I sensori di umidità relativa (UR) sono specializzati e dispongono di una cavità aperta per misurare il vapore acqueo presente nell’aria. L’umidità relativa è una misura fondamentale, poiché l’umidità nell’aria può avere un effetto diretto sull’affidabilità di un sistema (corrosione) o sulla longevità del prodotto, in quanto l’umidità in un ambiente di stoccaggio può avere un impatto diretto sui prodotti deperibili.
Una delle sfide poste dai sensori di umidità relativa sta nel fatto che l’elemento sensibile è esposto e si deteriora con il passare del tempo. La costante esposizione all’aria umida e ai composti organici volatili nell’ambiente, come il benzene o il glicole etilenico che si depositano sul materiale del sensore, fa sì che la precisione del sensore si allontani dalle sue specifiche. Questa situazione rende necessario disattivare il sistema per sostituire o calibrare il sensore, aumentando quindi il costo totale di proprietà.
Ci occupiamo della precisione e della deriva a lungo termine dei sensori di umidità relativa e il modo in cui questi parametri influenzano le prestazioni e la durata delle apparecchiature finali.
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Sensori di umidità, quali sono le caratteristiche di affidabilità
Deriva a lungo termine e precisione sono alcune delle specifiche più importanti per i sensori di umidità. Nei moderni sensori di umidità, in particolare i sensori capacitivi, una precisione fra il 2% e il 3% di umidità relativa e un’umidità relativa massima fra il 3% e il 4% sono considerati standard. Questa precisione è nota come precisione a tempo zero, prima che il sensore venga effettivamente utilizzato sul campo, ed esclude la deriva a lungo termine.
La deriva a lungo termine per un sensore capacitivo è generalmente compresa tra lo 0,25% e lo 0,5% di umidità relativa all’anno. Anche se questa deriva è piuttosto ridotta rispetto ai sensori resistivi (circa l’1% di umidità relativa all’anno), è comunque pari a uno spostamento del 5% di umidità relativa in 10 anni e diventa una fonte significativa di errore che va a colpire apparecchiature come elettrodomestici o automobili che sono costruiti per funzionare per più di 10 anni.
La Figura 1 mostra come la precisione e la deriva a lungo termine possano raggiungere fino all’8% di umidità relativa in 10 anni. Nel caso di un frigorifero, ad esempio, se la deriva provoca una lettura errata dell’umidità elevata, il compressore si attiva inutilmente, con conseguente riduzione dell’efficienza di funzionamento, oltre alla riduzione della durata del compressore.
La precisione di rilevamento dell’umidità sta diventando sempre più importante anche nelle applicazioni della catena del freddo, come lo stoccaggio e il trasporto di alimenti deperibili e prodotti farmaceutici, e nelle scienze biologiche. I tracker e i data logger wireless alimentati a batteria consentono ai sensori di registrare continuamente informazioni su temperatura e umidità delle spedizioni di alimenti, nonché nell’orticoltura e per le materie prime in polvere. I logger prevedono la longevità del prodotto e pertanto devono essere estremamente affidabili, con una precisione conforme agli standard di misurazione del National Institute of Standards and Technology (NIST), nel rispetto della rigorosa normativa ISO (Organizzazione Internazionale per la Normazione) e della IEC 17025 (Commissione Elettrotecnica Internazionale).
Consumo energetico
Il consumo di energia è un’altra specifica importante: nelle applicazioni a batteria, come i data logger in tempo reale e i sensori ambientali, il consumo di energia può fare la differenza tra l’utilizzo di una batteria più grande e più costosa o una più piccola che può aiutare a ridurre i costi. Il basso consumo energetico consente alle applicazioni alimentate a batteria di avere una maggiore autonomia, ma la precisione con il passare del tempo diventa più critica e può richiedere una calibrazione se la precisione cambia.
Un sensore di umidità relativa di ultima generazione consente una maggiore durata del sistema riducendo il consumo energetico. Ha una architettura che offre precisione su tutta la gamma di tensioni di alimentazione per temperatura e umidità: 1,5% di umidità relativa tipica e 2% di umidità relativa massima, con una deriva a lungo termine inferiore allo 0,21% di umidità relativa all’anno. Questi parametri aiutano a prolungare la vita utile degli elettrodomestici e di altri tipi di sistemi, riducendo gli errori a lungo termine fino al 50% dall’8% al 4% di umidità relativa dopo 10 anni, come mostra la Figura 1.
I sensori più avanzati offrono una tecnologia di correzione della deriva integrata per ridurre la deriva causata dall’invecchiamento naturale, dalle sollecitazioni ambientali o dalle interazioni con i contaminanti. Ulteriori informazioni sulle sollecitazioni ambientali si trovano nel white paper: Impatto della prova di vita accelerata a 85 °C/85% sui sensori di umidità relativa a base di polimeri.
Un dispositivo avanzato integra inoltre un sensore di temperatura ad alta precisione da 0,1 °C (tipico) e 0,4 °C (massimo) con un consumo energetico estremamente basso. Sia l’umidità che la temperatura sono tracciabili a norma NIST, testate secondo gli standard delle procedure ISO 9001:2015 a norma NIST e conformi alle norme ISO e IEC 17025. Il nastro rimovibile e le opzioni di copertura del filtro permanente IP67 consentono di lavare il circuito stampato e il rivestimento conforme con protezione da polvere e acqua in condizioni difficili.
Conclusioni
Quando si sceglie un sensore di umidità è necessario considerare non soltanto la precisione, ma anche la deriva a lungo termine e i fattori ambientali, in quanto la cavità aperta ed esposta di un sensore di umidità accelera l’invecchiamento del sensore. La tracciabilità NIST per temperatura e umidità è un buon metodo per offrire precisione al primo rilascio di un sistema, ma non tiene conto di altri aspetti come la deriva del sensore dovuta all’invecchiamento o alla contaminazione, che richiede una deriva minima a lungo termine e una correzione della deriva al fine di mantenere la precisione nel corso della vita di un sensore senza ripetere la calibrazione. La scelta di un sensore ad alta affidabilità si traduce direttamente in prodotti più performanti e più affidabili.
