Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Feuchtesensor HDC1080: stark springende Werte


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von Matthias W. (matt007)


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der Sensor HDC1080 sitzt auf einem China-Modul. Laut Datenblatt sind 
2.7-5.5V möglich. Versorgt wird er über Arduino-nano3 per USB. Die 
Spannung liegt also etwas über 4V. Angesprochen wird per I2C mit 
~400kHz.

Als Auflösung ist 14bit gewählt. Die Messung wird gestartet und per 
delay 7ms gewartet. Laut Datenblatt sollte dann ein brauchbarer Wert 
vorliegen.

Der 14bit Wert wird über 2 byte ausgelesen und diese je 2 bit 
rechtsverschoben in ein unsigned int gesteckt. Es wird dann skaliert so 
daß bei 100% Feuchte 10000 geliefert wird. So ergeben sich 2 Stellen 
hinter dem Komma.

Es ist auffallend daß bei 14bit Auflösung der Sensor keine stabilen 
Werte liefert. Es kommen meist einige Werte scheinbar stabil und dann 
ein Sprung zu anderen Werten.

Die Sprünge liegen bei ~0.1% Feuchte. Das sind also weit größere Sprünge 
als mit 14bit Auflösung zu erwarten wären:
- Bei 8bit wäre 1 LSB ~0.4%.
- Bei 9bit würde man ~0.2% erwarten.
- Bei 10bit wären es ~0.1%,
- bei 11bit ~0.05%,
- bei 12bit ~0.025%,
- bei 13bit ~0.0125%.

Es werden also bei 14bit nur ~10bit brauchbare Auflösung erreicht.

Kennt jemand dieses Phänomen?
Sind die chips aus China Ausreißer und Originale von TI viel besser?

von Rene K. (xdraconix)


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Liegt doch gut... Laut Datenblatt:

"Relative Humidity Accuracy ±2% (typical)"

Also bei 0,1% ... Ich weiß nicht was du eigentlich erwartest? Mir ist 
auch nicht bekannt das es so genaue Hum-Sensoren gibt.

Desweiteren, verstehe ich nicht warum du ihn so schnell abfragst, die 
Response-Time liegt bei 15s. Nur weil die Conversion-Time ~7ms braucht 
heißt das noch lange nicht das dies auch Sinn macht, ganz im Gegenteil. 
Ich denke du berechnest mit der Membran-Temperatur über den Tempsensor?

Matthias W. schrieb:
> Die
> Spannung liegt also etwas über 4V.

Ist natürlich machbar und tolerant, aber halt unter Table 7.3. VDD - NOM 
3V.

: Bearbeitet durch User
von Matthias W. (matt007)


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Matthias W. schrieb:
> nur ~10bit brauchbare Auflösung

es ist ein großer Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit.

Die Genauigkeit ist angebenen. Dazu gibt es ein Diagramm. Ob diese 
Absolutwerte im %-Bereich eingehalten werden kann ich mangels Vergleich 
nicht sagen.

Hier jedoch ist die Auflösung gefragt. Da sollte man doch erwarten 
können daß sich die Feuchte im normalen Zimmer recht langsam ändert. Es 
sollte die Feuchte-Anzeige bei Auslesung alle 7ms daher nicht in 
größeren Stufen springen, sonst ist diese Auflösung schlicht Unsinn.

Warum bietet der Hersteller die Wahl von 14bit Auflösung an, wenn in der 
Praxis nur 10bit Auflösung zu sehen sind?

Selbst die wählbare 11bit Auflösung sehe ich momentan nicht.

Das Verhalten mit reihenweise konstanten Werten und dann großen Sprüngen 
im Bereich 10bit-Auflösung erscheint unplausibel.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> "Relative Humidity Accuracy ±2% (typical)"
> Also bei 0,1%

Danke Rene für den Beitrag !

die Genauigkeit von 2% bei ~60% Anzeige habe ich nicht geprüft. Die 0.1% 
sind die sichtbare Auflösung. Diese sollte jedoch laut Datenblatt bei 
14bit liegen und nicht bei 10bit.

von Rene K. (xdraconix)


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Wenn du alle 7ms abfragst, erhitzt sich das PCB... Nicht viel, aber für 
das Membran immer ein Faktor, deswegen gibt es die 
Temperaturkompensation. Nutzt du sie oder nutzt du sie nicht?

Die Hysterese, die du ansprichst liegt bei diesem Sensor ebenfalls bei 
+/- 1%. Deine Werte machen alle Sinn, keine Angst.

Versuche einfach mal deinen Sensor langsamer abzufragen. Lass ihn mal 
100ms... Du bist schlicht und ergreifend zu schnell.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Ich denke du berechnest mit der Membran-Temperatur über den Tempsensor?

