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湿度センサーを飽和塩法でチェック キャリブレはできない 2013/08/18 -->

湿度センサー CHS-UGSが低めの湿度を示す?

Last update:2014/12/11    Build:2013/09/05

これから実験始める風景です。
袋の外の気温湿度を示してます

       
 湿度センサー(CHS-UGS)が体感よりも湿度を低く表示するように思って、 1年ほど前(2012/7/2)にセンサーを交換した。同時に2つ買っていたので 未使用のものと交換した。それから約1年。やはり湿度センサーが低めの 表示をするように思える。  インターネットで湿度計、校正、キャリブレーション、調整、など のキーワードで検索していると、 「わたしの二次記憶」 さんのページを発見、この中で飽和塩法という 試験方法を知る。JIS規格で決まっているようだ。 食塩を使ってできそうなのでやってみることにした。

  
       
 結果:湿度センサーは基準の75%に対して67〜68%を示し、 7〜8%低めの表示であることが解った。 一緒に入れた、市販の時計付の温湿度計がぴったり75%を 示したのはショックだった。

 左側の携帯電話はインターネット経由で データロガ からセンサーの値を読み出しています。  湿度センサー(CHS-UGS)の値は68%を示しています。
  
       
 (追記:2014/12/11)
 湿度センサーを1個購入。購入先は前回購入(2010/10/23)と
 同じSEIKO SHOPで2700円(税込)。
   事前に、ブレッドボードを使いテスターで電圧を計測し
 他の湿度計と比較した。

   ほぼ同じ値。

   つまり前回買った2つのセンサー共におかしかったとの結論。
  こんなことがあるのだろうか。
     これで妥当な数字を示すようになった。

 左写真の左側が湿度センサー1
 右側が今回購入した湿度センサー3
 マジックで3と手書きした。
 

 AT2と1N1、これはロットナンバーだろうか??

   (追記ここまで:2014/12/11)
 
  



以下試行錯誤です。興味のある方は読んでください。




湿度センサーは以前に買ったCHS−UGSです。出力はアナログ0V〜1Vで湿度0%で0V、100%で1Vを出力します。 アナログとはいっても調整する機能はありません。ソフトで調整するのみです。当面は調整せずにそのままです。


購入は SEIKO(晴恒)パーツSHOPです。



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1.湿度センサーがどうも体感や他の湿度計よりも低い値を示す 2012(H24)年夏)

湿度センサーの示す湿度が体感より低い気がする。他の湿度計を見ても値が低い。 梅雨時、べたべた感があるのに、湿度55%など。

湿度センサーは環境によって寿命が異なるとあったので、これは壊れたかなと思い、 同時に2個購入した未使用のセンサーに交換してみることにした。

未使用のセンサーはビニール袋に乾燥剤と一緒にいれて保管してきた。 24時間以上前に袋から取り出し、現況の湿度センサーの横に置いて1日以上環境に同化させた。

2012年7月2日にセンサーを交換した。便宜上最初に使っていた湿度センサーを 湿度センサー1、未使用で今回交換した湿度センサーを湿度センサー2と表示する。

   日付   時刻 湿度(%Rd) 湿度センサー 
2012/7/2 16:30   48.8%      1 
2012/7/2 17:00   50.1%      1 
2012/7/2 17:30   51.0%      1 
2012/7/2 18:00   51.6%      1 
2012/7/2 18:30   49.3%      1 
2012/7/2 19:00   50.5%      1 
2012/7/2 19:30   53.9%      1 
2012/7/2 20:00   56.0%      1 
2012/7/2 20:30   56.2%      1 
2012/7/2 20:41   56.6%      1 
2012/7/2 20:42   56.5%      1 
2012/7/2 20:43 センサー交換 1→2 
2012/7/2 20:43   55.0%      2  
2012/7/2 20:44   56.0%      2 
2012/7/2 20:45   57.9%      2 
2012/7/2 20:48   61.1%      2 
2012/7/2 20:53   61.6%      2 
2012/7/2 20:56   61.8%      2 
2012/7/2 21:02   62.3%      2 
2012/7/2 21:13   62.7%      2 
2012/7/2 21:17   62.4%      2 
2012/7/2 00:21   62.6%      2 
2012/7/2 21:27   62.2%      2 
2012/7/2 21:37   62.3%      2 
2012/7/2 21:38   62.1%      2 


