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El sensor
Para el sensado de la humedad del suelo, adquirimos un par de sensores Watermark®, como el
que se observa en la figura
Sensor Watermark
El sensor Watermark (del tipo granular matricial), ofrece un método indirecto de medición de la
humedad del suelo, a partir de la medida de la succión del agua en el terreno en centibares, con
un rango aceptablemente lineal entre 0 y 200 centibares. En sí, el sensor es una resistencia
eléctrica variable lograda por dos electrodos contenidos en una barrera permeable (con
componente reactiva capacitiva menor del 7% en el rango de 0 a 10KHz de frecuencia,
igualmente el método de sensado que adoptamos, no se ve afectado por componentes reactivas).
Es decir, que cada valor de resistencia del sensor corresponde linealmente a un valor de presión
en centibares, que a su vez se toma como indicador de un cierto valor de humedad en el suelo.
Tiene la ventaja de ser un sensor económico, robusto, de rápido tiempo de respuesta y de no
necesitar mantenimiento ni calibraciones, pero no es de tanta precisión como un sensor
tensiométrico y se degrada con el tiempo (vida útil de algunos años).
Del fabricante obtuvimos la siguiente información y sugerencias para el diseño del circuito
excitador del sensor:

Tabla de conversión entre valores de resistencia y presión de succión para el rango de 0200 centibars (550-28000 Ohms ). Notar que un menor valor de resistencia (y por ende una
menor lectura en centibars) corresponde a un suelo mas húmedo.
•La resistencia del sensor es inversamente proporcional a la temperatura del suelo. Ajustar
un 1% por grado farenheit de variación tomando como referencia inicial 75 ºF.
•No es recomendable aplicar al sensor una tensión continua, ya que los electrodos se pueden
dañar por efecto electrolítico.
No debiera dejarse el sensor continuamente excitado, ni la corriente a través del mismo debiera
superar 1mA. (para obtener una mayor vida útil
Planteamos básicamente un divisor resistivo, como se observa en la figura. La resistencia Rx simboliza el
sensor de humedad, la resistencia de 56kOhms limita la corriente y define el rango utilizable del sensor. Los
capacitores a ambos lados de Rx buscan eliminar el paso de una eventual tensión continua hacia el sensor.
Alimentamos con tensión alterna de 15V, reducida desde 220VAC a través de un transformador. En el
secundario va conectado un relé para la activación/desactivación del sensado de humedad.
Como alimentamos desde la red de 220 CA a través de un transformador, consideramos necesario también
medir la tensión de alimentación del divisor de tensión (tensión del secundario del transformador) para
incorporarla al cálculo de la humedad, ya que es de esperar fluctuaciones de tensión en la red que afectarían
la calidad de la medición si no se la midiese. Esto lo hacemos mediante la resistencia sensora Rd, de 1kOhms
.
Divisor Resitivo
La etapa siguiente, trata de un rectificador de precisión media onda con una tensión umbral de alterna de unos
15mV. Resumidamente, el circuito sensa la caída de tensión sobre Rx, la rectifica y almacena el valor pico de
la media onda con una constante de tiempo dada por el capacitor y las resistencias R 2 + R3 (t  1seg; el ripple
es despreciable) . Finalmente el nivel de continua obtenido es adquirido por el conversor analógico/digital.
Al igual que en el caso del circuito de sensado de temperatura, en la última etapa antes de entrar al conversor
A/D, alimentamos al amplificador LM324 con una tensión acotada a 6,5V para evitar posibles daños al
conversor en caso de un funcionamiento anómalo.
Etapa Rectificadora
Datos:

Tensión nominal de alimentación: 15V
•Tensión máxima medible por el conversor A/D: 5V DC
•Máximo valor en la escala de presión que se desea medir: 115 centibares
Primero determinamos el rango de medición:
Cn 115 cB por la tabla del sensor obtenemos una resistencia de 17450 Ohms y como éste es el valor máximo
que queremos medir, pretendemos que equivalga a 5 V DC en el conversor A/D. Notar que la tensión que
llega al conversor es el valor pico de la onda de alterna rectificada y filtrada, es decir:
.
sería la máxima tensión medible antes de saturar el conversor.
