سنسور رطوبت

ندازه‌گیری مستقیم محتوای آب مایعات و جامدات خیلی مشكل است چون آن بندرت ممكن است كه محتوای آب یك محصول بعنوان یك اندازه‌گیری جداگانه انجام شود. در جامدات این مقدار براحتی بوسیلة وزن كردن محصول، خشك كردن آن و سپس دوباره وزن كردن آن بدست می‌آید. اگرچه، تعدادی منبع خطا در ارتباط با این روش، برای مثال تجزیه شدن پروب، طول مدت خشك كردن و نوع پیوند آب وجود دارد.

سیستم‌های اندازه‌گیری موثق از زمان‌های طولانی برای تعیین مقدار رطوبت وجود داشته است. این شامل روش‌های مكانیكی از قبیل رطوبت‌سنج مو، پسی‌كرومتر و شناساگر رطوبت LiCl كه در آن مقاومت سطح سنجیده می‌شود. یك ولتاژ A.C در الكترود شمارة 3 بكار برده می‌شود. این موجب جاری شدن یك جریان از میان LiCl و گرم كردن محلول LiCl می‌گردد. در نتیجه آب از محلول بخار می‌شود. بزودی تمام آب بخار می‌شود، هدایت و با آن جریان ما بین الكترودها بسرعت تنزل و دما سقوط می‌كند. رطوبت‌سنج LiCl حالا قادر به جذب آب از هوا است. هدایت آن افزایش یافته و جریان دوباره موجب تبخیر آب می‌شود. در این روش دما خودش را به حالت تعادل مابین توان الكتریكی بكار گرفته شده و انرژی گرمایی مورد نیاز برای تبخیر تنظیم می‌كند. این تعادل بطور انحصاری بستگی به فشار بخار آب هوای اطراف دارد و بنابراین میزانی از رطوبت مطلق است. دما در تعادل بوسیلة اندازه‌گیری مقاومت (1) ثبت می‌شود و سپس بعنوان یك كمیت الكتریكی عمل می‌كند. اندازه‌گیری رطوبت نسبی 90-15% در دمای °C 60-0 ممكن است. زمان پاسخ برحسب دقیقه می‌باشد اهمیت تكنیكی این آشكارگرهای كلاسیك امروزه كه سنسورهای قابل كوچك كردن، چیپر هستند، تندتر و بعضی اوقات خیلی صحیح است. سه روش توسعه وجود دارد.

تغییرات در مقاومت، بویژه در مقاومت سطح، اساس یك نوع از سنسنورهای است. این شامل رطوبت‌سنج‌های سرامیكی است كه همچنین جذب سطحی آب در سطح داخلی مواد سرامیكی خلل و فرج‌دار استفاده می‌شود كه از پودر سینتر شده است. سرامیك‌های مورد استفاده ZnCr2O-LiZnVO4,MgCr2O4-TiO2-V2O5 و پرووسكیت است. سنسورهای ساخته شده از MgCr2O4-TiO4 بطور تجارتی در اجاق‌های میكرویو استفاده می‌شود. آنها دارای زمان پاسخ حدود 20S و میزان رطوبت در حدود 90-30% می‌باشند. دیگر سنسور براساس مقاومت شامل پلی‌استایرین سولفونه شده یا پودر كربن سوسپانسه شده در سلولز ژلاتین می‌باشد. هدایت سطح این سنسورها وقتی آنها آب می‌گیرند تغییر می‌كند. موادی از قبیل تركیب‌های LiF/Al2O3، فسفات‌های زیركونیوم و سیلكیات‌ها، پلی‌سیكلو اكسان‌ها با گروه‌های آب‌دوست و پلیمرهای معین برای این دسته از سنسور مساعد هستند. پلیمرها باید به رطوبت حساس و در همان زمان غیرقابل حل در آب باشند. پلی‌وینیل پیریدین متصل شده بطور رایج برای این نیاز مناسب است.