交換した前後をみると湿度センサー1と2ではほとんど差がない。 もともと±5%の誤差のあるセンサーだから2つのセンサーに有意な差は ないと考えられる。センサーはおかしくないとこの時は結論づけた。 他の温湿度計がおかしいのか、体感がおかしいのか?
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2.2013(H25)年夏、やはり湿度センサーが低く表示されると感じる

 H25年夏、やはり湿度が高いと感じる。べたべた感があるのに、湿度55%など。 何か客観的に数値の確かさを確認する方法はないかと思い、「湿度センサー、キャリブレ、 校正、精度」などでインターネットで調べていると、 「わたしの二次記憶」 さんのページを発見、この中で飽和塩法という試験方法を知る。 JIS規格 で決まっているようだ。

表−1 塩の飽和水溶液と平衡にある空気の相対湿度   JIS B 7920

温度 ℃ ふっ化セシウム 臭化リチウム 塩化リチウム 酢酸カリウム 塩化マグネシウム 炭酸カリウム 臭化ナトリウム よう化カリウム 塩化ナトリウム 塩化カリウム 硫酸カリウム
5 - 7.4±0.8 13(6) - 33.6±0.3 43.1±0.5 63.5±0.8 73.3±0.4 75.7±0.3 87.7±0.5 98.5±1.0
10 - 7.1±0.7 13(7) 23.4±0.6 33.5±0.3 43.1±0.4 62.2±0.6 72.1±0.4 75.7±0.3 86.8±0.4 98.2±0.8
15 4.3±1.4(5) 6.9±0.7 12(8) 23.4±0.4 33.3±0.3 43.2±0.4 60.7±0.6 71.0±0.3 75.6±0.2 85.9±0.4 97.9±0.7
20 3.8±1.1 6.6±0.6 12(9) 23.1±0.3 33.1±0.2 43.2±0.4 59.1±0.5 69.9±0.3 75.5±0.2 85.1±0.3 97.6±0.6
25 3.4±1.0 6.4±0.6 11.3±0.3 22.5±0.4 32.8±0.2 43.2±0.4 57.6±0.4 68.9±0.3 75.3±0.2 84.2±0.3 97.3±0.5
30 3.0±0.8 6.2±0.5 11.3±0.3 21.6±0.6 32.4±0.2 43.2±0.5 56.0±0.4 67.9±0.3 75.1±0.2 83.6±0.3 97.0±0.4
35 2.7±0.7 6.0±0.5 11.3±0.3 - 32.1±0.2 - 54.6±0.4 67.0±0.3 74.9±0.2 83.0±0.3 96.7±0.4
40 2.4±0.6 5.8±0.4 11.2±0.3 - 31.6±0.2 - 53.2±0.5 66.1±0.3 74.7±0.2 82.3±0.3 96.4±0.4
45 2.2±0.5 5.7±0.4 11.2±0.3 - 31.1±0.2 - 52.0±0.5 65.3±0.3 74.5±0.2 81.7±0.3 96.1±0.4
50 2.1±0.4 5.5±0.4 11.1±0.3 - 30.5±0.2 - 50.9±0.6 64.5±0.3 74.5±0.9 81.2±0.4 95.8±0.5
55 2.0±0.4 5.4±0.3 11.0±0.3 - 29.9±0.2 - 50.2±0.7 63.8±0.4 74.5±0.9 80.7±0.4 -
60 2.0±0.4 5.3±0.3 11.0±0.3 - 29.3±0.2 - 49.7±0.8 63.1±0.4 74.4±0.9 80.3±0.5 -
65 2.1±0.5 5.3±0.3 10.9±0.3 - 28.5±0.3 - 49.5±1.0 62.5±0.4 74.2±0.9 79.9±0.5 -
70 2.2±0.6 5.2±0.3 10.8±0.4 - 27.8±0.3 - 49.7±1.1 61.9±0.4 74.1±0.9 79.5±0.6 -
75 2.4±0.7 5.2±0.2 10.6±0.41 - 26.9±0.3 - 50.3±1.3 61.4±0.5 74.0±0.9 79.2±0.7 -
80 2.6±0.8 5.2±0.2 10.5±0.5 - 26.1±0.4 - 51.4±1.5 61.0±0.5 73.9±0.9 78.9±0.8 -