Con 115 cB , la corriente sobre el sensor será
Ahora determinamos el valor de la resistencia limitadora, Ra. Cuando en Rx caen 3,54V, la restante tensión lo
debe hacer sobre Ra, es decir:
Podemos elegir una resistencia normalizada de 56KOhms al 5%
No es de esperar que la presión a la cual se sature el conversor sea exactamente 115 cB, debido a
que para el cálculo de Ra utilizamos un valor fijo de alimentación de 15V y como ya
mencionamos esto puede variar según las condiciones de la red de alterna. Pero el valor de 115
cB está bastante alejado del máximo de "sequedad" al cual responderá el control de riego (
alrededor de 60 cB)
Con 0 cB (lo cual es consecuencia de un sensor completamente saturado en humedad) la corriente
sobre el sensor será de:
Resumiendo, tenemos:
Rango de "sequedad"
Presión [cB]
Reistencia [Ohms ]
Tensión en el C A/D [V]
Mínimo
0
500
0,187
Máximo
115
17450
5
La habilitación se maneja escribiendo un estado alto (1 lógico) en la línea 1 del puerto A ( pata PA1) del
82C255. Éste puede entregar en cada salida del puerto como máximo 2,5mA, teniendo esto en cuenta
colocamos una resistencia limitadora de 2,2KOhms junto con el optoacoplador. Al habilitar, se pone en
conducción al optoacoplador ,que al inyectar corriente en la base del transistor lo satura permitiendo
energizar la bobina del relé. De esta manera se logra la activación del circuito de sensado.
Notar que no existe aislación eléctrica entre el circuito de excitación del relé y el circuito de sensado, esto
resultó inevitable para poder referenciar la tensión sobre los sensores de humedad.
Circuito de Activación
Sensor de Humedad Relativa tipo PETT
Principio de operación:
Es un sensor de humedad capacitivo desarrollado a partir de una
membrana de polietilenotereftalato (PETT), que varia su permitibilidad
eléctrica por los procesos de absorción.
Tecnología de fabricación:
Deposición de capas delgadas de oro permeables a la humedad, de
espesor de 0,3 nm, obtenidas mediante pulverización magnetrónica DC por
ambas caras del polímero de 13 mm de diámetro y 0,05 mm de espesor.
Características previstas:
El transmisor de humedad relativa con sensor PETT, esta diseñado
para 24 V AC con salida por dos hilos de 4 a 20 mA para un rango de 10 a
98 % de HR con una precisión de +/- 2 % y constante de tiempo menor dos
minutos ensamblado dentro de una caja plástica IP-65.
Sensor de metales pesados
Para el sensor se utilizan:
Electrodos selectivos de iones basados en membranas líquidas de
matriz polimérica para la determinación de: metales pesados (Pb y Hg) y
aniónes (NO3- ).
Transistores de efecto de campo sensibles químicamente
(CHEMFET) mediante el empleo de membranas poliméricas depositadas
directamente sobre la puerta del transistor.
Principio de medición:
El principio general de medición es electroquímico y para los
CHEMFET, se basa en la determinación de la tensión umbral efectiva del
dispositivo, la cual depende de la actividad del ión en la solución con una
dependencia lineal con el logaritmo de la misma.
Tecnología de fabricación:
En la fabricación de los CHEMFET intervienen dos
tecnologías. El cuerpo del CHEMFET, el cual constituye el
transductor físico del sensor, fabricado con tecnología compatible
CMOS y la membrana, fabricada a partir de una mezcla adecuada
del elemento de reconocimiento molecular, un disolvente mediador y
una matriz de base polimérica.
