IV. Giới thiệu về cảm biến đo độ ẩm
7. Lựa chọn và đặc tính kỹ thuật của các cảm biến độ ẩm
Sự khác biệt giữa các loại cảm biến về độ chính xác, khả năng thay thế lấp lẫn, những ưu nhược điểm của mỗi loại.
a. Các tiêu chí trong lựa chọn cảm biến độ ẩm
Những tiêu chí quan trọng trong lựa chọn cảm biến độ ẩm bao gồm:
+ Độ chính xác
+ Tính thay thế lấp lẫn
+ Tính lặp lại đặc tính kỹ thuật + Tính ổn định
+ Khả năng phục hồi sau ngưng tụ hơi nước + Tính kháng nhiễm tạp chất, chất bẩn + Kích cỡ và bao gói
+ Tính hiệu quả và giá thành
+ Giá thành thay thế và bảo dưỡng khi có hỏng hóc + Hiểu chuẩn
+ Tính phức hợp và hiện thực hóa quá trình chuẩn hóa tín hiệu và mạch thu thập dữ liệu b. Lựa chọn cảm biến RH kiểu điện dung
Các ứng dụng đối với cảm biến độ RH kiểu điện dung chiếm một phạm vi rộng, bao gồm:
+ Các thiết bị bên trong ô tô như bộ phận chống đóng băng kính chắn gió.
+ Các máy in, máy tính
+ Các thiết bị y tế như quạt thông gió và lò ấp
+ Những ứng dụng dân dụng như lò vi sóng, tủ lạnh, máy sấy quần áo + HVAC (Nhiệt, thông gió và điều hòa không khí)
+ Các máy thu và ghi dữ liệu + Bộ phận phát hiện rò rỉ.
+ Các trạm khí tượng
+ Thiết bị công nghiệp và xử lý thực phẩm + Buồng thử môi trường
Tiếp nhận những tiến bộ nguyên lý cutting-edge trong lĩnh vực thiết kế chế tạo chất bãn dẫn, nhiều cảm biến điện dung đã có được đặc tính độ trôi và độ trễ tối thiểu và lâu bền. Việc
Cảm biến đo độ ẩm Trang 28 ứng dụng công nghệ CMOS trong các bộ phát xung định thời giúp cho cảm biến tạo được tính hiệu điện áp ra gần tuyến tính.
Hình 27. Điện áp ra của cảm biến có bộ định thời CMOS.
Độ bất định của cảm biến điển hình là ±2% RH trong phạm vi độ RH từ 5% đến 95% sử dụng hiệu chuẩn hai điểm. Hiệu ứng điện dung của đường cáp nối liên quan với những thay đổi điện dung nhỏ của cảm biến hạn chế khoảng cách lắp đặt phần tử cảm biến tới mạch chuẩn hóa tín hiệu trong phạm vi thực tế là ngắn hơn 100 feet. Việc điều hưởng tinh có thể giảm thiểu độ biến động ±2% làm tăng khả năng thay thế lấp lẫn một cách trực tiếp.
Các chương trình máy tính hiệu chuẩn lại cũng có khả năng bù lại cho điện dung cảm biến từ 100 đến 500pF.
Các cảm biến RH kiểu điện dung là không tuyến tính dưới vài phần trăm độ RH, đó là lý do tại sao nhiều cảm biến trong các hệ đo lường điểm sương lại dùng các mạch vi xử lý để lưu giữ các dữ liệu hiệu chuẩn. Phát triển này đã giúp làm giảm giá thành các máy đo độ ẩm và máy truyền phát trong điều hòa không khí và các ứng dụng thám báo khí tượng viễn thông.