注(5) 包含係数 k=2で計算される拡張不確かさ

注(6) 11.20% 〜 14.0%の範囲に分散

注(7) 11.30% 〜 14.3%の範囲に分散

注(8) 11.30% 〜 13.8%の範囲に分散

注(9) 11.10% 〜 12.6%の範囲に分散




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3.食塩を使って飽和塩法でチェック

 塩化ナトリウムは約75%、温度変化に対する相対湿度の変化が小さい上、 食塩を使ってできそうなのでやってみることにした。

 あと塩化マグネシウムが手に入れば33%でチェックできるので都合が 良いのだが、どの程度の純度が 必要なのかが解らない。純度が高いと当然値段も高いので、 とりあえず食塩を使う実験をおこなった。

 通常の塩はいわゆる「にがり」成分があるので、JTの食卓塩を使うこととした。
スーパーで買った100g70円の食卓塩
裏を見ると純度99%、炭酸マグネシウムの文字も見えるが、まあいいか!

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準備です。

センサーを延長するコードを作った。温度用と湿度用の2組。写真は湿度用です。
湿度センサー(CHS-UGS)と温度センサー(LM35DZ)をコップに入れました。

コップの中には食塩と少しの水が入っています。食塩は全て溶けずに残っています。

コップは180cc程度の普通のガラスコップにクレラップを3重にして蓋をしました。 その廻りはビニールテープで巻きました。
湿度センサーの電源の極性を間違えて接続していることに気がつき、修正

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18日昼から19日朝にかけてのデータの抜粋です。詳しくは こちら。 18日16:10から飽和塩法で測定です。10分間隔で計測。 エアコンをかけたりするため温度が安定しないため、コップの廻りをエアーキャップで覆いました(22時頃)。 余り効き目が無く、19日明け方の気温の安定したところを計測値としました。68%程度で正しい(と思われる)値 より7%程度低めに出ています。

   日付       時刻       湿度   温度1  温度2  温度差  湿度   備考
                        (%Rd)  (℃)  (℃)   (℃) センサー
2013/8/18   13:30:00    37.0%   30.7    31.1    -0.4    2	
2013/8/18   14:00:01    42.4%   31.0    31.4    -0.4    2	
2013/8/18   14:30:01    43.5%   31.0    31.4    -0.4    2	
2013/8/18   15:00:01    45.4%   31.1    31.4    -0.3    2	
2013/8/18   15:30:01    45.9%   31.3    31.7    -0.4    2	
2013/8/18   16:00:00    95.3%   31.1    31.7    -0.6    2	←ここは湿度センサーの電源(5V)とOUTを配線間違い
2013/8/18   16:10:00    62.3%   31.7    31.7    -0.0    2	←ここから飽和塩法で計測開始
2013/8/18   16:20:00    84.6%   31.1    31.6    -0.6    2	
2013/8/18   16:30:01    81.6%   30.9    31.6    -0.7    2	
2013/8/18   16:40:00    78.7%   30.8    31.6    -0.8    2	
2013/8/18   16:50:00    75.7%   30.8    31.7    -0.9    2	
2013/8/18   17:00:01    74.7%   30.9    31.6    -0.8    2	
2013/8/18   17:10:00    71.5%   30.8    31.6    -0.8    2	
	(略)						
2013/8/18   21:20:01    63.7%   28.2    29.4    -1.2    2	
2013/8/18   21:30:00    63.4%   28.6    29.7    -1.2    2	
2013/8/18   21:40:00    63.5%   28.8    29.9    -1.0    2	
2013/8/18   21:50:01    63.8%   29.1    30.2    -1.1    2	
2013/8/18   22:00:00    64.5%   29.0    28.9     0.1    2	←エアコンを掛けたり昼と朝で温度変化が
2013/8/18   22:10:01    67.0%   28.7    28.1     0.6    2   大きいのでエアキャップで覆った。	
2013/8/18   22:20:00    68.9%   28.2    27.5     0.7    2	
2013/8/18   22:30:00    69.6%   27.9    26.7     1.2    2	
2013/8/18   22:40:01    69.9%   27.6    26.1     1.5    2	
2013/8/18   22:50:00    70.1%   27.3    26.1     1.2    2	←エアーキャップの効果はあまりない。
2013/8/18   23:00:01    69.6%   27.3    26.7     0.6    2   どんどん温度センサーの差が縮まる	
2013/8/18   23:10:00    69.3%   27.3    27.0     0.3    2	
2013/8/18   23:20:00    69.0%   27.3    26.8     0.4    2	
	(略)						
2013/8/19    5:00:00    68.2%   26.9    27.1    -0.2    2	
2013/8/19    5:10:00    68.0%   27.0    27.5    -0.6    2	
2013/8/19    5:20:01    67.6%   27.1    27.7    -0.5    2	
2013/8/19    5:30:00    68.1%   27.1    26.7     0.3    2	
2013/8/19    5:40:01    68.4%   27.0    27.4    -0.5    2	
2013/8/19    5:50:00    68.4%   27.0    26.9     0.0    2	
2013/8/19    6:00:00    68.3%   27.0    26.7     0.3    2	68%くらいで落ち着いている75%との差7%低め
2013/8/19    6:10:01    68.5%   26.9    27.2    -0.2    2	
2013/8/19    6:20:00    68.4%   26.9    27.4    -0.4    2	
2013/8/19    6:30:01    68.0%   27.1    27.0     0.0    2	
2013/8/19    6:40:01    67.9%   27.1    28.0    -0.8    2	
2013/8/19    6:50:00    67.2%   27.3    28.5    -1.2    2	
2013/8/19    7:00:01    67.2%   27.4    27.3     0.1    2	

