Luchtdruk meting:

De luchtdruk (barometerdruk) wordt gemeten met een IC van Motorola, de MPXS4100A. Dit IC is verkrijgbaar bij Conrad, bestel nr. 14.32.00-60 en kost ongeveer 25 Euro. Dit IC is een absolute drukmeter, geschikt voor het meten van barometerdruk. De sensor heeft een ingebouwde versterker waardoor een gemakkelijk hanteerbaar signaal voor het meten van barometerdruk beschikbaar komt. De uitgangsspanning van de sensor loopt van ongeveer 0.5 V bij 200 hPa tot 4.9 V bij 1050 hPa. Voor de barometer is het traject van 950 tot 1050 hPa nodig, dus een uitgangsspanning van ongeveer 4.4 V tot 4.9 V. Om een spanning van 0 tot 2.5 V voor de AD-convertor te krijgen moet wel enige signaalbewerking plaats vinden. Hieronder is het schema gegeven. Met deze schakeling krijg je na afregeling een spanning van ongeveer 0 tot 2.5 V voor een barometerdruk van 950 hPa to 1050 hPa. De druk "Pb" kan worden berekend met:

Pb = Vuit1 * 40.8 + 950 hPa

Voordat de schakeling met de MPXS4100A een goede barometer oplevert moeten nog een paar problemen opgelost worden. Bij het ijken bleek dat als er licht in de drukopening van de sensor valt, de druk met een paar hPa verandert. De sensor en de schakeling moeten daarom in een lichtdicht doosje worden ingebouwd. Een tweede probleem betreft de temperatuurgevoeligheid van de sensor, die is niet erg groot, maar toch wel verstorend. De twee drukopnemers die ik heb gebruikt hadden een temperatuurcoëfficient van 0.5 respectievelijk 0.3 hPa per graad Celcius, en zelfs binnenshuis levert dat een slechte barometer op. Bij de schakeling heb ik daarom een temperatuur opnemer LM35 ingebouwd waarmee ik de temperatuur van de sensor meet. Met deze temperatuur kan de temperatuurcoëfficient van de drukopnemer worden gecompenseerd. Dit gebeurt rekentechnisch in de datalogger. De temperatuur van de sensor kan worden berekend met:

T = Vuit2 * 20,4 °C

Het ijken van de sensor.
Dit moet zorgvuldig gebeuren, en gaat in een aantal stappen:

- eerst moet het nulpunt worden ingesteld met de potmeter "nulpunt" in de schakeling. Als referentie gebruik ik de luchtdruk van De Bilt (vlak bij Zeist) zoals die op Teletekst 705 of op Internet www.knmi.nl/voorl/weer wordt gegeven. Vuit1 moet worden afgeregeld op:
Vuit1 = (P - 950) / 40.8 V.
Dit hoeft niet al te precies, nulpunt en gevoeligheid moeten toch nog nauwkeurig worden bepaald.

- stap twee is het bepalen en compenseren van de temperatuurcoëfficient van de barometer sensor. Warm het doosje met de sensor een graad of 10 op, een bureaulamp werkt prima als kacheltje. Meet de druk en temperatuur aan het begin en aan het eind van deze proef. Als het rustig weer is verandert de luchtdruk weinig, en dus moeten de veranderingen in de gemeten druk van de temperatuurcoëfficient van de sensor komen. Deel het drukverschil door het temperatuurverschil, dit levert de temperatuurcoeëfficient van de druksensor in hPa/°C op. Als de temperatuurcoëfficient b.v. - 0.3 hPa/°C is, en bij 21 °C de drukfout minimaal is, dan past men de drukberekening als volgt aan:

P = (Vuit1 * 40.8) + (T * 0.3) + (950 - (0.3 * 21)) hPa

Als voor T de temperatuur in graden C wordt ingevoerd, wordt temperatuurcoëfficient van de druksensor gecompenseerd, en krijgt men een temperatuurongevoelige barometer.

- stap drie is het nauwkeurig bepalen van de gevoeligheid en het nulpunt van de druksensor. Hiervoor gebruik ik weer de metingen van het KNMI. Gedurende een aantal dagen schrijf ik regelmatig de waarde van het KNMI en van de sensor op (inclusief de temperatuurcompensatie), liefst moet de druk wel 20 of meer hPa veranderen gedurende de test, maar zelfs met 10 hPa kom je al aardig op weg. De resultaten voer je in een Excell spread sheet in en laat daar een rechte lijn door uitrekenen. Als b.v. de KNMI druk in de cellen A1 tot A10 staat en de sensordruk in B1 tot B10, dan kunnen het nulpunt en de richtingscoëfficient van de lijn door deze punten met de opdracht =LIJNSCH(A1:A10;B1:B10) worden berekend. Let op: de berekening is een matrixberekening, er moeten in Excel twee cellen worden geselecteerd, dan de formule intypen, dan de formule invoeren met Ctrl-Shift-Enter in plaats van gewoon met Enter. Het resultaat van de berekening is een hellingscoëfficient en een nulpuntverschuiving. Als deze correcties in de formule worden ingevoerd kan de druk "P" worden berekend uit Vuit1 en T. De definitieve vorm van de berekening wordt dan:

P = Vuit1 * C1 + Vuit2 * C2 + C3 hPa

Herhaal de stappen twee en drie een paar keer, het blijkt dat als dit zorgvuldig gebeurt de MPXS4100A een zeer stabiele barometer is. Mijn afwijkingen met De Bilt zijn minimaal,
< 0.3 hPa, en dat blijft al een lange tijd stabiel.