно подключить к замыкающим клеммам исполнительное устройство, например, электромагнитный клапан, включающий и отключающий подачу воды.

Исполнительные устройства автоматизации полива

Основным исполнительным устройством автоматизации полива является электронный клапан с регулировкой потока воды и без. Вторые дешевле, проще в обслуживании и управлении.

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

Если на вашем участке случаются проблемы с подачей воды, приобретайте электромагнитные клапаны с датчиком потока. Это предотвратит выгорание соленоида при падении давления воды или прекращении водоснабжения.

Недостатки автоматических систем полива

Почва неоднородна и отличается по своему составу, поэтому один датчик влажности может показывать разные данные на соседних участках. Кроме того, некоторые участки затемняются деревьями и более влажные, чем те, которые расположены на солнечных местах. Также значительное влияние оказывает приближенность грунтовых вод, их уровень по отношению к горизонту.

Используя автоматизированную систему полива, следует учитывать ландшафт местности. Участок можно разбить на сектора. В каждом секторе установить один или более датчиков влажности и рассчитать для каждого собственный алгоритм работы. Это значительно усложнит систему и вряд ли удастся обойтись без контроллера, но впоследствии почти полностью избавит вас от траты времени на нелепое стояние со шлангом в руках под знойным солнцем. Почва будет наполняться влагой без вашего участия.

Построение эффективной системы автоматизированного полива не может основываться только на показаниях датчиков влажности почвы. Непременно следует дополнительно использовать температурные и световые сенсоры, учитывать физиологическую потребность в воде растений разных видов. Необходимо также учитывать сезонные изменения. Многие компании производящие комплексы автоматизации полива предлагают гибкое программное обеспечение для разных регионов, площадей и выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Приобретая систему с датчиком влажности, не ведитесь на глупые маркетинговые слоганы: наши электроды покрыты золотом. Даже если это так, то вы лишь обогатите почву благородным металлом в процессе электролиза пластин и кошельки не очень честных бизнесменов.

Заключение

В данной статье рассказывалось о датчиках влажности почвы, которые являются основным контрольным элементом автополива. А также был рассмотрен принцип действия системы автоматизации полива, которую можно приобрести в готовом виде или собрать самому. Простейшая система состоит из датчика влажности и управляющего устройства, схема сборки которой своими руками также была представлена в этой статье.

Если надолго забыть о поставленной на горячую плиту посуде с водой, выпарившиеся несколько литров воды и испорченная посуда вас не обрадуют. Чтобы такого не случалось, можно собрать несложное устройство, которое, будучи размещённым, например, на кухне, известит звуковыми сигналами о высокой влажности в помещении.

Схема сигнализатора повышенной влажности воздуха представлена на рис. 1. По совместительству он может подать сигнал и об образовавшейся на полу луже, что уменьшит неприятности в случае повреждения водопроводного либо отопительного оборудования или переполнения раковины при оставленном на длительное время открытом кране и засорившемся сливном отверстии.

Рис. 1. Схема сигнализатора повышенной влажности воздуха

В качестве чувствительного элемента в сигнализаторе применён газорезистор B1. Такие использовались в кассетных видеомагнитофонах и видеокамерах для блокировки работы лентопротяжного механизма при высокой влажности воздуха внутри корпуса аппарата. Логические элементы DD1.1 и DD1.2 образуют генератор импульсов, следующих примерно 15 раз в минуту. Эта частота задана резисторами R13, R15, R16 и конденсатором C9. Благодаря диоду VD7 импульсы значительно (приблизительно в 10 раз) короче пауз между ними.

Когда газорезистор сухой, его сопротивление не превышает 1...3 кОм и напряжения в точке соединения резисторов R4, R5, R7 недостаточно для открывания транзистора VT1. Закрыт и транзистор VT2. Логический уровень напряжения на нижнем (по схеме) входе элемента DD1.1 - низкий, чем запрещена работа генератора импульсов на элементах DD1.1 и DD1.2, причём на выходе элемента DD1.2 установлен низкий уровень, в свою очередь запрещающий работу генератора импульсов звуковой частоты на элементах DD1.3 и DD1.4.

Если влажность окружающего газорезистор воздуха повысится (для проверки достаточно сделать с расстояния 5...10 см два-три выдоха на газорезистор), то сопротивление газорезистора возрастёт до 10...20 МОм. Увеличившимся напряжением на базе транзистор VT1 будет открыт, вместе с ним откроется и транзистор VT2. На нижнем (по схеме) входе элемента DD1.1 будет установлен высокий логический уровень напряжения. Оба генератора импульсов заработают. Пьезоизлучатель звука HA1 станет каждые 4 с подавать звуковые сигналы длительностью около 0,5 с.