湿度センサーチェック用 10分間隔
飽和塩法で塩化ナトリウム99%
約75%になると湿度センサーは正しい
温度1は湿度センサーと同じコップ内の温度
温度2は従来と同じ場所


温度が変化するため、コップの廻りをエアーキャップで覆いました。 しかし、あまり効果無し。



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4.湿度センサーを交換してみる(センサー2→1)



湿度センサーが悪い可能性もあるのでセンサー2をセンサー1に交換してみた。

19日夜から20日朝にかけてのデータの抜粋です。詳しくは こちら

結果は同じように68%程度を示した。つまり、センサーは2つとも同じ値を示したと考えて良いだろう。

  日付     時刻     湿度   温度1  温度2 温度差  湿度	備考
                    (%Rd)  (℃)  (℃)  (℃) センサー
2013/8/19 19:00:00  67.7%  29.7     30.0   -0.3    2	
2013/8/19 19:10:01  67.7%  29.6     30.0   -0.4    2	
2013/8/19 19:20:01  67.7%  29.6     30.1   -0.5    2	
2013/8/19 19:30:00  68.0%  29.4     27.9    1.6    2	
2013/8/19 19:40:01  70.2%  28.7     26.1    2.6    2	
2013/8/19 19:50:00  71.4%  28.2     26.0    2.2    2	
2013/8/19 20:00:00  71.4%  27.9     26.2    1.6    2	
2013/8/19 20:10:01  71.0%  27.6     26.4    1.2    2	
2013/8/19 20:20:00  70.4%  27.4     26.1    1.4    2	
2013/8/19 20:30:01  70.4%  27.1     25.5    1.6    2	湿度センサー交換
2013/8/19 20:40:01  46.5%  26.5     26.2    0.4    1	20:30まで湿度センサー2 20:40から湿度センサー1に戻す
2013/8/19 20:50:00  55.8%  27.2     27.8   -0.6    1	
2013/8/19 21:00:01  53.3%  27.0     27.2   -0.2    1 	
2013/8/19 21:10:00  59.9%  28.2     27.5    0.7    1	
2013/8/19 21:20:00  64.1%  27.9     27.8    0.1    1	
2013/8/19 21:30:01  66.2%  27.7     28.0   -0.3    1
	(略)										
2013/8/20  4:40:01  68.6%  28.9     29.7   -0.7    1
2013/8/20  4:50:01  68.6%  28.9     29.7   -0.8    1
2013/8/20  5:00:00  68.7%  28.9     29.8   -0.9    1
2013/8/20  5:10:01  68.7%  28.9     29.8   -0.9    1
2013/8/20  5:20:00  68.7%  29.0     29.8   -0.9    1
2013/8/20  5:30:01  68.7%  29.0     29.9   -0.9    1
2013/8/20  5:40:01  68.6%  29.0     29.8   -0.8    1
2013/8/20  5:50:00  68.7%  29.0     29.8   -0.8    1
2013/8/20  6:00:01  68.7%  29.0     29.8   -0.8    1
2013/8/20  6:10:00  68.8%  29.0     29.9   -0.9    1
2013/8/20  6:20:00  68.7%  29.0     30.0   -1.0    1
2013/8/20  6:30:00  68.7%  29.0     30.0   -0.9    1
2013/8/20  6:40:00  68.6%  29.1     30.0   -1.0    1
2013/8/20  6:50:01  68.7%  29.1     30.0   -0.9    1
2013/8/20  7:00:00  68.6%  29.1     30.0   -0.9    1
2013/8/20  7:10:00  68.6%  29.2     30.1   -0.9    1
2013/8/20  7:20:01  68.6%  29.1     30.2   -1.0    1
2013/8/20  7:30:00  68.6%  29.2     30.1   -0.9    1
2013/8/20  7:40:01  68.6%  29.2     30.1   -0.8    1
2013/8/20  7:50:00  68.6%  29.3     30.0   -0.7    1
2013/8/20  8:00:00  68.5%  29.3     30.0   -0.8    1


