أنواع حساسات الرطوبة ووظائفها

أنواع حساسات الرطوبة

تختلف أنواع حساسات الرطوبة من ناحية الحجم والوظيفة، إذ يُمكن الحصول على بعضها في الأجهزة المحمولة والهواتف الذكية، وبعضها يُدمج في أنظمة أكبر مثل أنظمة مراقب الهواء، وفي ما يلي أهم أنواع حساسات الرطوبة وفقًا لطريقة حساب الرطوبة التي تعتمدها:^[١]

• مستشعرات الرطوبة النسبية (RH): وآلية عملها تكمن في معرفة ما هي الرطوبة عند درجات حرارة مختلفة، ثم مُقارنة القراءة الرطوبة عند درجة حرارة معينة مع أقصى درجة رطوبة عند درجة الحرارة ذاتها، أي أنها تعتمد بدايةً على قياس درجة الحرارة لتحديد الرطوبة النسبية، وغالبًا ما تحتوي على عنصر استشعار مع ثرموستات لقياس درجات الحرارة.
• مستشعرات الرطوبة المطلقة (AH): وتُقاس فيها الرطوبة بصورة مطلقة دون الحاجة لقراءة درجات الحرارة.

أمّا عن الأنواع الفرعية التي تنبثق من هذه الأنواع فهي كالتالي:

• مستشعرات الرطوبة النسبية السعوية: وتستخدم هذه المستشعرات قطبين كهربائيين لقراءة السعة والقدرة على تخزين الشحنات الكهربائية، فسعة المعدن الكهربائية تتغير مع تغير الرطوبة في البيئة، إذ تزيد السعة الكهربائية بزيادة الرطوبة، وتقل بانخفاضها،^[١] مما يمكن الجهاز من حساب قيم الرطوبة النسبية، عن طريق قياس السماحية الكهربائية للمادة العازلة(كمية فيزيائية تصف مدى سهولة انتقال التيار خلال مادة معينة).^[٢]
• مستشعرات الرطوبة النسبية المقاومة: تختلف طريقة عمل هذا المستشعر عن السابق، فهي تستخدم أداة صغيرة مكونة من البوليمر تُشبه المشط، يزداد حجمها وينقص مع تغير نسبة الرطوبة، وهذا ما يؤثر على قدرة النظام على تخزين الشحنات،^[١] فمع تغير الرطوبة تتغير مقاومة الأقطاب الكهربائية، ويستخدم الجهاز مواد مقاومتها قليلة لتجنب حدوث فرق في قيم الرطوبة مثل: البوليمرات، والملح.^[٢]
• مستشعرات الرطوبة الحرارية: وتستخدم مجسّين لقياس الرطوبة المطلقة، أحدهما يقيس كمية النيتروجين في الجو، والآخر يقيس الهواء في البيئة المحيطة للحساس، من ثُم يُرسل إشارة بقيمة الرطوبة المطلقة.

وظائف حساسات الرطوبة

يُعبّر مصطلح الرطوبة عن نسبة الماء في الهواء؛ فنسبة الماء أو البخار في الهواء تؤثر على صحة وراحة الإنسان، كما تؤثر على العديد من القطاعات الصناعيّة والبيئيّة، والعديد من العمليات الكيميائيّة والفيزيائيّة والبيولوجيّة، لذا فإنّ وظيفة مستشعر الرطوبة في الهواء تكمن في اكتشاف وتوضيح التغييرات التي تُحدث تأثيرًا على التيارات الكهربائيّة ودرجة الحرارة في الهواء، ويُوصف مستوى الرطوبة ويُقاس تبعًا لعدد من المصطلحات العلمية التي يستخدمها الخبراء مثل: الرطوبة المطلقة، الرطوبة النسبية، ونقطة الندى(درجة الحرارة التي يتشكل عندها الندى).^[٣]

قد حصلت هذه الحساسات على اهتمام كبير في الفترات الأخيرة، جنبًا إلى جنب مع مستشعرات درجات الحرارة القابلة للتمدد والمطابقة، نظرًا لفائدتها المرجوّة في مراقبة البيئة المحيطة باستمرار أو مراقبة مكان ما أو جسم ما.^[٤]

مراقبة مستوى الرطوبة للجلد مثلًا تُقدّم معلومات حول الحالة الفسيولوجية للشخص خلال حياته اليومية أو أثناء القيام بالمهام والأعمال التي تتطلب جهدًا، كما يُفيد في فحص آليات نمو الجلد وإصلاحه وشيخوخته، وفعالية مستحضرات التجميل عليه، والمدة التي يحتاجها لالتئام الجروح، وهذا يعني أن الرطوبة أحد أهم المعالم الفسيولوجية التي تعدّ من أساسيات مراقبة الأنشطة البشرية.^[٤]

تطبيقات حساسات الرطوبة

في ما يلي أهم التطبيقات على حساسات الرطوبة:^[٣]

