Kennismaking
Met deze uiterst goedkope combinatie van een resistieve sensor en een elektronische schakeling kunt u de vochtigheid van grond meten en omzetten in een lineair en in een digitaal signaal. Omdat het systeem met gelijkspanning werkt, moet u wél maatregelen treffen tegen elektrolytische degradatie van de sensor.
De FC-28 bestaat uit een vorkachtige sensor, opgebouwd op een stukje epoxy-print en een klein printje dat een comparator bevat, twee LED'jes, vier weerstandjes, twee condensatoren en een instelpotentiometer voor het definiëren van de drempel waarbij de digitale uitgang omschakelt van 'L' naar 'H'. Twee kabeltjes voor het aansluiten van de sensor op het printje en voor het opnemen van het printje in bijvoorbeeld een Arduino-systeem worden meegeleverd. Wie de FC-28 fabriceert is niet te achterhalen, wel blijkt uit een zoektocht op internet dat u deze sensor al voor de onwaarschijnlijk lage prijs van slechts € 1,31 kunt bestellen.
 |
| De totale omvang van het FC-28 pakket, te koop voor € 1,31! (© Banggood) |
Na wat gepuzzel kan het schema van het printje getekend worden als voorgesteld in onderstaande figuur. Tussen de voeding Vcc en de massa GND staat een ontkoppelcondensator C1 en een groene LED D1, in serie met de onvermijdelijke stroombegrenzingsweerstand R1. De resistieve sensor staat in serie met een weerstand R2 geschakeld tussen de voeding en de massa. Op het knooppunt verschijnt een analoge spanning, waarvan de waarde afhankelijk is van de weerstand van de sensor. Hoe vochtiger de grond waarin u de sensor steekt, hoe lager de weerstand van de sensor en hoe kleiner de spanning op het knooppunt. Dit knooppunt gaat rechtstreeks naar de analoge uitgang AO en de spanning op deze uitgang is dus een maat voor de vochtigheid van de grond. Deze spanning gaat ook naar de inverterende ingang van een comparator uit een LM383. De niet-inverterende ingang gaat naar de loper van de instelpotentiometer R3. Als u de sensor in heel droge aarde steekt zal de spanning op de inverterende ingang gelijk zijn aan de voedingsspanning en is de uitgang van de comparator 'L'. Wordt de aarde vochtiger, dan daalt de spanning op de inverterende ingang. Op een bepaald moment wordt deze spanning lager dan de spanning op de niet-inverterende ingang en de uitgang van de comparator gaat naar 'H'. De comparator-uitgang levert de digitale uitgang DO. De LM383 heeft een open-collector uitgang, vandaar de belastingsweerstand R4 naar de voeding. Parallel aan deze weerstand staat nog een rode LED D2 met voorschakelweerstand R5. De LED gaat branden als de digitale uitgang DO 'L' is.
 |
| Het schema van de elektronica op het printje. (© 2017 Jos Verstraten) |
Volledig onverklaarbaar is het feit dat de fabrikant van de FC-28 een dubbele comparator LM383 toepast en er maar één van gebruikt. De drie pennetjes van het IC waarachter de tweede comparator schuil gaat worden niet gebruikt op het printje. Wat had er meer voor de hand gelegen dan de LM383 te vervangen door een pen-compatibele dubbele op-amp als de LM358? Een van deze op-amp's had men dan als comparator kunnen gebruiken en de tweede als bufferversterker waardoor de analoge uitgang AO kon worden voorzien van een lage uitgangsimpedantie. Nu, immers, is de spanning op de analoge uitgang niet alleen afhankelijk van de weerstand van de sensor, maar ook van de inwendige weerstand van de schakeling die u op de AO aansluit.
Let op elektrolytische degradatie!
Een tweede bezwaar is dat wordt gewerkt met gelijkstroom door de kring sensor/R2. Hoewel deze stroom maximaal 0,5 mA bedraagt bij 5 V voedingsspanning zal deze stroom op het metaal van de sensor elektrolyse-degradatie veroorzaken. De watermoleculen tussen de twee tanden van de sensor worden immers door de stroom ontbonden in ionen, die er uiteindelijk voor zorgen dat er zuurstof- en waterstof-atomen neerslaan op beide tanden van de sensor. Vooral de zuurstofatomen zijn uiterst agressief en zullen het vertinde of verzilverde koper op lange termijn aantasten. De enige remedie tegen deze kwaal is de sensor alleen onder voedingsspanning te zetten op het moment dat u écht gaat meten. Bovendien moet u de vochtigheid van de grond natuurlijk niet continu meten, maar is één meting om de tien minuten voor de meeste toepassingen goed genoeg. Door alleen dan de voedingsspanning even in te schakelen en weer uit te schakelen nadat u de vochtigheid hebt uitgelezen kunt u de levensduur van de sensor in hoge mate verlengen.
Functie van de aansluitingen
In onderstaande figuur zijn de aansluitingen van en de componenten op de module in beeld gebracht.
 |
| De module met haar componenten en aansluitingen. (© 2017 Jos Verstraten) |
- Prijsindicatie: ongeveer € 1,30
- Fabrikant: onbekend
- Behuizing: niet van toepassing
- Voedingsspanning: 3,3 Vdc tot 5,0 Vdc
- Afmetingen printje: 3,0 cm x 1,5 cm
- Afmetingen sensor: 6,0 cm x 3,0 cm
- Lengte kabels: 20 cm
Voorbeeldschakeling
In onderstaande figuur is getekend hoe u met de FC-28 een relais kunt sturen op het moment dat de grond te droog wordt. De schakeling wordt gestuurd uit de digitale uitgang DO van de sensor. Bij droge grond is deze uitgang 'L'. De basis van de transistor T1 wordt naar de massa getrokken en via R1 vloeit basisstroom. De transistor gaat geleiden en verbindt het relais Rel1 met de voeding. Met het relaiscontact kunt u een pompmotor of elektrisch ventiel inschakelen.
 |
| Het aansturen van een pomp of elektrisch ventiel via de FC-28. (© 2017 Jos Verstraten) |
Een lezer van dit artikel mailde een handige tip. In staafvormige batterijtjes van 1,5 V (type AA) met als technologie zink/kool, alkaline of lithium/mangaan zit in het midden een koolstofstaafje als positieve pool. U kunt dit staafje met enige moeite uit de batterij bevrijden. Na grondige verwijdering van alle chemische substanties (goed schuren onder de kraan) kunt u twee van deze staafjes gebruiken voor het samenstellen van een alternatieve resistieve elektrode. De koolstofstaafjes zijn veel minder gevoelig voor aantasting door elektrolyse dan de sensor die bij de FC-28 wordt geleverd. Op de bovenzijde van de staafjes zit een koperen kapje waaraan u zonder problemen twee draadjes kunt solderen.
 |
| De samenstelling van een 1,5 V batterij met in het midden de koolstofstaaf. (© 2017 Jos Verstraten) |
375 stuks LED's, 10 soorten
