ES2270618T3 - Higrometros de punto de rocio y sensores de humedad. - Google Patents
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Abstract
Sensor capacitivo de rocío (106) que comprende: - un aislante (107) que tiene una primera superficie y una segunda superficie expuesta externa, con una placa conductora (108), formando un primer electrodo, montado sobre dicha primera superficie, dicha placa conductora estando separada del medio ambiente por un revestimiento que no permite la penetración de humedad y electrolitos a través de él. - cables (110, 111) para conectar dicho sensor a un circuito de medición, de tal manera que permita a dicho circuito medir la capacitancia entre dicha placa conductora y un estrato de agua continuo (109) que se puede formar como un segundo electrodo en dicha segunda superficie de dicho aislante por condensación de agua sobre la misma.
Description
Higrómetros de punto de rocío y sensores de
humedad.
La presente invención concierne higrómetros de
punto de rocío para determinar el punto de rocío de gas y sensores
de rocío para determinar la condensación de rocío neutral. Más
específicamente la presente invención concierne higrómetros basados
en el cambio de capacitancia.
Los higrómetros del estado de la técnica usados
en la agricultura, sobre todo en invernaderos, funcionan
normalmente según uno de los tres tipos siguientes. El primero es
un psicrómetro que requiere un grado altísimo de mantenimiento. El
segundo es un medidor de humedad relativa cuyo principio de
funcionamiento se basa en el cambio de capacidad, que es muy
problemático para determinar humedad relativamente alta. Los
instrumentos económicos basados en la medición de capacitancia son
inseguros puesto que la lectura cambia con el tiempo
independientemente de los cambios en el contenido de humedad del
aire. El tercer tipo de sensores son higrómetros de punto de rocío
basados en espejos ópticos, que son muy caros e inadecuados para el
trabajo rutinario en las condiciones de un invernadero puesto que
requieren la limpieza constante de la superficie del espejo.
Otro dispositivo para detectar la humedad es un
sensor de rocío (como oposición a un higrómetro de punto de rocío).
Este sensor de hecho imita la condensación de humedad en una
superficie natural tal como en hojas, sin control de la temperatura
del sensor, y así de hecho es muy fiable puesto que imita
directamente el proceso natural de la condensación. Varias medidas
han mostrado una buena correlación entre la temperatura de la hoja
y la temperatura del sensor de rocío por la noche. Así, tal sensor
es conveniente para usarlo en la detección de condensación de agua
en varias superficies, tales como hojas en invernaderos, avisando
cuando una humedad del aire es demasiado alta, una situación que
ocurre por ejemplo por la noche y que es una causa de muchas
enfermedades de las plantas. Tal aviso puede poner en
funcionamiento varios mecanismos de secado para bajar otra vez la
humedad del invernadero.
De hecho por la noche el sensor de rocío es más
adecuado de usar que los higrómetros de punto de rocío en
invernaderos, puesto que refleja la situación real y natural de
condensación en las superficies, lo cual es un mejor indicador del
estado de las hojas que el contenido de humedad detectado por los
higrómetros de punto de rocío.
Los sensores de rocío convencionales tales como
aquellos usados en invernaderos normalmente emplean un par de
cables eléctricos separados, entre los cuales la resistencia
desciende de aproximadamente 19 megaohmios a 3 megaohmios cuando el
rocío hace un puente en los dos cables. Pero tales dispositivos son
eléctricamente ruidosos y su sensibilidad puede cambiar dependiendo
de la precipitación de sales en el sensor. Otro problema con tales
dispositivos es que generalmente requieren alta tensión y la
exposición de los conductores y guías cuyas características los
hace vulnerables a la corrosión con el tiempo. La corrosión es
especialmente rápida en presencia de alto voltaje usado en el
intervalo de 1 a 20 voltios.
La patente U.S 4.948.263 se refiere a un sensor
de punto de rocío para un dispositivo de medición del punto de
rocío para medir el punto de rocío del vapor de agua en gases, que
comprenden una superficie del sensor que es expuesta al gas que
debe ser medido y sobre la que, por enfriamiento, se condensa el
vapor de agua a la temperatura del punto de rocío. Montadas en la
superficie del sensor hay dos estructuras del electrodo que
comprenden partes del electrodo que están dispuestas en un
intervalo uniforme paralelas entre sí y que están cubiertas con una
envoltura aislante insensible a la humedad. El alcance de la
temperatura del punto de rocío es determinado midiendo la
impendancia o capacitancia entre las dos estructuras del electrodo.
La distancia entre las partes del electrodo, dispuestas paralelas
entre sí, de las dos estructuras del electrodo es del orden de
magnitud del diámetro de la gotita de condensación más grande que
se forma al alcanzar la temperatura del punto de rocío, o más
pequeña que dicho diámetro, y el espesor de la envoltura aislante
es pequeño comparado con la distancia entre las partes del
electrodo.
La patente U.S. 4.626.774 se refiere a un
instrumento de medición del punto de rocío que tiene un sensor del
punto de rocío capacitivo que es enfriado por un dispositivo de
enfriamiento a la temperatura del punto de rocío medido por un
sensor de temperatura. Un circuito de medición de fases mide el
ángulo de fase de la impendancia del sensor del punto de rocío
capacitivo. El ángulo de fase medido es usado como un calibre para
la contaminación del sensor del punto de rocío.
La Patente U.S. 5.402.075 se refiere a un sensor
capacitivo de humedad que incluye medios aislantes; medios de
capacitancia incluyendo un capacitor de detección con una
pluralidad de conductores del sensor capacitivo separados montados
con los medios aislantes para su exposición a la atmósfera; y
primeros y segundos electrodos montados con medios aislantes lejos
de los conductores del sensor capacitivo separados; medios para
aplicar una corriente de entrada periódica a través de los primeros
y segundos electrodos; y medios para detectar un cambio en la
capacitancia entre los primeros y los segundos electrodos
indicativo de la formación de un puente por la humedad en al menos
dos de los conductores del sensor capacitivo.
WO 96/05506 describe un sensor del punto de
rocío, que comprende un capacitor miniaturizado con electrodos
aislados en la superficie de un chip, sobre el que se condensa el
agua entre las placas del capacitor.
En una primera forma de realización de la
invención denominada la "forma de realización del sensor
capacitivo de rocío" la presente invención concierne un
sensor capacitivo de rocío, donde se reduce significativamente el
problema de contaminantes sólidos (sales, polvo, etcétera)
depositados en la superficie exterior del sensor y la corrosión del
electrodo usando un estrato de agua como uno de los electrodos del
capacitor.
El sensor incluye dos estructuras del electrodo
separadas entre sí por un aislante y cables, conectando cada uno de
los electrodos a un circuito de medición. La primera estructura del
electrodo es una placa conductora montada sobre una superficie del
aislante. El primer electrodo es aislado de la atmósfera ambiente
por un revestimiento que no permite la penetración de agua y
electrolitos a través de éste. Un ejemplo de tal revestimiento es
laca. La segunda estructura del electrodo de hecho no se forma,
a priori, en el sensor, sino que se forma cuando un estrato
de agua (incluyendo algunos electrolitos que están presentes de
forma natural en la atmósfera) se condensa o precipita en la
superficie expuesta externa del aislante (es decir la superficie que
no está en contacto con dicho primer electrodo). Un circuito de
medición es conectado a través de cables para aplicar una corriente
tanto a la primera como a la segunda estructura del electrodo para
detectar un cambio de capacitancia entre ellas.
Según dicha primera forma de realización es
preferible que la superficie expuesta externa del aislante sobre la
que se forma el segundo electrodo, (que es el estrato del agua),
sea rugosa, para acelerar la aparición de la condensación de rocío
y para aumentar la sensibilidad del sensor. Además dicha superficie
rugosa elimina la influencia de la contaminación por las sales
sobre la sensibilidad del sensor, puesto que sólo un estrato de agua
esencialmente continuo (no gotas de agua solas que no constituyen
un estrato continuo) forma la segunda estructura del electrodo.
La sensibilidad del sensor de rocío puede ser
cambiada variando la rugosidad de la superficie aislante externa,
sobre la que el agua se condensa. Por ejemplo, se pueden usar
diferentes aislantes despegables con distintas rugosidades.
La sensibilidad del sensor de rocío puede
también ser cambiada cambiando la emisión infrarroja de la
superficie exterior aislante, por ejemplo cambiando el material,
color o rugosidad de la superficie.
La influencia de la contaminación por las sales
puede ser eliminada usando una red (hecha de material conductor o
aislante) El circuito de medición mide la resistencia entre dos o
más guías que conectan el circuito a los segundos y los primeros
electrodos, cuando se presenta el estrato de agua formando el
primer electrodo. La resistencia se usa como un calibre para la
contaminación del sensor por las sales.
Se puede usar una tarjeta de circuito impreso,
por ejemplo de 0,5 mm de espesor y un área de 59 X 54 mm para la
realización del sensor.
A continuación se describirá con mayor detalle
la presente invención haciendo referencia a algunos dibujos y
ejemplos no limitativos.
Fig. 1 muestra un sensor capacitivo de rocío
conforme a la primera forma de realización de la invención; y
Fig. 2 muestra una representación esquemática
del circuito eléctrico de la Fig. 1.
La Fig. 1 muestra un sensor capacitivo de rocío
106 según la primera forma de realización de la invención. El
sensor incluye un aislante 107, una primera estructura del
etectrodo 108 aislada de la atmósfera ambiente por una capa
protectora tal como laca, capa protectora que no permite la
penetración de humedad y electrolitos a través de ella. El sensor
comprende una segunda estructura del electrodo 109 formada por un
estrato de agua que se condensa sobre la superficie expuesta
externa del aislante 107. El agua es conductora debido al hecho de
que contiene sales que están presentes de forma natural en el aire.
El sensor es conectado al circuito de medición (no mostrado) por
cables 110 y 111. Cuando el agua está presente como se muestra en
la Fig. 1, se forma el electrodo 109, y como resultado la
capacitancia cambia ligeramente de 0,1 a 160 picofaradios y dicho
cambio en capacitancia puede ser medido. Como alternativa, es
posible añadir una red que cubra las superficies exteriores del
aislante 107 para reducir el efecto de las sales en suspensión en el
aire en la sensibilidad del sensor.
La Fig. 2 ilustra el circuito equivalente
esquemático del sensor capacitivo creado por la primera estructura
del electrodo 108' con área constante y la segunda estructura del
electrodo 109' creada por el estrato de agua, con área variable
donde 110' y 111' son la conexión de cables al circuito de medición
(no
mostrado).
mostrado).
Claims (4)
1. Sensor capacitivo de rocío (106) que
comprende:
- -
- un aislante (107) que tiene una primera superficie y una segunda superficie expuesta externa, con una placa conductora (108), formando un primer electrodo, montado sobre dicha primera superficie, dicha placa conductora estando separada del medio ambiente por un revestimiento que no permite la penetración de humedad y electrolitos a través de él.
- -
- cables (110,111) para conectar dicho sensor a un circuito de medición, de tal manera que permita a dicho circuito medir la capacitancia entre dicha placa conductora y un estrato de agua continuo (109) que se puede formar como un segundo electrodo en dicha segunda superficie de dicho aislante por condensación de agua sobre la misma.
2. Sensor capacitivo de rocío según la
reivindicación 1, donde dicha segunda superficie del aislante es
rugosa.
3. Sensor capacitivo de rocío según la
reivindicación 1, donde un material absorbente es montado en dicha
segunda superficie del aislante, acelerando con ello la aparición
de la condensación de rocío y aumentando la sensibilidad del
sensor.
4. Sensor capacitivo de rocío según la
reivindicación 3, que comprende además una red montada sobre dicha
segunda superficie del aislante.
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