أنواع حساسات الرطوبة
تتنوع حساسات الرطوبة بأشكالها وأحجامها ووظائفها، حيث يمكن العثور على بعضها في الأجهزة المحمولة والهواتف الذكية، في حين يتم دمج أنواع أخرى في أنظمة أكبر مثل أنظمة مراقبة الهواء. فيما يلي أبرز أنواع حساسات الرطوبة وفقاً لطريقة قياس الرطوبة المستخدمة:
- مستشعرات الرطوبة النسبية (RH): تعمل هذه المستشعرات على قياس مستوى الرطوبة عند درجات حرارة مختلفة، من خلال مقارنة القراءة الحالية للرطوبة مع أقصى حد للرطوبة في نفس درجة الحرارة. تعتمد على قياس درجة الحرارة لتحديد المستوى النسبي للرطوبة، وغالباً ما تحتوي على عنصر استشعار وجهاز ثرموستات لقياس درجات الحرارة.
- مستشعرات الرطوبة المطلقة (AH): تقوم هذه المستشعرات بقياس الرطوبة بشكل مطلق، دون الحاجة إلى معرفة درجات الحرارة.
أما الأنواع الفرعية المنبثقة منها فهي كالتالي:
- مستشعرات الرطوبة النسبية السعوية: تستخدم هذه المستشعرات قطبين كهربائيين لقياس السعة الكهربائية وقدرتها على تخزين الشحنات. تتغير السعة الكهربائية للمعدن مع تغير الرطوبة، حيث تزداد مع زيادة الرطوبة وتقل عند انخفضها، مما يسمح للجهاز بحساب قيم الرطوبة النسبية من خلال قياس السماحية الكهربائية.
- مستشعرات الرطوبة النسبية المقاومة: تختلف آلية عمل هذا النوع حيث تعتمد على أداة مكونة من البوليمر، والتي تتغير أبعادها مع تغير نسبة الرطوبة. يؤثر ذلك على قدرة النظام على تخزين الشحنات، مما ينتج عنه تغيير في مقاومة الأقطاب الكهربائية، باستخدام مواد لها مقاومة منخفضة مثل البوليمرات والملح لتجنب التداخل في القياسات.
- مستشعرات الرطوبة الحرارية: تعمل باستخدام مجسين لقياس الرطوبة المطلقة، حيث يقوم أحدهما بقياس كمية النيتروجين في الجو بينما يقوم الآخر بقياس الهواء المحيط بالحساس، لتوليد إشارة بمستوى الرطوبة المطلقة.
وظائف حساسات الرطوبة
تعرف الرطوبة على أنها نسبة الماء في الهواء، وهي تؤثر بصورة جوهرية على صحة الإنسان وراحته، بالإضافة إلى تأثيرها على العديد من المجالات الصناعية والبيئية، فضلاً عن تأثيرها على العمليات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية. تكمن وظيفة مستشعرات الرطوبة في رصد التغيرات التي تؤثر على التيارات الكهربائية ودرجات الحرارة في البيئة المحيطة. يتم وصف مستوى الرطوبة وقياسه من خلال مجموعة من المصطلحات العلمية مثل الرطوبة المطلقة والنسبية، ونقطة الندى (الدرجة الحرارية التي يتشكل عندها الندى).
لقد أصبحت هذه الحساسات محط اهتمام متزايد في الآونة الأخيرة، بالتوازي مع مستشعرات درجات الحرارة، وذلك للاستفادة منها في مراقبة البيئات المحيطة أو الأماكن المحددة.
مثلاً، يساهم مراقبة مستوى الرطوبة في الجلد في توفير معلومات حول الحالة الفسيولوجية للشخص في حياته اليومية أو أثناء القيام بمجهود بدني، كما يُفيد في دراسة آليات نمو الجلد وعملياته الإصلاحية وشيخوخته، بالإضافة إلى فعالية مستحضرات التجميل ومدة التئام الجروح. يجسد ذلك أهمية الرطوبة كمعلم فسيولوجي أساسي لمراقبة الأنشطة البشرية.
