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分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀

发布时间:2019-12-11 责任编辑:wenwei

【导读】对于智能物联网世界的定义,不同的人会有不同的视角,但在一个观点上大家肯定是一致的,那就是——物联网世界是数据驱动的。因为只有通过精准和可靠的数据收集和分析,才能做出更智能的决策,这也是物联网世界运转的基石。而所有这些数据的起点,就是位于网络边缘的传感器。
 
对于工业物联网(IIoT)来说,传感器的作用显得更为重要。因为IIoT的要义,就是基于遍布生产线和环境中的传感器,提供实时可靠的数据,工业现场设备据此做出更智能、更及时的响应,或者是让系统对设备运转情况做出预测性的分析,对可能出现故障或需要维修的部件提前预警,实现效率和效益的最大化。因此,无论是原有工业系统的升级,还是新产线的建设,传感器选型都是构建IIoT必不可少的一个技术要点。
 
从传感器产品角度来讲,工业目标应用场景各异,所需传感器种类繁多(如压力传感器、液位传感器、温度传感器、力传感器等),以往工业传感器选型就是一个难点,如今在原有基础上又叠加上工业物联网的新要求,似乎让选型工作复杂性又上了一个台阶。
 
● IIoT传感器选型四要素
 
不过,再复杂的事情也有规律可循。在对全球传感器领导厂商TE Connectivity(以下简称TE)的一系列经典和热卖的IIoT传感器产品进行分析之后,我们发现虽然产品千差万别,但"优秀的传感器都是相似的",从它们身上我们可归纳出一个适应IIoT市场所需的优秀传感器,应该具备的一些基本素质。
 
1 可靠性和鲁棒性
 
由于工作环境的特殊性,可靠的性能和坚固耐用的特性,是工业级传感器一个突出的特点,在选型时可以说这是具有"一票否决权"的决定因素。因此在选择IIoT传感器时,需要从元器件的内部工艺、产品结构以及外部防护措施多方面进行全面的考察。由此也能反映出一个传感器厂商的专业积累和综合实力。
 
2 测量精度
 
对于工业应用来说,传感器的测量精度当然是一个硬指标。为了确保精度,通常需要在使用过程中,对传感器进行校准和信号修正。比如压力传感器,为了确保在较宽压力和温度范围中的精确读数,就需要修正和补偿。目前,内置修正和补偿等功能成为了IIoT传感器的一种趋势,一方面高集成度使得产品结构更为紧凑,同时也为用户开发和使用带来了便利和灵活性。
 
3 数字输出
 
传统的传感器输出的都是模拟信号,再通过ADC转化为数字信号传输给主控制器。而工业物联网的兴起让数字传感器的发展得以加速,由于其能够直接输出数字信号,并通过I2C等数字接口被微处理器直接读取和处理,省去了从模拟到数字的转换过程,这不仅简化了系统,降低了成本,还可以避免输出信号衰减和精度下降。因此在IIoT的应用中,除了一些特殊的场合,具有数字输出功能或选项的传感器,一定是优先选择的对象。
 
4 可扩展性
 
随着IIoT系统中传感器数量激增,相应的应用开发的工作量也会加大。因此有实力的传感器厂商通常会在产品设计中采用平台化的思路,即在同一传感器单元上延展出细分的产品,开发者只要在一种传感器的应用设计基础上稍作修改,如选择同一系列不同量程的产品,就可轻松应对新的设计需求,而固件、图纸和文档等都可以是相同或相似的。所以在IIoT传感器选型中,产品是否具有完整的产品平台做依托,后续的可扩展性如何,也需仔细斟酌。
 
综上所述,除了仔细查阅Datasheet中的产品参数,在做IIoT传感器选型时,还要从可靠性和鲁棒性、测量精度、数字输出,以及可扩展性等几个方面重点考察。下面我们特别从TE产品中筛选出了几个最具代表性的IIoT传感器,逐一进行分析,让大家有一个直观的体验。
 
M3200压力传感器
 
TE的M3200压力传感器适用于污水、蒸汽和轻度腐蚀性液体或气体压力测量,暖通空调的制冷系统(HVAC)是其一个典型的应用场景,该产品的设计可以称得上是IIoT传感器的典范。
 
