Как сделать гигрометр своими руками

echome.ru

Сайт посвященный измерительным приборам…

Делаем гигрометр своими руками

В нашей жизни используется множество измерительных приборов, которые позволяют контролировать микроклимат помещений. Один из них – гигрометр, устройство, которое можно изготовить в домашних условиях.

Зачем нужен гигрометр?

Гигрометр позволяет выявить относительную влажность окружающей среды, которая является одним из важнейших составляющих микроклимата помещения. Содержание влаги в воздухе влияет на самочувствие людей. Этот показатель обязательно должен находиться в пределах среднего диапазона. Пониженная влажность воздуха может приводить к затрудненному дыханию и пересыханию слизистых оболочек, а повышенная – к ухудшению физического состояния. Особенно строго следить за этим значением нужно людям, имеющим заболевания дыхательных путей.

Для контроля влажности в помещении можно приобрести специальную метеостанцию. Однако из подручных средств также можно собрать прибор, который сможет заменить собой гигрометр.

Аналог психрометрического прибора

Чтобы получать точные сведения, нужно знать, как сделать гигрометр в домашних условиях. Для создания аналога психрометрического устройства понадобятся:

• два ртутных термометра, предназначенных для измерения температуры воздуха;
• дистиллированная вода;
• доска;
• нить;
• хлопчатобумажная ткань.

Также понадобятся любые подручные средства, с помощью которых можно произвести закрепление термометра.

На доске нужно установить в вертикальном положении два термометра так, чтобы они находились параллельно по отношению друг к другу. Под одним из измерительных приборов необходимо установить небольшую емкость с дистиллированной водой. В качестве емкости можно использовать небольшую колбу или обыкновенный пузырек. Наконечник термометра (ртутный шарик), под которым установлен «резервуар», следует обернуть обыкновенной хлопчатобумажной тканью, после чего не очень туго перевязать нитью. Края ткани приблизительно на 5 миллиметров опускаем в емкость, которая предварительно была заполнена дистиллированной водой.

Принцип действия такого устройства, собранного своими руками, абсолютно схож с принципом действия психрометрического гигрометра. Для вычисления относительной влажности воздуха понадобится специальная таблица. По разнице показаний «сухого» и «влажного» термометра вычисляют влажность окружающей среды.

«Природный» измеритель

Для изготовления измерителя в домашних условиях можно использовать свойство шишки расправлять или наоборот – сжимать – свои чешуйки в зависимости от изменения влажности окружающей среды. Все, что понадобится для создания устройства – сама шишка и кусок фанеры.

В самый центр фанеры с помощью гвоздя или скотча крепится шишка. Для определения влажности следует проследить за скоростью раскрытия чешуек. Если они быстро раскрываются — влажность воздуха несколько ниже нормы. Если положение чешуек достаточно долго не изменяется – микроклимат помещения соответствует средним показателям. В том случае, если их кончики начнут подниматься вверх, влажность помещения имеет высокие показатели.

Аналог волосяного устройства

Каждый задающийся вопросом «как сделать гигрометр своими руками» очень редко приступает к созданию волосяного устройства. Однако сделать его довольно просто. Для этого потребуются:

• волос;
• бензин;
• клей;
• гвозди;
• чертежные принадлежности;
• бумага высокой плотности;
• лист фанеры;
• стержень от ручки;
• проволока из стали;
• ролик.

Человеческий волос можно заменить хлопчатобумажной нитью высокого качества, которая также остро реагирует на изменение влажности воздуха.

Волос или нить должны иметь длину не меньше 40 сантиметров. Если речь идет о волосе, его нужно обезжирить (применяется смачивание в бензине). На конец волоса необходимо закрепить груз, имеющий вес, достаточный для того, чтобы расправить его. В качестве такого отвеса может подойти небольшая часть стержня ручки, предварительно промытая от чернил. Для закрепления груза нужно использовать клей. На небольшой гвоздь одевается пластмассовая трубка длиной около пяти миллиметров. В ее качестве также можно использовать стержень авторучки. Важно, чтобы трубка свободно вращалась вокруг гвоздя, не соскакивая с него. Для сборки гигрометра подготовьте горизонтальное основание, на котором будет закреплена вертикальная часть устройства – доска или фанера. В ее центр вбивается заранее подготовленный гвоздь. Разместить его нужно так, чтобы перекинутый через пластиковую трубку волос (одна треть от всей длины) мог быть прикреплен к горизонтальной части своим свободным концом. Крепление производится также с помощью клея. Заключительный этап работы – крепление шкалы, которую можно создать из полосы бумаги, нанеся на нее деления.

