هل يحتاج حساس الرطوبة إلى تصحيح؟ مشاريع تخرج ESP32 لمعايرة RH

قد يعرض حساس رطوبة رخيص رقماً فيه منزلة عشرية، لكن ذلك لا يعني أن قراءته دقيقة إلى عُشر بالمئة. في مشاريع تخرج ESP32 لهندسة القياس، يمكن اختبار حساسات متعددة داخل حجرة صغيرة فوق محلول ملحي مشبع، حيث يتوازن الهواء عند رطوبة مرجعية معروفة تقريباً لدرجة حرارة معينة. الهدف تقدير الانحراف والتكرارية، لا إصدار شهادة معايرة.

ما المقصود بنقطة رطوبة ثابتة؟

وثق NIST قيم الرطوبة النسبية فوق محاليل مائية ثنائية مشبعة، موضحاً اعتمادها على درجة الحرارة وضرورة وجود فائض صلب لضمان التشبع. كل ملح يعطي نقطة مختلفة، ولذلك لا يصح وضع أي محلول ملحي وتسميته مرجعاً. اختر ملحين مناسبين من الجدول الأصلي، واكتب درجة الحرارة المقابلة مع القيمة المرجعية التي ستستخدمها.

وجود بلورات غير ذائبة في قاع الوعاء علامة عملية على بقاء المحلول مشبعاً، لكنه لا يضمن اتزان الحجرة أو صحة الحرارة. خذ القيم من مصدر موثوق عند درجة التجربة، ولا تستنتج RH من تركيز مولي تقريبي. طرق fixed-point المنشورة تستخدم حجرة مضبوطة وتنتظر الاستقرار، لذا ينبغي أن ينعكس هذا الاحتياط في مشروع الطالب.

حجرة بسيطة وحساسات قابلة للمقارنة

استخدم علبة محكمة نسبياً بغطاء، وعاء صغيراً للمحلول، وحاملاً يثبت الحساسات فوق سطح السائل بحيث لا تلامسه، ومجس حرارة مستقل قربها. اختر حساسات رقمية مثل SHT3x أو وحدات أخرى، ووصلها إلى ESP32 مع مقاومات سحب حسب متطلبات الناقل. ضع حساساً واحداً مرجعياً أو مسجلاً إضافياً إن كان متاحاً، ولا تجمع كل العناصر ملاصقة لبعضها حيث تسخن بعضها ذاتياً.

أضف مزيل رطوبة للوحة المتحكم: تبقى الإلكترونيات خارج الحجرة قدر الإمكان، وتمر الأسلاك من منفذ صغير محكم. استخدم أملاحاً شائعة غير كاوية مثل كلوريد الصوديوم أو كلوريد البوتاسيوم بعد مراجعة بيانات السلامة، وارتد نظارات عند تحضير المحلول. لا تسخن الأملاح ولا تخلطها بمواد تنظيف.

زمن الاستقرار أهم من لقطة الشاشة

حضّر محلولاً مشبعاً مع فائض من الملح واترك الحجرة تستقر في غرفة ثابتة الحرارة. ابدأ التسجيل قبل إغلاقها، وسجل كل حساس وحرارة الحجرة مرة في الدقيقة مثلاً. لا تحدد مدة واحدة اعتباطية؛ راقب معدل التغير، واعتبر الاستقرار متحققاً عندما تبقى القراءات ضمن نطاق صغير لمدة محددة مسبقاً. أعد فتح الحجرة بعد كل تجربة وانتظر إعادة الاتزان.

اختبر نقطتين منخفضة وعالية نسبياً، ثم استخدم نقطة وسطية لاشتقاق تصحيح خطي إن كان ذلك مبرراً. مثال توضيحي: إذا كان المرجع عند نقطة ما 75% RH والحساس يعرض 72%، فالانحراف عندها -3 نقاط مئوية. هذا لا يبرر إضافة 3 لكل القراءات؛ تحقق من نقطة ثانية ومن الانجراف مع الحرارة أولاً.

تحليل الانحراف والتكرار

لكل حساس احسب متوسط القراءة خلال نافذة الاستقرار، والانحراف عن القيمة المرجعية، ومدى تغير القراءة داخل النافذة. ثم أعد التجربة في يوم آخر أو بعد إعادة تركيب الحساس. فرق ثابت بين العينات يوحي بانحياز فردي، بينما تغيرها جميعاً مع الحرارة يشير إلى شرط بيئي أو مرجعي. لا تمزج قياسات حجرة واحدة عند درجات حرارة مختلفة في متوسط واحد.

اعرض القراءات الخام إلى جانب التصحيح، حتى يستطيع القارئ معرفة أثر المعادلة. إذا استخدمت تعويضاً خطياً بين نقطتين، لا تعرضه خارج النطاق الذي تم اختباره. البيانات خارج مجال الحساس أو قرب التكاثف قد تتصرف بصورة مختلفة، والاستيفاء الرياضي لا يحول حساساً محدود المواصفات إلى أداة مرجعية.

فحوص تكشف إعداداً غير صالح

اختبر الحساسات جنباً إلى جنب في هواء الغرفة قبل وضع الأملاح، ثم ضعها في الحجرة وتأكد من عدم وجود تكاثف. إذا اختلفت حرارة الحساسات عن المجس المستقل، افحص تسخين ESP32 أو قربها من مصدر حراري. سجل فقد الحزم وأخطاء I2C؛ القراءة المجمدة قد تبدو مستقرة بصورة خادعة، لذلك أضف علامة وقت لكل عينة.

حالة فشل هي قراءة رطوبة تتغير ببطء دون الوصول إلى هضبة. قد تكون الحجرة غير محكمة أو المحلول صغيراً أو الحساس قريباً من الجدار. لا تعلن قيمة ثابتة قبل الاتزان. أعد الاختبار مع حجرة فارغة لمعرفة استجابة التغير بعد الإغلاق، وأجر اختبار فتح قصير لمعرفة زمن العودة، لكن لا تستخدم مرحلة العودة كقيمة مرجعية.

حدود لا يجوز إخفاؤها

الأملاح المشبعة توفر نقاط تحقق عملية، لكنها ليست بديلاً عن جهاز مرجعي مُعاير أو مختبر رطوبة. توجد لايقينية بسبب الحرارة والنقاوة وملء الحجرة والتدرج الحراري والتلوث. استخدم كلمة «تحقق» أو «مقارنة» في عنوان المشروع إذا لم توجد سلسلة تتبع قياسي. وثق اسم الملح والمصدر والدرجة الحرارية وزمن الاستقرار ونوع الحساس.

يمكن لفريق مشاريع تخرج ESP32 تصميم البروتوكول واللوحة والتسجيل ضمن خدمة مشاريع التخرج، وربطه بـخدمة Arduino والأجهزة المتصلة. الفائدة الحقيقية هي معرفة متى يخطئ الحساس ومتى تكون البيانات غير مستقرة، لا الادعاء بأن الصندوق المنزلي أصبح مرجعاً وطنياً للرطوبة.

يعرض مرجع NIST لنقاط الرطوبة فوق المحاليل المشبعة القيم بحسب درجة الحرارة وعدم اليقين؛ وتحدد ورقة SHT3x نطاق الحساس وشروط تشغيله. المقارنة التعليمية لا تمنح الجهاز شهادة معايرة.