سنسور نوع دوم تغییراتی را در ظرفیت ایجاد می‌كند. بطور كلی، این سنسورها برد وسیعی از رطوبت‌ها را ثبت می‌كنند و از سنسورهایی كه برپایة روش مقاومت قرار دارند بسیار صحیح‌تر هستند. بخاطر سادگی، اگر از اثرات حاشیه‌ای صرف‌نظر شود ظرفیت یك صفحة ظرفیت بوسیلة رابطة زیر بدست می‌آید:

كه A مساحت و d فاصلة مابین صفحات، ثابت دی‌الكتریك (DC) و DC نسبی است. اثر سنسور را تعیین می‌كند. این با كاهش DC مواد حامل افزایش می‌یابد. Al2O3 خلل و فرج‌دار در ابتدا با DC نسبی 10 بعنوان مواد سنسور استفاده می‌شود. روش‌های فیلم نازك از آن بعنوان سوبسترا (شیشه،‌ سرامیك) استفاده كردند چون آنها ساختمان ساده دارند و لایه‌ها جمع و جور است. در كنار Al2O3 اكسید تانتالیوم و اكسید تیتانیوم استفاده می‌شوند. اخیراً پلیمرهای با یك DC نسبی 15-2 بطور روزافزونی انتخاب می‌شوند. این مواد درجة بالایی از پایداری مدت ـ طولانی و شامل استات‌ سلولز، پلی استایرن، پلی‌ایمید‌ا هستند كه می‌توانند داخل لایه‌ها، حساس با استفاده از روش‌های پوشش قالبی، بخوبی پلیمرهای تولید شده بوسیلة پلیمریزاسیون تخلیة گرم تشكیل شوند. ظرفیت می‌تواند هم در صفحة جاذب شبه ـ فیلم یا حالت عمودی آن اندازه‌گیری شود. در مورد دوم، ساختمان «ساندویچی» یكی از دو الكترود باید به رطوبت تراوا باشد. عموماً این بوسیلة استفاده از یك فیلم طلایی صورت‌می‌گیرد كه ضخامت آن یك سازیشی مابین پایدری عنصر (فیلم ـ ضخیم) و زمان پاسخ پائین (فیلم ـ نازك) را نشان می‌دهد.

این نوع از سنسور رطوبت براساس ـ پلیمر، برای مثال برای اندازه‌گیری رطوبت نسبی از روی برد كامل مقادیر در دماهای مابین °C 60- و °C 30+ استفاده شوند. در این متال ارزیابی الكترونیك‌ها شامل یك پل اندازه‌گیری HF با خطی نمودن بعدی مقادیر علامت می‌باشد. كاربردهای دیگر با استفاده از ASIC‌ها انجام می شود.

خازن، سنتسورهای رطوبتی پلیمر در حال حاضر با دریافت پائین و زمان عمر چندین سال ساخته می‌شود. یك درجة بالایی از برگشت‌پذیری می‌توان بدست آید. آنها بعضی اوقات می‌توانند برای تعیین محتوای آب مواد مایع از قبیل محلول‌های آلی یا سوخت استفاده شوند.

نوه سوم سنسور رطوبت سنتسور نقطة تراكم می‌باشد. نقطة تراكم، همانطور كه تعریف آن پیشنهاد می‌كند، بوسیلة سرد نمودن سطح آزمایش و مشاهدة متراكم شدن یا تشكیل لایة مایع بعنوان تابعی از دما می‌تواند اندازه‌گیری شود. این مشاهده برای مثال، می‌تواند بطور نوری انجام شود. اگر سطح آزمایش صاف و صیقلی باشد آن بوسیلة ته‌نشینی آب تیره شده و انعكاس پرتور نور پحش می‌شود. این اثر برای تشخیص آسان است. غالباً روش‌های اندازه‌گیری خازن یا هدایت مورد استفاده قرار می‌گیرد. یك الكترود با استفاده از علم تكنیك فیلم ـ نازك بعنوان یك خازن با یك ظرفیت بكار می‌رود كه وقتی مایع روی آن می‌نشیند تغییر می‌كند.

هیچ سنسور كوچك شده برای اندازه‌گیری محتوای آب جامدات وجود ندارد. روش‌های كلاسیك اندازه‌گیری هدایت الكتریكی همراه با جذب میكرویو مادون قرمز تعیین كننده است.

