Resistiver Feuchtesensor
Ein ganz neuer Typ von Feuchtesensor ist kürzlich (?) aufgetaucht,
den ich bisher noch nicht kannte. Stichwort: Humidity resistance Module. Und auch eine "offizielle"
Auswerteschaltung habe ich bekommen können. Der Sensor arbeitet nicht
wie frühere Typen kapazitiv sondern resistiv. Zuerst habe
einen solchen Sensor im Franzis-Lernpaket Umwelt-Messtechnik gesehen, dann auch an anderer Stelle im Internet. Meist messen sie im Bereich
20% bis 90% relativer Luftfeuchte und ändern dabei ihren Widerstand
exponentiell zwischen rund 10 MOhm und 2 kOhm. Ähnliche Sensoren gibt
es auch bei Conrad. Dort findet man auch Datenblätter. Die folgende
Kurvenschar stammt aus dem Datenblatt zum Feuchtesensor HCZ-H8A(N) 20 - 90 % rF 0 - 60 °C
Laut
Datenblatt sollen die Sensoren mit Wechselspannung betrieben werden.
Vermutlich können auf diese Weise Polarisationseffekte vermieden werden.
Dazu noch die exponentielle Kennlinie, hört sich schwierig an. Das
war ein Grund dafür, dass ich die Auswerteschaltung einmal genauer
analysieren wollte. Und dazu habe sie erst einmal abgezeichnet.
Genial
einfache Analogtechnik, wie sie im Buche steht. Der Sinusoszillator ist
ein Phasenschiebergenerator mit einer Amplitudenstabilisierung über
zwei Dioden. Sobald die Dioden zu leiten beginnen setzt eine stärkere
Gegenkopplung ein, sodass der Oszillator nicht bis in die Begrenzung
gehen kann. Der Sensor ist über einen Kondensator angekoppelt, sieht
also niemals irgendeinen Gleichstrom. Zur Überprüfung des
Logarithmierers habe ich Festwiderstände angeschlossen. Dabei ergaben
sich folgende Ausgangsspannungen:
10 M 0,96 V
1 M 1,56 V
100 k 2,09 V
10 k 2,63 V
1 k 3,14 V
Über
weite Bereiche werden die Signale mit etwa 0,54 V / 20 dB umgesetzt.
Insgesamt werden fast 80 dB erreicht. Die Schaltung lässt sich auch für
andere Zwecke verwenden und kann z.B. als logarithmisches
AC-Millivoltmeter dienen. Im Prinzip wird hier die logarithmische
Kennlinie einer Si-Diode ausgenutzt, siehe Logarithmisches Pico-Amperemeter.
Der
logarithmische Signalgleichrichter erinnert mich an das Messmodul Lärm
von Modul-Bus, dessen Logarithmierer kürzlich von Roger Leifert mit
LTspice untersucht wurde. Das Ergebnis war eine gewisse
Temperaturabhängigkeit, die sich an einem Punkt mittlerer Aussteuerung
aufhebt. Ob der Temperaturgang der obigen Schaltung gerade den des
Feuchtesensors kompensiert ist schwer zu sagen.
Geht
das vielleicht auch mit weniger Bauteilen? Die Idee wäre eine lineare
Messung mit einem Mikrocontroller und eine Logarithmierung per
Software. Irgendwie muss das gehen, aber die 80 dB sind eine
Herausforderung. Siehe auch: dB-Messung mit dem ATmega32
Ein vereinfachter Logarithmierer von Heinz D.
Die
Simulation (10s) mit einem 5V-Rechteck aus dem T13 und kapazitiver
Trennung. Uref=1,1V, dann sollten die simulierten Ad-Werte auftreten.
Die Transistor-Basis-Dioden sollten den besten Logaritmus erzeugen
(ggf. andere Dioden).
Unmittelbar nach dem Impuls sollte die
Spannung gemessen werden, weil C1 dann noch nicht angeladen/aufgeladen
ist. In der letzten Formel a*x+c (Adc/delta*10-115) sollte sich der
Fehler durch anpassen auf die krumme Sensorkennlinie auf unter 5%
drücken lassen. Die Temperatur tut ihr übriges zum Fehler. Mein
Feuchtesensor DHT11 muss auch mit +-3% leben.
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