Interface mot fuktsensor

[Fearsome]

Tänkte använda en kapacitiv fuktsensor SMTHS07 från Smartec (Elfa: 73-087-49). Till mitt förfogande på kortet har jag en PIC 16F690 och vill givetvis använda så lite komponenter utöver denna. Så frågan är då hur man bäst mäter kapacitans mha denna PIC. Det man kan göra är väl att mäta upp- eller urladdningstiden, dvs RC-konstanten, eller att mäta impedansen. Den förra metoden tycker jag verkar enklast och det finns diverse exempel att hitta där 555:or används. Nu kan väl PIC:en utföra det som 555:an gör men det är smidigt att få en fin puls för PIC:en att mäta på. Att mäta impedansen har nackdelen att en sinusoid måste genereras men det går eventuellt med 16F690:ans PWM-utgång, även om det krävs en del filtrering efteråt. Men man kan dock tänka sig att noggranheten kan bli ganska hög om sinusoiden har låg distortion och t.ex. en brygga används. Men det öppnar ju för en hel del andra problem...

I vilket fall, har någon använt denna fuktsensor och kan dela med sig av praktiska erfarenheter? Eller synpunkter på hur man bäst mäter kapacitans?

Sensorn har en känslighet på 0.6 pF/%RH och kapacitansen ligger typiskt på 330 pF för 55% RH.

[danielr112]

1. ladda upp kondensatorn.
2. ta tiden det tar innan kondensatorns spänning har sjunkit under en viss nivå
3. beräkna


Svårare än så är det inte med tanke på att du har en uC

[björn]

Om du vill göra på det viset du tänkt kan du snegla på databladet till HS1101 Humidity Sensor där det finns ett schema som använder sig av en 555a. Den givaren kanske kan vara ett alternativ med? jag har inte jämfört med den elfa säljer men jag har planer på att använda HS1101 som kostar 56,25 hos lawicel.

[Fearsome]

HS1101 verkar intressant. Främst för mindre temperaturberoende och bättre dokumentation än SMTHS07. Dock är känsligheten lägre. Även om variationen för den nominella kapacitansen vid 55% RH är lägre för HS1101 än SMTHS07 så är den ändå så hög att kalibrering behövs, tycker jag. Så då kanske det kvittar.

På lawicels hemsida fanns även en PDF med en beskrivning på en väldigt enkel RC-mätning mha av uC.

Både HS1101 och SMTHS07 verkar ha ett fel på +-2% RH. SMTHS07 anger dock detta felet som en avvikelse från en rent linjär kurva, medan jag antar att det motsvarande fel för HS1101 är i förhållande till det polynom som anges i databladet. Så beräkningen luftfuktigheten blir betydligt enklare för SMTHS07 då man måste invertera ett polynom för HS1101. Detta görs väl enklast mha en tabelluppslagning, men ändå.

Till felet ovan kommer en offset pga onogrann kalibrering. Frågan är hur nogrann man kan få kalibreringen? Det felet kanske är försummbart? Jag har ingen aning.

Jag spånar mest här, feedback skulle uppskattas.

Björn, hur hade du tänkt mäta kapacitansen? Har du räknat på vilken nogrannhet du tror dig få?

[björn]

Jag har inte planerat hur jag skall göra ännu, i min aplikation är det dock inte så höga krav på att det skall vara verklig fuktighet utan det spelar mindre roll om mätaren säger 30% eller 35%. Det är dock ganska viktigt att det är hyffsat linjärt och repeterbart.

Min tanke är att ha givarna på kallvinden(?) för att ha lite koll på ifall fuktigheten stiger.

[Fearsome]

Jo, om du inte är intresserad av det absoluta värdet så kan du ju skippa kalibrering. Du måste dock fortfarande kompensera för temperaturen. Antar att du menar sensorns kapacitans när du skriver att "den" ska vara hyffsat linjär och det är den för HS1101, men bara upp till c:a 70% RH.

Har nu läst på lite mer om fuktsensorer och det verkar vara den svåraste av alla sensor att få hög noggranhet på. Se här för en förklaring varför.