Для градуирования прибора занесите его в ванную комнату, в которой был включен горячий душ. Точку, в которой будет находиться острите отвеса, отметьте как 100%. Для нахождения нулевой отметки нужно поставить устройство в нагретую духовку (не очень горячую, чтобы не сжечь устройство). После этого ровно между двух точек нужно поставить отметку в 50 градусов. Можно рассчитать подобным способом десятичные или даже единичные отметки.

Отметка, на которой будет находиться отвес на конце волоса, и будет являться показанием относительной влажности окружающей среды.

Гигрометр из салфетки

Комнатный гигрометр из салфетки сделать достаточно просто. Для его создания необходимо иметь под рукой обыкновенную салфетку, фанеру, гвозди, клей и проволоку. В фанеру вбивается два гвоздя на расстоянии, аналогичном длине салфетки. После этого между ранее закрепленными гвоздями посредством клея крепится сама бумажная салфетка. Два куска проволоки (достаточно длины 2-4 сантиметра) крепятся к салфетке. Одна из частей должна быть частично прикреплена к салфетке, частично – к гвоздю так, чтобы образовывалась своеобразная стрелка.

Принцип действия такого устройства основан на свойстве салфетки впитывать в себя влагу из воздуха. Если вы хотите сделать точную шкалу показаний, можно провести сверку самостоятельно изготовленного прибора по устройству, купленному в магазине. Движение проволоки будет свидетельствовать об изменении микроклимата помещения.

Стоит понимать, что приборы, изготовленные в домашних условиях, не могут похвастаться высокой точностью. Они пригодны лишь для измерения приблизительных показателей. Если вам необходимо знать точную влажность окружающей среды, необходимо приобрести любой из видов комнатных гигрометров.

Источник

Как сделать волосной гигрометр своими руками. Самодельный измеритель влажности Как сделать гигрометр в домашних условиях

Для поддержания нормальных условий жизнедеятельности человека или животных, а также при организации производства, важно обеспечить правильный микроклимат. Одна из важных составляющих – правильная влажность. Причем этот показатель измеряется как в воздушной среде, так и в почве. Кроме того, при организации производства или строительства, необходимо знать остаточную влажность материала. Например, нарушения требований сухости зерна или цемента, могут привести к порче продукта, и серьезным финансовым потерям. Представьте себе заплесневевший элеватор зерна емкостью десятки тысяч тонн. Или превратившийся в камень, внушительный запас сухих строительных смесей.

Как определить количество воды в окружающей среде или предметах? Для этого используются датчики влажности.

Такой прибор называют гигрометром или гигростатом, в зависимости от способа применения. С простейшими механическими гигрометрами вы наверняка сталкивались на уроках физики в школе, и в саунах, где этот тип прибора довольно популярен.

Датчики влажности воздуха по принципу действия

Для начала разберемся с терминами: что такое влажность в принципе?

Академически, это содержание водяных паров в атмосфере или количество влаги в иной среде по отношению к ее весу.

На практике влажность может быть обусловлена не только водой, но и другими техническими жидкостями.

Механические датчики влажности

Эти конструкции не отличаются разнообразием, и применяются не одну сотню лет. Принцип действия основан на способности материалов изменять свои габариты (длину) при намокании. Наилучший вариант – это женский волос рыжего цвета (разумеется, естественного происхождения, а не окрашенный). На практике чаще всего применяется конский волос, или волосы других животных.

Система подвеса состоит из грузика (или пружины), оттягивающего измерительный элемент: волос. Подвес прикреплен к стрелке. При намокании, волос растягивается, стрелка показывает значение влажности. Разумеется, при изготовлении такого прибора или смене изношенного волоса, шкалу необходимо заново откалибровать. Преимущество таких приборов – простота и дешевизна в реализации. Недостатки: высокая погрешность (причем она меняется в ходе эксплуатации) и боязнь механических нагрузок.

