Rastreando Ambientes com Sensores Digitais de Umidade

Seja coletando medições de gases traço, criando um ambiente ideal para reações químicas sensíveis, ou configurando um loop de feedback para um sistema em um ambiente hostil, um sensor de umidade desempenhará um papel crítico no seu sistema. Sensores de umidade digitais e analógicos estão disponíveis, embora os sensores de umidade digitais simplifiquem a comunicação com qualquer sistema eletrônico digital.

Atualmente, a maioria dos sensores de umidade é combinada com um sensor de pressão, sensor de temperatura, ou ambos. Alguns sensores de umidade são até combinados com sensores de gás para medições atmosféricas, já que a presença de vapor de água atua como um catalisador em certas reações químicas atmosféricas. Isso dá aos projetistas de sistemas uma flexibilidade significativa para adaptar seu sistema a diferentes ambientes onde o monitoramento de gás é uma preocupação real.

Sensores de umidade digitais e combinados vêm em uma variedade de formatos para diferentes aplicações. Se você está construindo um sistema ambiental confinado, pode usar uma sonda de temperatura que se conecta a um PCB ou módulo DAQ fora da sua câmara ambiental. Alternativamente, esses sensores estão disponíveis como ICs que podem ser colocados diretamente em um PCB personalizado ou em uma placa de avaliação.

Resposta e Saída de Sinal

Sensores de umidade digitais embalados em ICs geralmente têm uma precisão de até 3% de umidade relativa, embora essa faixa de precisão possa aumentar em 1-2% em temperaturas muito altas ou baixas. Se você precisa de medições extremamente precisas, de grau analítico, seria aconselhável usar um sensor de umidade tipo sonda. Esses sensores podem ter um tempo de resposta mais longo, pois internamente medem um grande número de medições para fornecer uma leitura de umidade estável.

Os sensores de umidade mais simples emitirão um sinal analógico que pode ser lido com um ADC, ou um sinal digital que é emitido de um ADC interno. Se você precisa se conectar a um microcontrolador, muitos ICs de sensores de umidade enviarão dados via I2C ou SPI. A opção de usar SPI permite que esses dispositivos sejam facilmente integrados em redes de sensores enquanto previnem colisões de endereços.

Um conjunto de sensores de umidade, gás, posição e CO2

Parâmetros a Considerar ao Escolher um Sensor de Umidade

Sensores ambientais podem precisar ir a lugares que outros sistemas eletrônicos jamais ousariam. Como tal, você precisará considerar questões como temperatura e pressão operacionais. Sensores de umidade e sensores combinados de umidade/temperatura embalados como ICs que são colocados em PCBs devem ser colocados em embalagens que previnam a condensação em áreas sensíveis da placa, especialmente se esse sensor for usado em ambientes extremamente úmidos.

Outra questão é a presença de gases corrosivos no ambiente de teste. Alguns ambientes conterão gases corrosivos, e a água pode atuar como um catalisador para a corrosão em componentes metálicos. Se esse for o caso, você pode querer usar um sensor de umidade tipo sonda em vez de colocar um IC em um PCB, pois é mais fácil isolar a sonda da placa controladora ou módulo DAQ.

Se você está construindo um sistema que opera com vários componentes eletrônicos ou sensores, o sensor digital de umidade do tipo sonda certo é mais fácil de integrar com o LabVIEW, pois não requer um microcontrolador separado para processar dados. A saída desses sensores é geralmente apenas uma tensão DC de um ADC com uma resposta linear sobre a faixa de umidade específica, permitindo uma conversão fácil entre o sinal de saída e o valor real da umidade.

Sensiron, SHTC1

O SHTC1 é um sensor combinado de umidade/temperatura que vem embalado como um CI montado na superfície com uma pegada compacta. Embora não seja a escolha certa para medições de umidade extremamente precisas, seu preço é baixo o suficiente para que possa aparecer em aplicações de consumo em grande volume. Este sensor suporta comunicação digital I2C rápida com até 400 kHz de frequência de relógio SCL. Certifique-se de desacoplar os pinos de alimentação e terra com um capacitor de 100 nF. A Sensiron também vende uma placa de avaliação para este componente.

O SHTC1...é estritamente projetado para superar os limites convencionais de tamanho, consumo de energia e relação desempenho/preço, a fim de atender aos requisitos atuais e futuros. A tecnologia CMOSens^® da Sensirion oferece um sistema de sensor completo em um único chip, consistindo de um sensor de umidade capacitivo, um sensor de temperatura de banda de energia, processamento de sinal analógico e digital, conversor A/D, memória de dados de calibração e uma interface de comunicação digital que suporta o modo rápido I2C.

Circuito de aplicação típico da página 6 do datasheet do Sensiron SHTC1

Texas Instruments, HDC1080

O HDC1080 fornece medições de umidade e temperatura altamente precisas com baixo consumo de energia em um pacote de CI de 6 pinos. Se o consumo de energia no seu sistema é uma preocupação, este sensor funcionará com cerca de 100 uA enquanto ativo e de 100 a 200 nA no modo de espera. Com comunicação serial de 8, 11 ou 14 bits via I2C, este sensor fornece medições de alta resolução. No entanto, há um risco de colisões de endereço se este sensor for integrado em uma grande rede.

Uma das principais características do HDC1080 é seu baixo consumo de energia, o que torna o dispositivo adequado em aplicações de bateria ou de colheita de energia. Nestas aplicações, o HDC1080 passa a maior parte do tempo no modo de espera: com um consumo típico de corrente de 100nA no modo de espera, o consumo médio de corrente é mínimo. Seu baixo consumo no modo de medição minimiza qualquer autoaquecimento.

Encontrado na página 9 do datasheet do HDC1080

Adafruit Industries, BME680

Um sensor combinado extremamente versátil é o Adafruit BME680, que combina medições de umidade, temperatura, gases VOC e pressão barométrica em uma única placa. Esta placa possui opções de comunicação I2C e SPI integradas, fator de forma pequeno e pode ser conectada a qualquer microcontrolador, incluindo Arduino. Você pode usar a comunicação I2C de até 3,4 MHz ou SPI (3 ou 4 fios) de até 10 MHz para evitar colisões de endereço em sistemas com um grande número de sensores.

A Adafruit facilitou o controle desta placa em Python ou com o módulo CircuitPython BME680. Este módulo permite que você escreva facilmente código Python que lê a umidade, temperatura, concentração de VOC e pressão do sensor. Você pode até usar leituras de pressão para calcular a altitude comparando a pressão medida com a ao nível do mar. Este sensor pode ser usado com qualquer placa de microcontrolador CircuitPython.

O BME680...contém um pequeno sensor MOX. O óxido metálico aquecido muda de resistência com base nos compostos orgânicos voláteis (VOC) no ar, portanto, pode ser usado para detectar gases e álcoois como Etanol, Álcool e Monóxido de Carbono e realizar medições de qualidade do ar. Note que ele fornecerá um valor de resistência, com o conteúdo geral de VOC, ele não pode diferenciar gases ou álcoois.

Encontrado na página 16 da ficha técnica 2652

Usar um sensor digital de umidade que é combinado com outras funcionalidades pode fornecer medições precisas de temperatura e gases com uma pegada mínima. Seja incorporando um pequeno sensor digital em uma placa de expansão ou querendo usar uma sonda ambiental que fornece muitas medições com um único pacote, você encontrará muitas opções na Octopart.

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