Hace mucho tiempo que no escribo nada, bien por vagancia o bien porque no tengo casi ni tiempo. Pese a no escribir he continuado con mis experimentos y he diseñado una sonda de humedad para el proyecto que tengo en manos. Como me voy de nuevo en breve a Dinamarca, no quiero dejar ésto sin documentar, porque si no a la vuelta voy a tener que hacer de nuevo todos los cálculos.

Hace unos años empecé buscando sondas de humedad para reemplazar la que se había estropeado en la granja, puesto que comprar una igual, me costaba 200 euros. Al final lo dejé por imposible porque fui incapaz de encontrar nada. Hace unos días decidí volver a buscar algo más económico, y encontré una sonda de humedad por 26 euros + IVA en una tienda de Bilbao. El problema de ésta sonda, una Honeywell HIH-4000, es que el rango de operación es de 0,8V a 3,9V aproximadamente, y lo que yo necesitaba era un rango de operación de 0-5V (para humedades relativas de 0 a 100%). Pese a ello decidí comprarla y después una vez tenerla en casa enredar e intentar mediante otros componentes electrónicos adaptar su salida de 0 a 5V.

Pedí la sonda por la página web y en unos días me llegó. Todo perfecto. La sonda en cuestión, es igual que la sonda de temperatura del post anterior, del tamaño de un transistor y con tres patas (alimentación, tierra y salida). Ahora venía lo difícil, ¿cómo conseguir adaptar su salida a lo que yo quería? Tenía que bajar el voltaje mínimo y subir el voltaje máximo. Googleé y googleé y al final encontré una solución: un amplificador restador. Con este circuito podía amplificar la señal y a la vez restarle un voltaje de forma que el rango de operación de mi sonda completa fuera de 0 a 5V. El esquema de este circuito sería…

Amplificador restador

En el que el voltaje de salida sería…

Ecuación Amplificador Restador

Lo siguiente es hacer las ecuaciones que queremos que se cumplan. En nuestro caso queremos que a

  • 0% de humedad relativa (cuando el Vsonda=0.8V aprox.) nuestra Vout=0V
  • 100% de humedad relativa (cuando Vsonda=0.8+0.0306*100=3.86V)  nuestra Vout=5V

Es decir, Vout debería de cumplir la siguiente ecuación

Ecuación Vout sonda

De ésta forma,

  • 0% de humedad relativa, el voltaje de Vsonda será 0.8V y Vout será =0V
  • 100% de humedad relativa, Vsonda=3.9 y Vout=5V

Ahora lo único que hay que hacer es igual los dos términos de la ecuación del amplificador restador y de la ecuación Vout sonda.

Haciendo ésto, nos salen las siguientes relaciones entre variables

Relacion entre variables

Como se puede ver de la segunda ecuación el valor de Vrestar tiene que ser menor de 1.41V puesto que de otra forma, la relación entre R2 y R4 sería negativa, es decir tendríamos resistencias negativas, que creo que hasta el momento no se han inventado :P

Colocando Vrestar=1V -> R3=1.3R1 y R2=0.4R4

Con éstas variables y redondeando un poco los valores de las resistencias serían

  • Vrestar=1V
  • R1=1k
  • R3=1.3k
  • R4=10k
  • R2=4k

Ahora el problema viene en cómo poner 1V en Vrestar. La forma más fácil es utilizando los 5V de alimentación y colocar un potenciómetro de 4.7k con una resistencia de 1k en serie y ajustarlo de forma que en el punto de conexión entre ellos sea de 1V. Otra opción sería colocar 5 resistencias iguales y tomar el voltaje entre la última y la penúltima. El problema de estas dos configuraciones es que si lo conectamos al amplificador restador el voltaje en ese punto se modificaría al derivarse corriente hacia la otra parte del circuito. Ésto es fácil de solucionar con un amplificador seguidor. Otra solución sería poner un diodo zener, pero fui incapaz de hacerlo funcionar por mucho que lo intenté, así que decidí hacer cualquiera de éstas configuraciones que para mí era mucho más sencilla.

Otro de los problemas que detecté es que parece que la sonda también se veía afectada por lo que tenía conectado a su salida, así que decidí conectarle otro amplificador seguidor.

Después de algunas pruebas y cambios de los valores de las resistencias éste es el circuito final que dejé.

Circuito Sonda Final

Y éste es mi circuito final. Parece un poco complicado pero en el fondo no lo es tanto :P. Son unas pocas resistencias y 3 amplificadores operacionales (teniendo en cuenta que cada encapsulado LM358 tiene 2 amplificadores, únicamente se utilizan dos encapsulados). Ésta comprobado en casa utilizando como referencia una estación metereológica de mesa. No sé hasta que punto estará ajustado o no. Si alguien decide montarlo en casa y comprobarlo le recomiendo que compruebe los valores que obtiene de humedad y lo ajuste modificando los valores de las resistencias.

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