Den Temperatursensor habe ich bisher nicht ausgelesen. Im Chip ist auch 
ein OTP-Speicher der temperaturabhängig die Feuchte korrigiert. Dies 
kann ich nicht beeinflussen.

Es ist so daß rasches Auslesen der Werte zu mehr mittlerem 
Stromverbrauch und somit zu einer kleinen Eigenerwärmung führt. Dies 
könnte ggf. zu Fehlern führen.

Es ist jedoch so daß der Strombedarf im uA-Bereich liegt. Da sollte die 
Eigenerwärmung klein sein und der Fehler somit dank der eingebauten 
Temperaturkompensation auch.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> deswegen gibt es die
> Temperaturkompensation. Nutzt du sie oder nutzt du sie nicht?

diese arbeitet doch automatisch?
Ich kenne beim HDC1080 kein Register um diese zu ein- oder abzuschalten.

Ich kenne auch keine Rechenvorschrift für eine darüber hinausgehende 
Kompensation der Feuchte.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Die Hysterese, die du ansprichst liegt bei diesem Sensor ebenfalls bei
> +/- 1%.

das klingt so als ob erst ~1% Änderung nötig ist um den Wert zu ändern. 
Was bringt dann eine Auflösung von 14bit? Mir erschließt sich der Sinn 
da nicht.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Lass ihn mal 100ms.

Danke für den Hinweis Rene. Das probier ich mal.

von Rene K. (xdraconix)


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Matthias W. schrieb:
> Im Chip ist auch
> ein OTP-Speicher der temperaturabhängig die Feuchte korrigiert.

Uh uh... Vorsicht! Im OTP liegen die Factory Calibrations. Das hat 
meiner Meinung nach nichts mit der Temperaturkompensation zur 
Laufzeitmessung zu tun. Wo ließt du dies denn im DB?

Matthias W. schrieb:
> Es ist so daß rasches Auslesen der Werte zu mehr mittlerem
> Stromverbrauch und somit zu einer kleinen Eigenerwärmung führt. Dies
> könnte ggf. zu Fehlern führen.
>
> Es ist jedoch so daß der Strombedarf im uA-Bereich liegt. Da sollte die
> Eigenerwärmung klein sein und der Fehler somit dank der eingebauten
> Temperaturkompensation auch.

Auch eine "kleine" Eigenerwärmung spielt bei den Membranen eine große 
Rolle. Und wenn es sich da nur um 1°C dreht. Da gibt es hier viele 
Threads zu, meißt aber über die SHTxx bzw. die BMP3xx.

Und ich weiß noch immer nicht wie du darauf kommst das der HDC1080 eine 
eingebaute Temperaturkompensation hat? Ich finde dazu nichts im 
Datenblatt. Kann sein, aber ich sehe dazu nichts. Das wäre ja das 
Merkmal in dem sich der Sensor von allen anderen abheben könnte.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Und ich weiß noch immer nicht wie du darauf kommst das der HDC1080 eine
> eingebaute Temperaturkompensation hat?

Normalerweise sind Feuchtesensoren auch temperaturabhängig:
http://www.michell.com/de/technologie/kapazitive-feuchtesensoren.htm
"Sie weisen wichtige Eigenschaften wie schnelle Ansprechzeit, geringe 
Temperaturabhängigkeit.."

Meine Vermutung ist daher daß auch der Sensor im HDC1080 eine solche 
Abhängigkeit aufweist. Wenn der Hersteller diese kennt so kann er das 
durch geeignete Kalibrationskoeffizienten ggf. ausgleichen. Leider gibt 
das Datenblatt nicht an welche Intelligenz hinter der eingebauten 
Korrektur steckt.

Ich nutze dieses Datenblatt:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/hdc1080.pdf
"The HDC1080 is a digital humidity sensor with integrated temperature 
sensor that provides excellent measurement accuracy at very low power."

"The humidity and temperature sensors are factory calibrated."

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Kann sein, aber ich sehe dazu nichts. Das wäre ja das
> Merkmal in dem sich der Sensor von allen anderen abheben könnte.

Ja. Es steht dazu leider nichts drin.

Auch eine Betriebsspannungsabhängigkeit ist nicht angegeben. Ich vermute 
jedoch daß Schwankungen der Spannung schon einen Einfluss haben können. 
Dazu habe ich bisher nichts getestet.

von Rene K. (xdraconix)


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Matthias W. schrieb:
> Meine Vermutung ist daher daß auch der Sensor im HDC1080 eine solche
> Abhängigkeit aufweist. Wenn der Hersteller diese kennt so kann er das
> durch geeignete Kalibrationskoeffizienten ggf. ausgleichen. Leider gibt
> das Datenblatt nicht an welche Intelligenz hinter der eingebauten
> Korrektur steckt.

