Higrometr najdokładniejszy w swojej klasie.
Roczny dryft to tylko 0,2%! Dobry higrometr nie
wymaga ciągłych kalibracji jak inne.
Szwajcarski czujnik pojemnościowy z mikro grzałką usuwającą
zanieczyszczenia i skropliny.
Wszelkie higrometry domowe są bardzo niedokładne i
nieprzewidywalne, ponieważ pomiar wilgotności jest
technicznie trudnym wyzwaniem. Nie bez powodu precyzyjne
higrometry kosztują wiele tysięcy złotych. Chińczycy podają
dla swoich tanich higrometrów dokładność 5%, jednak jest to
tylko wartość teoretyczna, czyli dla wybranej części partii,
w idealnych warunkach, w stosunku do lokalnego wzorca
obarczonego błędami, oraz tylko chwilę po wyprodukowaniu, bo
potem wszystko się rozjeżdża. To dlatego, że polimery
czujników muszą mieć kontakt z powietrzem. Źle wpływają
różne zanieczyszczenia, aerozole w powietrzu, ale też
samoczynnie chińskie polimery ulegają szybkiej degradacji.
Widzimy cyferki, ale trudno stwierdzić co to ma wspólnego z
rzeczywistością, bo w przypadku tanich urządzeń, nawet jak
mamy zbieżną partię, to po kilku miesiącach każdy egzemplarz
pokazuje zupełnie inne wartości.
I tu pojawia się nasz produkt, który kosztuje 10 razy mniej
niż urządzenia profesjonalne, ale jest wielokrotnie
dokładniejszy od higrometrów domowych, bo bazuje na sensorze
trwałym i godnym zaufania produkcji szwajcarskiej. Decyduje
czystość produkcji, doskonałe materiały, trwałość, oraz
rozwiązania techniczne jak sensor pojemnościowy i
niespotykana w innych urządzeniach mikro grzałka usuwająca
nadmiar skroplin i zanieczyszczenia chemiczne.
Sercem urządzenia jest czujnik szwajcarskiej firmy
Sensirion, o typowej dokładności +/-1,8%. To oznacza, że
ponad 95% pomiarów odbywa się z dokładnością 1,8%-2,0% w
zakresie od 10% do 90%RH i w temperaturach od 0 do 80 °C.
Ważne też jest to, że 99,99% pomiarów mieści się w
dokładności 3,5%. Tego inni producenci raczej nie podają,
określając wyłącznie dokładność typową, a nie maksymalny
możliwy błąd, który mógłby przynieść wstyd. Prawda, że to
wiele zmienia w naszej pewności pomiaru?
Ale to jeszcze nic w porównaniu do dryftu rocznego, który
wynosi zaledwie 0,2%RH rocznie (o ile nie narazimy
urządzenia na szkodliwe warunki). To jest niesamowite, bo
chińskie higrometry rozjeżdżają się nawet o kilkadziesiąt
procent. A zauważmy, że deklaracja firmy szwajcarskiej jest
czymś o wiele mocniejszym, niż deklaracja firmy chińskiej,
gdzie dane katalogowe są tylko papierkiem. Uważam, że to
jest główna przewaga nad konkurencją, czyli zaufanie i
długoterminowa pewność wskazań.
Równie imponujące dokładności wykazuje w tym urządzeniu
pomiar temperatury z dokładnością typową +/-0,2 °C,
maksymalną +/-0,4 °C w zakresie 0-60 °C, oraz rocznym
typowym dryftem 0,03 °C.
Niezwykła jest też trwałość baterii, bo sprzęt potrafi
działać ponad rok bez wymiany baterii, a nieco krócej jeśli
korzystamy z łączności Bluetooth. Jest możliwość
wyświetlania i zbierania danych w aplikacji na telefonie.
Jest też możliwość wyświetlania punktu rosy.
Kluczowe cechy naszego higrometru:
- Wyjątkowa dokładność krótkoterminowa i długoterminowa:
Pomiar wilgotności z typową dokładnością ±1.8 %RH oraz
temperatury z typową dokładnością ±0.2 °C.
- Czujnik pojemnościowy o większej dokładności i
stabilności, niż zwykłe rezystancyjne
- Szeroki zakres pomiarowy: Urządzenie działa w zakresie
od 0 do 100 %RH, oraz od -10 do +60 °C.
- Szybki czas odpowiedzi: Czujnik błyskawicznie reaguje na
zmiany warunków otoczenia. Czas odpowiedzi dla wilgotności
to 4 sekundy (τ63%), a dla temperatury 2 sekundy (τ63%).
- Niski pobór mocy: Higrometr jest energooszczędny, co
pozwala na długotrwałą pracę. Średni pobór prądu sensora
to zaledwie 0.4 µA, a w stanie spoczynku 80 nA.
- Odporność na trudne warunki: Czujnik jest odporny na
kondensację i może pracować w trudnych warunkach dzięki
wbudowanej grzałce.
- Kalibracja: Każdy czujnik jest indywidualnie testowany i
kalibrowany
- Dodatkowe funkcje: Wbudowana grzałka do odparowania wody
skondensowanej na powierzchni czujnika, oraz
dekontaminacji.
Zastosowania:
Urządzenie może mierzyć temperaturę i wilgotność w
pomieszczeniach.
- Monitorowanie warunków w budynkach i magazynach
- Kontrola wilgotności dla przechowywania instrumentów
muzycznych
- Terraria i wylęgarnie
- Humidory
- Kontrola wilgotności w systemach HVAC
- Zastosowania w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym
- Stacje meteorologiczne i systemy monitorowania
środowiska
- Domowe systemy automatyki
Specyfikacja techniczna czujnika:
Wilgotność względna (RH):
- Zakres pomiarowy: 0 - 100 %RH
- Typowa dokładność: ±1.8 %RH w typowych warunkach
pomiarowych
- Maksymalny błąd: ±4 %RH w skrajnych warunkach
- Rozdzielczość: 1 %RH
- Histereza: ±0.8 %RH (przy 25 °C)
- Powtarzalność: 0.08 %RH (wysoka), 0.15 %RH (średnia),
0.25 %RH (niska)
- Czas odpowiedzi (τ63%): 4 s
- Długoterminowy dryft: <0.2 %RH/rok
Temperatura (T):
- Zakres pomiarowy: -10 do +60 °C
- Typowa dokładność: ±0.2 °C
- Rozdzielczość: 0.1 °C
- Powtarzalność: 0.04 °C (wysoka), 0.07 °C (średnia), 0.1
°C (niska)
- Czas odpowiedzi (τ63%): 2 s
- Długoterminowy dryft: <0.03 °C/rok
Interfejs: Bluetooth
Dodatkowe funkcje: Wbudowana grzałka o mocy 20, 110
lub 200 mW, Czas grzania: 0.1 lub 1 s, Maksymalny cykl
pracy grzałki: 10%
Oprócz wiążących specyfikacji, Sensirion przeprowadza dla
swoich czujników przyspieszone testy starzeniowe
symulujące 15 lat pracy w terenie (testy THB
zgodnie ze standardem JESD22-A101). Wyniki testów pokazują,
że nawet po symulowanych 15 latach wydajność zwykle
pozostaje w granicach specyfikacji po teście THB.
Użytkowanie
Czujnik wykazuje najlepszą wydajność, gdy jest używany w
zalecanym normalnym zakresie temperatury i wilgotności 5 °C
… 60 °C i 20 %RH … 80 %RH, odpowiednio. Długotrwałe
narażenie na warunki poza zalecanym normalnym zakresem,
szczególnie przy wysokiej wilgotności względnej, może
tymczasowo zmienić wskazania RH (np. +3 %RH po 60 h przy
>80 %RH). Po powrocie do zalecanego normalnego zakresu
temperatury i wilgotności czujnik sam powróci do
specyfikacji. Długotrwałe narażenie na ekstremalne warunki
może przyspieszyć starzenie.
1. Bezpieczeństwo użytkowania
- Nie używaj higrometru jako urządzenia bezpieczeństwa ani
wyłącznika awaryjnego.
- Używaj urządzenia zgodnie z przeznaczeniem.
- Przed instalacją, obsługą i konserwacją zapoznaj się z
kartą katalogową i notami aplikacyjnymi.
- Chroń urządzenie przed wyładowaniami elektrostatycznymi
(ESD).