Características previstas:
Rango de respuesta
lineal
Tiempo de respuesta
Sensibilidad
10-2 - 10-6 mol/l
< 20 s
29 mV/dec
SENSOR DE HUMEDAD 5X38H122R
CAPACITIVO - MEPCO/ELECTRA
El sensor 5X38H122R de HUMEDAD RELATIVA está
formado por una fina película de material plástico,
recubierta en ambas caras por oro, constituyendo un
capacitor. La constante dieléctrica de la película varía con
la humedad relativa del ambiente. Las características del
sensor no varían con el contacto del agua, pero la
exposición o vapores de acetona debe ser evitada
AMPLIO RANGO DE
MEDICION: 10% A 90% de
HR
CAPACIDAD: (a 25°C, 43%
HR, 100Khz): 122pF ±15%
FACTOR DE PERDIDA: (a
25°C, 100Khz): 3,5% MAX
TEMPERATURA
DE OPERACION:
0 a 85°C
FRECUENCIA DE
OPERACION
1Khz a 1Mhz
MAXIMA
TENSION: 15V
AMPLIO RANGO DE MEDICION: 10% A 90% de HR
CAPACIDAD: (a 25°C, 43% HR, 100Khz): 122pF ±15%
FACTOR DE PERDIDA: (a 25°C, 100Khz): 3,5% MAX
TIEMPO DE RESPUESTA: entre 10 y 43% de HR 3'max entre
43 y 90% de HR 5'max
TEMPERATURA DE OPERACION: 0 a 85°C
FRECUENCIA DE OPERACION 1Khz a 1Mhz
MAXIMA TENSION: 15V
DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA:0,1% HR/°C
NO SE DAÑA CON LA CONDENSACION
Los Transmisores de Humedad y
Temperatura STH han sido diseñado para convertir
los valores de temperatura ambiente y humedad
relativa en datos digitales que transmite a través
de la red TermoLAN®.
Para la medida de humedad, STH04 utiliza un sensor
resistivo(TIPO1) o Capacitivo (TIPO2) que varia su valor en función de
la humedad relativa. Esta variación es adaptada convenientemente y
convertida a voltaje. Un convertidor A/D se encarga de transformar la
medida en valores digitales que son enviados por la red.
Características
•Número de serie de 48 bits único que sirve como identificador de nodo
en la red.
•Sensor de Temperatura integrado -30ºC a 60ºC, ±1ºC resolución
•TIPO 1 Sensor de Humedad 20% - 90%, 0..60ºC, precisión ±5%
•TIPO 2 Sensor de Humedad 0% - 100%, -20..90ºC, precisión ±2%
•Conexión a tres hilos Vcc-Datos-Gnd
•Alimentación 5V DC ±5% consumo < 10mA
•Caja ABS color RAL 7035 de 90 x 55 x 25 mm
* Temperatura de funcionamiento -30ºC a 60ºC
CARACTERÍSTICAS
Especialmente diseñados para la medición de humedad en
procesos de producción continuos. Resuelven problemas de control de
humedad en industrias químicas, farmaceúticas, de la madera,
alimentarias, de pienso, etc.
Rápido -La medición se efectúa en milisegundos.
Robusto -No existen partes móviles. El sensor es muy robusto y está
recubierto de una superficie cerámica.
Simple -Estructura de menús fácil e intuitiva, permite el
autodiagnóstico automático.
Confortable/Abierto -Equipados con interfases analógicos y digitales.
Comunicación con PC's y autómatas programables.
MÉTODO
El principio físico de medición se basa en el método patentado de
resonancia por microondas. El contenido en agua del producto se
determina por la inversión de la frecuencia y por la atenuación de la
frecuencia resonante del sensor detectando tanto la humedad
superficial como la contenida en el interior de las partículas. Así se
obtiene la humedad de las partículas sin tener que molturar ni
preparar el producto.
Descripción:
El convertidor EI-HT10I15CE, es un convertidor de
humedad + temperatura hubicado en una caja estanca de
protección IP-56. La lectura del convertidor, tanto el de
humedad como el de temperatura son traducidos a valores
proporcionales de corriente en un rango de 1 a 5 mA.
Por las características del sensor de Humedad, la lectura
de dicha sonda solo es válida en el rango del 20% de Hr hasta el
90%de Hr.
La sonda de temperatura utilizada es una
Pt100 clase B DIN 385, por lo que su precisión facilita una
correcta lectura de temperatura en el rango de -20 ºC (1 mA)
hasta 80 ºC (5 mA) como se utiliza en este caso.
Conexionado:
En la propia tapa de la caja estanca, hay una pegatina donde se indica
el conexionado correcto del convertidor. En la siguiente figura se detalla
dicha información:
Dimensiones: