Rastreo de Entornos con Sensores Digitales de Humedad

Tanto si se trata de recoger mediciones de gases traza, crear un ambiente ideal para reacciones químicas sensibles, o configurar un bucle de retroalimentación para un sistema en un ambiente hostil, un sensor de humedad jugará un papel crítico en su sistema. Hay sensores de humedad digitales y analógicos disponibles, aunque los sensores de humedad digitales simplifican la comunicación con cualquier sistema electrónico digital.

Hoy en día, la mayoría de los sensores de humedad se combinan con un sensor de presión, un sensor de temperatura, o ambos. Algunos sensores de humedad incluso se combinan con sensores de gas para mediciones atmosféricas ya que la presencia de vapor de agua actúa como un catalizador en ciertas reacciones químicas atmosféricas. Esto ofrece a los diseñadores de sistemas una flexibilidad significativa para adaptar su sistema a diferentes ambientes donde la monitorización de gases es una preocupación real.

Los sensores de humedad digitales y combinados vienen en una variedad de formas para diferentes aplicaciones. Si estás construyendo un sistema ambiental confinado, puedes usar una sonda de temperatura que se conecta a un PCB o módulo DAQ fuera de tu cámara ambiental. Alternativamente, estos sensores están disponibles como ICs que pueden ser colocados directamente en un PCB personalizado o en una placa de evaluación.

Respuesta y Salida de Señal

Los sensores de humedad digitales empaquetados en ICs generalmente tienen una precisión dentro del 3% de humedad relativa, aunque este rango de precisión puede aumentar en 1-2% a temperaturas muy altas o bajas. Si necesitas mediciones de grado analítico extremadamente precisas, te aconsejaría usar un sensor de humedad tipo sonda. Estos sensores pueden tener un tiempo de respuesta más largo ya que internamente miden un gran número de mediciones para proporcionar una lectura de humedad estable.

Los sensores de humedad más simples emitirán una señal analógica que puede ser leída con un ADC, o una señal digital que es emitida desde un ADC interno. Si necesitas interfaz con un microcontrolador, muchos ICs de sensores de humedad enviarán datos vía I2C o SPI. La opción de usar SPI permite que estos dispositivos se integren fácilmente en redes de sensores mientras se previenen colisiones de direcciones.

Un conjunto de sensores de humedad, gas, posición y CO2

Parámetros a Considerar al Elegir un Sensor de Humedad

Los sensores ambientales pueden necesitar ir a lugares que otros sistemas electrónicos nunca se atreverían. Como tal, necesitarás considerar cuestiones como la temperatura y presión operativas. Los sensores de humedad y los combinados de humedad/temperatura empaquetados como ICs que se colocan en PCBs deben ser colocados en empaques que prevengan la condensación en áreas sensibles de la placa, especialmente si este sensor se va a usar en ambientes extremadamente húmedos.

Otro problema es la presencia de gases corrosivos en el ambiente de prueba. Algunos ambientes contendrán gases corrosivos, y el agua puede actuar como un catalizador para la corrosión en componentes metálicos. Si este es el caso, podrías querer usar un sensor de humedad tipo sonda en lugar de colocar un IC en un PCB ya que es más fácil aislar la sonda de la placa controladora o módulo DAQ.

Si estás construyendo un sistema que opera con varios componentes electrónicos o sensores, el sensor digital de humedad tipo sonda adecuado es más fácil de integrar con LabVIEW ya que no requiere un microcontrolador separado para procesar datos. La salida de estos sensores es generalmente solo un voltaje de CC de un ADC con una respuesta lineal sobre el rango específico de humedad, lo que permite una fácil conversión entre la señal de salida y el valor real de humedad.

Sensiron, SHTC1

El SHTC1 es un sensor combinado de humedad/temperatura que viene empaquetado como un CI montado en superficie con una huella compacta. Aunque no es la elección correcta para mediciones de humedad extremadamente precisas, su precio es lo suficientemente bajo como para que pueda aparecer en aplicaciones de consumo de alto volumen. Este sensor admite comunicación digital I2C rápida con una frecuencia de reloj SCL de hasta 400 kHz. Asegúrate de desacoplar los pines de alimentación y tierra con un capacitor de 100 nF. Sensiron también vende una placa de evaluación para este componente.

El SHTC1...está estrictamente diseñado para superar los límites convencionales de tamaño, consumo de energía y relación rendimiento-precio para satisfacer los requisitos actuales y futuros. La tecnología CMOSens^® de Sensirion ofrece un sistema de sensor completo en un solo chip, que consta de un sensor de humedad capacitivo, un sensor de temperatura de banda prohibida, procesamiento de señal analógico y digital, convertidor A/D, memoria de datos de calibración y una interfaz de comunicación digital que admite el modo rápido I2C.

Circuito de aplicación típico de la página 6 del datasheet de Sensiron SHTC1

Texas Instruments, HDC1080

El HDC1080 proporciona mediciones de humedad y temperatura altamente precisas con un bajo consumo de energía en un paquete de CI de 6 pines. Si el consumo de energía en tu sistema es una preocupación, este sensor funcionará con aproximadamente 100 uA mientras está activo y de 100 a 200 nA en modo de reposo. Con comunicación serial de 8, 11 o 14 bits a través de I2C, este sensor proporciona mediciones de alta resolución. Sin embargo, existe un riesgo de colisiones de direcciones si este sensor se integra en una red grande.

Una de las características clave del HDC1080 es su bajo consumo de energía, lo que hace que el dispositivo sea adecuado en aplicaciones de baterías o de recolección de energía. En estas aplicaciones, el HDC1080 pasa la mayor parte del tiempo en modo de reposo: con un consumo típico de corriente de 100nA en modo de reposo, el consumo promedio de corriente es mínimo. Su bajo consumo en modo de medición minimiza cualquier auto-calentamiento.

Encontrado en la página 9 del datasheet de HDC1080

Adafruit Industries, BME680

Un sensor combinado extremadamente versátil es el Adafruit BME680, que combina la detección de humedad, temperatura, gases VOC y presión barométrica en una sola placa. Esta placa tiene opciones de comunicación I2C y SPI incorporadas, un factor de forma pequeño y puede ser conectada a cualquier microcontrolador, incluido Arduino. Puedes usar la comunicación I2C hasta 3.4 MHz o SPI (de 3 o 4 cables) hasta 10 MHz para evitar colisiones de direcciones en sistemas con un gran número de sensores.

Adafruit ha facilitado el control de esta placa en Python o con el módulo CircuitPython BME680. Este módulo te permite escribir fácilmente código Python que lee la humedad, temperatura, concentración de VOC y presión del sensor. Incluso puedes usar las lecturas de presión para calcular la altitud comparando la presión medida con la del nivel del mar. Este sensor puede ser utilizado con cualquier placa de microcontrolador CircuitPython.

El BME680...contiene un pequeño sensor MOX. El óxido metálico calentado cambia de resistencia basado en los compuestos orgánicos volátiles (VOC) en el aire, por lo que puede ser utilizado para detectar gases y alcoholes como el Etanol, Alcohol y Monóxido de Carbono y realizar mediciones de la calidad del aire. Nota que te dará un valor de resistencia, con el contenido total de VOC, no puede diferenciar entre gases o alcoholes.

Encontrado en la página 16 de la hoja de datos 2652

Usar un sensor digital de humedad que se combina con otras características puede proporcionar mediciones precisas de temperatura y gases con una huella mínima. Ya sea que estés incorporando un pequeño sensor digital en una placa de desarrollo o quieras usar una sonda ambiental que proporciona muchas mediciones con un solo paquete, encontrarás muchas opciones en Octopart.

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