Weil es da keine Intelligenz gibt, das musst du selbst machen. Du ließt 
Temperatur aus, rel. Feuchte und verrechnest beides. Mir ist auch kein 
Sensor bekannt der dies selbständig macht.

Matthias W. schrieb:
> Normalerweise sind Feuchtesensoren auch temperaturabhängig:

Richtig, vollkommen richtig, sie sind Temperaturabhängig.

Matthias W. schrieb:
> "The HDC1080 is a digital humidity sensor with integrated temperature
> sensor that provides excellent measurement accuracy at very low power."
>
> "The humidity and temperature sensors are factory calibrated."

Erster Satz sagt das er einen integrierten Temperatursensor hat. In 
Verbindung mit dem Hum Sensor erziehlt er seine Präzision. ABER du musst 
dies selbst machen. Wie bei allen anderen Hum Sensoren auch.

Der zweite Satz gibt halt nur an, das die Sensoren kalibriert sind, das 
sie bei 25°C PCB Temperatur halt auch 25°C PCB Temperatur ausgeben - und 
nicht 18°C z.b. - Diese Kalibrationswerte stehen halt im OTP.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Weil es da keine Intelligenz gibt

ich hatte schon öfter von Sensoren gelesen die einen uP verbaut haben 
der eine gewisse Intelligenz hat über das Programm. Wenn man das 
typische Verhalten bei Temperaturabweichung kennt kann man das 
ausgleichen.

Es gibt ja auch Quarzoszillatoren wo man die Frequenz über die 
Temperatur geeignet stabilisiert.

> Du ließt Temperatur aus, rel. Feuchte und verrechnest beides.

das kann man machen wenn man den Zusammenhang kennt. Im Datenblatt steht 
dazu nichts. Also wird es schwer das umzusetzen. Man müsste selbst die 
nötigen Daten generieren.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> ABER du musst dies selbst machen.

das werden wohl nur wenige machen wegen des Aufwands zur Datenerhebung. 
Dazu braucht es wohl eine Klimakammer mit einstellbarer Feuchte, 
Temperatur und viel Zeit. Oder kennst Du da einen raschen Weg?

von Rene K. (xdraconix)


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Matthias W. schrieb:
> das werden wohl nur wenige machen wegen des Aufwands zur Datenerhebung.
> Dazu braucht es wohl eine Klimakammer mit einstellbarer Feuchte,
> Temperatur und viel Zeit. Oder kennst Du da einen raschen Weg?

Nein, du verwechselst da was... DIESE Werte sind bereits kalibriert in 
deinem HDC.

Ließ dir mal folgendes durch bitte, das erklärt dir was die rel. 
Luftfeuchtigkeit mit der Temperatur zu tun. Auch einige 
Berechnungsgrundlagen:

http://www.simulations-plattform.de/Thermodynamik/Relative_Luftfeuchtigkeit

von Matthias W. (matt007)


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Matthias W. schrieb:
> Rene K. schrieb:
>> Lass ihn mal 100ms.

Jeweils 100ms Pause nach Starten der Wandlung habe ich nun auch 
probiert. Das Ergebnis ist genau dasselbe wie mit 7ms. Die bei meinem 
Exemplar erreichbare Auflösung ist nicht 14bit wie angegeben und auch 
nicht 11bit - sondern 10bit.

von Matthias W. (matt007)


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Rene K. schrieb:
> Ließ dir mal folgendes durch bitte

Vielen Dank Rene. Sieht aus wie das Thema Taupunkt. Mir ist nur nicht 
klar was das mit der internen Kalibrierung dieser Sensoren zu tun hat.

Der Sensor gibt doch Feuchte in 0-100% aus. Ist das nicht die relative 
Feuchte? Ist 100% nicht die Kurve rechts in dieser Grafik?

Vielleicht findet sich noch eine bessere Seite zur Erklärung des Themas.

Für den Taupunkt braucht es normalerweise Feuchte und Temperatur. Daraus 
kann man das berechnen.

https://www.wetterochs.de/wetter/feuchte.html
"Aus Temperatur und relativer Luftfeuchte bzw. Temperatur und Taupunkt 
lässt sich auch der absolute Feuchtegehalt der Luft in Gramm Wasserdampf 
pro Kubikmeter ausrechnen."

von Sebastian S. (amateur)


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Allzu viel Genauigkeit würde ich von dem HDC1080 sowieso nicht erwarten.
Angeblich 14 Bit bei einer "Einheitsstromversorgung" plus der üblichen 
Sparsamkeit vom Chinamann.
Das kannst Du vergessen.

Vielleicht hilft es, wenn Du das Teil Versorgungsspannungsmäßig 
ordentlich entkoppelst. Aber Gipfel wirst Du damit auch nicht Stürmen 
können.

