สวัสดีครับผู้อ่านทุกท่าน…ขอต้อนรับสู่บล็อก Factomart.com วันนี้เราจะพาทุกท่านมาเรียนรู้ถึงหลักการทำงานของ Humidity Sensor เครื่องวัดความชื้น ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม พร้อมแล้วเราไปดูกันเลยดีกว่าครับ
หลักการทำงานของ Humidity Sensor
เซ็นเซอร์วัดความชื้น (Humidity Sensor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับวัดค่าความชื้น โดยความชื้นนี้มาจากความชื้นสัมพันธ์ (Relative Humidity หรือ RH) ซึ่งความชื้นสัมพันธ์หมายถึง “อัตราส่วนของปริมาณไอน้ำที่มีอยู่จริงในอากาศต่อปริมาณไอน้ำที่จะทำให้อากาศอิ่มตัว ณ อุณหภูมิเดียวกัน” หรือ “อัตราส่วนของความดันไอน้ำที่มีอยู่จริงต่อความดันไอน้ำอิ่มตัว” ซึ่งค่าความชื้นสัมพันธ์จะแสดงในรูปของร้อยละ (%) มีหน่วยเป็น %RH
นอกจากการบอกค่าความชื้นสัมพันธ์แล้วนั้น ยังมีค่าความชื้นในรูปแบบต่างๆ ที่เราควรรู้จักอีก เช่น
- ความชื้นสมบูรณ์ (Absolute Humidity): เป็นอัตราส่วนระหว่างมวลของไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศต่อ 1 หน่วยปริมาตรของอากาศ มีหน่วยเป็น กรัม/ลูกบาศก์เมตร
- ความชื้นจำเพาะ (Specific Humidity): เป็รอัตราส่วนระหว่างมวลของไอน้ำที่มีอากาศต่อมวลของอากาศแห้งหรือมวลอากาศเพียงอย่างเดียว มีหน่วยเป็น กรัมไอน้ำ/กรัมอากาศแห้ง
โดยทั่วไปแล้ว Humidity Sensor จะสามารถวัดค่าความชื้นสัมพันธ์ได้ในช่วง 10-90 %RH เซ็นเซอร์วัดความชื้นหรือเครื่องวัดความชื้นที่มีใช้กันในงานอุตสาหกรรมนั้นจะมีหลักการทำงานด้วยกัน 3 แบบ คือ
- Capacitive Humidity Sensor เซนเซอร์แบบนี้มีโครงสร้างภายในที่ประกอบไปด้วยชั้นฐานแผ่นฟิล์มบางที่ทำจากโพลีเมอร์หรือเมทัลออกไซด์ (Metal Oxide) ซึ่งจะถูกวางอยู่ระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสอง โดยพื้นผิวของฟิล์มบางจะถูกเคลือบด้วยอิเล็กโตรดโลหะแบบมีรูพรุนเพื่อป้องกันฝุ่นละอองและปัญหาจากแสงแดด โดยค่าความชื้นนี้จะทำให้เปลี่ยนแปลงค่า dielectric constant (ค่าคงที่ของไดอิเล็กทริก ซึ่งก็คือฉนวน) ทำให้เกิดการผันผวนของค่าความต้านทานที่ substrate (สารตัวนำ) โดยเมื่อค่าความชื้นสัมพัทธ์เปลี่ยนไป 1 เปอร์เซ็นต์ ค่าความจุไฟฟ้า (Capacitive) ก็จะเปลี่ยนไป 0.2 ถึง 0.5 pF ซึ่งเซ็นเซอร์แบบนี้มักนิยมใช้งานกันอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม
- Resistive Humidity Sensor โครงสร้างภายในของเซ็นเซอร์นี้จะประกอบด้วยอิเล็กโตรดโลหะ 2 ส่วน วางอยู่บนฐาน (substrate) โดยตัวฐานนั้นจะถูกเคลือบด้วยเกลือ (Salt) หรือโพลีเมอร์ (Conductive Polymer) หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ชนิดนี้คือจะใช้การวัดจากการเปลี่ยนค่าอิมพลีแดนซ์ของวัสดุดูดความชื้น เมื่อเซ็นเซอร์ดูดซับไอน้ำและไออนแตกตัวทำให้ค่าความนำไฟฟ้าของตัวกลางเพิ่มขึ้น เมื่อความต้านทานเปลี่ยนไปตามความชื้นทำให้เกิดกระแสไฟไหลในวงจร กระแสไฟนี้จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อส่งต่อไปยังวงจรต่างๆ ต่อไป
ภาพโครงสร้างภายในของ Capacitive และ Resistive Humidity Sensor
ที่มา: http://machinedesign.com/news/sensor-sense-humidity-sensors
- Thermal Conductivity Humidity Sensor เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้วัดความชื้นสัมบูรณ์ (Absolute Humidity) จะอาศัยการคำนวณความแตกต่างระหว่างค่าการนำความร้อนของอากาศแห้งกับอากาศที่มีไอน้ำ โครงสร้างภายในจะประกอบไปด้วยเทอร์มิสเตอร์ 2 ตัว ต่ออยู่ในวงจรบริดจ์โดยเทอร์มิสเตอร์ตัวหนึ่งจะบรรจุอยู่ในแคปซูลที่มีก๊าซไนโตรเจนและเทอร์มิสเตอร์อีกตัวจะถูกวางอยู่ในบรรยากาศ กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านเทอร์มิสเตอร์ทั้งสองทำให้เกิดความร้อนสูงขึ้นในตัวเทอร์มิสเตอร์และความร้อนที่กระจายออกจากเทอร์มิสเตอร์ในแคปซูลจะมากกว่าเทอร์มิสเตอร์ที่อยู่ในบรรยากาศ ความแตกต่างของอุณหภูมินี้ จึงเป็นความต่างของการนำความร้อนของไอน้ำเทียบเก็บไนไตรเจนแห้งและทำให้ความแตกต่างค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความชื้นสมบูรณ์
จากที่ได้ทราบถึงหลักการทำงานของเครื่องวัดความชื้นไปแล้ว ทาง Factomart.com เรายังได้จัดทำเนื้อหาที่เกี่ยวกับ ประเภทต่างๆ ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรม, วิธีการเลือกซื้อ, การติดตั้งและข้อควรระวัง, การประยุกต์ใช้งาน ซึ่งผู้อ่านสามารถเข้าไปเลือกศึกษาได้เลยครับผมหรือหากมีข้อสงสัยหรือต้องการเลือกซื้อสินค้าสามารถเข้าไปได้ที่ Factomart.com ครับ
