Đo độ ẩm
TRANSCRIPT
CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM
Nhóm học viên:1. Đoàn Thanh Tùng
2. Ngô Tuấn Dũng
ĐẶT VẤN ĐỀ1. Sự ảnh hưởng của độ ẩm:
Độ ẩm có mặt ở khắp mọi nơi trong bầu khí quyển. Độ ẩm có vai trò quan trọng đối với cơ thể sống. Độ ẩm ảnh hưởng tới tuổi thọ của các linh kiện điện - điện tử. Nhiều quá trình công nghệ đòi hỏi duy trì độ ẩm thích hợp.
Độ ẩm cao là môi trường thích hợp cho
ẩm mốc phát triển gây hại cho các thiết
bị điện tử, quang học.
ĐẶT VẤN ĐỀ
2. Khó khăn trong việc đo độ ẩm:
Việc đo độ ẩm khó khăn hơn việc đo các đại lượng khác như lưu lượng, nhiệt độ, mức và áp suất. Giới hạn độ ẩm rất rộng từ vài ppm (phần triệu) đến hơi nước ở 100oC. Phép đo độ ẩm nằm trong khoảng nhiệt độ rộng (từ -60oC đến 1000oC). Có thể có các thành phần ăn mòn và các hạt bẩn hoặc hóa chất.
CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO ĐỘ ẨM1. Áp suất hơi bão hòa ps(T) là áp suất hơi nước ở trạng thái cân bằng với
nước ở nhiệt độ T. Đây là giá trị lớn nhất mà áp suất riêng phần pv có thể đạt tới ở nhiệt độ T, trên áp suất này sẽ xảy ra hiện tượng ngưng tụ.
2. Độ ẩm tương đối RH% là tỷ số giữa áp suất riêng của hơi nước và áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ T.
3. Nhiệt độ tạo sương Td(oC) là nhiệt độ cần phải làm lạnh không khí ẩm xuống tới đó để đạt được trạng thái bão hòa. Đây chính là nhiệt độ sao cho pv = ps(Td).
4. Nhiệt độ ẩm Th(oC) là nhiệt độ cân bằng của một khối lượng nước hóa hơi và không khí trong trường hợp nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi chỉ được trích từ không khí.
% .100%( )v
s
pRH
p T
MỘT SỐ LOẠI ẨM KẾ
Các loại ẩm kế có thể được chia thành hai loại chính:• Ẩm kế dựa trên nguyên lý đo tính chất của vật liệu có liên quan đến độ
ẩm. Thuộc loại này có ẩm kế biến thiên trở kháng, ẩm kế tinh thể thạch anh.
• Ẩm kế dựa trên nguyên lý vật lý cho phép xác định trực tiếp độ ẩm. Thuộc loại này có ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly,…
Các thông số của không khí ẩm và loại ẩm kế thích hợp để đo chúng được liệt kê như sau:• Độ ẩm tương đối RH% được đo bằng ẩm kế biến thiên điện trở và biến
thiên điện dung.• Nhiệt độ sương Td được đo bằng ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế hấp thụ, ẩm kế
ôxit nhôm, ẩm kế điện ly.• Nhiệt độ ẩm Th đo bằng psychromet.
MỘT SỐ LOẠI ẨM KẾ
Ẩm kế dạng điện trởẨm kế dạng tụ điệnẨm kế điện lyẨm kế áp điện
ẨM KẾ BIẾN THIÊN TRỞ KHÁNG
Phần tử nhạy của ẩm kế là chất hút ẩm. Tính chất điện (điện trở, điện dung) của đầu đo phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường. Các phần tử nhạy có kích hước nhỏ để thời gian hồi đáp giảm.
Các chất hút ẩm có khả năng hút nước phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí. Đầu đo độ ẩm có đặc tính điện là hàm của lượng nước hấp thụ, hàm này phải ổn định theo thời gian, có tính chất thuận nghịch và tuyến tính.
Cảm biến độ ẩm dựa trên nguyên lý biến thiên trở kháng được phân thành ba nhóm chính:• Ẩm kế điện trở.• Ẩm kế tụ điện điện môi polymer.• Ẩm kế tụ điện điện môi ôxit nhôm Al 2O3.
