センサー部
内部
湿度によって加湿器をオン・オフするコントローラです。
冬場の乾燥した空気を自動的に調整します(設定湿度50%)。
センサーにHS15FPを使い、コントローラに PIC16C71を使用しました。
PIC16C71はAD変換を搭載しており、非常に便利です。
外見
センサー部
内部
実用的な湿度計を目標に回路設計しました。
- センサーへの供給電圧はデータシートの測定のとおり、最大1 Vpp としました。 これにより、オペアンプの扱う電圧範囲は 1V - 2mV になります。 オフセット電圧が 3mV 程度ですので、これでも微妙です。本来ならもっと オフセット電圧の低い、高性能なオペアンプを使用するべきですが、 アマチュアであることと、そもそもセンサーが完全に対数変化しない ことによる誤差を考えれば、これくらいの誤差はあきらめます。 直読できるように湿度30%-90% を 電圧0.3V-0.9V に変換します。
- ログアンプの特性をセンサーの中ほどに設定しています。 これは46%-68%の領域にあたり、この範囲では精度が良いはずです。 室内の湿度は通常この範囲にあることも考慮してのことです。 湿度の両側がもっとも誤差が大きくなります。
- ログアンプで温度補償をしています。抵抗2Kを同じ程度の抵抗を持つ サーミスタに変更するとさらによいでしょう。
- 部品は入手が容易なことと、安価であることに配慮しました。 LM324の代わりにNJM2902でもかまいません。
- できるだけ再現性がよく、しかも調整が容易であるように配慮しました。
- 電源はトランスレスとし、直接DCを生成しています。AC部の感電に注意してください。
- 加湿器の制御にはトライアックを使用しました。
アナログ部
AD変換表示部
電源部
- ログアンプ、三角波、絶対値のオペアンプは同じICパッケージ内で構成してださい。 これは特性をあわせるためです。(回路図ではICピンの自動割り振りを行っていますので 好ましくありません。)
- 2mV という微小電圧を扱うので、ノイズに注意して配線ください。
- ログアンプのトランジスタは同じ特性のものが好ましいです。 同じロットのものを使用するといいでしょう。なお、Y ランクで 回路を設計しています。GR ランクは使えません。 できればエポキシ樹脂で２つのトランジスタを温度結合すると良いでしょう。
- 実用に耐える程度の湿度計ですが、完全に誤差を取り除くことはできません。 特に両端では10%程度の誤差があると思ってください。 そもそもセンサー(HS15FP)の特性があまりよくないため、高性能なオペアンプを 使用しても精度は期待できません
- オペアンプは単電源で動作しますが、ログアンプなどでマイナス電源が必要と なるため、仮想的なGNDを生成しています。この仮想 GND を基準にしてオペアンプ が動作しています。出力を外部で使用するときにはご注意ください。 もう一段、オペアンプを入れてオフセット調整すると扱いやすくなります。
- VR1が三角波のデューティ比調整です。センサーの代わりに 1Mオームを接続し、きれいな三角波になるように調整してください。 オシロがない場合には、-0.5V(Gndに対して)程度にしてください。
- VR2がセンサー部のオフセット調整です。センサーを接続し センサー間の電圧がゼロになるように調整してください。 センサーは直流に弱いのでこれを防ぐためです。
- VR3がゲイン調整です。センサーの代わりに100Kオームを接続し 出力が0.46Vになるように調整してください。 10Kオームを接続したときに約0.68Vになるはずです。
設計した回路を実際に組み、実測してみました。 データを片対数に描いて比較してみます。
- 理想:センサー(HS15FP)の特性(データシートから読み取り、25C)
- 実測:センサーの代わりに抵抗を接続して測定
- ログ:ログアンプの特性(ログアンプの入出力特性)。
入力 理想 実測１ 実測２ ログ 2mV 0.875V 0.773V(2KΩ) 0.790V(2KΩ) 0.702V 10mV 0.680V 0.665V(10KΩ) 0.693V(10KΩ) 0.593V 0.1V 0.460V 0.429V(100KΩ) 0.456V(100KΩ) 0.367V 1.0V 0.300V 0.193V(1MΩ) 0.199V(1MΩ) 0.108V 
- 実測値はログアンプの特性をそのまま示していることが良くわかります。 理想値よりやや低めの値を示していますが、湿度46% - 68%の間で 数%程度の誤差です。両端では理想値そのものの対数特性が変化して いますので、誤差が大きくなっています。 温度でセンサー特性もかなり変化するので、このくらいでも十分実用 レベルでしょう。
- 実際にHS15FPを接続し、別の湿度計(5%誤差)と比較してみましたが、 ほぼ同じ値を示します。ただ、HS15FPの方がセンサーの応答性が良いので、 風を受けるだけですぐに変化します。
実際に使用してみると希望通りに湿度50%をキープすることができました。(C)2002 All rights reserved by Einstein.
当初、オン・オフがばたつくかと思われましたが、加湿器から湿度センサーへの 空気の対流に時間がかかるため、そうはなりませんでした。
トランスレスですので、非常に軽くできました。全体の消費電流が小さいので できる技です。感電防止のためプラスチックケースにしっかり固定しています。
PIC16C71ではセンサーからの信号をAD変換しながら液晶表示し、 さらに加湿器のオン・オフを行っています。