تطبيقات حساسات الرطوبة
إليكم أبرز التطبيقات التي تستخدم فيها حساسات الرطوبة:
- قياس واستشعار الرطوبة في التطبيقات الصناعية والتجارية والاستهلاكية، بالإضافة إلى استخدامها في مصانع الآليات والإنتاج لتعزيز التحكم في العمليات.
- أنظمة تكييف الهواء والتبريد والتدفئة، حيث تلعب دوراً أساسياً في الحفاظ على ظروف مناخية مناسبة وكفاءة الطاقة.
- التطبيقات الطبية والمستشفيات، كالحاضنات، وأجنحة العناية المركزة بالأطفال حديثي الولادة.
- محطات الأرصاد الجوية التي تراقب الظروف البيئية وتعمل على تنبؤات الطقس.
- تدخل في صناعة السيارات لضبط تهوية المقصورة الداخلية للسيارة، والحفاظ على زجاجها الأمامي خالياً من الضباب لضمان تجربة قيادة عالية الجودة.
- قياس مستويات الرطوبة في معالجة الأغذية لضمان سلامتها، مثل المخبوزات والمعكرونة والمنتجات الغذائية الأخرى.
- مراقبة صناعة أشباه الموصلات التي تتطلب ظروفاً بيئية قياسية خلال إنتاج الدوائر المتكاملة لتجنب تأثير الرطوبة على الأداء.
تعريف حساسات الرطوبة
حساس الرطوبة هو جهاز إلكتروني يقيس مستوى الرطوبة في البيئة المحيطة به، ثم يحول النتائج إلى إشارات كهربائية ترسل إلى الكمبيوتر أو الجهاز المتصل به، مثل الهواتف المحمولة أو أنظمة مراقبة جودة الهواء. تتفاوت أنواع هذه الحساسات من حيث الحجم والوظيفة، ويمتاز معظمها بتكلفتها المنخفضة وحساسيتها العالية. عند اختيار نوع المستشعر المناسب للاستخدام في المنزل أو المكتب، يجب أن تتوفر فيه المواصفات والمعايير الملائمة لضمان دقته، حيث يعتمد على قياس كمية بخار الماء في الهواء.
تعمل الشركات حالياً على تطوير أجهزة تقيس كافة أنواع الرطوبة، مثل نقطة الندى والرطوبة المطلقة، من خلال دمج قياسات الرطوبة النسبية مع درجات الحرارة. تستخدم هذه المستشعرات مواد مثل أكسيد المعادن، البوليمرات، والكربون، نظراً لتكلفتها المنخفضة وحساسيتها العالية، بالمقارنة مع المستشعرات التي تعتمد على أكسيد الفلز الذي يتحلل في الرطوبة. من بين عيوب البوليمرات عدم استقرارها في البيئات ذات الرطوبة العالية واستجابتها البطيئة وارتفاع درجات الحرارة اللازمة لتشغيلها.
معايير جودة حساسات الرطوبة
وفيما يلي المعايير التي تحدد جودة حساسات الرطوبة:
الدقة
تستخدم منحنى معايرة خاص يعتمد على نظام من تسع نقاط.
الخطية
تعبر عن انحراف الجهد عن “أفضل خط مستقيم مناسب” (BFSL) وقيمة الجهد الناتج، مع تحويل هذه القيمة إلى نسبة رطوبة.
الموثوقية
يجب أن يوفر المستشعر قياسات موثوقة وصحيحة.
التكرار
من المهم أن تكون القياسات متسقة ومتماسكة ضمن منحنى واحد.
وقت الاستجابة
يشير إلى الوقت الذي يستغرقه المستشعر للحصول على المقياسات بناءً على مستوى الرطوبة المحيط به.
الخلاصة
تتنوع أنواع حساسات الرطوبة من حيث الحجم والوظيفة، وتُستخدم في التطبيقات الصناعية والتجارية والاستهلاكية، إضافةً إلى أنظمة التكييف والتبريد ومحطات الأرصاد الجوية وغيرها من التطبيقات الحيوية. كما توجد معايير صارمة لتحديد جودة هذه الأجهزة المختلفة.
