Do tajů vlhkosti zasvětí čidla čtvrté generace

Při popisu vlastností prostředí, která nás, ale třeba i naše elektronická zapojení bezprostředně obklopují, hraje teplota zcela zásadní roli. Rozhodně však nebude jediným sledovaným parametrem. Výsledky se totiž nejednou odvíjí rovněž od zjištěných úrovní vlhkosti. Společná závislost je natolik silná, že kombinovaná čidla pro souběžná měření obou stěžejních veličin již považujeme za něco zcela běžného. Bude to však samo o sobě stačit?

Papírových 1,5 %

Pravda, teplota měla, má a podle všeho bude i mít vždy navrch – nejen z hlediska vlastního významu, ale třeba též dosahované přesnosti měření, za kterou snímače vlhkosti zpravidla jen „pokulhávaly“. Na tom ještě není nic špatného, což také dokládá celá řada aplikací z běžného života, které při orientačním zhodnocení podmínek okolí nemohou ohrozit ani chyby měření v řádu jednotek procent, možná tří a běžně až pěti, při pokojové teplotě a ještě k tomu souměrně vyjádřené. Co kdyby ale šlo s obvyklými polovodičovými nástroji dosahovat nepoměrně lepších výsledků? A jak by ve společném pouzdře zareagoval snímač teploty? Dokáže si stále udržet svůj náskok?

Pro společnost Sensirion není vlhkost žádnou velkou neznámou, vždyť má s jejím stanovováním dlouholeté zkušenosti – na stránkách časopisu DPS Elektronika od A do Z jsme např. dokládali v [1]. Moderní snímače vlhkosti a teploty už budou tak nepatrné, že je osadíme prakticky kdekoli a úplně na cokoli. Spotřebitelům se mohou dostat klidně až do uší, kam si je budou den co den dobrovolně vkládat, a vůbec o tom nemusí vědět. Výrobce však nesází pouze na rozměry. Stejně důležitý zde totiž bude i požadavek na mimořádně nízký proudový odběr a také odpovídající přesnost výsledků měření. Přesně takové vlastnosti se nyní snoubí v pořadí již čtvrté generaci čidel, prvků SHT4x, které stále neřekly poslední slovo. V roce 2021 se totiž mají vykazované parametry zdokonalit ještě více a utrpět by přitom neměla ani výsledná robustnost – např. díky membráně s krytím IP67. Čistě laboratorní podmínky se přece zase tak často nevidí.

Pravdu a nic než pravdu

Obvody SHT40 z obr. 1 řadíme mezi kombinované, 16bitové digitální snímače vlhkosti a teploty RH/T s rozhraním I²C (JEDEC JESD47, [3]).

Součástky stavějící na zbrusu novém a optimalizovaném čipu CMOSens® svým záběrem pokrývají rozsah od nuly do 100 % RH, resp. –40 °C až +125 °C. Na desce zaberou pouzdra typu DFN (Tape & Reel po 2 500 a 10 000 kusech) pouze 1,5 × 1,5 × 0,5 mm, zatímco zdroji napájení v závislosti na dalších podmínkách, a v případě jednoho měření za vteřinu, přitěžují odběrem jen 400 nA. Posílený napěťový rozsah VDD od 1,08 V do 3,6 V odpovídá současným trendům nositelných zařízení poháněných z alternativních zdrojů energie nebo i maličké baterie.

Celkem čtyři vývody integrovaného obvodu určeného pro povrchovou montáž pak odkazují na sériová data SDA, takt SCL, napájení a nezbytnou zem.

Jako již tradičně máme vše počínaje oběma senzory RH a T přes A/D převodník, zpracování dat a kalibrační paměť až po výstupní číslicové rozhraní řešeno společně na jediném čipu. Rozdíl však může spočívat ve vykazované typické přesnosti, která zde činí ±1,8 % RH, příp. též ±0,2 °C. Pokud se ale místo prvků SHT40 rozhodneme pro vyšší varianty SHT41 a SHT45, měli bychom se letos dostat až na ΔRH = ±1,5 % a ΔT = ±0,1 °C, tedy zase o něco blíže k pravdě. Je však nutné počítat s tím, že do konečných výsledků ještě promluví maximální přípustné tolerance, které již nemusí papírově vypadat zase tak hezky.

Technická dokumentace k celé rodině senzorů SHT4x od firmy Sensirion v době psaní článku nabízela limitní vyjádření odchylek pouze u prvních dvou modelů. V této podobě je také předkládáme na charakteristikách z obr. 2 a 3. Další výsledky výrobce ještě upřesní.