ẨM KẾ ĐIỆN TRỞ
Trong ẩm kế điện trở dùng chất hút ẩm phủ lên để có kích thước nhỏ (vài mm2).
Điện trở của ẩm kế Rsensor phụ thuộc đồng thời vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ.
ẨM KẾ ĐIỆN TRỞCác thông số chính của ẩm kế điện trở:
• Dải đo độ ẩm từ 15% đến 99%,• Dải nhiệt độ từ -10oC đến 60oC,• Độ chính xác ±2%,• Thời gian hồi đáp ~10s,• Kích thước nhỏ, giá thành thấp,• Ít chịu ảnh hưởng ô nhiễm của môi trường do đó thường dùng
trong môi trường công nghệ trừ những nơi có nồng độ hóa chất và ăn mòn cao.
ẨM KẾ TỤ ĐIỆN POLYMER
Ẩm kế tụ điện sử dụng điện môi là một màng mỏng polymer có khả năng hấp thụ phân tử nước.
Hằng số điện môi ɛ của lớp polymer thay đổi theo độ ẩm, do đó điện dung của tụ điện polymer phụ thuộc vào ɛ, tức là phụ thuộc vào độ ẩm:
Phân tử nước có cực tính cao, ngay cả khi hàm lượng ẩm rất nhỏ cũng dẫn tới sự thay đổi điện dung rất nhiều
0ACL
ẨM KẾ TỤ ĐIỆN POLYMER Ẩm kế tụ điện polyme là loại ẩm kế thụ động. Cách thường dùng để đo điện dung C là sử dụng mạch tạo dao động
dùng IC 555. Mạch đo của cảm biến điện dung polyme HCH – 1000 của hãng
Honeywell:
ẨM KẾ TỤ ĐIỆN POLYMER
Các thông số chủ yếu của ẩm kế tụ điện polymer: Phạm vi đo từ 0% dến 100%. Dải nhiệt độ -40oC đến 80 hoặc 100oC. Độ chính xác ±2% đến ±3%. Thời gian hồi đáp vài giây. Ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thể nhúng vào nước
mà không bị hư hỏng.
ẨM KẾ TỤ ĐIỆN Al2O3
Ẩm kế tụ điện có điện môi Al2O3 được chế tạo bằng phương pháp anot hóa tấm nhôm và tấm nhôm là điện cực thứ nhất của tụ điện. Điện cực thứ hai là một màng kim loại mỏng được chế tạo trên mặt bên kia của lớp điện môi:
ẨM KẾ TỤ ĐIỆN Al2O3
Nếu chiều dày lớp Al2O3 nhỏ hơn 0,3 µm thì sự thay đổi điện dung chỉ phụ thuộc vào áp suất riêng phần của hơi nước mà không phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó có thể đo độ ẩm tuyệt đối của môi trường.
Các đặc tính chính của ẩm kế tụ điện Al2O3 là:
• Cho phép đo nhiệt độ điểm sương T d trong phạm vi từ -80oC đến 70oC.
• Thời gian hồi đáp khoảng vài giây.• Làm việc trong dải áp suất rất rộng từ chân không đến hàng trăm bar.
Các hạn chế của loại cảm biến này:• Cảm biến oxit nhôm là thiết bị đo thứ cấp nên phải định kỳ định
chuẩn vì sự già hóa trễ và ô nhiễm làm thay đổi cỡ đo.• Cảm biến không đồng nhất, phi tuyến, cần phải định chuẩn riêng cho
từng cảm biến.• Cần sử dụng trong môi trường tránh bị ăn mòn vì môi trường có hoạt
tính cao có thể ăn mòn nhôm.
ẨM KẾ ĐIỆN LY Ẩm kế điện ly dung để đo lượng hới nước rất nhỏ trong không khí hoặc
trong các chất khí. Phần tử nhạy của ẩm kế là một ống dài khoảng 10 cm.
Trong ống cuốn hai điện cực bằng platin hoặc rođi, giữa chúng là lớp P2O5.
Khi chất khí nghiên cứu chạy qua ống đo hơi nước bị lớp P2O5 hấp thụ và hình thành H2PO3. Đặt điện áp một chiều cỡ 70V giữa hai điện cực sẽ gây hiện tượng điện phân nước và giải phóng O2, H2 để tái sinh P2O5.
Dòng điện điện phân I = k.Cv, tỷ lệ với nồng độ hơi nước Cv trong đó:
ẨM KẾ ĐIỆN LY
3
96500.
9.10 Ck Q
QC là lưu lượng khí đi qua đầu đo (m3/s).
ẨM KẾ ÁP ĐIỆN Ẩm kế áp điện đo độ ẩm bằng cách chỉ thị sự thay đổi tần số của tinh
thể thạch anh nhạy với ẩm. Tinh thể này lần lượt được khí ẩm và khí khô chạy qua. Mẫu khí được
chia thành hai dòng, một để đo, một để định chuẩn và lần lượt chảy qua tinh thể đo.
Mẫu khí qua tinh thể đo, hơi ẩm bị lớp bao tinh thể hút và làm thay đổi tần số dao động của thạch anh. Cuối mỗi 30 chu kỳ bộ vi xử lý đọc và lưu trữ hiệu tần số giữa tinh thể đo và tinh thể bộ dao động nội.
Ẩm kế áp điện có độ chính xác rất cao được sử dụng trong phép đo độ ẩm mức thấp cỡ ppm (phần triệu) và ppb (phần tỉ). Tuy nhiên giá thành thiết bị cao.
CHẾ TẠO MỘT MÁY HÚT ẨM CÓ ĐIỀU KHỂN ĐƠN GIẢN ĐỂ BẢO QUẢN CÁC
THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ
CHỌN HỘP CHỨA
Hộp nhựa có gioăng cao su chống nước
CHỌN HẠT CHỐNG ẤM
Silicagel không chỉ thị độ ẩm
Silicagel có chỉ thị độ ẩm
CHỌN HẠT CHỐNG ẤM
Thiết kế sơ bộ máy hút ẩm
BỘ ĐIỀU KHIỂN
Thiết kế sơ bộ máy hút ẩm
MCU MSP430G2553• Low Supply-Voltage Range: 1.8 V to 3.6 V• 16-Bit RISC Architecture, 62.5-ns Instruction Cycle Time• Two 16-Bit Timer_A With Three Capture/Compare Registers Up to
24 Touch-Sense-Enabled I/O Pins • Universal Serial Communication Interface (USCI) Enhanced UART
Supporting Auto Baudrate Detection (LIN)IrDA Encoder and DecoderSynchronous SPII2C™
• Analog-to-Digital (A/D) Conversion 10-Bit 200-ksps Analog-to-Digital (A/D) Converter With Internal Reference, Sample-and-Hold, and Autoscan
• Serial Onboard Programming, No External Programming Voltage Needed, Programmable Code Protection by Security Fuse On-Chip Emulation Logic With Spy-Bi-Wire Interface
MCU MSP430G2553 TRÊN KIT LAUNCHPAD
MỘT SỐ LOẠI ẨM KẾ THÔNG DỤNG TRÊN THỊ TRƯỜNG
Ẩm kế đầu ra tương tự dạng điện trở thay
đổi theo độ ẩm
Ẩm kế đầu ra tương tự dạng điện dung thay đổi theo độ ẩm
Ẩm kế với đầu ra đã được số
hóa và cân chỉnh sẵn
THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN HR202Operating range: humidity(20-95%RH) temperature(0-60Celsius)
Power supply: 1.5V AC(Max sine)
Operating frequency: 500Hz-2kHz
Rated power: 0.2mW(Max sine)
Central value: 31kΩ(at 25Celsius, 1kHz ,1V AC, 60%RH)
Impedance range: 19.8-50.2kΩ (at 25Celsius, 1kHz ,1V AC, 60%RH)
Accuracy: +-5%RH
Hysteresis: +-1%RH
Long-term stability: +-1%RH/year
Response time: <10s
Dimensions: with case 12*15*5mm, without case 8*10*0.7mm
THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN HR202
CÁC ĐO ĐỘ ẨM BẰNG CẢM BIẾN HR202
CÁC ĐO ĐỘ ẨM BẰNG CẢM BIẾN HR202
CHỌN QUẠT
Quạt 12VDC 0,25A
Cảm ơn sự chú ý theo dõi của cô và các học viên!