Психрометрические датчики температуры и влажности

Почему два в одном? Дело в том, что датчик влажности такой конструкции основан на измерении температуры. А поскольку в системе есть термометр, почему не вывести его показания на табло. Эти приборы бывают механическими и электронными. Механика представляет собой два одинаковых термометра, один из которых помещен во влажную среду (банальное обертывание мокрой ветошью). Иногда, для увеличения производительности, приборы обдувают специальным вентилятором. На влажном и сухом термометрах отображается разная температура. Разница определяется степенью влажности воздуха (мокрый термометр в сухом воздухе быстрее охлаждается). Для получения показаний используются специальные психрометрические таблицы. В этом главный недостаток прибора: сложность проведения измерений. Еще одна проблема – такой гигрометр не может работать непрерывно, для каждой процедуры измерений он готовится заранее: необходимо намочить ветошь (губку), запустить вентилятор, дождаться, пока столбики термометров найдут верное положение. Зато психрометрический датчик влажности воздуха с механическим приводом надежен и точен. Стоимость такого прибора также доступна.

Электронные датчики температуры и влажности психрометрического типа работают по такому же принципу. Вместо термометров используются термисторы: электронные компоненты, сопротивление которых зависит от температуры. Подключены по мостовой схеме: при идеальном балансе температур напряжение на выходе нулевое, если происходит разбалансировка показаний – на выходе датчика появляется потенциал. Чтобы определить разность температур, термисторы помещены в две камеры: герметичную с сухим воздухом, и перфорированную, в которой будет реальная влажность по месту измерения. Вариант удобный, универсальный, но его точность весьма условна.

Подобные детекторы применяются в различных электронных схемах контроля. Особенно они популярны при разработке систем на базе Arduino.

Емкостные датчики влажности

Достаточно простые электронные устройства, работа которых основана на изменении электропроводности воздуха в зависимости от насыщения влагой. Фактически – это конденсаторы переменной емкости, величина которой контролируется управляющей схемой. Датчик влажности воздуха емкостного типа использует конденсаторы с воздушной прослойкой между пластинами. Универсальные гигрометры (с твердым диэлектриком) могут измерять количество воду в твердой среде.

Сенсоры надежные и достаточно точные, однако со временем изнашиваются. К неоспоримым преимуществам можно отнести независимость от кислотности среды. Этим обычно грешат резистивные сенсоры.

Оптический датчик влажности

Содержит измерительную зеркальную пластину и чувствительный фотодетектор. Второе наименование измерителя – конденсационный. Принцип действия основан на природе так называемой точки росы. При определенной температуре поверхности, на ней образуется конденсат. Наглядный пример – покрытые росой автомобили, припаркованные на открытом воздухе. Зеркальная пластина последовательно нагревается, выпадение конденсата фиксируется фотодетектором.

Фото-пара тщательно фокусируется: пока зеркальная поверхность чистая, фотоэлемент пропускает электрический ток. После выпадения росы свет рассеивается, сила тока падает, электроника фиксирует этот момент, и вычисляет уровень влажности по запрограммированному алгоритму.

Такие измерители достаточно точны, однако боятся вибраций и достаточно громоздки. Стоимость средняя. Существенный недостаток – необходимо поддерживать поверхность в идеальной чистоте. Кроме того, после применения датчик необходимо просушить для следующего применения. То есть, в реальном времени он не работает. Фактически – состояние измерений «включено» или «выключено».

Резистивный датчик влажности

Представляет собой переменный резистор, сопротивление которого меняется при изменении влажности. На первый взгляд, сенсор похож на емкостной прибор.

На самом деле технология иная. На диэлектрическую подложку наносится ряд электродов или наматывается токопроводящая проволока (две обмотки с гальванической развязкой). Затем пространство между электродами заполняется специальным солевым гелем или токопроводящим полимером. Главное условие – высокая гигроскопичность материала. Попадая во влажную среду, полимер (солевой гель) меняет проводимость. Сопротивление резистора меняется в обратной зависимости: чем выше влажность, тем оно ниже. Изменения фиксируются электроникой. Неоспоримые преимущества такой схемы: высокая точность, стабильность параметров, и долгий срок службы. Недостатки – невозможность работать в агрессивной среде, требуется защита от пыли. Однако вышедший из строя сенсор легко заменить: стоимость невысокая.