Meine Meinung zu Deinen Abfragezyklen behalte ich lieber für mich.
Erinnert mich ein wenig an die Typen, die einem schweren Stahlblock im 
Millisekundenrhythmus abfragen, um dessen Temperatur zu überwachen.

von Thomas (Gast)


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Ich würde auch erwarten, dass der Sensor intern kompensiert. In disen 
Dokus http://www.ti.com/tool/hdc1080evm steht auch nichts dazu.
Versuch doch mal die Temperatur parallel zur Luftfeuchte zu loggen und 
schau ob es auch dort Sprünge gibt. Und prüfe die Stabilität der 
Betriebsspannung mit dem Oszi. Wenn alles nichts hilft leg einen 
Software Filter drüber.

von Matthias W. (matt007)


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Thomas schrieb:
> Versuch doch mal die Temperatur parallel zur Luftfeuchte zu loggen

Danke Thomas.

Die Temperatur habe ich parallel angesehen. Die springt auch mit 10bit 
Auflösung hin und her. Mehr als 10bit kann ich momentan nicht sehen.

Mag sein daß da Störungen auf der Versorgung sind. Mit dem Oszi das am 
Netz hängt sind meistens Störungen zu sehen. Auch das Laptop-Netzteil 
erzeugt solche. Ich kann natürlich mal den Laptop nur mit Akku laufen 
lassen und schauen was dann passiert.

von Matthias W. (matt007)


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Sebastian S. schrieb:
> Vielleicht hilft es, wenn Du das Teil Versorgungsspannungsmäßig
> ordentlich entkoppelst.

Danke für den Hinweis Sebastian. Das Modul kann ich an einen 3.3V-Regler 
legen. Die I2C-Bus-Pins sollten dann jedoch an den 4.5V des uC liegen. 
Sonst brauche ich noch einen Pegelwandler.

Das Schöne beim HDC1080 ist daß er auch 5V noch kann.

von Matthias W. (matt007)


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leider bekam ich von TI keinen Hinweis warum die Auflösung scheinbar so 
gering ist. Das Modul stammt ja aus China. Manchmal liest man von 
Fake-chips. Keine Ahnung ob so etwas hier der Fall ist.

Es ist halt seltsam wenn die Werte so gar nicht nach 14 bit Auflösung 
aussehen. Insbesondere wenn man in sehr rascher Folge neue Werte 
bestimmt sollte sich in der sehr kurzen Zeit der Wert für Feuchte und 
auch Temperatur kaum ändern. Daher sollte man sehen wie die unteren bits 
sich dann bewegen. Eben dies war bisher bei meinem Aufbau nicht zu 
sehen.

Eine weitere Möglichkeit ist eine eigene Platine zu machen, einen Sensor 
von TI nebst Spannungsregler und Level Translator vorzusehen und damit 
Messungen zu machen.

von Anja (Gast)


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Matthias W. schrieb:
> Die Sprünge liegen bei ~0.1% Feuchte.

Matthias W. schrieb:
> Versorgt wird er über Arduino-nano3 per USB.

Sorry aber was erwartest Du denn?
Keine Saubere Versorgung ergibt nun mal hohes Rauschen.

Außerdem: In bestimmten Betriebspunkten ergibt eine Temperaturänderung 
von 1 Grad eine Feuchtigkeitsänderung von 6%.
Da reicht ein kleiner Luftzug und schon hast Du ein halbes Grad 
Temperaturdifferenz.

Anbei mal eine Aufzeichnung von 3 Temperatursensoren (von diversen 
Feuchte und Drucksensoren). Man sieht deutlich eine Beruhigung der Werte 
wenn die Sensoren innerhalb einer Schachtel liegen.

Gruß Anja

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> Man sieht deutlich eine Beruhigung der Werte
> wenn die Sensoren innerhalb einer Schachtel liegen.

Danke Anja. Der mittlere Bereich war die Schachtel? In diesem Bereich 
scheint das recht glatt zu sein. Auch die Zwischenwerte scheinen 
vorzukommen. Da sind doch im Gegensatz zu meinen Werten mehr als 10bit 
Auflösung zu sehen.

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> Keine Saubere Versorgung ergibt nun mal hohes Rauschen.

der empfohlene Cap ist dran. Im Datenblatt fand ich keine Angaben wie 
stabil die Versorgung sein soll. Eine Abhängigkeit von der Versorgung 
ist nicht angegeben.

Wenn ich die neue Platine habe kann ich mehr dazu sagen wie die Dinge 
dann aussehen.

Ich kann natürlich auf dem China-Modul auch einen Tantal anlöten.