Kalibrering kan göras genom att lösa salter i vatten i ett tillslutet kärl och sätta sensorn däri. Jag vet inte hur tillgängliga salterna är de nämner men NaCl borde inte vara några problem. Om man vill använda 100% RH som kalibreringspunkt så kan man sätta sensorn i ett kylskåp där det tydligen alltid skall vara 100% RH. Man kan även helt enkelt sätta sensorn i ett tillslutet kärl med vatten i. Där skall det, när jämvikt har uppnåtts, alltid bli 100% RH.

[björn]

Mm, det är efter vad jag hört tidigare också det svåraste att mäta. Jag vill även mäta temperturen på dom ställena som RH skall mätas så jag kommer nog att göra den korrigeringen i mjukvaran.

Har man riktigt låga krav så kan man göra såhär med.

[Fearsome]

Om man vill använda 100% RH som kalibreringspunkt så kan man sätta sensorn i ett kylskåp där det tydligen alltid skall vara 100% RH.

Detta kan inte stämma, i alla fall inte för mitt kylskåp. Synd att de inte skriver varför det skulle vara så. Visserligen anger de att detta skulle gälla för en "frigidaire" men det antar jag enbart är ett varumärke och är ekvivalent med kylskåp.

[idiotdea]

Ett svar på varför det är (om det är?) 100% RH i ett kylskåp. Vid vanliga inomhusförhållanden (?) är temperaturen 20°C och RH 70 %. Ur ett psychrometric chart kan man läsa att luften vid nämnda förhållande innehåller ca. 0,01 kg vatten per kg luft. Då temperaturen sänks till 5°C kan luften endast innehålla 0,0055 kg vatten per kg luft. Resterande vatten kondenseras alltså och RH blir 100%.

Inga garantier ges för att ovanstående resonemang stämmer

[4kTRB]

Sensirion har en sensor med digital utgång vilket borde underlätta.

http://www.sensirion.com/

[Fearsome]

Jo, jag har tittat längtansfullt på den sensorn. Men jag har bara hittat den på Farnell och då för det ganska höga priset 270 kr. Jag antar att det är ex moms också eftersom jag läste någonstans att Farnell bara handlade med företagskunder. Så jag kan nog inte ens beställa den därifrån om jag hade velat.

[xxargs]

Exakt 100% Rh är väldigt svår att få till säkert, 97 -99% brukar man ange även om sensorn är invirad i blöt trasa och det beror på att man har någon temperaturskillnad någonstans och gör att sensorn inte är just på den fläcken där det just är 100% Rh.

25 grader kan hålla 23.075 mg/L luft, 24 grader kan hålla 21.806 mg/L vilket ger att det skiljer sig 1.269 mg/L på en enda grad skillnad, vilket ger ungefär 5.5% fel Rh om det mäts 1 grad fel eller ångtrycket är motsvarande 1 grad lägre än vad man tror i mätningen för att det råkade finnas något kallare fläck i mätkammaren som hela tiden suger ånga och håller ned ångtrycket... att mäta precis 100% Rh är väldigt svårt.

fuktad ren koksalt ger 75.3 % Rh och rör sig väldigt lite med temperaturen - sedan finns det andra salter för andra fixpunkter. Går sensorn ända till 0% så ger vakumsugning till 0.25 mBar absolutryck motsvarande 1% Rh vid 25 grader (vilket motsvarar ångtrycket över is vid -33 grader C), skall man ned till 0.1 %Rh så behöver man vakum ned till 0.0238 mBar och motsvarar ångtryck över is vid -54 grader C.

en variant man kan prova för nära 0% Rh är att torka silikagel i ca 200 grader i ugn ett antal timmar (har man möjlighet att vakumsuga det samtidigt under hettan - desto bättre) - hälla det hett i en uppvärmd glasburk och tät plåtlock på och sedan låta det svalna till rumstemperatur.

denna silikagel är synnerligen hungrig på vattenånga och dess Rh är väldigt nära 0% Rh och kan användas för 'noll-punkt'-kalibrering.

(tar man en näve sådan torr silikagel och håller den en stund så ser man hur huden vitnar av torka och blir stel och kan tom. spricka om man öppnar näven för snabbt - inget att rekommendera för er som har känslig hud)

[Fearsome]

Tack, det var bra info.

