أنواع مستشعرات الرطوبة
تنوعت أنواع مستشعرات الرطوبة من حيث الحجم والوظيفة، حيث يمكن العثور على بعضها في الأجهزة المحمولة والهواتف الذكية، بينما يتم دمج البعض الآخر في أنظمة أكبر مثل أنظمة مراقبة جودة الهواء. فيما يلي أبرز أنواع مستشعرات الرطوبة وفقًا لطريقة قياس الرطوبة المستخدمة:
- مستشعرات الرطوبة النسبية (RH): تعتمد آلية عمل هذه المستشعرات على قياس مستوى الرطوبة عند درجات حرارة مختلفة، ومقارنة القراءة عند درجة حرارة معينة مع الحد الأقصى للرطوبة في نفس الظروف. تقوم هذه المستشعرات بالأساس بقياس درجات الحرارة لتحديد الرطوبة النسبية، وغالبًا ما تحتوي على عنصر استشعار مع ثرموستات لقياس درجات الحرارة.
- مستشعرات الرطوبة المطلقة (AH): تقوم هذه المستشعرات بقياس الرطوبة بشكل مطلق دون الحاجة إلى معرفة درجات الحرارة.
أما الأنواع الفرعية التي تتفرع من هذه الأنواع فتتضمن ما يلي:
- مستشعرات الرطوبة النسبية السعوية: تستخدم هذه المستشعرات قطبين كهربائيين لقياس السعة وقدرتها على تخزين الشحنات الكهربائية. تتغير السعة الكهربائية للمعدن مع تغير الرطوبة في البيئة، حيث تزداد السعة بزيادة الرطوبة وتقل بانخفاضها، مما يمكن الجهاز من حساب قيم الرطوبة النسبية عبر قياس السماحية الكهربائية للمادة العازلة.
- مستشعرات الرطوبة النسبية المقاومة: تختلف طريقة عمل هذا النوع عن النوع السابق، حيث تعتمد على أداة صغيرة مصنوعة من البوليمر تشبه المشط، والتي تتغير أبعادها مع تغير نسبة الرطوبة. يؤثر ذلك على قدرة النظام على تخزين الشحنات، وتستخدم هذه المستشعرات مواد ذات مقاومة منخفضة مثل البوليمرات والملح.
- مستشعرات الرطوبة الحرارية: تعتمد هذه المستشعرات على مجسين لقياس الرطوبة المطلقة، حيث يقيس أحدهما كمية النيتروجين في الجو بينما يقيس الآخر الهواء المحيط، ثم يقوم بإرسال إشارة تحتوي على قيمة الرطوبة المطلقة.
وظائف مستشعرات الرطوبة
يشير مصطلح الرطوبة إلى نسبة الماء في الهواء، والتي تؤثر بشكل مباشر على صحة وراحة الإنسان، بالإضافة إلى تأثيرها على عدة قطاعات صناعية وبيئية والعمليات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية. تكمن وظيفة مستشعر الرطوبة في اكتشاف ورصد التغييرات التي تؤثر على التيارات الكهربائية ودرجات الحرارة في الهواء، حيث يتم وصف مستوى الرطوبة وقياسه باستخدام مجموعة من المصطلحات العلمية مثل الرطوبة المطلقة، الرطوبة النسبية، ونقطة الندى (درجة الحرارة التي يبدأ عندها تكوّن الندى).
لقد حازت هذه الحساسات على اهتمام متزايد في الآونة الأخيرة، بالتوازي مع مستشعرات درجات الحرارة القابلة للتمدد، نظرًا لفوائدها الكبيرة في مراقبة البيئة المحيطة بشكل دوري أو متابعة مواقع معينة أو كائنات.
على سبيل المثال، تساهم مراقبة مستوى الرطوبة في الجلد في تقديم معلومات عن الحالة الفسيولوجية للشخص خلال حياته اليومية أو أثناء القيام بمجهودات، بالإضافة إلى فحص آليات نمو الجلد وإصلاحه وشيخوخته، وكذلك فعالية مستحضرات التجميل ومدة التئام الجروح. مما يجعل الرطوبة أحد المعالم الفسيولوجية الأساسية لمراقبة الأنشطة البشرية.