حسگرهای رطوبت

در صنعت و تكنولوژی پیشرفته امروزی حسگر‌ها جایگاه ویژه‌ای برای خود باز كرده‌اند چون در اغلب صنایع همانند : داروسازی، شیمیائی، غذائی، كشاورزی و ... كاربرد وسیعی پیدا كرده‌اند. برای مثال اندازه‌گیری دما ـ فشار میزان نوع گازهای مختلف ـ رطوبت و ... را می‌توان نام برد. به همین دلیل در این مقاله سعی شده است حسگر مهم و بسیار كاربردی رطوبت را مورد بررسی قرار دهیم و بیشتر هدف دنبال كردن روش‌های حس رطوبت و نم موجود در هوا یا مواد است كه ذیلاً به بررسی آن می‌پردازیم.

--------------------------------------------------------------------------------

Psychrometer

Perovskite

روش‌های حس

اندازه‌گیری نم و رطوبت را به چهار روش می‌توان تقسیم كرد: 1ـ استفاده و كاربرد در نم‌سنج‌ها كه مستقیماً خروجی حس‌كنندة نم روی RH% تنظیم می‌شود. 2ـ كاربرد در بخارسنج‌ها كه دو دما تولید و خوانده می‌شود و جهت جمع‌آوری این قرائت‌ها از نقشه‌ای همرا با RH% و رطوبت استفاده شده است. 3ـ كاربرد دیگر در حسگرهای نقطة شبنم است كه از آن نقطه مقدار رطوبت بدست می‌آید. 4ـ در نهایت فقط كاربرد در سیستم های حس از راه دور نم كه میزان رطوبت با استفاده از امواج الكترومغناطیسی خوانده می‌شود.

روش‌های حس در نم‌سنج‌ها

ساده‌ترین عناصر اندازه‌گیری نم عناصر مكانیكی هستند كه با افزایش نم طول آنها تحت تاثیر قرار می‌گیرد. بعضی از مواد پلاستیكی این خاصیت مهم را دارا می‌باشند. در حال حاضر با پیشرفت تكنولوژی از عناصر مكانیكی به جهت سنجش رطوبت در رطوبت‌سنج‌ها بهره گرفته نمی‌شود، اما هنوز این عناصر به جهت سادگی در گسترة وسیعی برای آشكارسازی رطوبت استفاده می‌شوند، در ادامه به بررسی و جزئیات بیشتر عناصر مختلف نم‌سنج می‌پردازیم.

نم‌سنج خازنی ـ اصول و اساس كار عناصر نم‌سنج خازنی مبتنی بر اصل اكترود ثابت و دی‌الكتریك متغییر است كه جزئیات این طرح كه یك لایة نازكی از دی‌الكتریك بین دو الكترود بالا و پایین قرار گرفته و علاوه بر آن متخلخل بودن الكترود بالائی است كه به آب اجازة عبور می‌دهد تا به لایة دی‌الكتریك برسد و به محض رسیدن آن به دی‌الكتریك مشخصات و پارامترهای آن تغییر كرده و در نهایت ظرفیت بین الكترود بالائی و پائینی تغییر و تحت تاثیر قرار می‌گیرد كه همین تغییرات حاصله معرف رطوبت موجود است.

نم‌سنج مقاومتی ـ عناصر نم‌سنج مقاومتی كاربرد گسترده‌ای پیدا كرده‌اند و شكل‌هائی بصورت ویفر و استوانه دارند. كلاً در اولین نم‌سنج مقاومتی از لایة نم نما با 2 تا 5% لیتیوم كلراید مایع استفاده شده كه دارای دو الكترود است و مقاومت هر لایه همراه با تغییرات رطوبت است. دو الكترود سیمی روی یك محور پیچیده‌ شده‌اند (نوعی پلی‌استرن) و با الكتورد‌هائی به شكل تراشه و بصورت زیگزاگ روی ماده‌ای بعنوان زیربنا قرار می‌گیرد كه با لایه‌ای از نمك رطوبت‌نما پوشیده شده است در عناصر رطوبت‌سنج مشابه، از تغییرات مقاومت زیربنا بدون بهره‌گیری از لایة رطوبت نما (حساس به رطوبت) جهت آشكارسازی رطوبت استفاده می‌شود.

