노점센서를 이용한 상대습도 변환

노점(이슬점)이란?

수증기가 응결되어, 즉 기체에서 액체 형태로 바뀌어 결로가 생기는 것을 이슬이라고 하며 이렇게 이슬이 생기는 지점을 노점온도(Dew Point Temperature) 혹은 노점 혹은 이슬점이라고 합니다.

노점 온도가 공기 중에 일정량의 수분이 포함되어 임의의 상대습도 값을 나타낸다고 했을 때 상대습도(Relative Humidity)는 온도의 변화에 따라 변화하고 절대습도 (absolute Humidity)는 항상 일정하게 됩니다. 기체의 온도를 점차 내리게 되면 상대 습도는 점차 올라가게 됩니다. 온도가 낮아지면 그 기체 속에서 기체 상태 (Water Vapor :수증기)로 존재할 수 있는 물분자의 양은 점차 줄어들게 되기 때문입니다.

계속해서 온도를 내리면 상대습도는 100%가 되고 수분은 기체에서 액체 형태로 바뀌어 결로가 생기게 됩니다. 이것이 바로 이슬입니다. 이렇게 이슬이 생기는 점을 노점온도 (Dew Point Temperature) 혹은 노점 혹은 이슬점이라고 합니다.

따라서 그 기체 속에 포함된 물분자가 많으면 온도를 얼마 내리지 않아도 곧 포화습도가 되어 결로가 생기기 시작합니다. 즉 노점온도가 높다는 것입니다.

왜 노점 센서로 상대습도를 구하는가?

일반적으로 상대 습도를 측정할 때 퍼센트(%) 단위를 사용합니다. 그러나 기체에 포함된 수분이 아주 낮을 때는 0.0001%라는 식으로 표현하는 %단위는 아주 불편하게 됩니다. 이를 더 낮은 수치를 표현하는 단위로 PPM (Parts Per Million), mg/1나 g/M³ 등을 주로 사용합니다.

하지만 이 단위들 역시 과학적 목적으로는 많이 사용되지만 산업 현장에서는 그 개념적 차이로 사용이 그리 편리하지 않습니다. 또한 기체 내의 수분이 결로에 영향을 미치는 경우가 대부분이므로 상대습도는 주로 노점 온도 (Dew Point Temperature)로 표현합니다.

그냥 상대습도 센서를 사용하면 되는데 왜 노점 센서와 온도 센서로 측정을 한 다음에 상대습도를 구할까요? 습도가 매우 높은 환경에서 상대습도를 알기 위해서 입니다. 일반적으로 쓰이는 박막혁 습도센서는 습도가 매우 높은 환경에서는 수명과 정밀도가 떨어집니다. 따라서 고습한 환경에서는 노점센서로 측정하는 경우가 많습니다.

1. Radionode365에서 노점센서를 이용한 상대습도 변환법

기본적으로 Radionode365의 가상채널을 이용하면 이슬점을 알 수 있습니다.
상대습도는 노점(이슬점)과 온도값을 이용해 구할 수 있습니다.

UA20에 2개의 센서(1채널: 노점(이슬점)센서(E + E Elektronik EE1950), 2채널: 온도센서(E + E Elektronik EE451))를 연결하여 테스트하였습니다.

1. EE1950 PDF DataSheet Download
2. EE451 PDF DataSheet Download

그림1은 4-20mA 출력 센서 2개(CH1: 온도센서, CH2: 노점센서)의 데이터 값 수신을 위한 배선 연결 방법입니다. 1채널에서 노점센서 값을, 2채널에서 온도센서 값을 보내면 Radionode365에서 상대습도값을 계산하여 표시합니다.

2. Radionode365 가상채널 추가하기

장치설정이 필요할경우 아래의 링크를 클릭하여 장치등록을 먼저 해주세요.
◎ 새로운 장치 등록하기

1. 장치설정 > 채널목록에서 우측에 위치한 가상 채널 추가(Beta)버튼을 클릭한 후 템플릿 선택 부분에서 사용자정의(직접편집)를 선택합니다.

2. 온도와 이슬점을 가지고 상대습도를 구하는 공식을 스크립트에 입력합니다.

아래의 스크립트를 복사하여 스크립트에 적용하시면 상대습도를 계산할 수 있습니다.

return (math.exp( (17.08005[Td])/(234.175+[Td]) )) / math.exp( (17.088005[T])/(234.175+[T]) ) * 100;

이슬점으로 습도값을 알기위해서는 온도와 이슬점 두가지를 변수에 추가해야합니다.
T: 온도, Td : 이슬점
(변수명은 스크립트의 변수명과 T(온도), Td(이슬점)와 동일하게 해야합니다.)

3. 저장 후 대시보드 및 데이터 뷰를 생성하면 데이터 기록 및 확인이 가능합니다.