Все о датчиках влажности почвы

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 поддавайтесь 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.

Устройство детекторов резистивного типа

Приборы влажности этого типа должны фиксировать изменения электрического сопротивления в гигроскопической среде. Речь идет о таких материалах, как соль, проводящий полимер, другие типы подложки. Чаще всего используется все-таки второй вариант. Чтобы понять принципы определения — как измерять измерения влажности этим прибором, нужно рассмотреть его устройство.

Датчики влажности резистивного типа представляют собой электроды из металлического сплава, которые накладывают на подложку с применением фоторезистора, либо второй вариант — электроды наматывают на пластиковый или стеклянный цилиндр. Подложку покрывают ранее упомянутым проводящим полимером или солевым раствором. Иногда подложка обрабатывается другим химическим соединением, в том числе кислотой.

Когда на чувствительные элементы попадает водяной пар, происходит распад ионных групп, что увеличивает электрическую проводимость. Её замеры помогают установить уровень влажности.

Watch this video on YouTube

Сенсор подобного типа работает достаточно быстро. Для большинства моделей такого оборудования время отклика составляет 10-30 секунд. Диапазон сопротивлений может колебаться в пределах от 1 кОм до 100 мОм. Портативные многокомпонентные датчики обладают меньшим количеством функций, чем их более дорогие аналоги. Но для бытовых целей и этого хватает.

Использование электронного цифрового датчика влажности воздуха такого типа позволяет добиться хорошей точности измерений. Калибровка оборудования проводится в специальной компьютерной системе.

Резистивные датчики устойчивы к воздействию окружающей среды. Они могут работать от -40°С до +100°С. Кроме того, такие приборы нормально служат в течение как минимум 5 лет даже на производстве, не говоря уже о бытовом использовании.

Но точка, в которой они установлены, все-таки имеет значение. Если на них постоянно действуют химические пары или масла, срок службы ниже.

Что такое влажность и как она воздействует на людей?

Влажностью воздуха – это количество содержащихся в нем испарившихся микроскопических частиц воды. Обычно параметр выражают в процентном соотношении.

Поскольку человеческий организм состоит на 70% из воды, он довольно чувствителен к изменению влажности и требует ее поддержания на определенном уровне.

Хотя человек и может прожить в очень сухом или очень влажном климате, оптимальным показателем является влажность составляющая от 45% до 60%.

Повышенная влажность

Повышенное содержание влаги в воздухе (от 70-80%) приводит к следующим неблагоприятным последствиям:

  • Нарушение терморегуляции организма. Тело быстро перегревается. Это связано с тем, что пот почти не испаряется с поверхности кожи и не может эффективно ее охлаждать.
  • Развитие болезнетворных бактерий и грибков. И простейшие, и микроскопические грибы начинают активно развиваться в условиях повышенной влажности. В конечном счете это может привести к различным респираторным заболеваниям.
  • Затруднение дыхания. Поскольку процент содержания воды в атмосфере в описываемом случае высок, то доля содержащегося в ней кислорода за счет этого уменьшается. Это приводит к тому, что, вдыхая привычный объем воздуха, кислорода человеческий организм получает несколько меньше. Возникает чувство затрудненности дыхания.

Мнение эксперта
Бородина Галина Валерьевна

В условиях городской квартиры уровень влаги в воздухе обычно повышается с поздней весны и сохраняется увеличенным по сентябрь – октябрь. Это связано с высоким содержанием воды в воздухе на улице, а также сравнительно высокой температурой и большим количеством атмосферных осадков.

Пониженная

Сухость воздуха также вредна и может привести к следующим негативным последствиям:

  • Проблемы с кожей. Эпидермис, как и весь остальной организм, состоит на 70% из воды. Получает он ее в том числе и из атмосферы. Однако если влаги в окружающем воздухе недостаточно, в коже возникает ее дефицит. Самое безобидное, что может произойти в подобной ситуации – это огрубение и шелушение кожи, раздражение и шелушение губ. При высокой чувствительности эпидермиса могут возникнуть и куда более серьезные неприятности, которые потребуют посещения дерматолога.
  • Различные болезни органов дыхательной системы. При низком содержании воды в воздухе недостаток в ней испытывают не только наружные покровы человека, но и внутренние слизистые оболочки. Не составляют исключения и слизистые органов дыхания (носовой полости, гортани, трахеи, легких). Это приводит к их ослаблению и понижению способности борьбы с возбудителями респираторных заболеваний. Это может привести к ОРЗ, риниту, ангине, трахеиту.
  • Раздражение органов дыхания. Поскольку слизистая оболочка носоглотки и дыхательных путей несколько пересыхает, возникают неприятные ощущения: першение в горле, дискомфорт при вдохе.