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5.考えられる原因は?



状況
 飽和塩法(塩化ナトリウム)によるチェックをしたが、 2つの湿度センサーともに所定の75%に対して8%程度小さくでる。

湿度センサーが小さめの値(7〜8%小さい)を示すことについて 原因を考えてみた。

考えられる原因

1. 湿度センサー異常  →しかし、昨年夏、及び今回とセンサーを交換しても 元に戻しても2つとも同じような値をしめす。 湿度センサー2つとも異常か?
2.飽和塩法によるテストのエラー
試験が正しく実施されていないのか?
NaCl、99%の食塩に水を少し入れ、塩が残った状態で コップ(約180cc)にセンサーと温度計を入れ、クレラップで3重に密封。 蒸留水を使用した。  不純分が混じっていたのか?
 密封が不十分で空気の出入りがあるのか?
→2013/8/20(火)インターネットで調べてみるとクレラップ、サランラップともに 塩化ビニリデンラップで適度の通気性と水分透過性があるとのこと。 もう一度、ガラス瓶やビニール袋で実験する必要がある。
3.回路設計・配線ミス  データロガ−の設計・配線ミス、湿度計回路の設計・配線ミス、オペアンプの抵抗が大きすぎたか?
 基準電圧が正しくないか → 温度計はほぼ正確
 3.4.については湿度計が直読式なので、 湿度計からの出力電圧を直接測ってみる。
 1Vで100%なので、0.75Vになるかどうか?
 2013/8/21(水) 直接テスターで測ってみた。
 0.68Vであり、データロガ−から取り込んだ値と同じ。
4. ソフトのバグ データロガ−から値を取り出すPICのソフトのバグ、 又は、値を取り出した後、湿度に換算するエクセルの計算ミス


上記3,4の問題ではない。


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6.ラップは空気と水分を通すとの情報でポリエチレン袋で再度チェック



       
 ポリエチレン袋で再実験(2013/8/22(木))

 クレラップは空気と水蒸気をある程度通すとの情報があり、 ポリエチレン袋を2重にして再度実験。

 ポリエチレン袋の中に、小皿に食卓塩と水(精製水)を入れる。 食卓塩をたっぷり入れ溶け残るようにする。
 湿度センサーと温度センサー(写真中央上)と市販の温湿度計付きの時計を入れる。
  

湿度センサーは1のままです。

22日夜から24日朝にかけてのデータの抜粋です。詳しくは こちら

結果はやはり同じで68%程度を示した。センサーが2つとも異常か。新しいセンサーを購入しようか?