- Chroń urządzenie przed skrajnymi warunkami,
zanieczyszczeniami i oparami substancji chemicznych
2. Kalibracja
- Higrometr jest fabrycznie kalibrowany, ale jest możliwa
kalibracja ręczna z aplikacji (jęz. ang.).
3. Konserwacja
- Chroń czujnik przed kontaktem z chemikaliami,
rozpuszczalnikami, kwasami i zasadami.
- Nie dotykaj bezpośrednio elementu pomiarowego czujnika.
- Unikaj zanieczyszczenia sensora przez pyły.
4. Rozwiązywanie problemów
- Jeśli pomiary są nieprawidłowe, sprawdź napięcie
zasilania i połączenia.
- Upewnij się, że sensor nie jest zanieczyszczony.
- W przypadku problemów skontaktuj się z serwisem.
5. Warunki ekstremalne
- W przypadku ekspozycji na ekstremalne warunki
wilgotności i temperatury, zapoznaj się z kartą katalogową
produktu.
- Zastosuj środki ochronne opisane w dokumentach.
6. Utylizacja
- Zutylizuj urządzenie zgodnie z lokalnymi przepisami.
Dokładność czujników wilgotności jest charakteryzowana
przez trzy główne, niezależne od siebie czynniki:
- Dokładność kalibracji (ang. calibration accuracy) –
określa odchylenie wskazań poszczególnych czujników od
precyzyjnego wzorca w stanie równowagi, w momencie
kalibracji, czyli w przybliżeniu w czasie sprzedaży. Jest
to główny składnik specyfikacji dokładności, a na jego
tolerancję wpływają takie czynniki jak: różnice między
partiami produkcyjnymi, precyzja wzorca kalibracyjnego i
stabilność samych czujników. Dokładność kalibracji jest
mierzona względem punktu rosy chłodzonego lustra, które
służy jako wzorzec o wysokiej precyzji. Sensirion
specyfikuje dokładność kalibracji za pomocą dwóch
parametrów: dokładności maksymalnej i typowej. Wartość
typowa mieści się w granicach odchylenia standardowego
μ±2σ, a maksymalna μ±4σ, co odpowiada wskaźnikowi
zdolności procesu Cpk ≥ 1.33.
- Histereza (ang. hysteresis) – jest to różnica między
wartościami pomiarowymi tego samego czujnika dla danego
punktu pomiarowego, w zależności od tego, czy czujnik
przechodzi z warunków suchych do wilgotnych, czy
odwrotnie. Czujniki wilgotności "pamiętają" warunki, w
których przebywały w przeszłości – te z suchą historią
mają ujemny offset, a te z wilgotną – dodatni. Histereza
zależy od składu i konstrukcji elementu czujnikowego, ale
nie od jakości kalibracji. Wartość histerezy należy
traktować jako dodatkową do dokładności kalibracji,
ponieważ zależy od zakresu ekspozycji w trakcie
użytkowania. Histereza jest określana poprzez
przeprowadzenie pełnej pętli wilgotności (15% → 30% → 50%
→ 70% → 90% → 90% → 70% → 50% → 30% → 15%) z 40-minutowym
czasem przebywania w każdym punkcie.
- Dryft długoterminowy (ang. long-term drift) – odnosi się
do zmiany wartości pomiarowej w czasie w wyniku starzenia
się elementu czujnikowego. Jest to zjawisko losowe, które
może prowadzić do przesunięcia odczytów w górę lub w dół.
Wartość dryftu długoterminowego jest podawana jako
maksymalny limit dryftu na rok. W przypadku firmy
Sensirion dryft długoterminowy jest określany przez
ekspozycję próbek czujników na działanie wysokiej
temperatury (125°C przez 408 godzin), co symuluje
długotrwałe starzenie w temperaturze 25°C.
Oprócz tych trzech głównych czynników, na dokładność
czujników wilgotności wpływają również takie aspekty jak:
stabilność krótkoterminowa, zachowanie w ekstremalnych
warunkach (np. bardzo niskie lub wysokie temperatury,
wilgotne lub suche środowiska) oraz nieliniowość.
- Stabilność krótkoterminowa (ang. short-term stability).