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> Sorry aber was erwartest Du denn?
> Keine Saubere Versorgung ergibt nun mal hohes Rauschen.

meine Erwartung ist falls es rauscht dann auch alle Zwischenwerte mal zu 
sehen. Statistisch sollte jeder Wert mal auftauchen und nicht nur recht 
stabile Werte und dann Sprünge zum nächsten 10bit-Wert.

von Jens G. (jensig)


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Anja (Gast) schrieb:

>Außerdem: In bestimmten Betriebspunkten ergibt eine Temperaturänderung
>von 1 Grad eine Feuchtigkeitsänderung von 6%.

Wo steht das im DB des HDC1080?

@TO:
Grundsätzlich würde ich davon ausgehen, daß dieser Sensor bereits 
temperaturstabilisiert ist, wenn das DB keine sonstigen diesbezüglichen 
Daten hergibt.

Mit der angesprochenen Hysterese hat das sicherlich auch nix zu tun, 
denn die würde eher zu einer Beruhigung als einer Zappeligkleit führen.

Grundsätzlich solltest Du die Betriebsspannung (zumindest die, die der 
Sensor sieht) schön säubern, sonst wird das bei dieser Auflösung nix.

von Matthias W. (matt007)


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Jens G. schrieb:
> Grundsätzlich solltest Du die Betriebsspannung (zumindest die, die der
> Sensor sieht) schön säubern

Danke Jens !

ohne einen extra Spannungsregler ist das wohl nicht so einfach. Die Idee 
war anfangs den HDC1080 zu nehmen weil dieser auch 5V noch kann und 
damit ein Betrieb direkt am uC denkbar erscheint. Natürlich wird die 
Spannung die aus dem USB kommt wohl nicht sonderlich sauber sein.

Denkbar wäre es eine Spule in der Versorgungsleitung zur Platine 
vorzusehen und einen größeren C auf der Platine.

Oder man verlässt diese Spannungsebene. Dann sind eben mehr Teile nötig. 
Scheinbar bietet kaum jemand Sensoren für Arduino mit extra 
Spannungsregler 3.3V und Levelshifter an.

von Jens G. (jensig)


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>Denkbar wäre es eine Spule in der Versorgungsleitung zur Platine
>vorzusehen und einen größeren C auf der Platine.

Ja, oder Widerstand statt Spule, z.B. 100Ohm/100µ.
Wird zwar leichten Spannungsabfall (paar 10mV) über den R bewirken, aber 
die sollten hoffentlich nicht zu sehr auf das Ergebnis einwirken, 
zumindest nicht in hochfrequenter Form. Jedenfalls sollten 
hochfrequentere Spikes damit weitgehends weg sein.

von Anja (Gast)


Angehängte Dateien:

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Jens G. schrieb:
> Wo steht das im DB des HDC1080?

Das kann man aus Wikipedia herauslesen wenn man das Nomogramm für die 
Relation zwischen absoluter Feuchte, Temperatur und relativer Feuchte 
betrachtet.
Das ist keine Sensor-Eigenschaft sondern Physik.

Matthias W. schrieb:
> Da sind doch im Gegensatz zu meinen Werten mehr als 10bit
> Auflösung zu sehen.
Ist die Auflösung die des ADCs oder die des ausgegebenen Feuchte-Wertes?
Und auch ganz sicher daß beim shiften nichts verloren geht?
Auf der anderen Seite: mehr als 1% Auflösung bei Feuchte ist eh gelogen.

Matthias W. schrieb:
> der empfohlene Cap ist dran.
Besser wäre ein RC oder LC-Filter.
so 10-47 Ohm je nach Strombedarf des Sensors und einen dicken Elko 
zusätzlich zu den 100 nF.

Matthias W. schrieb:
> Danke Anja. Der mittlere Bereich war die Schachtel? In diesem Bereich
> scheint das recht glatt zu sein.
Genau: Die Werte sind alles Temperaturen.
Man sieht auch schön daß die Selbsterwärmung unterschiedlich ist.
Außer wenn der Lüfter an ist (im Diagramm die beiden Einbrüche am Anfang 
der Aufzeichnung bei 4000 und 8000 Sekunden).

Anbei noch die Feuchte von der Aufzeichnung. (SHT21 als Sensor).
Auch hier deutlich ruhigere Werte im mittleren Bereich außer beim 
Auspacken.


Gruß Anja

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> Und auch ganz sicher daß beim shiften nichts verloren geht?

so ein Hexenwerk ist das Shiften nicht. So ganz falsch kann es nicht 
sein denn es kommen ja plausible Werte an.
Ich hatte auch noch eine Fassung gemacht wo gar nicht nach rechts 
geschiftet wurde und die Werte dann eben größer sind.

Momentan überlege ich das neu aufzubauen mit 3.3V-Regler und 
Original-Chip statt China-Billig-Fertig-Platine.