В городской квартире сухость возникает обычно зимой. Прежде всего это вызвано работой центральной системы отопления, обогревателей, а также относительно редкому проветриванию комнат.

Виды и типы датчиков измерения влажности воздуха

При выборе конкретного типа датчика, исходя из его принципа работы, следует учитывать основные факторы:

  • Какую величину влажности понадобится измерять – относительную или абсолютную;
  • Где будет замеряться влажность – в воздухе, в почве, в образце материала;
  • Имеет ли значение гистерезис, с какой точностью необходимы измерения и в каком диапазоне они будут проводиться.

Так, самыми точными датчиками считаются оптические, но они же и самые дорогие. Емкостные часто применяются в бытовой технике и в промышленном оборудовании. Их ключевое преимущество – устойчивость к высоким температурам и химическим испарениям. В быту чаще всего применяют резистивные детекторы, работающие с относительно малым временем отклика, от 10 до 30 секунд. Они могут работать в температурном диапазоне от -40 до +100 градусов, но чувствительны к химическим и масляным испарениям. Электронные хороши тем, что благодаря компьютерной калибровке работают с высокой точностью.

У всех этих моделей есть преимущества и недостатки, а также факторы, влияющие на точность измерений.

Классификация приборов для измерения относительной влажности воздуха (гигрометров)

Состояние здоровья человека зависит от большого количества факторов. Немаловажная роль в этом отведена чистоте и увлажненности воздуха. Если влаги в помещении будет недостаточно, слизистые дыхательный путей будут пересыхать, в результате чего у человека могут развиться заболевания, связанные с жизнедеятельностью вредных бактерий.

Гигрометр с электронным таблом

Самые простые гигрометры предполагают использование таблицы относительной влажности воздуха, по температуре, указанной в ней, можно составить представление о состоянии микроклимата на текущий момент. В более совершенных моделях имеется набор микросхем, которые самостоятельно производят вычисления и выводят результат на экран в электронном виде.

Кроме конструкций традиционного типа, предложение современного рынка позволяет купить измерители влажности с дополнительным функционалом. Такие устройства выводят на экран и другие данные:

  • температуру воздуха в комнате;
  • текущее время и дату;
  • уровень атмосферного давления.

Наиболее используемые виды приборов для измерения влажности воздуха

Особенности волосяного комнатного измерителя влажности воздуха

Данный тип устройства применяется для определения показателя влажности в рамках 30-80%. Конструкция прибора состоит из нескольких элементов:

  • металлический каркас в виде рамы;
  • измерительная шкала (шаг каждого деления соответствует 1% влажности);
  • человеческий волос (обезжиренный);
  • регулируемая с помощью винта стрелка;
  • шкив, предназначенный для того, чтобы можно было перекинуть свободный конец волоса с закрепленным грузиком.

Современные приборы для измерения влажности воздуха могут так же показывать дату

Волосяной гигрометр – разновидность измерительного прибора, предназначенного для определения влажности воздуха, принцип действия которого основан на гигроскопичности человеческого волоса, другими словами, способности удлиняться или укорачиваться под влиянием влаги. Когда влажность в помещении снижается или увеличивается, натяжение волоса ослабляется или наоборот, возрастает. В результате этого шкив поворачивается и приводит в движение стрелку, указывающую на шкалу. За счет этого можно определить точный показатель влажности окружающей среды.

Гигрометр волосяного типа обладает значительным преимуществом перед другими устройствами. На его показания не может повлиять температура воздуха, как это бывает с электролитическими моделями. Для его работы не требуется электричество, гигрометр функционирует за счет механических процессов.

Каким прибором измеряется влажность воздуха в ее абсолютном значении

Для того чтобы выявить текущий уровень влажности помещения следует знать два значения: показатель относительной влажности и значение абсолютной. Процентное соотношение между ними и составляет искомый параметр. Поэтому нелишним будет знать, как называется прибор для измерения влажности воздуха в ее абсолютном значении и принцип его действия. Весовой гигрометр измеряет количество водяного пара, находящегося в составе одной единицы воздуха (в 1 м³).