Charakteryzuje się ona powtarzalnością pomiarów
wykonywanych tym samym czujnikiem w identycznych
warunkach. Miara tej stabilności jest odchylenie
standardowe próby pomiarów powtarzalności. Stabilność
krótkoterminowa opisuje, jak bardzo wyniki pomiarów
oscylują wokół średniej wartości w krótkim okresie czasu,
przy niezmienionych warunkach otoczenia. Jest to
szczególnie istotne, gdy wymagana jest duża precyzja i
spójność pomiarów w krótkich odstępach czasowych.
- Zachowanie w ekstremalnych warunkach (ang. extreme
conditions). Czujniki wilgotności mogą wykazywać odmienne
zachowanie w skrajnych warunkach środowiskowych. Na
przykład, bardzo niskie lub bardzo wysokie temperatury
mogą wpływać na ich dokładność. Kondensacja wody na
powierzchni czujnika może również zakłócać pomiary. W
takich sytuacjach ważne jest, aby sprawdzić, jak czujnik
zachowuje się w konkretnych, ekstremalnych warunkach, i w
razie potrzeby zastosować odpowiednie środki zaradcze.
Czujniki pojemnościowe wilgotności mogą ulegać odwracalnym
zmianom w funkcji temperatury i wilgotności.
- Nieliniowość (ang. non-linearity). Idealny czujnik
powinien wykazywać liniową zależność między mierzoną
wielkością a sygnałem wyjściowym. W rzeczywistości,
czujniki wilgotności mogą wykazywać pewną nieliniowość,
szczególnie w skrajnych zakresach pomiarowych. Oznacza to,
że dokładność pomiaru może się różnić w zależności od
mierzonej wilgotności. Nieliniowość odnosi się do tego,
czy charakterystyka czujnika jest idealnie liniowa, czy
wykazuje pewne odchylenia od tej idealnej zależności.
Ponadto, na dokładność pomiarów wilgotności wpływają
również inne czynniki związane z samym procesem testowania i
użytkowania czujników, takie jak:
- Czas odpowiedzi (ang. response time). Czas odpowiedzi
określa, jak szybko czujnik reaguje na zmiany wilgotności.
Krótki czas odpowiedzi jest ważny w dynamicznych
środowiskach, gdzie wilgotność może się szybko zmieniać. W
przypadku czujników SHT4x czas odpowiedzi dla wilgotności
wynosi 4 sekundy (τ63%).
- Warunki testowe. Podczas testowania czujników, należy
zapewnić jednorodność warunków w komorze pomiarowej,
umieszczając czujniki i referencję blisko siebie, aby
zminimalizować wpływ przepływu powietrza oraz efektów
grzania i chłodzenia. Ważne jest również, aby stosować
odpowiedni czas oczekiwania przed pomiarem, aby system
osiągnął równowagę. Niewłaściwe warunki testowe mogą
prowadzić do błędnych wyników i wpływać na postrzeganą
dokładność czujników.
- Wpływ obudowy. W przypadku umieszczenia czujnika w
obudowie, przepływ powietrza jest ograniczony, co może
wydłużyć czas reakcji i wymagać dłuższego czasu
stabilizacji podczas testu. Obudowa wpływa na reakcję
czujnika, co z kolei może mieć wpływ na jego postrzeganą
dokładność.
- Zakłócenia. Źródła ciepła w pobliżu, wentylacja,
klimatyzacja, ruch personelu, mogą wprowadzać znaczące
lokalne wahania i turbulencje w powietrzu wokół czujnika,
co może zwiększać zmienność pomiarów.
- Przejściowy offset wilgotności. Procesy montażowe, takie
jak lutowanie rozpływowe, mogą powodować tymczasowy offset
w odczycie wilgotności. Ten offset zanika w miarę upływu
czasu, jednak może wpłynąć na wyniki pomiarów, jeśli nie
zostanie uwzględniony przy ustalaniu limitów testowych.
Zrozumienie tych dodatkowych aspektów pozwala na bardziej
kompleksową ocenę i prawidłowe wykorzystanie czujników
wilgotności w praktyce.
Grzałka
Większość higrometrów na rynku nie posiada grzałki. To daje
przewagę naszemu higrometrowi, ponieważ ten sensor ma
wbudowaną grzałkę. Grzałka w czujnikach wilgotności pełni
kilka istotnych funkcji, które poprawiają dokładność i
niezawodność pomiarów, zwłaszcza w trudnych warunkach.
