Überwachung von Umgebungen mit digitalen Feuchtigkeitssensoren

Ob es darum geht, Spurengasmessungen zu sammeln, eine ideale Umgebung für empfindliche chemische Reaktionen zu schaffen oder eine Rückkopplungsschleife für ein System in einer rauen Umgebung zu konfigurieren, ein Feuchtigkeitssensor wird eine entscheidende Rolle in Ihrem System spielen. Digitale und analoge Feuchtigkeitssensoren sind verfügbar, obwohl digitale Feuchtigkeitssensoren die Kommunikation mit jedem digitalen Elektroniksystem vereinfachen.

Heutzutage werden die meisten Feuchtigkeitssensoren mit einem Drucksensor, Temperatursensor oder beidem kombiniert. Einige Feuchtigkeitssensoren werden sogar mit Gassensoren für atmosphärische Messungen kombiniert, da die Anwesenheit von Wasserdampf als Katalysator in bestimmten atmosphärischen chemischen Reaktionen wirkt. Dies gibt Systemdesignern erhebliche Flexibilität, um ihr System an verschiedene Umgebungen anzupassen, in denen die Gasüberwachung ein echtes Anliegen ist.

Digitale Feuchtigkeits- und Kombisensoren gibt es in einer Vielzahl von Formfaktoren für unterschiedliche Anwendungen. Wenn Sie ein abgeschlossenes Umweltsystem bauen, können Sie eine Temperatursonde verwenden, die sich außerhalb Ihrer Umweltkammer mit einer PCB oder einem DAQ-Modul verbindet. Alternativ sind diese Sensoren als ICs verfügbar, die direkt auf einer benutzerdefinierten PCB oder einem Evaluierungsboard platziert werden können.

Reaktion und Signalausgabe

Digital verpackte Feuchtigkeitssensoren auf ICs sind im Allgemeinen genau innerhalb von 3% relativer Feuchtigkeit, obwohl dieser Genauigkeitsbereich bei sehr hohen oder niedrigen Temperaturen um 1-2% zunehmen kann. Wenn Sie extrem genaue, analytische Messungen benötigen, wäre es ratsam, einen Sondentyp-Feuchtigkeitssensor zu verwenden. Diese Sensoren können eine längere Reaktionszeit haben, da sie intern eine große Anzahl von Messungen durchführen, um eine stabile Feuchtigkeitsmessung zu liefern.

Die einfachsten Feuchtigkeitssensoren geben ein analoges Signal aus, das mit einem ADC gelesen werden kann, oder ein digitales Signal, das von einem internen ADC ausgegeben wird. Wenn Sie eine Schnittstelle mit einem Mikrocontroller benötigen, senden viele Feuchtigkeitssensor-ICs Daten über I2C oder SPI. Die Möglichkeit, SPI zu verwenden, ermöglicht es, diese Geräte leicht in Sensornetzwerke zu integrieren und Adresskollisionen zu vermeiden.

Ein Satz von Feuchtigkeits-, Gas-, Positions- und CO2-Sensoren

Zu berücksichtigende Parameter bei der Auswahl eines Feuchtigkeitssensors

Umweltsensoren müssen möglicherweise an Orte gehen, an die andere elektronische Systeme sich nie wagen würden. Daher müssen Sie Probleme wie Betriebstemperatur und -druck berücksichtigen. Feuchtigkeits- und kombinierte Feuchtigkeits-/Temperatursensoren, die als ICs verpackt und auf PCBs platziert werden, sollten in Verpackungen platziert werden, die Kondensation auf empfindlichen Bereichen der Platine verhindern, insbesondere wenn dieser Sensor in extrem feuchten Umgebungen verwendet wird.

Ein weiteres Problem ist die Anwesenheit von korrosiven Gasen in der Testumgebung. Einige Umgebungen enthalten korrosive Gase, und Wasser kann als Katalysator für Korrosion an Metallkomponenten wirken. Wenn dies der Fall ist, möchten Sie vielleicht einen Sondentyp-Feuchtigkeitssensor verwenden, anstatt einen IC auf einer PCB zu platzieren, da es einfacher ist, die Sonde vom Controller-Board oder DAQ-Modul zu isolieren.

Wenn Sie ein System aufbauen, das mit mehreren elektronischen Komponenten oder Sensoren arbeitet, ist der richtige sondentypische digitale Feuchtigkeitssensor einfacher mit LabVIEW zu integrieren, da er keinen separaten Mikrocontroller zur Datenverarbeitung benötigt. Der Ausgang dieser Sensoren ist im Allgemeinen nur eine Gleichspannung von einem ADC mit einer linearen Antwort über den spezifischen Feuchtigkeitsbereich, was eine einfache Umwandlung zwischen dem Ausgangssignal und dem tatsächlichen Feuchtigkeitswert ermöglicht.