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> so 10-47 Ohm je nach Strombedarf des Sensors und einen dicken Elko
> zusätzlich zu den 100 nF.

das kann ich noch machen. Der Sensor braucht sehr wenig Strom. Viel mehr 
Strom brauchen die I2C-Widerstände auf der Platine. Die kann ich jedoch 
deaktivieren.

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> Ist die Auflösung die des ADCs oder die des ausgegebenen Feuchte-Wertes?

für mich sah es so aus als ob der chip nicht mehr Auflösung als 10bit 
liefert. So als ob der ADC auf dem chip nicht mehr kann. Nur was macht 
so ein Redesign des chips für einen Sinn?

Wenn nur ein 10bit-Wandler da wäre würde das erklären warum keine Werte 
durch Rauschen dazwischen auftauchen.

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> Anbei noch die Feuchte von der Aufzeichnung. (SHT21 als Sensor).
> Auch hier deutlich ruhigere Werte im mittleren Bereich außer beim Auspacken

Danke Anja. Kannst Du die Auflösung im mittleren Bereich mal größer 
zoomen damit ich sehen kann wie groß die Sprünge da sind? Ich nehme an 
daß Du mit 12bit da gearbeitet hast? Der SHT kann laut Datenblatt keine 
14bit.

von Viele Bits und wenig Inhalt (Gast)


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Moin,

für mich bedeutet
- 14 Bit Measurement Resolution,
dass der Sensor mit 14Bit eingelesen wird (ADC). Das hat erst einmal 
nichts mit der Auflösung oder dem Rauschen der Ausgabe zu tun.

Weiterhin steht dort:
- Repeatability bei 14Bit Messauflösung: 0,1%RH.

Heißt für mich, dass alles besser als 0.1%RH keine Aussagefähigkeit hat. 
Egal wie viele Bits im Ausgangsregister oder im Ausgabewert stehen, 
Änderungen kleiner 0.1%RH sind Rauschen, Messfehler oder 
Conversionfehler. Wenn zwei Messwerte mit 14Bit eingelesen werden 
(Feuchte und Temperatur) und daraus ein relativer Feuchtewert ermittelt 
wird, sind meiner Meinung keine 14Bit echte/rauschfreie Auflösung im 
Ausgang möglich. Man muss die Marketinginformation vom technisch 
Relevanten trennen :-) ...

mein kleiner Beitrag...

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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@TO: Der HDC1080 ist von der Genauigkeit deutlich besser als der Si7020. 
Man muss sich aber vor Augen führen, dass selbst kommerziell erhältliche 
(und sauteure) Salztöpfe zur Kalibrierung nur +/-3% erreichen, siehe 
https://shop.bb-sensors.com/out/media/Datenblatt_Feuchte-Referenzzellen.pdf. 
Die 2% des HDC1080 sind also schon sehr gut. 14 Bit Genauigkeit (das 
wären rund 60ppm) sind utopisch. Ganz abgesehen davon, dass die Feuchte 
in einem beliebigen Raum wohl kaum so homogen verteilt sein dürfte, dass 
die Aussage irgendeinen Nutzen hätte.

Ein genauerer Abgleich als mit der Referenzzelle dürfte nur mittelbar 
über die Taupunktbestimmung möglich sein. Dass man dabei die Temperatur 
extrem genau kontrollieren muss, ist trivial.
Auch bei der Variante mit der gesättigten Salzlösung ist es wichtig, die 
Temperatur konstant zu halten. Ohne Styroporbox oder besser noch 
Klimaschrank kommt da nur Mist raus. Die Wetterochs-Seite wurde ja schon 
genannt, spiele mal ein bisschen mit den Werten, was sich da schon bei 
0,1K Temperaturunterschied tut.

Sobald dein Gerät sich irgendwie selbst erwärmt (und da reicht schon ein 
µC oder eine LED in der Umgebung), ist dein Feuchtewert schon Unfug und 
du musst umrechnen. Die Formeln vom Wetterochs liefern prima Ergebnisse. 
Für 60ppm dürften seine Konstanten aber nicht reichen.


@Anja, schön, mal wieder von dir zu lesen - gefühlt ist das letzte Mal 
eine Ewigkeit her. Ich mag mich aber täuschen.

von Matthias W. (matt007)


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Viele Bits und wenig Inhalt schrieb:
> Änderungen kleiner 0.1%RH sind Rauschen, Messfehler oder
> Conversionfehler.

Danke für den Beitrag !

wozu bietet man 14bit an wenn ich am Ende nur 10bit sehe?
Klar sind Messfehler da. Natürlich sind die auch viel größer als die 
Auflösung. Nur welchen Sinn macht es 14bit zu realisieren wenn ich beim 
Auslesen schlicht keiner dieser 4 bits über 10 bit hinaus dann sehen 
kann?

