Monitoraggio degli ambienti con sensori di umidità digitali

Sia che si tratti di raccogliere misurazioni di gas traccianti, creare un ambiente ideale per reazioni chimiche sensibili, o configurare un circuito di feedback per un sistema in un ambiente ostile, un sensore di umidità giocherà un ruolo critico nel tuo sistema. Sono disponibili sensori di umidità digitali e analogici, anche se i sensori di umidità digitali semplificano la comunicazione con qualsiasi sistema elettronico digitale.

Oggi, la maggior parte dei sensori di umidità sono combinati con un sensore di pressione, un sensore di temperatura, o entrambi. Alcuni sensori di umidità sono addirittura combinati con sensori di gas per misurazioni atmosferiche poiché la presenza di vapore acqueo agisce come catalizzatore in certe reazioni chimiche atmosferiche. Questo offre ai progettisti di sistemi una significativa flessibilità per adattare il loro sistema a diversi ambienti dove il monitoraggio dei gas è una reale preoccupazione.

I sensori di umidità digitali e combinati sono disponibili in una varietà di forme per diverse applicazioni. Se stai costruendo un sistema ambientale confinato, puoi utilizzare una sonda di temperatura che si collega a un PCB o modulo DAQ all'esterno della tua camera ambientale. In alternativa, questi sensori sono disponibili come IC che possono essere posizionati direttamente su un PCB personalizzato o su una scheda di valutazione.

Risposta e Uscita del Segnale

I sensori di umidità digitali integrati su IC sono generalmente accurati entro il 3% di umidità relativa, anche se questo intervallo di accuratezza può aumentare di 1-2% a temperature molto alte o molto basse. Se hai bisogno di misurazioni estremamente accurate, di grado analitico, ti consiglierei di utilizzare un sensore di umidità a sonda. Questi sensori possono avere un tempo di risposta più lungo poiché misurano internamente un gran numero di misurazioni per fornire una lettura dell'umidità stabile.

I sensori di umidità più semplici emetteranno un segnale analogico che può essere letto con un ADC, o un segnale digitale che viene emesso da un ADC interno. Se hai bisogno di interfacciarti con un microcontrollore, molti IC di sensori di umidità invieranno dati tramite I2C o SPI. L'opzione di utilizzare SPI permette a questi dispositivi di essere facilmente integrati in reti di sensori prevenendo collisioni di indirizzi.

Un insieme di sensori di umidità, gas, posizione e CO2

Parametri da Considerare nella Scelta di un Sensore di Umidità

I sensori ambientali possono dover andare in luoghi che altri sistemi elettronici non oserebbero mai. Come tale, dovrai considerare questioni come la temperatura e la pressione operative. I sensori di umidità e i sensori combinati umidità/temperatura confezionati come IC che sono posizionati su PCB dovrebbero essere collocati in imballaggi che prevengono la condensazione su aree sensibili della scheda, specialmente se questo sensore verrà utilizzato in ambienti estremamente umidi.

Un'altra questione è la presenza di gas corrosivi nell'ambiente di test. Alcuni ambienti conterranno gas corrosivi, e l'acqua può agire come catalizzatore per la corrosione su componenti metallici. Se questo è il caso, potresti voler utilizzare un sensore di umidità a sonda piuttosto che posizionare un IC su un PCB poiché è più facile isolare la sonda dalla scheda di controllo o dal modulo DAQ.

Se stai costruendo un sistema che opera con diversi componenti elettronici o sensori, il giusto sensore di umidità digitale a tipo sonda è più facile da integrare con LabVIEW poiché non richiede un microcontrollore separato per elaborare i dati. L'uscita da questi sensori è generalmente solo una tensione DC da un ADC con una risposta lineare nell'intervallo di umidità specifico, consentendo una facile conversione tra il segnale di uscita e il valore reale dell'umidità.

Sensiron, SHTC1

Il SHTC1 è un sensore combinato di umidità/temperatura fornito come IC montato in superficie con un ingombro compatto. Sebbene non sia la scelta giusta per misurazioni dell'umidità estremamente accurate, il suo prezzo è abbastanza basso da poter apparire in applicazioni consumer di alto volume. Questo sensore supporta una comunicazione digitale I2C veloce con una frequenza di clock SCL fino a 400 kHz. Assicurati di decouplare i pin di alimentazione e di terra con un condensatore da 100 nF. Sensiron vende anche una scheda di valutazione per questo componente.

Il SHTC1...è progettato specificamente per superare i limiti convenzionali in termini di dimensioni, consumo di energia e rapporto prestazioni/prezzo al fine di soddisfare le esigenze attuali e future. La tecnologia CMOSens^® di Sensirion offre un sistema sensore completo su un singolo chip, composto da un sensore di umidità capacitivo, un sensore di temperatura a bandgap, elaborazione del segnale analogico e digitale, convertitore A/D, memoria per i dati di calibrazione e un'interfaccia di comunicazione digitale che supporta la modalità I2C veloce.

Circuito di applicazione tipico dalla pagina 6 del datasheet di Sensiron SHTC1

Texas Instruments, HDC1080

Il HDC1080 fornisce misurazioni dell'umidità e della temperatura altamente accurate con un basso consumo energetico in un pacchetto IC a 6 pin. Se il consumo di energia nel tuo sistema è una preoccupazione, questo sensore funzionerà con circa 100 uA in modalità attiva e da 100 a 200 nA in modalità sleep. Con una comunicazione seriale da 8, 11 o 14 bit tramite I2C, questo sensore fornisce misurazioni ad alta risoluzione. Tuttavia, c'è il rischio di collisioni di indirizzi se questo sensore viene integrato in una grande rete.

Una delle caratteristiche chiave dell'HDC1080 è il suo basso consumo energetico, che rende il dispositivo adatto in applicazioni a batteria o di raccolta di energia. In queste applicazioni l'HDC1080 trascorre la maggior parte del tempo in modalità sleep: con un consumo tipico di 100nA in modalità sleep, il consumo medio di corrente è minimo. Il suo basso consumo in modalità di misurazione minimizza qualsiasi auto-riscaldamento.

Trovato a pagina 9 del datasheet di HDC1080

Adafruit Industries, BME680

Un sensore combinato estremamente versatile è l'Adafruit BME680, che combina la rilevazione di umidità, temperatura, gas VOC e pressione barometrica su un'unica scheda. Questa scheda ha integrato le opzioni di comunicazione I2C e SPI, è di piccole dimensioni e può essere collegata a qualsiasi microcontrollore, inclusi Arduino. Puoi utilizzare la comunicazione I2C fino a 3,4 MHz o SPI (a 3 o 4 fili) fino a 10 MHz per evitare collisioni di indirizzi in sistemi con un gran numero di sensori.

Adafruit ha reso semplice controllare questa scheda in Python o con il modulo CircuitPython BME680. Questo modulo ti permette di scrivere facilmente codice Python che legge l'umidità, la temperatura, la concentrazione di VOC e la pressione dal sensore. Puoi persino utilizzare le letture della pressione per calcolare l'altitudine confrontando la pressione misurata con quella a livello del mare. Questo sensore può essere utilizzato con qualsiasi scheda microcontrollore CircuitPython.

Il BME680...contiene un piccolo sensore MOX. L'ossido metallico riscaldato cambia resistenza in base ai composti organici volatili (VOC) presenti nell'aria, quindi può essere utilizzato per rilevare gas & alcoli come Etanolo, Alcool e Monossido di Carbonio ed eseguire misurazioni della qualità dell'aria. Nota che ti fornirà un valore di resistenza, con il contenuto complessivo di VOC, non può differenziare gas o alcoli.

Trovato a pagina 16 del datasheet 2652

Utilizzare un sensore di umidità digitale combinato con altre funzionalità può fornire misurazioni accurate di temperatura e gas con un ingombro minimo. Che tu stia incorporando un piccolo sensore digitale su una scheda breakout o che tu voglia utilizzare una sonda ambientale che fornisce molte misurazioni con un unico pacchetto, troverai molte opzioni su Octopart.

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