Обратная связь через резистор R7 ускоряет открывание и закрывание транзисторов VT1, VT2 и создаёт небольшой гистерезис в характеристике их переключения. Это обеспечивает чёткое без "дребезга" срабатывание сигнализатора при медленном приближении влажности к пороговой. Порог срабатывания устанавливают подстро-ечным резистором R3.

Устройство подаст сигнал и в том случае, если транзистор VT1 останется закрытым, а транзистор VT2 откроется в результате замыкания пролитой водой контактов E1 и E2. Резисторы R6 и R8 не только ограничивают базовый ток транзистора VT2, но и уменьшают опасность поражения электрическим током человека, прикоснувшегося к контактам. Сетевое напряжение может попасть на них в результате проникновения воды внутрь сигнализатора или нарушения изоляции между обмотками трансформатора T1.

Чтобы сигнализатор не досаждал звуковыми сигналами, пока устраняются причины его срабатывания, нажатием на кнопку SB1 можно заблокировать работу генераторов приблизительно на 18 мин. Столько времени конденсатор С8, разряженный нажатием на кнопку, будет заряжаться через резистор R17. Резистор R22 ограничивает разрядный ток конденсатора, предохраняя контакты кнопки от обгорания. Следует отметить, что восстановление низкого сопротивления газорезистора B1 по окончании воздействия высокой влажности происходит очень медленно. Поэтому, чтобы избавиться от назойливых сигналов, может потребоваться нажимать на кнопку SB1 несколько раз.

Пьезоизлучатель звука HA1 подключён к выходам элементов DD1.3, DD1.4 через эмиттерные повторители на транзисторах VT5, VT6 и VT7, VT8. Это увеличивает нагрузочную способность генератора и даёт возможность подключить к нему несколько излучателей звука параллельно, разместив их, например, в разных помещениях.

Светодиод HL1 сигнализирует о включении сигнализатора в сеть, а светодиод HL2 включается в моменты подачи звуковых сигналов, а также при заблокированной низким уровнем напряжения на конденсаторе C8 работе генераторов. Конденсаторы C1 и C2 предотвращают ложные срабатывания сигнализатора, вызванные помехами.

Напряжение сети 220 В поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора T1 через защитные резисторы R1 и R2. Варистор RU1 защищает трансформатор от всплесков напряжения сети. Напряжение около 17 В с вторичной обмотки трансформатора выпрямляет диодный мост VD2-VD5. Все узлы стабилизатора питаются напряжением +9,2 В, получаемым из выпрямленного с помощью стабилизатора на транзисторах VT3 и VT4. Его значение зависит от напряжения стабилизации стабилитрона VD6.

Поскольку в качестве T1 в конструкции применён маломощный понижающий трансформатор от копировального аппарата "Xerox", рассчитанный на ток нагрузки около 10 мА, ток через стабилитрон выбран очень маленьким - менее 1 мА. Небольшая мощность трансформатора определила и выбор характера звукового сигнала - короткий тональный импульс и длинная пауза.

Можно использовать и более мощный трансформатор, например ТПК-2-12В, рассчитанный на ток нагрузки до 0,21 А. Для самостоятельного изготовления трансформатора подойдёт Ш-образный магнитопровод с площадью сечения центрального стержня 2 см 2 . Первичная обмотка должна состоять из 5900 витков обмоточного провода диаметром 0,06 мм. Вторичную обмотку, содержащую 500 витков, наматывают проводом диаметром около 0,2 мм. Пластины магнитопровода собирают вперекрышку. Готовый трансформатор можно покрыть эпоксидным компаундом.

Большинство деталей устройства размещены на монтажной плате размерами 75x45 мм, изображённой на рис. 2. На небольших отдельных платах смонтированы резисторы R6, R8 и резисторы R1, R2 c варистором RU1.

Рис. 2. Размещение деталей устройства на монтажной плате размерами 75x45 мм

Использована также готовая плата от сетевого адаптера, на которой установлены диоды VD2-VD5 и конденсатор C3. Все эти платы после изготовления покрыты со стороны монтажа влагозащитным лаком, например ХВ-784. Вместе с трансформатором T1 они размещены в пластмассовом корпусе размерами 160x110x32 мм от приёмника охранной сигнализации RR-701R.

Газорезистор B1, извлечённый из видеомагнитофона Funai, закреплён на массивной металлической пластине и вместе с ней помещён в пластмассовый корпус размерами 46x42x15 мм (рис. 3) с отверстиями для доступа воздуха. Чувствительность его значительно выше, чем у отечественного газорезистора ГЗР-2Б, применённого в конструкции, описанной в статье "Светозвуковой сигнализатор выкипания воды" ("Радио", 2004, № 12, с. 42, 43). Тем не менее ГЗР-2Б и другие аналогичные газорезисторы могут работать и в описываемом сигнализаторе.