Датчик температуры и влажности воздуха может работать в качестве наглядного измерительного прибора, когда показания просто фиксируются наблюдателем.

Однако более целесообразным будет подключение датчика влажности к системе управления процессами. Как минимум, к устройству сигнализации (оповещения). Например, при выращивании сельскохозяйственных культур, датчик, погруженный в почву, может дать команду на полив грунта. В системах автоматического климат-контроля датчики температуры и влажности управляют кондиционерами и обогревательными котлами без участия оператора.

Аналог волосяного устройства

Каждый задающийся вопросом «как сделать гигрометр своими руками» очень редко приступает к созданию волосяного устройства. Однако сделать его довольно просто. Для этого потребуются:

• волос;
• бензин;
• клей;
• гвозди;
• чертежные принадлежности;
• бумага высокой плотности;
• лист фанеры;
• стержень от ручки;
• проволока из стали;
• ролик.

Человеческий волос можно заменить хлопчатобумажной нитью высокого качества, которая также остро реагирует на изменение влажности воздуха.

Волос или нить должны иметь длину не меньше 40 сантиметров. Если речь идет о волосе, его нужно обезжирить (применяется смачивание в бензине). На конец волоса необходимо закрепить груз, имеющий вес, достаточный для того, чтобы расправить его. В качестве такого отвеса может подойти небольшая часть стержня ручки, предварительно промытая от чернил. Для закрепления груза нужно использовать клей. На небольшой гвоздь одевается пластмассовая трубка длиной около пяти миллиметров. В ее качестве также можно использовать стержень авторучки. Важно, чтобы трубка свободно вращалась вокруг гвоздя, не соскакивая с него. Для сборки гигрометра подготовьте горизонтальное основание, на котором будет закреплена вертикальная часть устройства – доска или фанера. В ее центр вбивается заранее подготовленный гвоздь. Разместить его нужно так, чтобы перекинутый через пластиковую трубку волос (одна треть от всей длины) мог быть прикреплен к горизонтальной части своим свободным концом. Крепление производится также с помощью клея. Заключительный этап работы – крепление шкалы, которую можно создать из полосы бумаги, нанеся на нее деления.

Для градуирования прибора занесите его в ванную комнату, в которой был включен горячий душ. Точку, в которой будет находиться острите отвеса, отметьте как 100%. Для нахождения нулевой отметки нужно поставить устройство в нагретую духовку (не очень горячую, чтобы не сжечь устройство). После этого ровно между двух точек нужно поставить отметку в 50 градусов. Можно рассчитать подобным способом десятичные или даже единичные отметки.

Отметка, на которой будет находиться отвес на конце волоса, и будет являться показанием относительной влажности окружающей среды.

Применение датчиков на практике

Датчики используются для следующих задач:

• поддержание заданного микроклимата в жилых и офисных помещениях: обеспечение комфортного пребывания людей;
• обеспечение необходимых параметров воздуха на складах и в хранилищах: например, архивы, музеи или овощебазы;
• сохранение заданной влажностной среды при работе с биологическими объектами: инкубаторы, лаборатории, медицинские учреждения;
• обеспечение климатических условий на производстве сухих смесей или с применением чувствительной к влажности технике;
• контроль в котельных или водоочистительных станциях: предотвращение образования конденсата;
• соблюдение гигиенических норм в любых помещениях: высокая влажность способствует развитию плесени и грибка.

Датчики для твердой среды по принципу действия

Как мы уже говорили, некоторые датчики влажности и температуры воздуха универсальны: могут работать в грунте или сыпучих смесях. Также существуют специализированные приборы для решения подобных задач. Собственно, технологий для измерения содержания влаги в сыпучих средах (почва, сухие смеси и пр.) не так много.

Резистивные датчики

Эти детекторы работают по принципу амперметров: а в качестве резистора в цепи выступает среда измерения. Почва или сухая смесь, в зависимости от насыщения водой, меняет электропроводность (или сопротивление). Соответственно меняется и сила протекающего тока. Подобные датчики могут быть только электронными, поскольку механически обеспечить измерение влажности в твердой среде затратно и нецелесообразно.

