Come scegliere un sensore di umidità

Esistono due grandezze fisiche molto diverse che possono essere utilizzate per misurare l’umidità atmosferica o l’umidità di un gas: l’umidità assoluta e l’umidità relativa.

L’umidità assoluta

L’umidità assoluta è definita come la massa di vapore acqueo contenuta in un certo volume di aria o gas secco.
Generalmente espressa in grammi per unità di volume, l’umidità assoluta non dipende dalla temperatura dell’aria o del gas.

Umidità relativa

L’umidità relativa è espressa in percentuale e si riferisce al rapporto tra la massa di vapore acqueo presente nell’aria (umidità assoluta) e la massa massima di vapore acqueo che l’aria può contenere (oltre la quale avviene la condensazione del vapore acqueo).
Questa massa massima di vapore acqueo (prima della condensazione) varia in base alla temperatura.
Più l’aria o il gas sono caldi, più vapore acqueo possono contenere.
Ciò significa che l’umidità relativa dell’aria o di un gas contenente la stessa massa di vapore acqueo varia in base alla sua temperatura.
La temperatura alla quale si raggiunge un’umidità relativa del 100% è chiamata punto di rugiada.
Al di sotto di questa temperatura si verifica la condensazione.

Esistono tre tipi principali di sensori:

Sensori di umidità capacitivi

Sono costituiti da uno strato di materiale dielettrico sensibile all’umidità posto tra due elettrodi, formando così un condensatore la cui capacità varia linearmente con l’umidità relativa. Possono misurare l’umidità relativa dallo 0% al 100%.

Inoltre, forniscono misurazioni atmosferiche di alta precisione.
Questo tipo di sensore è utilizzato nell’industria e nella meteorologia.

Sensori di umidità resistivi

Misura la variazione dell’impedenza elettrica di un elemento igroscopico (che può essere un polimero conduttore o un sale) per mezzo di ioni.
La resistenza di questo elemento sensibile varia con l’umidità.

Questi sensori offrono poca precisione per misurare valori di umidità relativa inferiori al 5%.
Tuttavia, sono più economici.
Sono quindi una buona opzione se non sono necessarie misurazioni di alta precisione.

Sensori del punto di rugiada

Misurano la temperatura del punto di rugiada, ossia la temperatura alla quale il vapore acqueo presente nell’aria inizia a condensare, fornendo così un’indicazione dell’umidità. Sono più complessi dei tipi di sensori citati in precedenza e vengono utilizzati soprattutto nei laboratori.

I sensori diumidità capacitivi di Rotronic

I sensori di umidità capacitivi hanno come elemento sensibile un materiale dielettrico igroscopico posizionato tra una coppia di elettrodi, che funziona come un condensatore a contatto con l’atmosfera (aria o gas) di cui si vuole misurare l’umidità.
Assorbendo l’umidità dell’atmosfera, il materiale dielettrico fa variare il valore della capacità del condensatore in base all’umidità relativa dell’atmosfera. Vantaggi:

• Sono affidabili, precisi e stabili;
• Hanno tempi di risposta rapidi;
• Offrono un ampio intervallo di misurazione dell’umidità relativa (da 0% a 100%);
• Possono funzionare in un ampio intervallo di temperature (da -70°C a +200°C);
• Sono compatti e facili da integrare;
• Sono resistenti alla condensa, alla polvere e alle sostanze chimiche.

Svantaggi:

• Sono meno precisi quando misurano livelli di umidità molto bassi (inferiori al 10%);
• Sono più costosi dei sensori resistivi.

I sensori di umidità resistivi di Rotronic

I sensori di umidità resistivi  misurano le variazioni dell’impedenza elettrica di un materiale igroscopico, come un polimero conduttivo o un sale.
I sensori resistivi sono generalmente costituiti da elettrodi di metallo nobile depositati su un substrato o da elettrodi avvolti intorno a un cilindro di plastica o di vetro.
Il substrato è rivestito con un sale o un polimero conduttivo la cui resistenza elettrica varia in base all’umidità dell’atmosfera intorno all’elemento sensibile.
Questi sensori sono più economici e offrono il vantaggio di poter essere sostituiti sul campo e utilizzati immediatamente, senza doverli prima calibrare. Vantaggi:

• Sono un po’ più economici di quelli capacitivi;
• Possono essere sostituiti sul campo senza doverli calibrare;
• Sono adatti a un intervallo di umidità relativa medio (dal 20 al 90%).

Svantaggi:

• Non sono adatti a condizioni operative estreme;
• Sono sensibili alla condensa e alle sostanze chimiche.

Sensore del punto di rugiada Ahlborn

I sensori di punto di rugiada funzionano secondo un principio di misurazione ottica per determinare la temperatura del punto di rugiada dell’atmosfera.
Si basano su uno specchio che riflette un fascio di luce verso un sensore.
La superficie dello specchio viene raffreddata da un elemento termoelettrico (Peltier).
Quando si raggiunge il punto di rugiada, sullo specchio si forma della condensa che riflette meno luce verso il sensore optoelettronico.
Un sensore di temperatura misura quindi la temperatura dello specchio (temperatura del punto di rugiada), che viene utilizzata per calcolare l’umidità dell’aria.

Vantaggi:

• Hanno un’eccellente stabilità a lungo termine;
• Reagiscono rapidamente alle variazioni di umidità;
• Sono resistenti alla condensa.

Svantaggi:

• Hanno bisogno di un ambiente pulito per funzionare correttamente;
• Non mostrano un comportamento lineare a livelli di umidità relativa molto bassi;
• Sono costosi rispetto ad altre tecnologie.

Una volta deciso il tipo di sensore di umidità più adatto all’uso che intendi farne, dovrai scegliere un modello specifico in base ai criteri di selezione usuali per qualsiasi altro sensore:

• Campo di misura
• Precisione
• Risoluzione
• Segnale di uscita e tipo di connettore elettrico
• Tipo di assemblaggio e connessione al processo
• Temperatura di esercizio e grado di protezione in base alle condizioni operative ambientali