はじめに
以前発表した私の結果は、6台の AM2302（別名 DHT22、RHT03、私はこの名前を使い分けしています）湿度計を比較したものです。 ここでは、同じ装置と技術を使ってその実験を繰り返しますが、2つのセンサをDHT11とSensirion SHT71という別のモデルに置き換えます。 先の実験の目的は、AM2302/DHT22のような安価なセンサが、その主張する精度に見合うものであるかどうかを確認することであった。 私の結論は、私の実験ではそうではなかったものの、安全性が重視されないほとんどの家庭用 DIY プロジェクトにおいて、驚くほど優れた性能と非常に優れたコストパフォーマンスを発揮する、というものでした。 次に明らかな疑問は、私の実験では、より高価な装置の方が優れていることが示されるのかということです。 私は実験を再実行していたので、さらに安価で低仕様の DHT11 も含めました。
DHT11 および DHT22 デバイスのデータシートは簡潔な傾向があります。 以下の表の数値は、データシートに記載されており、通常、小売業者によって引用されています。 一方、センシリオンのデータシートは詳細かつ包括的で、湿度の関数としての精度、推奨校正および線形化手順の詳細が記載されています。 センシリオンの絶対精度の主張は、DHTデバイスについて通常引用されるものよりも厳密ではなく、より信憑性があることに注意してください。
| メーカー仕様 | ||||
| AM2302 / DHT22 | DHT11 | SHT71 | ||
| レンジ | 0- (0°)100% | 20-90% | 0-100% | |
| 絶対精度 | ±2% | ±5% | ±3% (20<RH<80) ±5% (RH<20.XXX) |
±3% (20<XXX) |
| 繰返し性 | ±1% | ±0.1％ | ||
| 長期安定性 | ±0.5% per year | ±1% per year | < 0.5508> | |
| 標準小売価格 | US$ 4-10 | US$ 1-5 | US$ 30-50 | |
UPDATE: このページを最初に書いてから最近データシートが改良されて、英語にはっきり翻訳されて、より詳しい仕様とプロットを含むものが現れました。 (注1) データシートでは、標準精度は±2%ですが、2つの極限値、<10%および>90%
で精度が±5%に劣化することが示されています。 ここで使用した手順は、約1年かけて開発したもので、私のDHT22/AM2302の校正ページに詳細が記載されています。 私は湿度計の専門家ではありません。
The Devices and Test Apparatus
AM2302/DHT22は、私が以前使用したものと同じユニットです。 前回の記事で紹介したA,B,D,E,Fである。 5台と書いてありますが、一度にテストしたのは4台だけです。 また、DHT11とSensirion SHT71を追加しました。 すべてのセンサは 5V d.c. スイッチング電源から給電されました。 Sensirion デバイスを読み取るためにマイクロコントローラに新しいソフトウェアを追加する必要があり、Markus Schatzl と Carl Jackson の Sensirion Arduino ライブラリがベースになっています。
Quality of build
SHT71 は価格の 10 倍以上でありながら、他の製品よりはるかに優れていることに驚かされます。 小型でしっかりした感じです。 金メッキのCu/Be合金ピンは、DHT22のピンが厚いアルミホイルでできているように感じられるのに比べて、非常に頑丈です。 SHT71は、1.27mmの分離ピンを持っているので、一般的な趣味の2.54mmのArduinoやブレッドボードに接続するのは簡単ではありません。 私は、取り扱いを容易にするために、2.54mmのヘッダーブロックに取り付けました。 AM2302と比較したSHT71のパッケージの比較。 DHT11の外観はAM2302に似ている。 やや小さいが、0.1インチのセパレーションピンもある。 SHT71は0.05インチのセパレーションピンを持つ。
応答速度
SHT71は常に最も速く変化に応答し、数秒で変化を記録した。 DHT22/AM2302は約30秒、DHT11は数分かかることもあるようです。 しかし、DHT22は読み取った値をメモリにキャッシュし、次に値が要求されるたびにそれを返します。 私は30秒ごとにサンプリングしているので、DHT22の値は常に30秒前のものであり、図2のステップ変化がSHT71より30秒遅れているのはそのためです。
すべてのセンサ(SHT71を含む)は、高湿度では完全に安定するまでに数時間かかることがあります。 SHT71を含むすべてのセンサーは、高湿度下で完全に安定するまでに数時間かかることがありますが、これは装置のせいかもしれません。 それでも、SHT71が最も速く、DHT11が最も遅いという相対的な事実は、すべて一緒に同じ空気を測定しているため、明らかに本物です。
