www.label.pl | LAB-EL Elektronika Laboratoryjna
Elektronika Laboratoryjna

Czujnik wilgotności - przeznaczenie, konstrukcja, właściwości

Czujnik wilgotności - serce każdego higrometru


  • Różne wersje higrometrów i termohigrometrów
  • Zasada działania czujnika wilgotności w higrometrze
  • Wrażliwość czujnika wilgotności na warunki otoczenia
  • Szkodliwe warunki pracy dla czujnika wilgotności
  • Serwisowa procedura regenerująca czujniki wilgotności
Czujnik wilgotności - konstrukcja

Zasada działania cienkowarstwowego pojemnościowego czujnika wilgotności w higrometrze

Mierniki wilgotności względnej powietrza to wysoce dokładne czujnik środowiskowe i jako takie nie są one zwykłymi podzespołami elektronicznymi. Elementem decydującym o pomiarze jest tu specjalny sensor, który przetwarza wielkość fizyczną (wilgotność powietrza) na wielkość elektryczną, którą można zmierzyć układami elektronicznymi.

Wygląd rzeczywistego czujnika wilgotnościW przypadku czujnika wilgotności sensorem tym jest kondensator, którego dwie elektrody są odizolowane od siebie przy pomocy porowatego dielektryka wykonanego z organicznych polimerów. Polimer, chłonąc wilgoć z powietrza, zmienia pojemność kondensatora, będącego czujnikiem wilgotności. Zmiany pojemności są mierzone układem elektronicznych i są przeliczane, z wykorzystaniem charakterystyk kalibracyjnych higrometru, na pomiar wilgotności względnej powietrza.

Wrażliwość cienkowarstwowego pojemnościowego czujnika wilgotności na warunki otoczenia

Czujniki cienkowarstwowe wilgotności, ze względu na swoja zasadę działania, nie są obojętne na warunki otoczenia, czyli temperaturę i wilgotność względną. Producenci czujników określają zwykle dopuszczalny obszar roboczy tych warunków oraz określają czas, po którym przebywając w tych warunkach, mogą zmieniać swoje właściwości pomiarowe, których objawem jest dryf pomiaru. Dryf, czyli powolne płynięcie wyniku pomiaru w górę, jest proporcjonalny do czasu przebywania czujnika w wyższej temperaturze i dużej wilgotności.

Dopuszczalny zakres pracy czujnika wilgotności.

Czujniki cienkowarstwowe wilgotności względnej maja bardzo dobrą stabilność w normalnych warunkach pracy, dzięki czemu higrometry pracujące z ich wykorzystaniem nie wymagają adiustacji (potocznie: kalibracji) i wzorcowania z Laboratorium częściej niż raz na 2 lata. Przy temperaturze od około 40°C lub wilgotności względnej od około 80% RH (od ang.: relative humidity), proces starzenia czujników i dryf ich pomiarów wymaga odpowiednio częstszej adiustacji i wzorcowania. Na wykresie podano właściwości przykładowego czujnika cienkowarstwowego, przy czym pierwsza wartość czasu określa wymagany okres powtórnego serwisu w Laboratorium dla dopuszczalnego błędu bezwzględnego pomiaru +/- 2 % RH, a druga (w nawiasie) określa maksymalny czas dla dopuszczalnego błędu bezwzględnego pomiaru +/- 5 % RH.

Okres rekalibracji czujnika wilgotności w zalezności od warunków pracy.

Przeznaczenie czujnika wilgotności wymaga, aby podczas pracy czujnik wilgotności kontaktował się z otaczająca go atmosferą, chłonąc wilgoć z powietrza, a z nią (niestety) także inne zanieczyszczenia atmosferyczne. Zanieczyszczenia mechaniczne (drobiny kurzu) mogą ‘zapychać’ pory polimerowego dielektryka czujnika wilgotności, przez co mniej miejsca zostaje na drobiny wody, więc z czasem pomiar wilgotności przesuwa się w kierunku mniejszych wartości wilgotności tym szybciej, im atmosfera otaczająca czujnik wilgotności jest bardziej zapylona.

Ponadto, często atmosfera otaczająca czujnik wilgotności nie jest wolna od lotnych związków chemicznych, które mogą wchodzić w reakcje chemiczna z delikatna warstwą organicznego polimeru czujnika wilgotności, zmieniając charakterystyką pomiarowa w nieprzewidywalny sposób.