Гигрометр механического типа

Устройство включает несколько U-образных трубок, образующих систему. Внутри их находится гигроскопическое вещество, которое впитывает влагу из воздушных масс. По системе проходит определенный объем воздуха, который берется из одной точки. Подобная конструкция позволяет определить массу воздуха на входе и на выходе, а также его объем. Путем математических вычислений определяется абсолютное значение.

Характеристика керамических приборов для определения влажности воздуха

Керамические устройства – часто используемая  разновидность влагомеров, измерители влажности этого типа отличаются простотой и действуют механически. Прибор изготовлен из керамической массы, которая может быть пористой или твердой. В ее составе содержатся металлические элементы. Керамическая масса обладает электрическим сопротивлением, а влажность помещения оказывает непосредственное влияние на уровень этого сопротивления.

Комнатный гигрометр

Чтобы механическая конструкция прибора для определения влажности воздуха в помещении функционировала как следует, в керамическую массу должны быть включены определенные окислы металла. Кремний, глина и каолин применяются в качестве основы.

Принцип работы (действия) датчика измерения влажности воздуха

Существует 5 типов гигрометров, различающихся по принципу действия:

Емкостные. Это простые модели, представляющие собой конденсаторы с воздухом как диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость воздуха напрямую связана с влажностью, а при изменении влажности меняется и емкость воздушного конденсатора. Также есть модели с содержанием диэлектрика в воздушном зазоре: они срабатывают лучше, чем «просто воздушные». Такими устройствами уже можно измерять содержание воды в твердых веществах (позволяет измерить влажность исследуемого образца, помещенного между обкладками конденсатора, в том случае, если она превышает 0,5%).к этой категории относятся и тонкопленочные гигрометры с гребенчатыми электродами вместо обкладок. В них также присутствуют термодатчики, обеспечивающие компенсацию.
Резистивные. Конструкционно эти датчики влажности представляют собой два электрода на подложке, причем поверх электродов наносится материал с малым сопротивлением (величина сопротивления сильно меняется в зависимости от влажности). Часто в качестве покрытия используют оксид алюминия, который хорошо поглощает влагу из окружающей среды. Резистивные датчики измеряют величину протекающего тока и стоят недорого.
Термисторные или психометрические. Устройства представляют собой пару одинаковых термисторов (нелинейных электронных компонентов с сопротивлением, сильно зависящим от температуры). Работает следующим образом: один термистор размещают в герметичной камере, заполненной сухим воздухом, второй – в камере с отверстиями, через которые проходит воздух для измерений. Термисторы соединены по мостовой схеме: если на выходе получается нулевое напряжение, то влажность в камерах одинакова, если нет – то разность показателей влажности в камерах можно измерить в соответствии со значением полученного напряжения.
Оптические, также носят название конденсационные. Это – самый точный тип устройств, основанный на таком физическом понятии как «точка росы». В процессе определяется температура, при которой на поверхности материала выпадает конденсат. В зависимости от температуры точки росы измеряется влажность окружающей среды. В простейшем случае такие конструкции представляют собой светодиод, подсвечивающий зеркальную поверхность, после чего луч света меняет направление и попадает на фотодетектор. Зеркало подогревается или охлаждается высокоточным температурным регулятором (термоэлектрическим насосом), а в момент выпадения конденсата температуру фиксируют соответствующим датчиком

Для работы важно, чтобы зеркало было чистым: в конденсированных каплях воды световые лучи преломляются, и величина тока в цепи фотодетектора падает.
Электронные. Основной принцип действия этого устройства – измерение концентрации электролита, которым покрыт электроизоляционный материал

Часто используют концентрированный раствор хлорида лития, высокочувствительного к изменениям влажности. Электронные гигрометры зачастую дополнены еще и термометром, что позволяет производить замеры с высокой точностью. Для замеров влажности почвы тоже используют электронные гигрометры, представляющие собой 2 электрода, погружаемые в грунт. Влажность измеряется в зависимости от уровня токопроводимости земли.

