Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định chất lượng của rất nhiều quy trình nên cần được kiểm soát chặt chẽ. Đó chính là lý do cảm biến độ ẩm trở thành thiết bị không thể thiếu trong nhiều hệ thống tự động hoá hiện đại - từ dân dụng, công nghiệp cho đến nông nghiệp.
Bài viết này của Sensors Việt Nam sẽ giúp bạn hiểu rõ khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, công nghệ cốt lõi, các thông số kỹ thuật cần quan tâm và ứng dụng phổ biến nhất cảm biến độ ẩm.
CẢM BIẾN ĐỘ ẨM LÀ GÌ?
Cảm biến độ ẩm chuyên dùng để phát hiện và đo lường lượng hơi nước trong môi trường, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện chuẩn để hiển thị, ghi nhận hoặc điều khiển thiết bị có liên quan khác. Trong thực tế ứng dụng, cảm biến đo độ ẩm thường áp dụng cho hai nhóm đối tượng: nhóm một là độ ẩm của không khí và các chất khí; nhóm hai là độ ẩm của các vật liệu rắn (đất, gỗ, hạt, bê tông…).
Một số dòng cảm biến đo độ ẩm nổi bật tại Sensors Việt Nam:
Khi nói đến cảm biến độ ẩm không khí, đại lượng đo được công nhận phổ biến nhất là độ ẩm tương đối (%RH - Relative Humidity). Đây là tỷ lệ phần trăm giữa lượng hơi nước trong không khí với lượng hơi nước tối đa mà không khí có thể chứa ở cùng một mức nhiệt độ.
Vì lượng hơi nước trong không khí và nhiệt độ có mối quan hệ chặt chẽ, nên hầu hết các cảm biến độ ẩm công nghiệp hiện đại đều tích hợp thêm tính năng cảm biến nhiệt độ. Ở chiều ngược lại, cảm biến nhiệt độ cũng thường có tính năng đo độ ẩm. Sự kết hợp này nhằm mục đích chính là để bù sai số và cho phép suy ra các đại lượng có liên quan như điểm sương hay độ ẩm tuyệt đối.
Một số dòng cảm biến đo độ ẩm kết hợp nhiệt độ (cảm biến nhiệt độ và độ ẩm) nổi bật:
CÔNG NGHỆ CỐT LÕI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN ĐỘ ẨM
Có nhiều công nghệ đo độ ẩm, nhưng ba nguyên lý phổ biến nhất trong công nghiệp phải kể đến là điện dung, điện trở và dẫn nhiệt.
Cảm biến độ ẩm điện dung
Cảm biến đo độ ẩm sử dụng công nghệ điện dung là sản phẩm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Trong đó, phần tử cảm nhận hoạt động như một tụ điện nhỏ, lớp điện môi là màng polymer hút ẩm nằm giữa hai điện cực. Nguyên lý hoạt động cảm biến độ ẩm điện dung như sau:
Khi hơi nước từ không khí thấm vào màng → hằng số điện môi của nó thay đổi → điện dung của tụ tăng tuyến tính theo độ ẩm tương đối → mạch điện tử đo giá trị điện dung biến đổi, bù nhiệt và quy đổi ra %RH tương ứng.
Ưu điểm nổi bật nhất của cảm biến độ ẩm không khí dạng điện dung là dải đo rộng (thường từ 0 - 100%RH), đáng tin cậy, độ ổn định cao và thời gian phản hồi nhanh.
Cảm biến độ ẩm điện trở
Cảm biến độ ẩm điện trở vận hành trên nguyên lý điện trở của lớp vật liệu hút ẩm (polymer dẫn ion/muối) thay đổi khi hấp thụ nước. Nguyên lý hoạt động của công nghệ này diễn ra theo trình tự như sau: Khi độ ẩm tăng → số ion linh động tăng → điện trở giảm.
Loại cảm biến độ ẩm không khí này có cấu tạo rất đơn giản và chi phí đầu tư thấp nên được sử dụng phổ biến trong các thiết bị dân dụng và ứng dụng không đòi hỏi độ chính xác cao. Điểm yếu của công nghệ này là dễ nhiễm bẩn hóa chất và kém ổn định theo thời gian.
Cảm biến độ ẩm loại dẫn nhiệt
Cảm biến đo độ ẩm loại dẫn nhiệt (thường dùng để xác định độ ẩm tuyệt đối) hoạt động bằng cách so sánh độ dẫn nhiệt của không khí khô với không khí ẩm. Cảm biến sử dụng hai nhiệt điện trở, một cái đặt trong khí mẫu, một cái đặt trong khí khô chuẩn kín, rồi so sánh sự chênh lệch giữa chúng.
Nguyên lý dẫn nhiệt chịu được nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn nên thường được ưu tiên ứng dụng trong lò nung, lò sấy và khu vực có khí thải. Điểm yếu lớn nhất của dòng thiết bị này là độ nhạy ở vùng độ ẩm thấp không cao bằng cảm biến độ ẩm điện dung.
Cảm biến độ ẩm gương lạnh, quang và sợi quang
Bên cạnh ba công nghệ đo độ ẩm phổ biến ở trên, còn có cảm biến đo độ ẩm dạng gương lạnh (chilled mirror). Loại thiết bị này không quá phổ biến, nó chuyên dùng làm chuẩn hiệu chuẩn nhờ độ chính xác rất cao. Ngoài ra còn có cảm biến độ ẩm dạng quang hoặc sợi quang, chuyên dùng trong các ứng dụng đặc thù.
ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐỘ ẨM
Vì độ ẩm có thể tác động đến chất lượng của rất nhiều quy trình nên ứng dụng của nó cũng rất rộng - trải từ dân dụng, công nghiệp cho đến nông nghiệp. Phổ biến nhất có thể kể đến như:
Hệ thống HVAC và tòa nhà: Cảm biến độ ẩm được dùng để duy trì mức độ ẩm ổn định theo thiết kế, góp phần cải thiện chất lượng không khí và tiết kiệm năng lượng. Trong hệ thống AHU, cảm biến này được gắn tại ống gió để gửi tín hiệu độ ẩm về bộ điều khiển, dữ liệu đó sẽ là cơ sở để điều chỉnh van nước, bộ tạo ẩm hoặc hút ẩm.
Kho lạnh và bảo quản thực phẩm: Cảm biến độ ẩm thường bố trí ở nhiều vị trí trong kho lạnh và bảo quản thực phẩm để thu thập và gửi dữ liệu đưa về hệ thống SCADA, BMS hoặc data logger. Khi độ ẩm vượt ngưỡng cài đặt, hệ thống có thể tăng chu kỳ xả đá/bật chế độ hút ẩm.
Dược phẩm, phòng sạch, phòng thí nghiệm: Cảm biến đo độ ẩm được dùng trong kho dược, kho vaccine và phòng sạch để ghi nhận độ ẩm liên tục, nhằm chứng minh điều kiện bảo quản đạt chuẩn quy định.
Nhà máy sản xuất: Các nhà máy sản xuất sản phẩm nhạy ẩm (dệt, in, gỗ, điện tử và bao bì) phải dùng cảm biến để giữ độ ẩm luôn ở mức phù hợp, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Nông nghiệp, nhà kính và dân dụng: Cảm biến độ ẩm có vai trò kiểm soát vi khí hậu trong nhà kính, trại chăn nuôi và nhà thông minh. Đảm bảo môi trường sống của con người, cây trồng và vật nuôi ở mức tốt nhất.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẢM BIẾN ĐỘ ẨM CẦN XEM XÉT KHI CHỌN MUA SẢN PHẨM
Trong quá trình tìm hiểu và chọn mua cảm biến độ ẩm, người dùng cần nắm kỹ các thông số sau:
- Dải đo: Phổ biến nhất là 0-100%RH, kèm dải nhiệt độ làm việc phù hợp môi trường ứng dụng cụ thể.
- Độ chính xác: Với dòng cảm biến đo độ ẩm điện dung thì sai số trong khoảng ±2-3%RH là phổ biến, còn ±3-4%RH có thể được xem là chuẩn thông thường. Đối với các dòng sản phẩm cao cấp dùng trong phòng sạch, phòng thí nghiệm, hiệu chuẩn… thì sai số điển hình nằm trong khoảng ±1,5%RH.
- Độ trôi theo thời gian: Cảm biến độ ẩm điện dung thường trôi khoảng 0,25-0,5%RH/năm. Người dùng nên ưu tiên các sản phẩm có độ trôi giá trị thấp để đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả ứng dụng. Thông số này thường được trình bày rõ trên datasheet của sản phẩm.
- Độ trễ: Dòng cảm biến độ ẩm không khí dạng điện dung chất lượng cao có có độ trễ nằm trong khoảng ±1%RH. Đây là con số rất nhỏ và không tác động nhiều đến hiệu quả vận hành của thiết bị.
- Tín hiệu đầu ra và nguồn cấp: Tín hiệu ngõ ra phổ biến của cảm biến độ ẩm hiện nay là 4-20mA/0-10V/Modbus RTU. Về nguồn cấp thì điện áp 24 VAC/VDC là thường thấy nhất.
- Cấp bảo vệ IP và chất liệu vỏ: Đây là yếu tố quyết định khả năng chịu va đập, bụi bẩn, hơi ẩm và tia nước của cảm biến. Thông thường, cấp bảo vệ và chất liệu vỏ sẽ được xem xét dựa trên môi trường lắp đặt: Dân dụng (IP20 - không có khả năng chống nước, chất liệu nhựa (ABS/PC); Công nghiệp nhẹ và tòa nhà (IP54-IP65, chất liệu nhựa kỹ thuật, có thể là mặt inox); Công nghiệp nặng (IP65-IP67, chất liệu nhựa kỹ thuật chịu hóa chất hoặc inox); Vệ sinh và washdown (IP69K, chất liệu Inox).
CẢM BIẾN ĐỘ ẨM 4-20MA, 0-10V HAY MODBUS RTU TỐT HƠN?
Thực tế, không có một dạng tín hiệu ngõ ra cảm biến độ ẩm nào phù hợp nhất cho mọi ứng dụng. Trong khi cảm biến độ ẩm 4-20 mA phù hợp với ứng dụng cần độ bền tín hiệu và đi dây xa, cảm biến độ ẩm 0-10 V phù hợp khi cần tiết kiệm chi phí và làm gọn tủ HVAC, thì Modbus RTU lại được ưu tiên sử dụng khi hệ thống cần quản lý cùng lúc nhiều thông số và tích hợp nhiều cảm biến trên một đường truyền.
| Tiêu chí so sánh | Cảm biến độ ẩm 4-20mA | Cảm biến độ ẩm 0-10V | Cảm biến độ ẩm Modbus RTU |
| Loại tín hiệ | Analog dòng điện | Analog điện áp | Số, qua RS-485 |
| Chống nhiễu | Cao, phù hợp môi trường công nghiệp và đường dây dài | Dễ nhiễu và sụt áp trên cáp dài, cần che chắn | Tốt nếu lắp đúng, cáp phù hợp, có chống nhiễu và điện trở cuối |
| Khoảng cách | Trên 1000 m | Ngắn, tối đa khoảng 500 ft | Khoảng 1200 m |
| Đi dây | 2 dây | 3 dây | Nhiều thiết bị chung một bus |
| Phát hiện lỗi | Có | Không | Có |
| Cài đặt, kiểm tra | Rất đơn giản | Đơn giản | Phức tạp |
| Chi phí | Thấp - trung bình | Thấp | Tiết kiệm cho các hệ thống lớn |
| Ứng dụng điển hình | PLC, nhà máy, kho lạnh, đường dây dài | Tủ AHU/FCU, phòng máy, khoảng cách ngắn | Hệ thống SCADA, BMS, IoT có nhiều cảm biến |
MUA CẢM BIẾN ĐỘ ẨM CHẤT LƯỢNG - ĐẦY ĐỦ CO/CQ TẠI SENSORS VIỆT NAM
Nếu bạn đang tìm kiếm cảm biến độ ẩm gắn phòng, cảm biến độ ẩm gắn ống gió, cảm biến độ ẩm công nghiệp, cảm biến độ ẩm nông nghiệp hay cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kết hợp thì hãy liên hệ Sensors Việt Nam để được hỗ trợ tư vấn kỹ thuật phù hợp và nhận báo giá nhanh chóng nhất.
Sensors Việt Nam là đơn vị chuyên cung ứng cảm biến công nghiệp, thiết bị đo lường và giải pháp tự động hóa đã có nhiều năm kinh nghiệm. Chúng tôi hiện là đối tác của hơn 50 thương hiệu uy tín toàn cầu. Bên cạnh đó, các sản phẩm đều được cung cấp với đầy đủ CO/CQ, chính sách giá cạnh tranh, dịch vụ giao hàng nhanh chóng toàn quốc, chế độ bảo hành uy tín 12-24 tháng và có dịch vụ hỗ trợ tận tình, hoàn toàn miễn phí.
Mọi thông tin chi tiết và nhu cầu đặt hàng cảm biến độ ẩm, quý khách vui lòng liên hệ trực tiếp hotline 0911 660 660 hoặc truy cập website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/.