• تدخل في قياس الرطوبة واستشعارها في التطبيقات الصناعيّة والتجارية والاستهلاكيّة، إضافة إلى مصانع الآليات والإنتاج لتسهيل التحكم في العمليات.
• أنظمة تكييف الهواء والتبريد والتدفئة، وذلك نظرًا لدورها الضروري في الحفاظ على ظروف مناخيّة تتناسب مع كفاءة الطاقة.
• التطبيقات الطبية والمستشفيات، مثل: الحاضنات، وأجنحة العناية المركزة بالأطفال حديثي الولادة.
• محطات الطقس الأرضية التي تتبع الظروف البيئية وتُنبئ الناس بالطقس.
• تدخل في صناعة السيارات للتحكّم في تهوية المقصورة الداخليّة للسيارة، وتُحافظ على الزجاج الأمامي خاليًا من الضباب لضمان جودة عالية في السير.
• قياس مستويات الرطوبة في معالجات الأغذية حفاظًا على سلامتها، مثل: المخبوزات والمعكرونة والمنتجات الغذائية الأخرى.
• مراقبة صناعة أشباه الموصلات التي تتطلّب ظروفًا مناخيّة قياسيّة خلال إنتاج الدوائر المتكاملة، تجنبًا لتأثر هذه الأسلاك بالرطوبة.

تعريف حساسات الرطوبة

حساس الرطوبة هو جهاز إلكتروني يقيس الرطوبة في البيئة التي يوضع بها، ثم يُحوّل النتائج التي يحصدها إلى إشارات كهربائية تُرسل إلى الكمبيوتر المعالج أو إلى الجهاز الموصول به كالهاتف المحمول أو أنظمة مراقبة جودة الهواء، وتختلف بأنواعها من حيث الحجم والوظيفة،^[٥] وتمتاز بأنّها قليلة التكلفة وحساسة جدًا، وعند اختيار نوع المستشعر المُراد وضعه في المنزل أو المكتب مثلًا يجب أن يتمتع بالمواصفات والمعايير الصحيحة التي تجعله أكثر دقة،^[٢] فهو يعتمد على قياس كميّة بخار الماء في الهواء.^[٦]

تُحاول الشركات الآن صنع أجهزة تقيس جميع أنواع الرطوبة، مثل: نقطة الندى، الرطوبة المطلقة وغيرها من خلال الجمع بين القياسات للرطوبة النسبية ودرجات الحرارة،^[٦] ويُستخدم في صنع هذه المستشعرات أيًا من هذه المواد: أكسيد المعادن، البوليمرات، والكربون، نظرًا لأنّها منخفضة التكلفة وتمتاز بحساسيتها العالية، على عكس المستشعرات التي تستخدم أكسيد الفلز الذي يتحلل في الرطوبة، ومن بعض عيوب البوليمرات، أنها غير مستقرة في البيئات التي تتميز برطوبتها الشديدة، كما أن استجابتها بطيئة ودرجات حرارة اللازمة للتشغيل مرتفعة جدًا.^[٤]

معايير جودة حساسات الرطوبة

وفي ما يلي المعايير التي تُحدد جودة حساسات الرطوبة:^[٧]

الدقة

يُصنف وفق منحنى معايرة خاص يعتمد على نظام 9 نقاط.

الخطية

تُعبّر عن انحراف الجهد عن "أفضل خط مستقيم مناسب" (BFSL) وقيمة الجهد الناتج، ثم تحويل تلك القيمة إلى رطوبة نسبيّة.

الموثوقية

يجب أن يُقدم المستشعر قياسات موثوقة وصحيحة.

التكرار

يجب أن تكون القياسات مع التكرار في منحنى واحد ولا تخرج عنه.

وقت الاستجابة

الوقت الذي يستغرقه ويحتاجه الحساس ليُعطي القياسات بناءً على الرطوبة التي يتعرّض لها.

الخلاصة

تختلف أنواع حساسات الرطوبة من ناحية الحجم والوظيفة، وتستخدم في التطبيقات الصناعيّة والتجارية والاستهلاكيّة، وأنظمة التكييف والتبريد ومحطات الطقس وغيرها من التطبيقات المهمة، وهي أجهزة الكترونية تستخدم لقياس نسبة الرطوبة في الهواء، وتوجد معايير صارمة لتحديد جودة الأنواع المختلفة من حساسات الرطوبة.

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت} Danny Jost (18/10/2019), "What is a Humidity Sensor?", fierceelectronics, Retrieved 17/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} "Humidity Sensor Working and Its Applications", el pro cus, Retrieved 17/6/2021. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "All About Humidity Sensors", thomasnet, Retrieved 17/6/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} "Humidity Sensor", sciencedirect, Retrieved 17/6/2021. Edited.
5. ↑ Danny Jost (18/10/2019), "What is a Humidity Sensor?", fierce electronics, Retrieved 17/6/2021. Edited.
6. ^ ^{أ ب} "Relative Humidity Sensors", te, Retrieved 17/6/2021. Edited.
7. ↑ "Humidity Sensor: Basics, Usage, Parameters and Applications", electronicsforu, 15/12/2020, Retrieved 17/6/2021. Edited.