Sensiron, SHTC1

Der SHTC1 ist ein kombinierter Feuchtigkeits-/Temperatursensor, der als oberflächenmontierter IC mit einem kompakten Fußabdruck verpackt kommt. Obwohl er nicht die richtige Wahl für extrem genaue Feuchtigkeitsmessungen ist, ist sein Preis niedrig genug, dass er in Verbraucheranwendungen mit hohem Volumen erscheinen kann. Dieser Sensor unterstützt schnelle I2C-Digitalkommunikation mit bis zu 400 kHz SCL-Taktfrequenz. Stellen Sie sicher, dass Sie die Stromversorgungs- und Massepins mit einem 100 nF Kondensator entkoppeln. Sensiron verkauft auch ein Evaluierungsboard für diese Komponente.

Der SHTC1...ist streng darauf ausgelegt, herkömmliche Grenzen hinsichtlich Größe, Stromverbrauch und Preis-Leistungs-Verhältnis zu überwinden, um aktuellen und zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden. Sensirions CMOSens^®-Technologie bietet ein komplettes Sensorsystem auf einem einzigen Chip, bestehend aus einem kapazitiven Feuchtigkeitssensor, einem Bandabstand-Temperatursensor, analoger und digitaler Signalverarbeitung, A/D-Wandler, Kalibrierdatenspeicher und einer digitalen Kommunikationsschnittstelle, die den I2C-Fast-Modus unterstützt.

Typisches Anwendungsschaltbild von Seite 6 des Sensiron SHTC1 Datenblatts

Texas Instruments, HDC1080

Der HDC1080 bietet hochgenaue Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen mit geringem Stromverbrauch in einem 6-Pin-IC-Paket. Wenn der Stromverbrauch in Ihrem System ein Anliegen ist, wird dieser Sensor im aktiven Modus etwa 100 uA und im Schlafmodus von 100 bis 200 nA verbrauchen. Mit 8, 11 oder 14-Bit serieller Kommunikation über I2C bietet dieser Sensor hochauflösende Messungen. Es besteht jedoch ein Risiko von Adresskollisionen, wenn dieser Sensor in ein großes Netzwerk integriert wird.

Eines der Hauptmerkmale des HDC1080 ist sein geringer Stromverbrauch, der das Gerät für Anwendungen mit Batterien oder Energieernte geeignet macht. In diesen Anwendungen verbringt der HDC1080 die meiste Zeit im Schlafmodus: Mit einem typischen Stromverbrauch von 100nA im Schlafmodus ist der durchschnittliche Stromverbrauch minimal. Sein geringer Verbrauch im Messmodus minimiert jegliche Eigenerwärmung.

Gefunden auf Seite 9 des HDC1080 Datenblatts

Adafruit Industries, BME680

Ein äußerst vielseitiger Kombinationssensor ist der Adafruit BME680, der Feuchtigkeit, Temperatur, VOC-Gase und barometrischen Druck auf einer einzigen Platine vereint. Diese Platine verfügt über eingebaute I2C- und SPI-Kommunikationsoptionen, eine kleine Bauform und kann an jeden Mikrocontroller, einschließlich Arduino, angeschlossen werden. Sie können die I2C-Kommunikation bis zu 3,4 MHz oder SPI (3 oder 4 Draht) bis zu 10 MHz nutzen, um Adresskollisionen in Systemen mit einer großen Anzahl von Sensoren zu vermeiden.

Adafruit hat es einfach gemacht, diese Platine in Python oder mit dem CircuitPython BME680 Modul zu steuern. Dieses Modul ermöglicht es Ihnen, einfach Python-Code zu schreiben, der die Feuchtigkeit, Temperatur, VOC-Konzentration und den Druck vom Sensor liest. Sie können sogar Druckmessungen verwenden, um die Höhe durch Vergleich des gemessenen Drucks mit dem auf Meereshöhe zu berechnen. Dieser Sensor kann mit jedem CircuitPython-Mikrocontroller-Board verwendet werden.

Der BME680...enthält einen kleinen MOX-Sensor. Der beheizte Metalloxid ändert den Widerstand basierend auf den flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in der Luft, sodass er zur Erkennung von Gasen & Alkoholen wie Ethanol, Alkohol und Kohlenmonoxid und zur Durchführung von Luftqualitätsmessungen verwendet werden kann. Beachten Sie, dass er Ihnen einen Widerstandswert liefert, mit dem Gesamtgehalt an VOC, er kann jedoch keine Gase oder Alkohole differenzieren.

Gefunden auf Seite 16 des Datenblatts 2652

Die Verwendung eines digitalen Feuchtigkeitssensors, der mit anderen Funktionen kombiniert ist, kann genaue Temperatur- und Gasmessungen mit einem minimalen Platzbedarf liefern. Egal, ob Sie einen kleinen digitalen Sensor auf einem Breakout-Board einbauen möchten oder einen Umweltsonden verwenden möchten, der viele Messungen mit einem einzigen Paket bietet, Sie werden auf Octopart viele Optionen finden.

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