Стабільний датчик вологості ґрунту своїми руками. Датчики вологості - як влаштовані та працюють

Позбавить одноманітної роботи, що повторюється, а уникнути надлишку води допоможе датчик вологості грунту - своїми руками такий прилад зібрати не так вже й складно. На допомогу садівникові приходять закони фізики: волога в ґрунті стає провідником електричних імпульсів, і чим її більше, тим нижчий опір. При зниженні вологості опір збільшується, і це допомагає відстежити оптимальний час поливу.

Конструкція датчика вологості грунту є два провідники, які підключаються до слабкого джерела енергії, у схемі повинен бути присутнім резистор. Як тільки кількість вологи у просторі між електродами зростає, опір знижується, і сила струму збільшується.

Волога висихає – опір зростає, сила струму знижується.

Оскільки електроди будуть у вологому середовищі, їх рекомендується включати через ключ, щоб зменшити руйнівний вплив корозії. У звичайний час система стоїть вимкненою та запускається лише для перевірки вологості натисканням кнопки.

Датчики вологості ґрунту такого типу можна встановлювати у теплицях – вони забезпечують контроль за автоматичним поливом, тому система може функціонувати взагалі без участі людини. У цьому випадку система постійно перебуватиме в робочому стані, але стан електродів доведеться контролювати, щоб вони не стали непридатними під впливом корозії. Аналогічні пристрої можна встановлювати на грядках і газонах на свіжому повітрі – вони дозволять миттєво отримати необхідну інформацію.

При цьому система виявляється набагато точнішою від простого тактильного відчуття. Якщо людина вважатиме землю повністю сухою, датчик покаже до 100 одиниць вологості ґрунту (при оцінці в десятирічній системі), відразу після поливу це значення зростає до 600-700 одиниць.

Після цього датчик дозволить контролювати зміну вмісту вологості у ґрунті.

Якщо датчик передбачається використовувати на вулиці, його верхню частину бажано ретельно загерметизувати, щоб не допустити спотворення інформації. Для цього її можна покрити водонепроникною епоксидною смолою.

Конструкція датчика збирається так:

• Основна частина - два електроди, діаметр яких становить 3-4 мм, вони прикріплюються до основи, виготовленої з текстоліту або іншого матеріалу, захищеного від корозії.
• На одному кінці електродів потрібно нарізати різьблення, з іншого боку вони робляться загостреними для зручнішого занурення в ґрунт.
• У пластині з текстоліту просвердлюються отвори, в які вкручуються електроди, їх потрібно закріпити гайками із шайбами.
• Під шайби потрібно завести вихідні дроти, після чого електроди ізолюються. Довжина електродів, які занурюватимуться в грунт, становить близько 4-10 см. в залежності від використовуваної ємності або відкритої грядки.
• Для роботи датчика потрібно джерело струму силою 35 мА, система вимагає напруги 5В. Залежно від кількості вологи в грунті діапазон сигналу, що повертається, складе 0-4,2 В. Втрати на опір продемонструють кількість води в грунті.
• Підключення датчика вологості грунту проводиться через три проводи до мікропроцесора, для цієї мети можна придбати, наприклад, Arduino. Контролер дозволить з'єднати систему із зумером для подачі звукового сигналу при надмірному зменшенні вологості ґрунту, або до світлодіоду, яскравість освітлення змінюватиметься при змінах роботи датчика.

Такий саморобний пристрій може стати частиною автополиву в системі "Розумний дім", наприклад з використанням Ethernet-контролера MegD-328. Web-інтерфейс показує рівень вологості в 10-бітній системі: діапазон від 0 до 300 говорить про те, що земля абсолютно суха, 300-700 – у ґрунті достатньо вологи, більше 700 – земля мокра, і полив не потрібний.

Конструкція, що складається з контролера, реле та елемента живлення, забирається в будь-який відповідний корпус, для якого можна пристосувати будь-яку пластикову коробочку.

У домашніх умовах використання такого датчика вологості буде дуже простим і водночас надійним.

Застосування датчика вологості ґрунту може бути найрізноманітнішим. Найчастіше вони використовуються в системах автополиву та ручного поливу рослин:

1. Їх можна встановити в горщиках квітів, якщо рослини чутливі до рівня води в грунті. Якщо йдеться про сукуленти, наприклад, про кактуси, необхідно вбирати довгі електроди, які будуть реагувати на зміну рівня вологості безпосередньо біля коріння. Їх також можна використовувати для інших рослин з крихкою. Підключення до світлодіоду дозволить точно визначити, коли час проводити.
2. Вони незамінні для організації поливу рослин. За аналогічним принципом збираються датчики вологості повітря, які потрібні для запуску в роботу системи обприскування рослин. Все це дозволить автоматично забезпечити полив рослин та нормальний рівень атмосферної вологості.
3. На дачі використання датчиків дозволить не пам'ятати час поливу кожної грядки, електротехніка сама розповість про кількість води в грунті. Це дозволить не допустити надмірного поливу, якщо нещодавно пройшов дощ.
4. Застосування датчиків є дуже зручним і в деяких інших випадках. Наприклад, вони дозволять контролювати вологість ґрунту в підвалі та під будинком поблизу фундаменту. У квартирі його можна встановити під мийкою: якщо труба почне капати, про це відразу повідомить автоматика, і можна буде уникнути затоплення сусідів та подальшого ремонту.
5. Простий пристрій датчика дозволить за кілька днів повністю обладнати системою оповіщення всі проблемні ділянки будинку і саду. Якщо електроди досить довгі, з їх допомогою можна буде контролювати рівень води, наприклад, у штучному невеликому водоймищі.

Самостійне виготовлення датчика допоможе обладнати будинок автоматичною системою контролю з мінімальними витратами.

Комплектуючі фабричного виробництва легко придбати через інтернет або в спеціалізованому магазині, більшість пристроїв можна зібрати з матеріалів, які завжди знайдуться в будинку любителя електротехніки.

Більше інформації можна дізнатися із відео.

Не всі власники садів та городів мають можливість щодня доглядати свої посадки. Проте без своєчасного поливу не можна розраховувати на добрий урожай.

Вирішенням проблеми стане автоматична система, що дозволяє домогтися того, щоб ґрунт на вашій ділянці зберігав необхідний ступінь вологості протягом усієї вашої відсутності. Головною складовою будь-якого автополиву є датчик вологості ґрунту.

Поняття датчика вологості

Датчик вологості має інші назви. Його називають вологоміром чи сенсором вологості.

Як видно на фото датчиків вологості ґрунту, такий пристрій є приладом, що складається з двох проводів, підключених до слабкого джерела електроенергії.

При зростанні вологості між електродами сила струму та опір знижуються і навпаки, якщо води у ґрунті стає недостатньо, дані показники збільшуються. Пристрій увімкнеться простим натисканням кнопки.

Слід враховувати, що електроди будуть у вологому грунті. Тому увімкнення приладу рекомендується здійснювати через ключ. Такий прийом зменшить негативний вплив корозії.

Навіщо потрібен цей прилад

Вологоміри встановлюють не лише на відкритому ґрунті, а й у теплицях. Контроль часу поливу – ось для чого використовують датчики вологості ґрунту. Вам не доведеться нічого робити, тільки включити пристрій. Після цього воно буде працювати без вашої участі.

Однак городникам і садівникам слід відстежувати стан електродів, оскільки вони можуть зазнати корозійного руйнування і в результаті вийти з ладу.

Види датчиків вологості ґрунту

Розглянемо, які бувають датчики вологості ґрунту. Їх прийнято ділити на:

Ємнісні. Їхня конструкція схожа з повітряним конденсатором. В основі роботи лежить зміна діелектричних властивостей повітря залежно від його вологості, що спричиняє збільшення або зниження ємності.

резистивні. Принцип їх дії полягає у зміні опору гігроскопічного матеріалу залежно від того, скільки вологи міститься в ньому.

Психометричні. Принцип роботи та схема пристрою таких датчиків будуть складнішими. В основі лежить фізична властивість втрати тепла під час випаровування. Прилад складається із сухого та вологого детектора. За різницею температур між ними і судять про кількість водяної пари в повітрі.

Аспіраційні. Даний вид багато в чому схожий на попередній, відмінність становить вентилятор, який служить для нагнітання повітряної суміші. Аспіраційні прилади визначення вологості використовують у місцях зі слабким чи уривчастим рухом повітря.

Який датчик вологості вибрати залежить від кожного конкретного випадку. На вибір приладу впливають і особливості встановленої у вас системи автоматичного поливу та фінансові можливості.

Матеріали, необхідні для створення датчика своїми руками

Якщо ви вирішили зайнятися виготовленням вологоміра власноруч, то вам потрібно підготувати:

• електроди діаметром 3-4 мм – 2 шт.;
• текстолітова основа;
• гайки та шайби.

Інструкція з виготовлення

Як зробити датчик вологості грунту своїми руками? Ось короткий інструктаж:

• Крок 1. Прикріплюємо електроди до основи.
• Крок 2. Нарізаємо на кінцях електродів різьблення і загострюємо зі зворотного боку для легшого занурення в ґрунт.
• 3. Крок. Робимо в основі отвору і вкручуємо в них електроди. Як кріпильні елементи використовуємо гайки та шайби.
• Крок 4. Підбираємо потрібні дроти, які підійдуть до шайб.
• Крок 5. Ізолюємо електроди. Поглиблюємо їх у ґрунт на 5 – 10 см.

Зверніть увагу!

Для роботи датчика потрібні: сила струму 35 мА і напруга 5 В. Наприкінці підключаємо прилад, використовуючи три дроти, які приєднуємо до мікропроцесора.

Контролер дозволяє скомбінувати датчик із зумером. Після цього подається сигнал, якщо кількість вологи у ґрунті різко зменшується. Альтернативою звукового сигналу може бути загоряння лампочки.

Датчик вологості ґрунту, без сумніву, річ у господарстві потрібна. Якщо у вас є дача або город, то неодмінно потурбуйтеся про його придбання. Причому пристрій зовсім не обов'язково купувати, оскільки можна легко зробити самим.

Фото датчиків вологості ґрунту

Зверніть увагу!

Зверніть увагу!

Прилад, яким вимірюють рівень вологості, називається гігрометром або просто датчиком вологості. У повсякденному житті вологість виступає важливим параметром, і часто не тільки для звичайного життя, але і для різної техніки, і для сільського господарства (вологість грунту) і багато чого ще.

Зокрема, від рівня вологості повітря чимало залежить наше самопочуття. Особливо чутливими до вологості є метеозалежні люди, а також люди, які страждають на гіпертонічну хворобу, бронхіальну астму, захворювання серцево-судинної системи.

При високій сухості повітря навіть здорові люди відчувають дискомфорт, сонливість, свербіж та подразнення шкірних покривів. Часто сухе повітря може спровокувати захворювання дихальної системи, починаючи з ГРЗ та ГРВІ, і закінчуючи навіть пневмонією.

На підприємствах вологість повітря здатна впливати на збереження продукції та обладнання, а в сільському господарстві однозначно вплив вологості ґрунту на родючість і т. д. Тут і рятує застосування датчиків вологості - гігрометрів.

Якісь технічні прилади спочатку калібруються під потрібну важливість, і іноді щоб провести точне налаштування приладу, важливо мати точне значення вологості в навколишньому середовищі.

Вологістьможе вимірюватися кількома можливими величинами:

Для визначення вологості як повітря, так і інших газів, вимірювання проводяться в грамах на кубометр, коли йдеться про абсолютне значення вологості, або в одиницях RH, коли йдеться про відносну вологість.

Для вимірювання вологості твердих тіл або рідин підходять вимірювання у відсотках від маси досліджуваних зразків.

Для визначення вологості рідин, що погано змішуються, одиницями вимірювання будуть служити ppm (скільки частин води припадає на 1000000 частин ваги зразка).

За принципом дії, гігрометри поділяються на:

ємнісні;

резистивні;

термісторні;

оптичні;

електронні.

Ємнісні гігрометри, у найпростішому випадку, являють собою конденсатори з повітрям як діелектрик у зазорі. Відомо, що повітря діелектрична проникність безпосередньо пов'язана з вологістю, а зміни вологості діелектрика призводять і до змін в ємності повітряного конденсатора.

Більш складний варіант ємнісного датчика вологості в повітряному зазорі містить діелектрик з діелектричною проникністю, що може сильно змінюватися під впливом на нього вологості. Даний підхід робить якість датчика кращим, ніж просто з повітрям між обкладками конденсатора.

Другий варіант добре підходить для проведення вимірювань щодо вмісту води у твердих речовинах. Досліджуваний об'єкт розміщується між обкладками такого конденсатора, наприклад об'єктом може бути таблетка, а сам конденсатор приєднується до коливального контуру і до електронного генератора, при цьому вимірюється власна частота отриманого контуру, і за виміряною частотою обчислюється ємність, отримана при внесенні досліджуваного образ.

Безумовно, даний метод має деякі недоліки, наприклад при вологості зразка нижче 0.5% він буде неточним, крім того, вимірюваний зразок повинен бути очищений від частинок, що мають високу діелектричну проникність, до того ж важлива і форма зразка в процесі вимірювань, вона не повинна змінюватися під час дослідження.

Третій тип ємнісного датчика вологості - це ємнісний тонкоплівковий гігрометр. Він включає підкладку, на яку нанесені два гребінчасті електроди. Гребінчасті електроди грають у разі роль обкладок. З метою термокомпенсації в датчик додатково вводять ще два термодатчики.

Такий датчик включає два електроди, які нанесені на підкладку, а поверх на самі електроди нанесений шар матеріалу, який відрізняється досить малим опором, сильно, однак, що змінюється в залежності від вологості.

Придатним матеріалом у пристрої може бути оксид алюмінію. Даний оксид добре поглинає із зовнішнього середовища воду, при цьому питомий опір його помітно змінюється. В результаті загальний опір ланцюга вимірювання такого датчика значно залежатиме від вологості. Так, про рівень вологості буде свідчити величина струму, що протікає. Достоїнство датчиків такого типу - мала їх ціна.

Термісторний гігрометр складається з кількох однакових термісторів. До речі, це нелінійний електронний компонент, опір якого сильно залежить від його температури.

Один із включених у схему термісторів розміщують у герметичній камері із сухим повітрям. А інший - у камері з отворами, через які в неї надходить повітря з характерною вологістю, значення якої потрібно виміряти. Термістори з'єднують за мостовою схемою, на одну з діагоналей моста подається напруга, а з іншого діагоналі зчитують показання.

У разі коли напруга на вихідних клемах дорівнює нулю, температури обох компонентів рівні, отже однакова і вологість. У разі, коли на виході буде отримана не нульова напруга, це свідчить про наявність різниці вологостей в камерах. Так, за значенням отриманого при вимірах напруги визначають вологість.

У недосвідченого дослідника може виникнути справедливе питання, чому температура термістора змінюється при його взаємодії з вологим повітрям? А справа все в тому, що при збільшенні вологості, з корпусу термістора починає випаровуватися вода, при цьому температура корпусу зменшується, і чим вище вологість, тим інтенсивніше відбувається випаровування, і тим швидше остигає термістор.

4) Оптичний (конденсаційний) датчик вологості

Цей вид датчиків найточніший. В основі роботи оптичного датчика вологості – явище, пов'язане з поняттям «точка роси». У момент досягнення температурою точки роси, газоподібна та рідка фази – за умови термодинамічної рівноваги.

Так, якщо взяти скло, і встановить в газоподібному середовищі, де температура в момент дослідження вища за точку роси, а потім почати процес охолодження даного скла, то при конкретному значенні температури на поверхні скла почне утворюватися водяний конденсат, це водяна пара стане переходити в рідку фазу . Ця температура і буде якраз точкою роси.

Так ось, температура точки роси нерозривно пов'язана і залежить від таких параметрів як вологість та тиск у навколишньому середовищі. В результаті, маючи можливість вимірювання тиску та температури точки роси, вдасться легко визначити і вологість. Цей принцип є основою функціонування оптичних датчиків вологості.

Найпростіша схема такого датчика складається із світлодіода, що світить на дзеркальну поверхню. Дзеркало відображає світло, змінюючи його напрямок, і направляючи на фотодетектор. У цьому випадку дзеркало можна підігрівати або охолоджувати за допомогою спеціального пристрою регулювання температури високої точності. Часто таким пристроєм є термоелектричний насос. Звичайно, на дзеркало встановлюють датчик для вимірювання температури.

Перш ніж почати вимірювання, температуру дзеркала виставляють на значення, яке явно вище температури точки роси. Далі здійснюють поступове охолодження дзеркала. У момент, коли температура почне перетинати точку роси, на поверхні дзеркала відразу почнуть конденсуватися краплі води, і світловий промінь від діода приломиться через них, розсіється, а це призведе до зменшення струму в ланцюзі фотодетектора. Через зворотний зв'язок фотодетектор взаємодіє із регулятором температури дзеркала.

Так, спираючись на інформацію, отриману у формі сигналів від фотодетектора, регулятор температури утримуватиме температуру на поверхні дзеркала точно рівної точці роси, а термодатчик відповідно покаже температуру. Так, при відомих тиску та температурі можна точно визначити основні показники вологості.

Оптичний датчик вологості має найвищу точність, недосяжну інші типи датчиків, плюс відсутність гістерезису. Недолік - найвища ціна з усіх плюс велике споживання електроенергії. До того ж необхідно стежити, щоб дзеркало було чистим.

Принцип роботи електронного датчика вологості повітря заснований на зміні концентрації електроліту, що покриває будь-який електроізоляційний матеріал. Існують такі прилади з автоматичним підігрівом із прив'язкою до точки роси.

Часто точка роси вимірюється над концентрованим розчином хлориду літію, який дуже чутливим до мінімальних змін вологості. Для максимальної зручності такий гігрометр часто додатково обладнають термометром. Цей прилад має високу точність і малу похибку. Він здатний вимірювати вологість незалежно від температури довкілля.

Популярні і прості електронні гігрометри у формі двох електродів, які просто встромляються в ґрунт, контролюючи його вологість за ступенем провідності залежно від цієї самої вологості. Такі сенсори популярні у шанувальників, оскільки можна легко налаштувати автоматичний полив грядки або квітки в горщику, якщо поливати в ручну ніколи або не зручно.

Перш ніж купити датчик, подумайте, що вам потрібно буде вимірювати відносну або абсолютну вологість повітря або грунту, який передбачається діапазон вимірювань, чи важливий гістерезис, і яка потрібна точність. Найточніший датчик – оптичний. Зверніть увагу на клас захисту IP, діапазон робочих температур, залежно від конкретних умов, де буде використовуватися датчик, чи підійдуть вам параметри.