Ein reiner Marketing-Gag? mehr nicht?

Meine Hoffnung und Erwartung war daß die erhöhte Auflösung im 14bit mode 
zumindest erlaubt einen Trend frühzeitig zu erkennen. Was sonst hat man 
dann davon?

von Matthias W. (matt007)


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Vielen Dank Max für Deinen Beitrag !

von Matthias W. (matt007)


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Max G. schrieb:
> Die Formeln vom Wetterochs liefern prima Ergebnisse.

Vielen Dank Max. Leider sind die Formeln nicht so einfach im Controller 
nutzbar. 10^ ist da dabei, log10 und float-Arithmetik. Man könnte 
natürlich auch Tabellen nutzen und interpolieren.

von Matthias W. (matt007)


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Max G. schrieb:
> Sobald dein Gerät sich irgendwie selbst erwärmt

man kann Erwärmung des Sensors auch simulieren indem man den Heater 
aktiviert. Die Werte verändern sich dann. Die Feuchtewerte scheinen dann 
wenig Lust zu haben danach wieder auf die alten Werte zu gehen. So 
schien es mir. Das Vergleichshygrometer zeigte dann einen größeren 
Unterschied an.

von Anja (Gast)


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Hallo,

den allgemeinen Zusammenhang gibt auch als Diagramm:
(Leider nur noch hier zu finden:)
http://www.calorex.ro/tehnic/PsychrometricChart-SI.PDF

Wobei ich persönlich den Taupunkt für besser halte.
Der ist unabhängig von der Sensor-Temperatur (Selbst-Aufheizung).
Oftmals heizen auch die Pull-up Widerstände vom I2C ganz schön.
(Die sollten nicht zu dicht am Sensor sitzen).

Gruß Anja

von Matthias W. (matt007)


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Anja schrieb:
> den allgemeinen Zusammenhang gibt auch als Diagramm:
> http://www.calorex.ro/tehnic/PsychrometricChart-SI.PDF

vielen Dank Anja.

> Oftmals heizen auch die Pull-up Widerstände vom I2C ganz schön.
> (Die sollten nicht zu dicht am Sensor sitzen).

da hast Du sicher recht. Auf meiner neuen Platine sind die nun leider 
etwas näher dran weil ich das Design wegen dem Abblock-C am 
Level-Shifter noch mal verändert habe. Dafür sind die Widerstände ja 
dann nur an 3.3V.

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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Matthias W. schrieb:
> Vielen Dank Max. Leider sind die Formeln nicht so einfach im Controller
> nutzbar. 10^ ist da dabei, log10 und float-Arithmetik. Man könnte
> natürlich auch Tabellen nutzen und interpolieren.

Das geht auch in fixed-point, mit einer Taylorreihenentwicklung bis zum 
dritten Glied kommt man da sehr weit. BTDT.
Leider habe ich keinen Weg gefunden, die Division zu umgehen :(

von Wolfgang (Gast)


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Matthias W. schrieb:
> Die Feuchtewerte scheinen dann
> wenig Lust zu haben danach wieder auf die alten Werte zu gehen.

Das nennt sich Hysterese.
(Fußnote 8 zur Tabelle im Abschnitt 7.5 vom Datenblattes des HDC1080)

von Matthias W. (matt007)


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Max G. schrieb:
> mit einer Taylorreihenentwicklung bis zum
> dritten Glied kommt man da sehr weit.

Danke Max !
Du meinst das ist der bessere Weg im Vergleich zu einer Tabelle?

von Matthias W. (matt007)


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Wolfgang schrieb:
> Das nennt sich Hysterese.

Danke Wolfgang. Das schien mir bei meinem Versuch unerwartet groß zu 
sein.

von Matthias W. (matt007)


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um der scheinbar zu kleinen Auflösung (weniger als 14bit bei Einstellung 
14bit) weiter auf den Grund zu gehen habe ich bei Mouser das Original TI 
HDC1080EVM erworben und die Original-Software installiert.

Leider zeigt auch dieses Modul die schon bekannten unerwartet großen 
Sprünge.

Siehe das Bild. Die rote Kurve ist die Luftfeuchte und die grüne die 
Temperatur. Die Werte sehen recht trocken aus. Das EVM-Modul war links 
am Laptop angesteckt in der Nähe des Auslass des CPU-Lüfters. Mag sein 
daß die Luft daher so trocken war.

Als ich die Hand dem Sensor näherte stieg die Feuchte (rot) an und mit 
Verzögerung auch die Temperatur (grün).