Монтируем вентилятор с таймером для ванной комнаты

Вентиляционные каналы многоэтажных домов часто не оправдывают возлагаемые на них ожидания, к тому же, стандартные ванные комнаты не отличаются просторностью. Такой тихоня, как электрический вентилятор с таймером, чаще встречается в туалете, но и для ванной комнаты он не менее эффективен.

Монтаж вентилятора, подключаемого к электропитанию

При монтаже вентилятора, питание к нему подводят из той же коробки, где запитан выключатель освещения в ванной комнате.

По способу установки, бывает:

  • Накладной;
  • Канальный.

Если потолок или стены собраны из панелек брусьев или реек, то предпочтителен к монтажу канальный, если имеются гладкие поверхности, то устанавливают накладной.

Что такое датчик влажности

Как следует из названия, это сенсор, улавливающий уровень влажности в помещении и сообщающий о нем владельцу. Иначе такое устройство называется гигрометром. Некоторые гигрометры способны не просто фиксировать уровень влажности, но и выполнять определенные действия — например, включать вентилятор или вытяжку через исполнительные приспособления или напрямую.

В зависимости от места размещения они делятся на внутренние и наружные. Первые предназначены для домов, квартир (к примеру, датчик влажности в ванную), цехов так далее, а вторые устанавливаются на улице и регистрируют параметры наружного воздуха. Их второе название — атмосферные датчики.

Бывают как встроенные в вентиляторы устройства, так и сенсорные блоки внешнего исполнения, соединяющиеся с ведомым оборудованием посредством проводного или беспроводного интерфейса. Существуют аналоговые варианты, но большинство выпускаемых сегодня представителей этого семейства относятся к цифровым.

Принцип работы похож на функционирование термостата. В отличие от последнего, устройство срабатывает при изменении влажности, а не температуры. Порог срабатывания, как правило, выставляют на 40 %. Включившись, чувствительный элемент сенсора воздействует на встроенное реле. Оно замыкает цепь, подающую питание на двигатель вентилятора, и автоматизированная вытяжка запускается.

Beaglebone Black

Особенности подключения

Датчики измерения влажности в свой дом монтируют на стену внутри помещения. Корпус, изготовленный из огнеупорного пластика, закрепляют на твердой поверхности винтовыми болтами. Под крышкой выведены клеммы с контактами, которые нужно подключить к общей сети. Далее руководствуются схемой, которую представил производитель. При закручивании гайки следите, чтобы условие плотного прилегания корпуса к поверхности соответствовало требуемой герметичности устройства и классу защиты от внешних воздействий.

Настройка

Настройка датчика производится в соответствии с инструкций по вводу в эксплуатацию установленного прибора. В системе «Умный дом» используют датчик Mi Smart. Для настройки нужно установить приложение на смартфон или компьютер, чтобы в течение дня в удаленном режиме контролировать показатели влажности и температуры в помещении. Гибкие возможности ограничивающих значений в программном обеспечении позволяют задавать определенные параметры. Если состояние воздушной среды выходит за установленные рамки, то на электронное устройство приходит сообщение, и владелец дома может повысить или понизить температуру отопительных приборов, включить увлажнитель воздуха либо открыть окно для проветривания. Таким образом, можно поддерживать приемлемый микроклимат во всем доме.

Правила эксплуатации

Современные датчики системы «Умный дом» имеют беспроводное подключение. Благодаря компактным габаритным размерам, как рука или ладонь человека, их можно расположить в любой комнате дома. Мобильность электронного оборудования позволяет по необходимости перенести прибор в другое место, а качественное питание от литиевой батареи повышает длительность автономной работы. Например, на ночь можно поставить датчик влажности в детскую комнату, чтобы удаленно следить за показателем свежести, когда ребенок спит. Днем датчик переносят в игровой зал и изменяют параметры реагирования на температуру и влажность. Дальность работы ограничивается радиусом в 100 метров, при условии, что не будет препятствий в виде толстых стен и шкафов.

Видео «Подробно о полевых транзисторах»

Рейтинг лучших гигрометров

Ниже представлено несколько наиболее оптимальных на сегодняшний день моделей бытовых гигрометров, доступных для покупки в российских магазинах.

Стеклоприбор ВИТ-2

Стеклоприбор ВИТ-2 – простенький отечественный гигрометр, в котором в качестве индикатора служит стеклянная трубочка с подкрашенным спиртом (как на термометре). Очень удобно то, что справа от трубочки расположена таблица, помогающая в расшифровке показаний прибора. Имеется дополнительная функция изменения температуры. Подходит как для использования в помещении, так и для применения на улице. Диапазон измерений влажности по заявлению производителя – от 20% до 90%.