تطبيقات مستشعرات الرطوبة
إليك أبرز التطبيقات لمستشعرات الرطوبة:
- قياس واستشعار الرطوبة في التطبيقات الصناعية والتجارية والاستهلاكية، بالإضافة إلى استخدامها في مصانع الآليات والإنتاج لتسهيل التحكم في العمليات.
- أنظمة تكييف الهواء والتبريد والتدفئة، لدورها الحيوي في الحفاظ على ظروف مناخية كفؤة.
- المجالات الطبية والمستشفيات، مثل الحاضنات وأجنحة العناية المركزة لحديثي الولادة.
- محطات الأرصاد الجوية التي تعمل على متابعة الظروف البيئية وتقديم تنبؤات حول الطقس.
- استخدامها في صناعة السيارات للتحكم في التهوية داخل المقصورة والحفاظ على الزجاج الأمامي خاليًا من الضباب لضمان السير الآمن.
- قياس مستويات الرطوبة في معالجة الأغذية لضمان سلامتها، مثل المخبوزات والمعكرونة والمنتجات الغذائية الأخرى.
- مراقبة صناعة أشباه الموصلات التي تتطلب ظروفًا بيئية قياسية خلال إنتاج الدوائر المتكاملة لتجنب تأثير الرطوبة على الأسلاك.
تعريف مستشعرات الرطوبة
مستشعر الرطوبة هو جهاز إلكتروني يقيس مستوى الرطوبة في البيئة المحيطة، ثم يحول النتائج إلى إشارات كهربائية تُرسل إلى الكمبيوتر أو الجهاز المتصل مثل الهواتف المحمولة أو أنظمة مراقبة جودة الهواء. تختلف في أنواعها من حيث الحجم والوظيفة، وتتميز بأنها منخفضة التكلفة وسريعة الحساسية. وعند اختيار نوع المستشعر المطلوب استخدامه في المنزل أو المكتب، يجب أن يتمتع بالمواصفات والمعايير الصحيحة لضمان دقته العالية، حيث يعتمد على قياس كمية بخار الماء في الهواء.
تسعى الشركات الآن إلى تطوير أجهزة تقيس جميع أنواع الرطوبة، مثل نقطة الندى والرطوبة المطلقة وغيرها، من خلال الدمج بين قياسات الرطوبة النسبية ودرجات الحرارة. تُستخدم في تصنيع هذه المستشعرات مواد مثل أكسيد المعادن والبوليمرات والكربون، لما لها من تكلفة منخفضة وحساسية عالية، على عكس المستشعرات التي تعتمد على أكسيد الفلز الذي يتعرض للتحلل في الظروف الرطبة. ومن عيوب البوليمرات هي عدم استقرارها في البيئات ذات الرطوبة المرتفعة، وتأخر استجابتها، وارتفاع درجات الحرارة اللازمة لتشغيلها.
معايير جودة مستشعرات الرطوبة
وفيما يلي المعايير التي تحدد جودة مستشعرات الرطوبة:
الدقة
تصنف بناءً على منحنى معايرة خاص يعتمد على نظام مكون من 9 نقاط.
الخطية
تعبر عن انحراف الجهد عن “أفضل خط مستقيم مناسب” (BFSL) وقيمة الجهد الناتجة، ثم تحويل تلك القيمة إلى رطوبة نسبية.
الموثوقية
يجب أن يقدم المستشعر قياسات صحيحة وموثوقة.
التكرار
يجب أن تكون القياسات متكررة على منحنى واحد ولا تتجاوز قيمته.
وقت الاستجابة
الوقت الذي يحتاجه المستشعر لتقديم القياسات استنادًا إلى المستوى الحالي للرطوبة.
الخلاصة
تتنوع مستشعرات الرطوبة من حيث الحجم والوظيفة، وتستخدم في مجالات متعددة تشمل التطبيقات الصناعية والتجارية والاستهلاكية، وأنظمة تكييف الهواء والتبريد، ومحطات الأرصاد الجوية وغيرها من الاستخدامات الحياتية. تعتبر هذه الأجهزة الإلكترونية ضرورية لقياس نسبة الرطوبة في الهواء، وتوجد معايير صارمة تحدد جودة الأنواع المختلفة من مستشعرات الرطوبة.