روش‌های حفاظت و جلوگیری از خوردگی

1ـ جلوگیری از خوردگی با تغییر نوع فلز و طراحی‌های مناسب
الف) تغییر تركیب (تغییر نوع آلیاژ)

ب) طراحی مناسب

2ـ حفاظت فلزات با اصلاح محیط خورنده
الف) برداشت عوامل خورنده از محیط

ب) افزایش مواد بازدارنده

(آبكاری) (؟؟؟ كردن) نشاندن لایه‌ای از روی برروی

3ـ جلوگیری از خوردگی با روش پوشش‌دهی به سطح
الف) پوشش‌ فلزی (فلزنشانی ـ اندود‌كاری)

ب) پوشش‌های غیرفلزی (معدنی) (فسفاته‌كاری و كروماتوكاری) زیررنگ

ج) پوشش‌های آلی (استفاده از رنگ‌های آلی)

4ـ حفاظت از خوردگی با تغییر مقدار پتانسیل فلز ـ محیط خورنده:
الف) حفاظت كاتدی

ب) حفاظت آندی

1ـ تغییر نوع آلیاژ: در انتخاب آلیاژ‌ها باتوجه به نوع محیط خورنده باید دقت لازم صورت گیرد تا از یك آلیاژ مناسب برای كاربرد مورد نظر استفاده نمود

با تشكیل آلیاژ مناسب و یا انجام عملیاتی كه به هنگام تلخیص و استخراج صورت می‌گیرد همانند اجرای عملیات حرارتی مناسب و یا سردن كردن مناسب و یا تغییر شرایط سطحی از قبیل صیغل‌كاری و اسید‌شوئی می‌توان به مقدار قابل ملاحظه‌ای مقاومت فلز را در برابر خوردگی افزایش داد.

2ـ طراحی مناسب : وظیفة یك مهندس طراحی تاسیسات آن است كه قطعات بكار رفته از لحاظ ساخت و استفاده از تاسیسات دارای استحكام مكانیكی ماكزیمم باشد همچنین درخصوص ساخت بناها و تاسیسات ضرورت‌های اساسی رعایت شود. برای مثال رعایت مكان جغرافیائی، اطلاع از میزان خوردگی در محیطی كه تاسیسات اجیاد می‌شود. شناخت اتمسفر موجود در محیط‌ها و غیره.

طراحی می‌بایست تا حد امكان ساده باشد زیرا هرچه شكل تاسیسات ساده‌تر باشد یعنی آنكه زوایا، گوشه‌ها و لبه‌ها و سطوح داخلی كمتر باشد احتمال خوردگی ضعیف‌تر است. (زیرا در این نقاط تجمع انرژی بیشتر است)

3ـ برداشت عوامل خورنده از محیط: برای حذف عوامل خورنده از محیط می‌توان اعمال زیر را انجام داد:

1ـ حذف اكسیژن از آب با تقلیل فشار محیط

2ـ حذف اسید‌ها از محیط با خنثی كردن 3

ـ حذف املاح وجود در آب و ...

4ـ حفاظت كاتدی و آندی: نظر به اینكه خوردگی فلزات در محیط‌های مرطوب ماهیت الكتروشیمیائی دارند. لذا با استفاده از ماهیت الكتروشیمیائی و بكار بردن روش‌های اكتروشیمیایی مناسب مقدار پتانسیل الكترود به نحوی تغییر داده می‌شود تا سرعت خوردگی انحلال فلز به حداقل برسد.

حفاظت آندی: در حفاظت آندی، آند نقطة مورد نظر می‌باشد و كاتد یك فلز مقاوم مانند برنج با پوشش پلاتین است و الكترود سوم، الكترود مرجع می‌باشد كه دستگاه پتانسیواسكات محلول (پنانسیومتر را نسبت به آند ثابت در نظر می‌گیرد).

سنسور رطوبت

مطالب مشابه :