Sawo 102-HA

Sawo 102-HA – механический гигрометр, индикация показаний которого осуществляется с помощью небольшого циферблата. Отличительная особенность прибора – его внешний вид. Благодаря приятному дизайну он украсит любую квартиру. Изготовлен Sawo 102-HA из обработанного дерева.

Каких-либо дополнительных функций эта модель не имеет.

Sawo 102-HA отличает высокая чувствительность – он способен отражать влажность от 0% до 100%.

ТА 218 А

ТА 218 А – это многофункциональное электронное устройство, которое сочетает в себе:

  • Термометр.
  • Гигрометр.

Отличительная особенность этой модели – выносные датчики.

Это позволяет использовать приспособление не только внутри помещения, но и:

При этом сам девайс можно разместить на некотором расстоянии от точки, где будут осуществляться замеры. Это очень удобно.

DT-322

DT-322 – устройство, чем-то напоминающее ТА 218.

Однако, в отличие от него, DT-322 имеет несколько дополнительных функций:

В остальном все то же самое: термометр, гигрометр, часы с будильником. А вот выносных датчиков модель не имеет, поэтому применять ее можно только в помещении. Уличное использование с внешней установкой невозможно по причине отсутствия выносного датчика и недостаточной влагоизоляции: при монтаже на улице рано или поздно потемнеет ЖК-экран или замкнет из-за воды электронная начинка прибора.

Smartsensor AR847

Smartsensor AR847 – термогигрометр для специалистов, который используют преимущественно для полевых измерений. Однако никто не запрещает разместить его в квартире. Гигрометр устройства отличается довольно высокой точностью и способен измерить от 5% до 95% влажности. А вот термометр слабо подходит для российских реалий, так как нижний порог измерений составляет всего – 10 градусов Цельсия.

Имеется выносной датчик и монохромный жидкокристаллический экран с подсветкой.

Testo 608-H1

Testo 608-H1 – бытовой прибор для измерения температуры и влажности, отличающийся повышенной точностью (по заверениям производителя погрешность не превышает 5%). Устройство прошло сертификацию в соответствии с ГОСТом, поэтому есть все основания доверять информации, изложенной в техническом паспорте модели.

Testo 608-H1 не имеет выносного датчика, поэтому пригоден только для замеров в том месте, где он закреплен. Прибор можно закрепить на стене, а можно вообще не монтировать, а просто положить в удобное для вас место. Все данные выводятся на небольшой монохромный жидкокристаллический дисплей.

Каким гигрометром пользуетесь Вы?

МеханическимЦифровым

Как работает датчик влажности почвы?

Работа датчика влажности почвы довольно проста.

Вилка в форме зонда с двумя открытыми проводниками действует как переменный резистор (потенциометр), сопротивление которого изменяется в зависимости от содержания воды в почве.

Рисунок 1 – Работа датчика влажности почвы

Это сопротивление обратно пропорционально влажности почвы:

  • большее количество воды в почве означает лучшую проводимость и приводит к снижению сопротивления;
  • меньшее количество воды в почве означает худшую проводимость и приводит к повышению сопротивления.

Датчик выдает выходное напряжение в соответствии с сопротивлением, измеряя которое мы можем определить уровень влажности.

Пример для Espruino

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из серии Espruino, например Iskra JS.

Схема устройства

Подключите датчик влажности почвы к аналоговому пину платформы Iskra JS. Для коммуникации понадобятся
соединительные провода «мама-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Iskra JS методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком.

Исходный код

Прошейте платформу Iskra JS скриптом приведённым ниже.

sensor-soil-moisture-capacitive-espruino-read-data.js
// выводим показания датчика на пине A0 каждые 100 мс
setInterval(function() {
  var valueSensor = analogRead(A0) * 100;
  print('Value sensor: ', Math.round(valueSensor), '%');
}, 100);

После загрузки скрипта, в консоль будут выводиться текущие показания сенсора в диапазоне от 0 до 100%.

  • 0–35%: сухая почва;
  • 35–70%: влажная почва;
  • 70–100%: датчик в воде.
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий