Влажность

Пожалуй самой большой проблемой, с которой сталкиваются начинающие микологи, является контроль влажности воздуха. Попробую ответить на вопросы "как делать нельзя и почему", а так же рассмотреть возможности решения этой задачи.

Оглавление:

1. Почему нельзя использовать бытовые гигрометры
2. Правильные способы измерения влажности
3. Самодельный электронный психрометр
4. Гигрометр на Ардуино и BME280

----------------- Глава 1 --------------------

Почему нельзя использовать бытовые гигрометры

У многих дома есть так называемые метеостанции с встроенными либо выносными датчиками влажности, которые выглядят как-то так:

... или иначе. Не играет роли. В большинстве таких устройств использован датчик влажности резистивного типа. Его особенностью является очень низкая стоимость, низкая точность, и что самое главное - относительно корректная работа только в диапазоне 30...70% влажности. При работе в среде с влажностью 90...100% и возможностью выпадения конденсата на поверхности датчика - он очень быстро выходит из строя и начинает транслировать завышенные показания (обычно прибор значительно завышает реальные значения влажности, часто показывая постоянно 99%). К чему может привести такая дезинформация - очевидно. Конечно Вы можете сказать - "я купил дорогой прибор, там наверное использован другой датчик влажности!". Возможно да. А возможно и нет. Рисковать или нет - решать Вам. Но лично я знаю буквально несколько единиц устройств (из тысяч) которые используют подходящие для наших целей датчики. И это устройства совершенно иной ценовой категории и класса использования. В связи с этим я не рекомендую использование бытовых гигрометров в микологии.

----------------- Глава 2 --------------------

Правильные способы измерения влажности

Для измерения относительной влажности воздуха в верхнем диапазоне (80...100%) используются свои спецефические методы. Я не буду углубляться в рамках этой статьи в методы и их обоснования, просто приведу примеры, которые Вы можете использовать в своём хобби.

Психрометр

Самый простой способ - это психрометрия. Основан он на измерении разницы температуры "сухого" и "мокрого" термометров. Существуют таблицы и/или формулы для рассчета влажности по показаниям этих термометров. Проще всего купить готовый психрометр, он будет откалиброван и на корпусе прибора будет даже нанесена таблица пересчета температур во влажность Классический пример - психрометр ВИТ-2

звезд с неба не хватает, но будет намного надежнее, чем "китайский" гигрометр в метеостанции. Минусом типичных бытовых психрометров является "грубая" шкала (цена деления термометров 1С, реже 0.5С) а значит и грубые значения влажности. К тому же верхний диапазон таблицы ограничен максимумом 93% влажности, да еще и при определенной температуре "сухого" термометра. Вторым общим минусом всех не аспирационных психрометров является необходимость смачивания фитиля "мокрого" термометра. А это значит нужно следить за резервуаром с водой, нужно заливать дисциллированую воду, дезинфицировать, удалять соли с фитиля и прочий уход. Ну и размер играет порой важную роль. Эти ребята довольно большие ;). Частично минусы нивелируемы в самодельных психрометрах. О них я расскажу ниже в разделе самоделок.

Электронные датчики

Существует как минимум 4 типа датчиков влажности: резистивный, емкостной, термисторный, оптический. Ни один из них на самом деле не рассчитан на долгую и корректную работу в наших условиях. Но быстро умирают только резистивные датчики. Тем не менее оптические датчики самые точные и долговечные. Минусом их является цена (20$ и выше только за сам датчик). О времени жизни в наших условиях у меня нету данных. Термисторный должен быть отличной альтернативой психрометру, т.к. построен по такому же принципу, но непонятно как он работает в условиях практически неподвижного воздуха. Я лично такой тип датчиков не тестировал, если у Вас есть информация по использованию таких датчиков в условиях влажности 90...100% - пишите, дополню статью. И наконец емкостной. Он мало чем с виду отличается от резистивного, но он менее подвержен пагубному воздействию переувлажненного воздуха, есть данные о нормальной работе в течении 1-2 лет для датчика BME280 О нём и пойдет речь в разделе самоделок. Замечу только что при его цене (от 2$) он просто вне конкуренции, и кроме датчика собственно влажности имеет "на борту" датчик температуры, атмосферного давления и альтиметр.

----------------- Глава 3 --------------------

Самодельный электронный психрометр

Хочу сразу сказать - я не рассматриваю самодельные спиртовые психрометры т.к. все они имеют минусы, перечисленные во второй главе. В этой самоделке я постараюсь показать, что за 2-3$ и полчаса времени можно изготовить очень точный прибор, который к тому же будет меньше (компактнее) по габаритам ВИТ-2. Итак, нам потребуется 2шт электронных термометра с выносным датчиком с Алиэкспресс такого типа

Выбор пал именно на них по причине экстремально низкой цены (бывают от 1$ с бесплатной доставкой), возможности доработки (калибровки), очень долгого времени работы на 1 батарейке, широкий простор для DIY т.к. панель термометров удобно встраивается в копрус. Но самым главным плюсом конечно является разрешение шкалы - 0.1С. "Наш" диапазон измерения влажности лежит в пределах разницы температур 1-2 градуса, поэтому деление шкалы 0.5 и уж тем более 1.0 градус - это очень неудобно и не информативно. Итак, термометры куплены. Нужно их проверить. Крепко связываем датчики вместе ниткой, подвешиваем их в банке с водой комнатной температуры так, чтобы датчики не касались стенок банки и были по возможности по центру объёма воды... но, как и всё "китайское", они показывают разную температуру. В принципе ничего страшного в этом нету, можно просто приклеить к одному из них бумажку с погрешностью и в дальнейшем учитывать ее при подсчете разницы температур (дельты Т). Я так и делал первое время. Но если ваш внутренний перфекционист возмущен, зуд пятой точки силен, а рука привычна к паяльнику - можно их откалибровать.

Внимание! калибровка в силу технических решений этих экстримально дешевых поделок возможна только для работы в узком диапазоне. Для нас - приемлимо, но не стоит рассчитывать на то, что Т кипятка они будут показывать ровно 100С, а тающего льда ровно 0С. Этого не будет!

Калибровка производится подбором номинала "опорного" резистора, отмеченного на картинке ниже (впрочем в этом приборе всего 1 резистор, не ошибетесь :D), который по умолчанию равен 10 кОм. Для этого вместо него впаиваем последовательно 2 резистора - 9.1 кОм + переменный на 1.0 кОм. Вращением переменного резистора добиваемся одинаковых показаний обоих термометров (датчики так и находятся в банке с водой!), после чего измеряем сопротивление переменного резистора и заменяем его постоянным.

Если Вы ничего не поняли из вышенаписанного - не стоит его калибровать, просто пользуйтесь "бумажкой с поправкой"

Ну а дальше подбираем подходящую ёмкость для дисцилированной воды, материал для фитиля (я использовал отрезок "влажной салфетки", предварительно выстирав с мылом пропитку из неё) и собираем все это согласно правилам работы психрометра - фитиль должен быть 1 концом в ёмкости с водой а второй плотно прилегать к датчику "мокрого" термометра и при работе всегда должен быть увлажненным, высота "мокрого" датчика должна быть в пределах 3-5см от зеркала воды, датчик "сухого" термометра должен быть максимально рядом, но вне предела потока испарения влаги с зеркала воды или поверхности фитиля. Пример такого психрометра смотрим на фотках ниже.

Для более продвинутых "ДиАйВай-шиков" возможен вариант создания психрометра на основе Ардуины и двух датчиков DS18B20 На просторах интернета даже есть формулы для пересчета влажности, чтобы не смотреть в таблицы, а ардуина сама показывала результат на экране. Ну и собственно таблицы. Проще всего использовать онлайн калькуляторы. Они позволяют вводить значения температуры с десятыми и сотыми. Например этот. Ну а впоследствии Вы просто будете знать "зазор" разницы температур термометров, отвечающий "нужной" влажности и калькулятором будете пользоваться от случая к случаю ;)

----------------- Глава 4 --------------------

Гигрометр на Ардуино и BME280

Этот вариант стоит чуть дороже предыдущего и требует минимальных познаний в пайке и программировании Ардуины. Но хорош тем, что датчик миниатюрен, разместить его можно где угодно, не требует никакого ухода в отличии от психрометра, информативен (сразу показывает % влажности без всяких таблиц и калькуляторов), многофункционален (показывает влажность, температуру, а для тех кто хочет и немного понимает в скетчах - атмосферное давление и альтитуду). И самое главное - вы можете писать лог показаний на SD карту и потом анализировать полученную информацию на PC. Лог занимает мало места на карте - за сутки у меня размер файла не превышал 200 кб, т.е. можно спокойно целый месяц писать на карту лог и потом его просматривать (не рекомендую, т.к. при сбоях в питании файл будет утерян, желательно раз в сутки все таки его сбрасывать на комп)

Для сборки этого устройства понадобятся:

1) Датчик BME280 (не путать с BMP280! на вид они одинаковы, но последний стоит дешевле и он не умеет измерять влажность! т.е. для наших задач он бесполезен!). Версию 3.3В подключаем к 3.3В пину Ардуины, а версию 5В к 5В. Шина данных этого датчика толерантна к TTL уровням, потому работать будет любой. Цена на Алиэкспресс 2...2,5$

2) Ардуино. Я использовал Arduino NANO и под неё дам готовый скетч, если вы используете другую платформу - скетч нужно будет изменить в соответствии с нумерацией пинов Вашей ардуины. Это уже самостоятельно, меня спрашивать не нужно ;) Цена на Алиэкспресс 2...2,5$

3) Самый простой LCD дисплей 1602. Цена на Алиэкспресс 1...1,5$

4) SD шилд (модуль кардридера) для ардуино. Цена на Алиэкспресс ~1$ (можно сделать самостоятельно, гуглите если уверены в своих силах). Внимание! Если будете покупать готовый - выбирайте вариант с преобразователем уровня (с микросхемкой)! Иначе придется "допиливать на коленке" добавляя резистивные делители по логическим линиям данных.

5) Любая кнопка

6) Блок питания на 5В или павербанк.

Соединяем все по схеме: (если используемый датчик BME280 на напряжение 5В - то его так же подключаем к 5V пину ардуины вместо показанного на схеме 3.3V пина)

Переменный резистор 10 кОм служит для регулировки контраста дисплей. Если правильно собраная и прошитая моим скетчем схема "не показывает" - попробуйте покрутить переменный резистор до появления изображения на экране ;). Кнопка нужна для безопасного отключения девайса, а точнее для сохранения данных на карте. Если отключить питание в момент записи данных - файл будет поврежден, а данные утеряны. Поэтому сначала нажмите кнопку, ардуина перейдет в минутный режим ожидания (на дисплее увидите соответствующую надпись). В течении 60 секунд Вы можете спокойно отключить питание схемы, после чего безопасно извлечь карту. Внимание! Карта должна быть отформатирована в Фат16 (Фат32), файл с названием "data.csv" будет создан в корневом каталоге карты. При каждом включении программа проверяет - есть ли файл "data.csv" на карте, и если есть - удаляет его, после чего создает новый. Соответственно если Вы хотите сохранить уже накопленные данные - НЕ включайте ардуину до тех пор, пока не скинете данный на РС! Поскольку десятичные данные ардуино пишет через точку, а эксель для удобного построения графиков желает запятую - открываем файл в блокноте и делаем "поиск с заменой" всех точек на запятую. После чего сохраняем и открываем этот файл уже в экселе. Как строить графики учить не буду - гугл в помощь. Если Вам не нужно логгирование на карту - Вы можете вообще исключить кардридер из схемы без каких либо переделок. Так же можно убрать кнопку - надобность в ней отпадает без СД карты. Программа при включении проверяет доступность СД карты, и если ее нету после 10-ти секундной паузы работает просто на отображение текущих значений на дисплей.

В конечном итоге у Вас должно получится что-то в этом роде:

И вот такие графики

Скетч я отправлю следующим сообщением в канале. К скетчу в архив я так же положу нужные библиотеки для Arduino IDE - cactus_io_BME280_I2C.h и LiquidCrystal.h Hе забудте их скачать и установить в оболочку (Arduino IDE)