Два (или больше, для повышения точности) электрода погружаются в среду измерения.

Модуль управления подает на контакты небольшое напряжение, и замеряет значение электрического тока. Чем больше влаги, тем сильнее электроток. Надежная и довольно точная конструкция, не лишена недостатков. Во-первых, электроды должны быть выполнены из материала, стойкого к коррозии и механическим повреждениям. Во-вторых, при калибровке прибора необходимо учитывать содержание солей в почве (или материале).

Емкостные датчики влажности почвы

Пожалуй, самые популярные устройства среди квартирных «земледельцев». Сегодня стало модным выращивать некоторые продукты питания не на огороде, а например, в квартире в Москве. Для обеспечения хорошего урожая применяются технологии интенсивного земледелия под управлением электроники. Контроллер получает информацию о температуре, уровне влажности и освещенности, и моделирует природные условия для вашей грядки на подоконнике.

Если система управления отлажена, нет необходимости ежедневно контролировать процесс роста растений. Достаточно пополнять емкость для полива, и своевременно собирать урожай.

Преимущество такого прибора – возможность работать «на автомате». Кроме того, такой датчик можно сделать своими руками.

Изготовление датчика влажности почвы своими руками на Arduino

Разумеется, сам сенсор изготавливать не нужно, эта деталь давно и успешно выпускается нашими друзьями из Поднебесной и стоит относительно недорого. Речь пойдет об интеграции датчика в систему управления для теплицы или балконной грядки.

Типичный пример: комплект FC-28.

Представляет собой емкостной детектор, соединенный с платой компаратора, выполненной на микросхеме LM393. В схеме присутствует потенциометр, с помощью которого можно произвести калибровку и задать условия для срабатывания датчика. Принципиальная схема устройства на иллюстрации:

Прибор не предназначен для мониторинга текущей влажности земли: его задача дать сигнал для включения системы автоматического полива. При достижении откалиброванного резистором порога сухости почвы, логический «0» на выходе компаратора меняется на «1» (контакт D0). Контроллер получает сигнал и дает команду исполнительному механизму полива.

В принципе, разработчик предусмотрел возможность снятия показаний для отображения на текстовом табло. Для этого используется аналоговый сигнал (A0) со схемы управления. Это не основной режим, но оператор всегда может увидеть влажность почвы в процентах.

Питание комплекта осуществляется с помощью источника 5 вольт с током до 35 мА. Это может быть блок питания или комплект батареек. Подойдет любая версия Arduino: например, UNO.

Схема может быть расширена датчиком уровня воды, световой и звуковой сигнализацией. Источником водоснабжения служит помпа, соединенная с контролируемым резервуаром. Типовая блок-схема готовой системы полива на емкостном датчике влажности представлена на иллюстрации:

Если запрограммировать контроллер Arduino на несколько грядок, можно применять систему на больших территориях: поле, теплица и пр.

Виды гигрометров для инкубатора

Встречаются разные виды гигрометров, которые имеют свои особенности, индивидуальный тип работы, преимущества и недостатки.

Выделяют следующие разновидности:

1. Весовой гигрометр для инкубатора. Представляет собой несколько объединенных трубок, внутри которых содержится гигроскопическое вещество, поглощающее влагу. С помощью этой системы протягивается немного воздуха и определяется его влажность.
2. Волосной влагомер. Известно, что волосы меняют длину при изменении показателей влажности воздуха. За счет этого можно замерить относительную влажность – от 30% до 100%. Волос натягивают на металлическую рамку, и если меняется показатель влажности, данные передаются стрелке, которая перемещается по шкале.
3. Пленочный датчик влажности воздуха для инкубатора. Снабжен специальным элементом из органической пленки. При повышении влажности она растягивается, а во время ее снижения – сжимается.
4. Керамический. Его работа основывается на зависимости сопротивления керамической детали от влажности воздуха.

Изготовление датчика влажности почвы своими руками

Еще одна популярная сфера применения датчика влажности (на этот раз воздуха) – это домашний инкубатор. Как известно, при нагреве инкубатора воздух внутри осушается. Это может привести к высокому проценту отбраковки яиц. Примитивные миски с водой не всегда дают должный эффект: без системы контроля вода испарится, а владелец инкубатора может пропустить этот момент. Для контроля необходим элементарный контроль с цифровым табло.

Если не рассматривать популярные готовые решения на Ардуино, можно собрать электронный детектор влажности воздуха на базе микросхемы PIC16F628A. Сенсор влажности, совместимый с такой логикой – DTH-11. Остальная элементная база – несколько согласующих резисторов и цифровое табло.

Данный контроллер имеет возможность как показывать уровень влажности в процентах, так и давать сигнал на исполнительное устройство для увлажнения. Снабдив его любым типом увлажнителя можно не беспокоиться о сохранности яиц в закладке.

Кроме того, данная схема позволяет подключить сенсор температуры. Таким образом, вы получаете полноценную систему климат контроля для инкубатора, работающую в автономном режиме.

Как сделать психрометр для инкубатора

Поэтому необходимо учесть, что расстояние между сосудом и окончанием измерительного прибора должно составлять около 3 — 4 сантиметров. Вода с кусочка ткани испаряется, из-за чего температура на влажном термометре снижается до момента, пока термометр не начнет показывать температуру, при которой пар становится насыщенным. В такой момент показываемые на влажном термометре данные будут представлять показатели реальной температуры окружающей среды. Определения влажности воздуха в определенном помещении с помощью психрометра занимает немного времени.

Для этого устройство помещают в место, изолированное от попадания солнечных лучей и посторонних тепловых воздействий на 10 — 15 минут, после чего записывают результаты измерения каждого из термометров прибора. Для определения уровня влажности на основании данных психрометра нужна специальная психометрическая таблица. В первой строке — разницу между показателями температур обеих термометров.

Относительная влажность воздуха вычисляется на пересечении результата первого столбца и первой строки психометрической таблицы. В чем плюсы и минусы психрометра?

Промышленные датчики температуры и влажности

При наличии средств, все эти приборы можно приобрести в заводском исполнении.

Это может быть отдельно вынесенный датчик влажности для индикации, или встроенный сенсор с подключением к системе «умный дом». Многие датчики позволяют получать информацию дистанционно, с передачей по сети интернет или на мобильный планшет.

Совет: для эффективного и надежного использования лучше приобретать не универсальные, а специализированные датчики влажности и температуры.

В данном материале есть описание различных типов сенсоров: каждый из них хорош для конкретных условий применения. Не обязательно выбирать самый дорогой и защищенный от агрессивной внешней среды прибор, если он будет использоваться в помещении.

Равно как датчик влажности почвы для горшков комнатных растений, не сможет контролировать обширные грядки в теплице или на поле.

Комнатные гигрометры: цены на самые современные и популярные модели

Перед тем как купить измеритель влажности воздуха, нелишним будет ознакомиться с ценами на разные типы приборов. Таким образом, вам проще всего будет определиться с тем, насколько много денег вы готовы заплатить за те или иные дополнения в устройстве, и есть ли в них действительно необходимость.

Купить механический гигрометр достаточно высокого качества, но без каких-либо дополнительных функций, можно за 500-600 рублей. В то же время купить электронный гигрометр за такие деньги вряд ли удастся, так как стоимость этого типа приборов начинается от 1-2 тыс. рублей и может возрастать вдвое.

Механический комнатный настольный гигрометр

Домашние метеостанции: настенный барометр, термометр, гигрометр

Самый интересный, и в тоже время дорогостоящий вариант, который можно найти – домашняя метеостанция, которая представляет собой настенные часы с барометром, гигрометром и термометром. Цены на такие комплекты начинаются от 5 тыс. рублей и могут в разы возрастать за счет оригинального дизайна оформления, а также редких и дорогостоящих материалов исполнения.

Возможность одновременно контроля таких показателей, как температура и влажность воздуха, а также атмосферного давления – несомненное преимущество таких систем, как домашние метеостанции. И хотя купить гигрометр, барометр и термометр – удовольствие не слишком дешевое, оно, несомненно, оправданно.

Источник