Về ưu điểm và nhược điểm: với ưu điểm thì điện áp ra gần như là tuyến tính, pham vị đo độ RH và dung sai ngưng tụ hơi nước rộng; tính thay thế lấp lẫn nếu dùng điều hưởng tinh bằng laser, tính ổn định trong thời gian dài sử dụng. Về nhược điểm thì khoảng cách từ phần tử cảm biến tới mạch chuẩn hóa tín hiệu bị giới hạn là ưu điểm lớn nhất của loại này.
c. Lựa chọn cảm biến độ ẩm kiểu điện trở
Các cảm biến kiểu điện trở là những cảm biến độ ẩm loại nhỏ, giá thấp mà lại có độ ổn định lâu bền và tính thay thế lấp lẫn cao. Chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp, thương mại và dân dụng, đặc biệt là trong kiểm tra và chỉ thị chất lượng sản phẩm.
Các cảm biến điện trở có đáp ứng phi tuyến đối với sự thay đổi độ ẩm, nhưng có thể tuyến tính hóa bằng các phương pháp tương tự hay phương pháp số. Phạm vi biến thiên điện trở điển hình là từ vài kΩ tới hàng trăm MΩ. Tần số kích thích định mức từ 30Hz đến 10kHz.
Các cảm biến độ RH có tính thay thế lấp lẫn cao (trong phạm vi ±2% RH). Mạch điện tử chuẩn hóa tín hiệu có thể được hiệu chuẩn tại một điểm RH cố định, hạn chế sự cần thiết các
Cảm biến đo độ ẩm Trang 29 chuẩn độ ẩm. Độ chính xác có thể được kiểm nghiệm tại một buồng hiệu chuẩn RH hoặc bằng một hệ tiêu chuẩn dùng máy tính tham chiếu tới một môi trường tiêu chuẩn. Các cảm biến kiểu điện trở có nhiệt độ làm việc định mức trong phạm vi từ -40 tới 1000C.
Tuổi thọ cảm biến mong đợi là ít hơn 5 năm trong các ứng dụng thương mại và dân dụng, nhưng sử dụng trong các điều kiện bám bẩn có thể gây ra những hỏng hóc vĩnh viễn. Các cảm biến kiểu điện trở cũng có xu hướng suy dời chỉ số chỉ chị trong quá trình bộc lộ cho hơi nước ngưng tụ khi sử dụng các lớp phủ hòa tan được trong nước.
Ưu điểm
+ Không cần chuẩn hiệu chỉnh, có tính thay thế lấp lẫn cao và khả năng thay thế tại chỗ + Có tính ổn định lâu bền
+ Có khả năng sử dụng những vị trí lắp đặt xa + Kích thước nhỏ
+ Giá thành thấp Nhược điểm
+ Việc phản ứng với hơi hóa chất và bám bẩn có thể gây nên những hỏng hóc vĩnh viễn.
+ Trị số đo có thể bị suy dời bởi sử dụng lớp phủ hòa tan được trong nước.
d. Lựa chọn cảm biến kiểu nhiệt dẫn
Các cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn nói chung được sử dụng trong các thiết bị máy móc, kể cả máy sấy quần áo và lò vi sóng. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, kể cả các lò sấy gỗ, máy sấy, bào chế dược phẩm, nấu ăn và khử nước trong thực phẩm.
Được cấu trúc từ thủy tinh, vật liệu bán dẫn, chất dẻo nhiệt độ cao và nhôm, các cảm biến nhiệt dẫn là loại lâu bền và có tính năng chịu được hơi hóa chất.
Chúng cho độ phân giải cao hơn so với các cảm biến kiểu điện dung và kiểu điện trở ở nhiệt độ lớn hơn 2000F. Độ chính xác điển hình là 3(g/m3), được chuyển đổi thành gần ±5% RH ở 400C và ±0,5% RH ở 1000C.
Ưu điểm + Rất lâu bền
+ Hoạt động tốt ở môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao tới 5750F.
+ Có độ phân giải tốt hơn các cảm biến kiểu điện dung và điện trở.
Nhược điểm
+ Đáp ứng với chất khí bất kỳ có các tính chất nhiệt khác với nito lỏng, điều này có thể ảnh hưởng tới phép đo.
Cảm biến đo độ ẩm Trang 30