Man sieht daß die Quantisierung der Feuchte in etwa bei 0.1° liegt. Das 
entspricht der Größenordnung die ich mit dem billigen China-Modul 
herausgemessen hatte. An diesen Modulen scheint es also nicht zu liegen 
wenn keine 14bit zu sehen sind. Mit dem Original TI-Modul sieht man 
14bit auch nicht.

Dabei kann man mit dem EVA-Modul von TI die Auflösung 14bit am GUI 
vorwählen und die Daten in ein csv schreiben lassen. Die Grafik zeigt 
den Verlauf der Daten bei Abfrage alle Sekunde.

Mittlerweile habe ich eine Platine für den Chip nebst Spannungsregler 
und Pegelwandler angefertigt. Nur bestückt ist diese noch nicht. Es ist 
zu erwarten daß die Daten auch damit so springen werden wie beim 
EVA-Board und bei den China-Modulen. Das Problem liegt wohl im Design 
des Chips begründet. So klingt es doch.

TI hatte bisher keine plausible Erklärung.

von Matthias W. (matt007)


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hier weitere Messungen mit dem Original TI EvaBoard HDC1080. Dabei wurde 
der USB-Stick hinten am Laptop angesteckt. Der Lüfter spielt so keine 
große Rolle mehr. Oben Feuchte, unten Temperatur.

Parallel dazu wurden in unmittelbarer Nähe Werte mit 2 China-Modulen mit 
HDC1080 ermittelt und mit einem Feuchtemesser von Barigo.

Die Sensoren zeigen stark unterschiedliche Werte:
- Sensor auf Eva-Board zeigt stets um die 30% Feuchte
- Sensor in China-Modul 1 zeigt ~47.5%
- Sensor in China-Modul 2 zeigt ~45.5%
- Sensor im Barigo zeigt ~50%

Es ist auffallend daß die beiden China-Module noch am ehesten zum Barigo 
passen und daß das Eva-Board von TI davon stark abweicht. So große 
Abweichungen sollten eigentlich nicht auftreten.

Fazit:
Die sichtbare Auflösung des HDC1080-Sensors entspricht bei der Feuchte 
nicht 14bit. Bei der Temperaturmessung ist eine deutlich bessere 
Auflösung zu sehen obwohl das dieselbe Auflösung sein sollte laut 
Einstellung im Modul.

Die Feuchtewerte des TI-Moduls mit HDC1080 erscheinen unplausibel zu 
klein. Ob als Ursache ein Sensorfehler, Softwarefehler oder 
Firmwarefehler in Frage kommt wäre zu klären.

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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Rühre dir mal eine gesättigte Kochsalzlösung an und packe den Sensor mit 
der Lösung in ein Behältnis. Über gesättigtem NaCl stellt sich eine rF 
von 75,5% ein, dann kannst du recht gut sehen, was Sache ist.

Der HDC1080 ist nach meinen Erfahrungen aber entweder sehr genau oder 
(bei wenigen Exemplaren) total daneben. Zu niedrige rF ist gerne mal 
auch einer Eigenerwärmung geschuldet...haben die Sensoren die gleiche 
Temperatur?

von Matthias W. (matt007)


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Max G. schrieb:
> Rühre dir mal eine gesättigte Kochsalzlösung an

vielen Dank Max für den Hinweis.

> Der HDC1080 ist nach meinen Erfahrungen aber entweder sehr genau oder
> (bei wenigen Exemplaren) total daneben.

es sieht so aus als ob ggf. der Sensor auf dem TI-Board defekt ist 
(Feuchte total daneben). Das Teil kam über Mouser und war sehr gut 
verpackt (Karton, Plastiktüte, Karton, Schaumstoff, leitfähige Tüte 
verschweißt mit Silicagelbeutel innen, noch mal extra Tüte). Mehr 
Verpackungsaufwand ist kaum möglich. Mit der gleichen Sendung kamen noch 
2 HDC1080-Sensoren. Die sind noch originalverpackt.

> Zu niedrige rF ist gerne mal
> auch einer Eigenerwärmung geschuldet...haben die Sensoren die gleiche
> Temperatur?

die Temperaturen sehen ähnlich aus (siehe die grünen Linien unten in den 
Grafiken). Alles um die 25°C Raumtemperatur direkt hinter dem Laptop.

von Matthias W. (matt007)


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hier ein Zoom aus den Daten des Original-TI-Eva-Boards. Man sieht daß - 
obwohl 14bit-Auflösung für Feuchte und Temperatur gewählt wurde die 
Feuchte deutlich gröber als die Temperatur quantisiert ist.

Wenn das bei der Temperatur 14bit sind dann sind es keine 14bit bei der 
Feuchte. Das sind Daten die TI mittels des Moduls selbst so liefert. Da 
spielen also keine etwaigen Softwarefehler von mir eine Rolle.

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