Szkodliwe warunki pracy dla cienkowarstwowych pojemnościowych czujników wilgotności

Podczas całego procesu użytkowania, transportu i przechowywania higrometrów z cienkowarstwowymi czujnikami wilgotności powinno się unikać wystawiania ich na wysokie koncentracje czynników chemicznych przez dłuższy okres czasu. Substancje takie, jakie zawierają np. kleje (w tym silikonowe, epoksydowe i inne  odgazowujące w procesie schnięcia), adhezyjne taśmy klejące (np. typu Scotch Tape), pianki poliuretanowe, środki czyszcząc, detergenty i rozpuszczalniki: alkohol izopropylowy, metanol, etanol, aceton, keteny, toluen itp. są szkodliwe dla czujników wilgotności.

Prawdziwym "kilerem" czujników wilgotności jest tlenek etylenu, który często jest wykorzystywany do sterylizacji sprzętu medycznego (szczególnie jednorazowego użytku), przypraw spożywczych, środków farmaceutycznych. Stosowany jest jako środek bakterio- i grzybobójczy (np. podczas konserwacji książek). Tlenek etylenu zabija drobnoustroje i równie szybko czujniki wilgotności.

Bardzo groźne dla czujników wilgotności są opary kwasów i zasad (np. HCl, H 2SO 4, HNO 3, NH 3 itp.) oraz H 2O 2 i ozon w wysokiej koncentracji, które degradują polimerowe warstwy czujnika wilgotności i mogą zniszczyć czujniki wilgotności nieodwracalnie.

Stosowanie rozpuszczalników do czyszczenia czujników wilgotności może także prowadzić do dryfowania ich charakterystyk albo kompletnej awarii czujnika.

Podczas użytkowania higrometrów z cienkowarstwowymi czujnikami wilgotności należy zapewnić dobrą wentylację (świeże powietrze) w pomieszczeniach, aby uniknąć wysokich koncentracji lotnych chemikaliów.

Po wystawieniu higrometrów na ekstremalne warunki klimatyczne, opary chemiczne albo po składowaniu kilkumiesięcznym w zamkniętym szczelnie opakowaniu, krzywa charakterystyczna czujnika wilgotności może się niekorzystnie zmienić. 

Jeżeli w praktyce tak niekorzystna sytuacja wystąpi, należy poddać higrometry przeglądowi technicznemu w serwisie producenta oraz ponownej adiustacji i wzorcowaniu w akredytowanym Laboratorium Wilgotności, Temperatury i Ciśnienia LAB-EL.

Higrometry z cienkowarstwowym pojemnościowym czujnikiem wilgotności - serwisowa procedura regenerująca

Procedura regenerująca składa się z następujących etapów:

  • Odparowanie lotnych zanieczyszczeń z czujnika wilgotności, polegające na wygrzewaniu go w temperaturze 110°C przez okres 5...7 godzin,
  • Po ostudzeniu do temperatury pokojowej - nawilżenie czujnika, polegające na wystawieniu go na wilgotność względną 80±10% na 16…24 godziny,
  • Adiustacja i wzorcowanie w akredytowanym laboratorium.

Powyższa procedura regenerująca przeprowadzana dla higrometrów (kompletnych przyrządów z wmontowanymi czujnikami wilgotności) wymaga wymontowania płytki z czujnikiem wilgotności z obudowy plastikowej przyrządu oraz wymontowania ewentualnych baterii i innych elementów wrażliwych na temperaturę z higrometru. Podczas procedury napięcia zasilające muszą być odłączone. Procedura regenerująca (a w szczególności wygrzewanie) może być prowadzone tylko w serwisie producenta w warunkach odpowiednio kontrolowanych i nie może być wykonywane przez użytkowników we własnym zakresie.

Procedura regenerująca usuwa tylko te zanieczyszczenia, które nie weszły jeszcze w reakcję chemiczną z powłokami polimerowymi czujnika wilgotności. W przypadku nieodwracalnego uszkodzenia powłok agresywnymi substancjami wymagana jest wymiana w higrometrze czujnika wilgotności na nowy egzemplarz oraz adiustacja i wzorcowanie w akredytowanym laboratorium.

 

Ocena produktu
Wilgotność
Czujnik wilgotności - warunki użytkowania higrometrów z cienkowarstwowymi czujnikami wilgotności, właściwości czujnika wilgotności.
Ocena: 5/5, liczba głosów: 14
  • dodaj swoją ocenę
  •