سنسور رطوبت خازنی (Capacitive Humidity Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور رطوبت خازنی (Capacitive Humidity Sensor) :
سنسور رطوبت خازنی رایج ترین نوع سنسور رطوبت است که به دلیل دقت خوب، خطی بودن نسبی، و پایداری طولانی مدت در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شود. این سنسور از یک خازن صفحه موازی (معمولا با الکترودهای فلزی) تشکیل شده است که دی الکتریک آن یک ماده جاذب رطوبت (مانند پلی ایمید، استات سلولز، یا اکسید فلز متخلخل) است. ماده دی الکتریک توانایی جذب و دفع مولکول های آب را با تغییر رطوبت محیط دارد.
ثابت دی الکتریک آب (
\[ \epsilon_r \approx 80 \]) بسیار بزرگتر از ثابت دی الکتریک مواد پلیمری خشک (
\[ \epsilon_r \approx 2-5 \]) است. با جذب رطوبت، ثابت دی الکتریک مؤثر ماده افزایش می یابد که منجر به افزایش ظرفیت خازنی می شود. رابطه بین ظرفیت خازن (
\[ C \]) و رطوبت نسبی (RH) تقریبا خطی است (با مقداری غیرخطی گی جزئی).
ساختار سنسور معمولا به صورت لایه ای است: یک زیرلایه (سیلیکون یا شیشه)، الکترود پایینی (فلزی)، لایه دی الکتریک حساس به رطوبت، و الکترود بالایی که باید نفوذپذیر به بخار آب باشد (معمولا یک لایه بسیار نازک فلزی یا یک لایه متخلخل). مدار الکترونیکی (اغلب یک اسیلاتور RC یا مبدل ظرفیت به ولتاژ/فرکانس) تغییرات ظرفیت را به سیگنال خروجی تبدیل می کند.
مزایا:
خطی بودن خوب.
پایداری طولانی مدت.
هیسترزیس کم.
قابلیت کار در دماهای پایین.
معایب:
حساسیت به آلودگی ها (مانند روغن، گرد و غبار) که می توانند بر جذب رطوبت تأثیر بگذارند.
محدودیت در دماهای بالا (ماده دی الکتریک ممکن است تخریب شود).
زمان پاسخ کندتر در رطوبت های بسیار پایین.
\[ C(RH) = C_0 (1 + \alpha \cdot RH) \]که
\[ C_0 \]ظرفیت در ۰٪ RH و
\[ \alpha \]ضریب حساسیت است.
کاربردها: ایستگاه های هواشناسی، سیستم های HVAC، گلخانه ها، رطوبت سنج های صنعتی، و لوازم خانگی (رطوبت سنج دیجیتال).