 日付   時刻   湿度   温度1 温度2 温度差 湿度センサー
           (%Rd)    (℃)  (℃)  (℃)
2013/8/22 20:00:00  48.8%  26.4  26.7  -0.3	1				
2013/8/22 20:30:01  46.5%  25.6  25.9  -0.3	1				
2013/8/22 21:00:00  53.7%  27.0  27.3  -0.3	1				
2013/8/22 21:30:00  70.2%  26.5  27.5  -1.0	1	←ここから飽和塩法の中 10分間隔			
2013/8/22 21:40:01  69.6%  26.3  27.4  -1.1	1				
2013/8/22 21:50:00  69.0%  26.3  27.4  -1.1	1			
2013/8/22 22:00:00  68.3%  26.8  27.4  -0.7	1				
2013/8/22 22:10:01  68.0%  26.9  27.4  -0.5	1			
2013/8/22 22:20:00  68.0%  26.9  27.4  -0.5	1				
	(略)									
2013/8/23  5:00:01  68.5%  28.2  28.9  -0.7	1				
2013/8/23  5:10:00  68.8%  27.9  28.8  -0.8	1				
2013/8/23  5:20:00  68.6%  27.8  28.8  -1.0	1				
2013/8/23  5:30:01  68.6%  28.1  28.8  -0.7	1				
2013/8/23  5:40:00  68.8%  27.8  28.7  -1.0	1				
2013/8/23  5:50:00  68.4%  27.9  28.8  -0.9	1
2013/8/23  6:00:01  68.7%  28.0  28.8  -0.8	1
2013/8/23  6:10:00  68.4%  27.6  28.8  -1.2	1
2013/8/23  6:20:01  68.8%  27.9  28.8  -0.9	1
2013/8/23  6:30:00  68.9%  27.5  28.6  -1.2	1
2013/8/23  6:40:00  68.6%  27.7  28.7  -1.0	1
2013/8/23  6:50:01  68.9%  27.6  28.6  -1.0	1
2013/8/23  7:00:00  68.9%  27.7  28.6  -0.9	1
	(略)					
2013/8/24  4:40:01  67.7%  28.7  29.0  -0.3	1
2013/8/24  4:50:00  67.9%  28.3  28.9  -0.6	1
2013/8/24  5:00:01  67.6%  28.5  28.9  -0.4	1
2013/8/24  5:10:00  67.8%  28.5  28.9  -0.5	1
2013/8/24  5:20:00  67.6%  28.4  28.9  -0.5	1
2013/8/24  5:30:00  67.8%  28.6  29.0  -0.4	1
2013/8/24  5:40:00  67.9%  28.5  28.9  -0.5	1
2013/8/24  5:50:01  67.6%  28.5  29.0  -0.5	1	
2013/8/24  6:00:00  67.9%  28.5  29.0  -0.5	1	
2013/8/24  6:10:01  67.7%  28.4  29.0  -0.6	1	
2013/8/24  6:20:01  67.9%  28.5  29.0  -0.5	1	
2013/8/24  6:30:00  67.7%  28.4  29.0  -0.6	1	
2013/8/24  6:40:01  67.8%  28.6  29.0  -0.4	1	
2013/8/24  6:50:00  67.8%  28.4  29.0  -0.6	1	
2013/8/24  7:00:00  67.7%  28.4  29.0  -0.6	1	
2013/8/24  7:10:01  67.9%  28.5  29.0  -0.5	1	
2013/8/24  7:20:00  67.9%  28.4  29.0  -0.6	1	
2013/8/24  7:30:01  67.8%  28.7  29.1  -0.4	1	
2013/8/24  7:40:00  68.0%  28.3  29.0  -0.7	1	
2013/8/24  7:50:00  67.7%  28.5  29.0  -0.5	1	
2013/8/24  8:00:01  68.1%  28.4  28.9  -0.6	1	
2013/8/24  8:10:00  68.1%  28.2  28.9  -0.7	1	
2013/8/24  8:20:00  67.9%  28.5  28.9  -0.4	1	湿度センサーは1に戻したまま
2013/8/24  8:30:00  67.7%  28.7  29.0  -0.3	1	← 実験終了 結果変わらず
湿度センサーは1を使用
温度センサー1 は基盤の上
温度センサー2 は湿度センサーと同じポリエチレン袋の中
前回と違えて温度センサー2が湿度センサーと同じ場所


       
 結果:同じだった。68%くらいを示す。

 湿度センサーは基準の75%に対して67〜68%を示し、 7〜8%低めの表示であることが解った。 一緒に入れた、市販の時計付の温湿度計がぴったり75%を 示したのはショックだった。

 左側の携帯電話はインターネット経由で データロガ からセンサーの値を読み出しています。  湿度センサー(CHS-UGS)の値は68%を示しています。
  



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