最初に、すべて単一の固定温度で測定した、異なる基準湿度に対するセンサーのさまざまな応答を見てみましょう。
RH %
15.8
56.6
85.4
| コンパウンド | Ref. | Measured RH % | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | B | D | E | F | DHT11 | SHT71 | ||||||
| NaOH | 7を参照ください。3 | 9.7 | 9.7 | 8.4 | 9.4 | 7.8 | 35.8 | 12.6 | ||||
| LiCl | 11.8 | 14.0 | 13.3 | 12.8 | 13.8 | 12.0 | 13.8 | 35.9 | 16.3 | |||
| MgCl | 33.1 | 33.3 | 31.0 | 31.9 | 32.7 | 30.0 32.8 | 16.335.9 | 30.1 | 38.9 | 35.5 | ||
| k2co3 | 43.4 | 44.1 | 41.7 | 42.8 | 45.8 | 41.6 | 48.6 | 45.3 | ||||
| NaBr | 58.1 | 59.2 | 56.1 | 59.2 | 61.2 | 56.1 | 59.2 | 59.2 | 61.0 | 58.3 | 63.3 | 59.7 |
| nh4no3 | 64.7 | 64.1 | 61.0 | 63.0 | 63.9 | 65.4 | 64.1 | 67.4 | 64.2 | |||
| ki | 69.5 | 70.2 | 66.7 | 72.2 66.73 | 71.3 | 71.2 | 74.0 | 70.4 | ||||
| NaCl | 75.3 | 76.4 | 72.2 | 79.0 | 76.4 | 79.3 | 82.4 | 76.2 | ||||
| nh4so4 | 80.2 | 82.2 | 92.0 | 77.3 | 84.7 | 81.0 | 86.6 | 91.4 | 81.4 | |||
| KCl | 85.3 | 86.2 85.3 | 85.33 | 82.0 | 88.0 | 85.1 | 93.0 | 93.7 | 85.2 | |||
| k2no3 | 93.2 | |||||||||||
| K3no3 | 93.0 | 93.1 | 85.0 | 96.3 | – | 98.0 | 95.3 | – | 95.0 | 93.5 | ||
| H2O | 100.2 98.0 | 95.0 | 95.0 | – | – | – | – | – | – | 98.7 | ||
Sensirion SHT71
このセンサーが一番良いですね。 最もリニアで、最も安定しており、間違いなく最も絶対的な偏差が小さいものですが、DHT22の中で最も良いものを選ぶと、それらは同等になります。 精度と信頼性を高めたいのであれば、このセンサーのコストは妥当なものでしょう。 日常的な用途では、センサーBの自己発熱による大きな不一致を除けば、他のセンサーで十分でしょう。 再現性と一貫性は、SHT71が簡単に勝つと思われるところです。 製造公差と品質管理は、おそらくより高価なデバイスに支払われているものだと思われます。 フィットライン周辺のRMSスキャッターは2%RHですが、これは補正カーブを適用した場合、その補正カーブが変化しない限り、全体の精度を推定したものに過ぎません。 この2%RHのばらつきには、センサーの測定誤差だけでなく、私の装置の系統誤差も含まれていることに注意してください。 各溶液から発生する真の湿度は、2%RH程度までしかわからないのです。 例えば、22℃の硝酸アンモニウムでは、すべてのセンサーが予想より1～2％低い値を示しており、センサーというより、私が使っている基準データに誤りがあることが示唆されます。 私独自の補正カーブを使用しない場合、データシートに記載されているメーカーのデフォルトキャリブレーションを適用した後のセンサーからの誤差は最大で5%になります。
DHT11
データシートにあるように、このデバイスは 20% 以下または 90% 以上では役に立ちませんが、身体の快適さという点では 90% 以上の湿度は同じ、つまり湿っていると感じられます。 同様に20％以下では唇がひび割れ始めるので、多くの用途では5％と15％の差は重要ではないかもしれません。 再現性（データポイントのばらつき）は他のセンサーに比べて著しく悪い（±5％）ですが、有効範囲内（20 < %RH < 90）では、絶対校正はDHT22sとほぼ同じです。 約4%の一定のオフセットが読み取り精度を向上させると思われますが、これらのデータから校正曲線は正当化されません。 センサーBの自己発熱が隣接するDH11に影響を及ぼしている場合、必要なオフセットはわずかに大きくなる可能性があります。 自己発熱するBのないデータランを開始したが、このデバイスの使用を追求しないことを決定したため、放棄した。