- Redukcja efektu "pełzania" (creep) w warunkach wysokiej
wilgotności. Polimerowe czujniki pojemnościowe, działając
w środowisku o wilgotności powyżej 90% RH przez dłuższy
czas, mogą wykazywać przejściowy, pozytywny offset
wilgotności, zwany "pełzaniem". Jest to spowodowane
wnikaniem i gromadzeniem się cząsteczek wody w polimerze
czujnika. Aktywacja grzałki usuwa nadmiar wody z polimeru,
co zapobiega powstawaniu offsetu i przywraca prawidłowe
wskazania czujnika.
Grzałka może być aktywowana okresowo, aby ciągle
redukować pełzanie, lub jednorazowo, w celu usunięcia
nadmiaru wilgoci przed dokonaniem pomiaru.
W trybie ciągłym grzałka jest włączana na krótko (np. 1
sekunda) co minutę, aby utrzymać dokładność pomiaru w
warunkach wysokiej wilgotności.
W trybie jednorazowym, czujnik może być podgrzewany
przez kilka minut, aby usunąć nadmiar wilgoci, a
następnie po okresie schładzania wykonywany jest pomiar.
- Dekontaminacja czujnika z lotnych związków organicznych
(VOC). Czujniki wilgotności mogą być podatne na
zanieczyszczenia powodowane przez lotne związki
organiczne, takie jak aceton. VOC mogą przenikać do
polimeru czujnika, zajmując miejsca wiązania wody i
zmieniając jego właściwości dielektryczne, co prowadzi do
przekłamania odczytów. Grzałka podnosi temperaturę
czujnika, co skutecznie usuwa zanieczyszczenia,
przywracając jego prawidłowe działanie.
Proces dekontaminacji za pomocą grzałki może wymagać
dłuższego czasu podgrzewania (np. 80 minut).
Efektywność dekontaminacji zależy od typu
zanieczyszczenia i czasu grzania.
- Umożliwienie pracy w ekstremalnych warunkach. Dzięki
grzałce czujnik może działać niezawodnie nawet w trudnych
warunkach.
- Możliwość pomiaru w warunkach kondensacji. Włączenie
grzałki może zapobiegać kondensacji wilgoci na powierzchni
sensora.
- Testowanie: Grzałka może być wykorzystana do
przeprowadzenia testów czujnika, np. testów odpowiedzi.
Podsumowując, grzałka w czujnikach wilgotności jest
kluczowym elementem pozwalającym na utrzymanie wysokiej
dokładności pomiarów w zmiennych i trudnych warunkach
środowiskowych, poprzez redukcję wpływu wilgotności,
eliminację zanieczyszczeń i stabilizację pracy czujnika.
Zanieczyszczenia
Zanieczyszczenia z powietrza mogą znacząco wpływać na
działanie czujników wilgotności, prowadząc do przekłamań
pomiarowych i pogorszenia ich dokładności.
Ten wykres pokazuje dlaczego inne higrometry nie radzą
sobie. To dlatego, że różne opary z powietrza mogą zająć w
polimerze pomiarowym miejsce przeznaczone na cząstki wody.
Dlatego nasz sensor posiada mikro grzałkę, która potrafi
usuwać wiele zanieczyszczeń polimeru, oraz nadmiar skroplin
jeśli okresowo przekraczamy punkt rosy.
Wyróżnia się dwa główne rodzaje zanieczyszczeń:
Mechanizm wpływu zanieczyszczeń na pomiar wilgotności:
- Zmiana właściwości dielektrycznych. Zanieczyszczenia,
które wnikają do polimeru czujnika, zmieniają jego
względną przenikalność elektryczną. Względna przenikalność
elektryczna zanieczyszczenia różni się od przenikalności
wody, co wpływa na pojemność czujnika i powoduje błędne
odczyty wilgotności.
- Konkurencja o miejsca wiązania. Cząsteczki
zanieczyszczeń konkurują z cząsteczkami wody o miejsca
wiązania w polimerze. To ogranicza ilość wody, jaką
polimer może zaabsorbować, co z kolei prowadzi do
zaniżonego pomiaru wilgotności przy wysokiej wilgotności.
- Zależność od wilgotności. Przy niskiej wilgotności,
pomiar wilgotności może być zawyżony z powodu dodatkowej
przenikalności elektrycznej zanieczyszczeń. Natomiast przy
wysokiej wilgotności, pomiar jest zaniżony, ponieważ
zanieczyszczenia zajmują miejsca wiązania wody.
- Rodzaj zanieczyszczenia. Zanieczyszczenia polarne, takie
jak woda, mają wysoką przenikalność elektryczną, natomiast
niepolarne - niższą. Rodzaj zanieczyszczenia wpływa na
wartość odczytu wilgotności. Zanieczyszczenia polarne
powodują przesunięcie krzywej pomiarowej wilgotności w
górę, a niepolarne w dół.
- Stężenie zanieczyszczenia. Im większe stężenie
zanieczyszczeń, tym większe odchylenia od właściwych
wskazań wilgotności. Przy bardzo dużym stężeniu, czujnik
może przestać reagować na zmiany wilgotności, stając się
„ślepy”.
Dynamika zanieczyszczeń:
- Zanieczyszczenie czujnika nie jest procesem statycznym,
lecz dynamicznym. Cząsteczki zanieczyszczeń mogą wnikać do
polimeru czujnika i z niego uwalniać się.
- Gdy stężenie zanieczyszczenia w otoczeniu jest wyższe
niż w polimerze, zanieczyszczenia wnikają do czujnika. Gdy
stężenie jest niższe, zanieczyszczenia uwalniają się.
- Szybkość dyfuzji zanieczyszczeń zależy od rozmiaru
cząsteczek, temperatury, czasu ekspozycji, rodzaju
zanieczyszczenia oraz powinowactwa chemicznego między
zanieczyszczeniem a polimerem.
- Cząsteczki wolno dyfundujące mogą pozostać w czujniku
przez długi czas, nawet po usunięciu źródła
zanieczyszczenia.
- Temperatura wpływa na dyfuzję zanieczyszczeń. Wyższa
temperatura zwiększa szybkość dyfuzji zanieczyszczeń do i
z polimeru.
Podsumowując, zanieczyszczenia z powietrza mogą:
- Zmieniać odczyty wilgotności, prowadząc do zaniżania lub
zawyżania wyników pomiarów.
- Powodować histerezę, przez utrudnione wchłanianie i
uwalnianie wilgoci.
- Zmniejszać czułość czujnika na zmiany wilgotności.
- W ekstremalnych przypadkach spowodować całkowitą utratę
funkcji pomiarowej.
- Opóźniać reakcję czujnika.
Dlatego istotne jest unikanie zanieczyszczeń, stosowanie
odpowiednich materiałów i procesów podczas produkcji, a
także wykorzystywanie metod normalizacji i dekontaminacji w
celu utrzymania dokładności pomiarów. W celu dekontaminacji
można wykorzystać wbudowaną grzałkę, która przyspiesza
proces usuwania zanieczyszczeń. Grzałka w naszym urządzeniu
jest uruchamiana automatycznie przez oprogramowanie
kontrolera.
Ciekawostka
Nasze urządzenie jest często dokładniejsze od higrometrów
sprzedawanych po kilka tysięcy złotych. Zwróćcie Państwo
uwagę, że jest sporo przekłamań w opisach, bo niektórzy
Sprzedawcy, być może z niewiedzy, podają zamiast dokładności
rozdzielczość wyświetlacza. Jeśli widzimy w opisie
dokładność 0,1%, to takich higrometrów nie ma. To jest
rozdzielczość wyświetlacza, czyli ile ma cyfr po przecinku.
1 oznacza podawanie wilgotności bez ułamków, 0,1 oznacza
jedną cyfrę po przecinku, a 0,01 oznacza dwie cyfry po
przecinku. Nie ma to kompletnie nic wspólnego z dokładnością
czujnika, które najczęściej wynoszą od 3% do 5% nominalnie
(przynajmniej w teorii, bo papier wszystko przyjmie). Czyli
te ostatnie cyfry na wyświetlaczach są kompletnie losowe.
Nie dajcie się Państwo nabrać. Prawie nikt nie podaje
dokładności maksymalnej, tylko typową, bo nie chce źle
wypaść. Prawie nikt nie podaje dryftu rocznego, bo ten może
od być masakryczny i dyskwalifikujący większość urządzeń.