Рис. 3. Газорезистор B1 на металлической пластине

В устройстве могут быть применены постоянные резисторы любого типа (МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23). Желательно, чтобы резисторы R1 и R2 были невозгораемыми. Подстроечный резистор R3 - миниатюрный в корпусе, защищающем его от внешних воздействий. Крайне нежелательно использовать подстроечные резисторы открытого исполнения (например, СП3-38) из-за их низкой надёжности. Варистор RU1 - HEL14D471K или другой дисковый с классификационным напряжением 470 В.

Оксидные конденсаторы - К50-68, К53-19, К53-30 и их импортные аналоги. Конденсатор C8 должен быть с малым током утечки. Экземпляр, использованный автором, имеет ток утечки менее 10 нА при напряжении 18 В. Остальные конденсаторы - керамические К10-17, К10-50, КМ-5 или их аналоги. Конденсатор C4 должен быть рассчитан на напряжение не ниже 35 В.

Вместо диодов 1 N4002 подойдут любые из 1N4001- 1 N4007, UF4001 -UF4007, а также серий КД208, КД209, КД243. Диоды 1N4148 можно заменить на 1SS244, 1N914, КД510А, КД521А, КД521Б, КД522А, КД522Б. Стабилитрон BZV55C-10 заменяется на TZMC-10, КС210Ц, КС210Ц1, 2С210К1, 2С210К, 2С210Ц, транзисторы 2SC1685 и 2SC2058 - на 2SC1815, 2SC1845, SS9014, а также серий КТ3102, КТ6111, а транзистор 2SA1015 - на SS9012, SS9015, 2SA733 или серий КТ3107, КТ6112. Замена транзисторов 2SC2331 - 2SC2383, SS8050, BD136, BD138, КТ646А, КТ683А. Вместо транзисторов 2SA1273 и 2SA1270 пригодны SS8550, 2SB564, BD231, КТ639А, КТ644А, КТ684А. Следует иметь в виду, что предлагаемые в качестве замены транзисторы могут иметь отличия в типе корпуса и расположении выводов.

Микросхему К561ЛА7 заменят отечественные КР1561ЛА7, Н564ЛА7, 564ЛА7 (две последние в других корпусах) или импортная CD4011А.

Дроссель L1 - малогабаритный промышленного изготовления индуктивностью не менее 100 мкГн и сопротивлением обмотки 3...30 Ом. Кнопка SB1 - ПКн-125.

Излучатель звука HA1 - пьезоэлектрический вызывной прибор телефонного аппарата. Его собственная ёмкость - 0,03 мкФ. Подойдут и другие пьезоизлучатели, даже большей ёмкости, рассчитанные на напряжение не менее 20 В. Несколько таких излучателей можно соединить параллельно. Вместо пьезоизлучателя к выходу прибора можно подключить через неполярный разделительный конденсатор электромагнитный телефонный капсюль или динамическую головку с сопротивлением обмотки не менее 32 Ом, например PQAS57P3ZA-DZ.

Датчик протечки воды можно сделать, например, из пластины фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Фольгу разделяют по ломаной линии зазором на две изолированные части, одна из которых служит электродом E1, а вторая - электродом E2. Чем больше протяжённость зазора, тем выше вероятность того, что первые же упавшие на пластину капли воды попадут на него и замкнут электроды.

Несколько таких датчиков, соединив их параллельно, можно разместить в наиболее опасных, с точки зрения протечки воды, местах, например, под радиаторами отопления, стиральной машиной, сочленениями водопроводных труб. Коробку с газорезисто-ром помещают в наиболее подверженном запотеванию при высокой влажности месте помещения, но не на окне.

Подстроечным резистором R3 устанавливают порог срабатывания сигнализатора. Если "сухое сопротивление" газорезистора B1 восстанавливается после снижения влажности слишком долго, в сигнализатор можно установить резисторы R4 и R5 втрое меньшего сопротивления. Повысить чувствительность датчика протёкшей воды можно увеличением сопротивления резистора R9 до 100 кОм. Подбирая сопротивление резистора R20, можно установить желаемую тональность звуковых сигналов. Для удобства проверки работоспособности и налаживания сигнализатора конденсатор C8 можно временно отключить.

Дата публикации: 13.09.2015

Мнения читателей

• Иван / 05.04.2016 - 09:28
  А есть структурная схема,описание микросхем и печатная плата?

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 исполнении

Но 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.