DHT22 / AM2302
センサーA 故障したセンサーBによって破壊されたラン2を無視し、この装置は実験終了の直前まで良好に見え、6つのDHT22のうち2番目の故障となった。 センサーBは非常に問題がある。 2回目のデータ実行中、このデバイスは故障しており、高温で動作していた。 この熱は自身のローカル環境にも影響を与えていたため、周囲の環境条件の測定値としてはほとんど役に立ちません。 ラン3では自己発熱していないときでも、その挙動はある程度変化しているようです。 センサーDは仕様以上の変化があったが、5％程度の誤差で許容範囲内である。 補正曲線を適用すれば他の測定値も改善されるので、ある程度の整合性は取れていると思いますが、明らかに変化しています。 100%での乖離は、ラン1でのいくつかのデータロギングエラーの可能性があり、それを無視すれば、非常に一貫した状態を保っています。 残念ながら、すべての校正曲線の中で最も攻撃的なカーブを描いていますが、少なくともそれなりに一定に保たれています。
Part 2: As a Function of Temperature
上記の測定は、一定の温度（30℃と22℃）で行われたものです。 次に、10～40℃の範囲でセンサーがどのように反応するかを見てみます。 これには2つの効果がある。 センサーの反応が温度によって変化するかどうかを測定したいのですが、溶液から発生する湿度自体が温度に敏感であることが分かっています。 したがって、「基準値」はもはや固定された定数ではなく、温度に依存するスロープとなる。 DHT22 センサー A、D、E、F、DHT11、SHT71 は、すべての飽和溶液でテストされ、3 つのプロットは図 5、6、7 に示されています。 ここで選んだ化合物は、
- NaCl で、これは我々のセットの中で最も研究され、よく校正されており、また最も弱い温度依存性を持っているからである。 この特別なケースでは、勾配をプロットする必要はほとんどない。
- NH4NO3 は、非常に強い温度係数を持つ化合物であるため、湿度は全温度範囲にわたって 75% に固定されています。
- MgCl もよく使われる化合物で、低湿度範囲にあり、他の2つの化合物とは異なるため。 測定された湿度対温度。
図5. DHT22センサーA、D、E、F、DHT11、SHT71を12～35℃の温度範囲で飽和塩化ナトリウムでテストしたもの。 比較のため、公表されている文献から抜粋した値をオーバープロットしています。 1%高い値を示していますが、SHT71は、温度に依存しない正しい挙動を示す唯一の製品です。 すべてのDHT22は、温度とともに上昇する湿度測定値を示しており、私が以前に行ったDHT22のみの研究と一致しています
これらのプロットは、これらの実験は校正基準が利用可能である限り正確であり、文献にはかなりのばらつきがあることを繰り返し指摘していることを改めて示しています。 例えば、図6の硝酸アンモニウムを見てください。 SHT71を使った私の2回のデータ実行では、おそらくセンサー較正ドリフトと思われる系統的なオフセットが見られますが、そのオフセットは、公表されているWexlerとO’Brienのデータセット間の不一致とほぼ同じです。
図5と6の間の非常に明白な違いは、システム設定の成功を実証しています。 DHT22のレポートの図3と同様に、この主な結論は、センサー感度の変化と真の環境変化を明確に区別でき、センサー較正に関する結論は実験誤差ではなく、有効であるということです。
パート3：温度と湿度の同時関数として
最後に、センサーを使用してさまざまな温度下で湿度を測定するには、完全に二変量較正が必要です。 図8は、比較的穏やかな温度範囲10 < °C < 35におけるこのような校正を示したものです。 図4の曲線は、実質的にこれらの面を通る断面である。
Conclusion
- SHT71 は DHT22 より明らかに優れています。 より良く作られ、少なくとも同等の精度を持ち、より正確で、変化に対してより迅速に反応する。 もちろん、値段も10倍します。
- 特に目を引くのは、SHT71の熱安定性が他と比べてはるかに優れていることです。 (たとえば、図5)
- 信頼性は、あなたにとって、より高いコストを正当化するかもしれません。 数年後、私の 1 台の SHT71 は問題なく動作しています。
- 私の 6 台の DHT22 / AM2303 デバイスのうち 2 台が故障しています。
- 1年半の連続稼働の後、私の6台のDHT22 / AM2303デバイスのうち1台（デバイスE）だけが、私のSHT71の性能に匹敵することができるようになったのです。 もちろん、私が 1 台の優秀な SHT71 を入手した可能性もありますが、そのようなことは考えられません。
- DHT22 は DHT11 よりも確実に優れており、その追加コストは簡単に正当化されます。 DHT11でこれ以上遊ぶのはやめようと思いますが、安価で低スペックのデバイスが必要な場合は、確かに有効です。