Descrizione e Caratteristiche del Sensore di Umidità del Terreno di tipo Capacitivo, Sperimentando i Valori di Uscita per Differenti Terreni…

 

 

 

 

INTRO

In commercio e a basso costo esistono due tipi diversi di sensori di umidità del terreno. Il primo tipo sfrutta la differente resistività del terreno alla diversa umidità, infatti se il terreno è secco è meno conduttivo del terreno umido. Questo sensore ha due problemi; il primo è che la resistività del terreno dipende anche dal tipo del terreno oltre che dall’umidità.

Il secondo e più grave problema di questo sensore è la corrosione; Come ben noto è formato da due lingue metalliche e conduttrici poste ad una distanza di circa 0.5cm o 1 cm l’una dall’altra. In queste due linguette scorre una corrente usata per misurare la resistività. Questa corrente fa si che si abbia un effetto elettrolisi sui contatti, quindi un contatto si ossida e l’altro si riduce, finché questa ossidazione non falsa completamente la misura oppure non corroda completamente il metallo.

Nei sensori capacitivi invece non si ha il problema della corrosione visto che la sonda è completamente isolata, rimane però il problema dei differenti valori di uscita in funzione del tipo di terreno. Un sensore di tipo capacitivo di tipo economico è così fatto:

La parte al di sotto del circuito elettrico compone le due armature del sensore capacitivo, mentre i componenti vicino il connettore formano il circuito di misura.

 

 

CARATTERISTICHE ELETTRICHE

Il terreno ha una certa costante dielettrica, questa costante dielettrica dipende dal tipo di terreno e dalla sua umidità, quindi supponendo un condensatore a facce piane e parallele, con il terreno come dielettrico, la capacità del condensatore dipenderà dalla umidità del terreno. Inserendo questa capacità all’interno di un circuito si può andare a modulare un’altra grandezza come un frequenza o una tensione in modo tale da trasformare l’informazione di capacità in una di più facile lettura come una tensione.

Il sensore dispone di 3 contatti, due per la tensione di alimentazione e uno, il giallo per la tensione di uscita. Le caratteristiche elettriche sono le seguenti:

• Tensione di alimentazione: da 3.3V fino a 6V massimo, tensione continua.
• Tensione di uscita: da 0V a 3V.
• Corrente assorbita: 5mA

La tensione positiva va connessa al filo rosso, quella negativa o GND al filo nero e la tensione di uscita è referenziata proprio a GND. Lo schema del sensore è il seguente:

Si tratta quindi di un regolatore di tensione lineare e di un NE555 in configurazione astabile che crea un segnale ad onda quadra che poi viene filtrato da R2 e dalla capacità formata dal sensore in modo tale da attenuare il segnale in funzione della capacità. Questo segnale viene poi raddrizzato da D1 e stabilizzato da C3 per poi essere posto in uscita sul connettore e sul filo giallo.
L’uscita di questo sensore ha una uscita ad alta impedenza, quindi se connetto il filo giallo ad un ingresso a bassa impedenza (minore di 1Mohm) sarebbe opportuno usare un buffer.

 

ESEMPIO DI UTILIZZO E MISURA

Il sensore deve essere inserito nel terreno ad una profondità specifica, inoltre bisogna isolare il circuito con della colla al caldo sia per proteggerlo dall’umidità sia per evitare che pioggia o acqua vada a finire sopra e si bruci.

La profondità consigliata è:

Considerando come linea di pericolo la linea tra le due rientranze, la linea da non superare come linea di sotterramento del sensore, conviene usare una profondità in modo tale che il sensore sia al di fuori dal terreno tra 0.3cm e 1cm da questa linea immaginaria.

Se il sensore ha una profondità di penetrazione troppo piccola la misura potrebbe non essere precisa.

Ora per testare il sensore è stato usato un terreno sabbioso. Bisogna considerare inoltre di evitare di avere terreni con molte pietre, se questo è il vostro caso, il sensore va usato in una zona dove le pietre sono state rimosse in precedenza. Si avranno i seguenti risultati:

Il test è stato fatto per 9 giorni, il sensore era inserito in un bicchiere con sabbia fino al livello indicato precedentemente. Il primo giorno la terra era asciutta completamente ed è stata eseguita la misura ottenendo 3.03V. Poi si è versata acqua finchè la terra non è satura di acqua, misurando si ottiene 1.52V.

Questi due valori cambiano con il tipo di terreno, ad esempio con uno argilloso si va da un minimo di 1.42V and un massimo di 2.95V.
La caratteristica è abbastanza lineare, quindi serve solo avere il punto iniziale e finale e poi considerare tutto lineare.

 

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