Kanske ska lägga ner det här med fuktsensor, det blir mer och mer komplicerat... Förhoppningen var ju att få till något som kunde leverera med den noggrannhet som sensorn har men det verkar snarare vara kalibreringen som begränsar.

[xxargs]

Det är alltid kalibreringen som begränsar.

Bygger man själv eller har köpta fuktmetrar så måste man kunna kontrollera/kalibrera dessa då och då - det kan hamna saker på ytorna som gör att det driver iväg och det är inte så himla svårt att göra en hyffsad rimlighetskontroll/kalibrering hemma i köket.

koksalt eller hellre renare diskmaskinsalt + batterivatten är lätt att skaffa hem för 75.3% Rh referensen, och för 0-1% Rh referensen är det inte så himla svårt heller med ungstorkad silikagel. - när det gäller silikagel så föredrar jag det som man köper som kattsand (vitt och lätt silikagelkross) än sådan som kommer i påsar med elektroniska apparater då det sistnämda gärna blir kolsvarta och ickefungerande vid 170 - 230 grader ungstorkning för att de har en massa påsprejat skit på sig och plasttygpåsen mörknar och tom. koksar, medans ren silikagel som kattsand har ingen problem med dessa temperaturer.

för sensorer som bottnar vid mellan 15-20% så är kalibreringen knepigare och man måste hitta en kalibrerings-salt som ligger lite över 20% Rh.

---

(tog bort en rad om sensorn som redan avhandlats ovan...)

HIH4000 som köps på Elfa är linjär 0-100% men har analog utgång. Värdet på databladet stämmer tyvärr inte med exemplaren jag fick utan ger generellt lägre värde - dock var det exakt samma värde på dom två exemplaren jag köpte vid olika tillfällen (förmodligen från samma rulle).

det skall tydligen finnas kalibrerade varianter på HIH4000 (med tillägget -3 och -4, men dom finns inte på Elfa)

mina värden var då vid 4.99 Volt matning och lastimpedans 100 kOhm:

0.711 volt i burk med lock med 200 grader C i ugn och vakum torkad torkmedel (silicagel), approx 0.5%RH eller lägre
1.910 volt i rummet approx. 41% Rh enligt biltema term/hygrometer
2.880 volt i fuktad koksalt i plastpåse approx. 75.3 % Rh ( biltemamätaren visade 75% som låg inne i påsen samtidigt och det var innan jag upptäckte hur mycket fukt som faktiskt läcker igenom plastpåsar... skall man göra om det så är det glasburk med plåtlock som gäller)
3.68 Volt i blöt hushållspapper i plastpåse. approx. 97 - 99% RH.

utspänningen fungerar som en kvot av inspänningen, så man måste ha stabil spänningsmatning.

Dom flesta elektroniska hygrometrarna inklusive denna visar helt orimliga värden om det börja sätta av imma/vätskeyta av vatten på dess yta, får man olja eller annan beläggning så blir det trög som sjuttsingen i reaktion - och även förskjutning av Rh, speciellt om oljan i sig är hygroskopisk (läs bromsolja etc.)

---

Saltkalibrering med destillerat vatten, pro analysis-kvalitet på salter, 12 timmar utjämningstid i glasbehållare och stabil och jämn omgivningstemperatur:

Fuktad koksalt - NaCl ger 75.6 % Rh vid 15 C, 75.5 % Rh vid 20 C 75.3 % Rh 25 grader. Osäkerhet +/- 0.2 - 0.1 % Rh

Fuktad magnesiumklorid MgCl2 ger 33.3 % Rh vid 15 C, 33.1 % Rh vid 20 C, 32.8 % Rh vid 25 grader C, Osäkerhet +/- 0.2 % Rh

i våta ändan:

kaliumnitrat KNO3 95.4 % Rh vid 15 C, 94.6 % Rh vid 20 C, 93.6 % Rh vid 25 grader. Osäkerhet +/- 1.0 - 0.6 % Rh

i torra ändan:

lithiumklorid 11.3 % Rh vid 15 grader, 11.3 % Rh vid 20 grader, 11.3 % Rh vid 25 grader. Osäkerhet +/- 0.3 - 0.4 % Rh.


ovanstående enligt ASTM E 104-85 och angiven osäkerheten minskar mot högre temperatur när fler värden anges.