分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀
图1:M3200压力传感器
 
在提升产品的可靠性和鲁棒性方面,M3200有三点过人之处:
 
● 传感器单元中,M3200采用了TE专有的Microfused技术,该技术是利用特殊的压阻式硅应变片烧结在不锈钢隔离膜上,以获得多种介质兼容性及更高的长期稳定性,避免在传统微机械加工制造工艺过程中其他传感器出现的P-N结效应现象。
 
● 传感器内部采用带有微型连接器的小型化、轻质电路,具有抗冲击和振动的特性,还具有单独的防浪涌和噪声的电路。
 
● 传感器外部结构,采用一体化的不锈钢设计,坚固耐用,无需任何焊接或O形圈即可直接与被测媒介相连。同时产品也具有很强的耐过压和防火能力。
 
为确保传感器提供数据的准确性,M3200采用了基于ASIC的方案,使传感器的数字电路在工作范围内的多个点上都能进行原始信号修正,该解决方案完整存储于压力传感器的板载内存中,大大简化了该产品的制造和生产。
 
在信号输出方面,M3200除了提供五种标准模拟输出信号外,还提供可通过I2C输出14位压力和11位温度数字信号的产品,为IIoT应用提供便利。而所有这些产品都是基于同一个传感器平台,可扩展性自然不是问题。
 
分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀
图2:M3200压力数字输出特性曲线
 
总之,M3200压力传感器具有标准结构,可适用于较大的压力量程范围,而且独特的工艺和设计带来出色的可靠性和鲁棒性,基于同一产品平台的数字输出选项,也为产品在IIoT中的应用带来更大的便利性和灵活性。
 
HTU21D温湿度传感器
 
环境温湿度是工业应用中需要感测的一个重要参数。如为了提升HVACR系统对于环境响应的灵敏度和能源利用率,需要通过温湿度传感器对环境进行实时监控并可靠地生成和传输相关数据。HTU21D温湿度传感器就是为这个目的而设计的。
 
分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀
图3:HTU21D温湿度传感器
 
HTU21D是TE的HTU2x温湿度传感器家族的一员,其料号中的后缀「D」,意味着它是一款可提供经过校准的I2C格式线性化数字信号的温湿度传感器,也就是说可通过模块化温湿度数字输出与微控制器直接连接,实现即插即用。
 
HTU21D的每一个传感器都经过单独校准和测试。传感器表面印有产品批号,同时在芯片内存储了电子标识码。HTU21D传感器的分辨率可以通过输入命令进行改变(8/12位乃至12/14位的RH/T),传感器还可以检测到电池低电量状态,并且输出校验和,有助于提高通信的可靠性。产品具有完整的互换性,在标准环境下无需校准;长期处于湿度饱和状态后可以迅速恢复。
 
从产品参数上可以看出,空间紧凑和成本敏感的应用是HTU21D的目标市场,但其在可靠性和鲁棒性方面也并不马虎——HTU21D特别提供了具有聚四氟乙烯(PTFE)过滤器(膜)选项的产品HTU21DF,提供更强的防尘防水能力,可克服细小颗粒物的污染。
 
如上文所述,HTU21D是HTU2x温湿度传感器家族的一员,从下表中我们不难体会到丰富的产品组合带来的可扩展性。
 
分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀
图4:TE的HTU2x温湿度传感器家族一览
 
FX29压力称重传感器
 
IIoT驱动的柔性化生产中,智能化机器人手臂的应用会越来越广泛。检测机器人手臂的接触力与抓取力,帮助自动化系统对其进行建模并对可行抓取力进行分析,需要用到压力称重传感器。
 
分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀
图5:FX29压力称重传感器
 
TE的FX29压力称重传感器具有6V额定电源电压、3mA工作电流以及50MΩ绝缘电阻,具有设计紧凑、较高的超量程能力,与上一代的产品相比FX29能实现更精确的尺寸控制和更佳的性能。
 
如果我们仔细观察FX29,会进一步发现:
 
● FX29同样采用了TE特有的Microfused技术,在实现小型化的同时,确保了核心传感单元的可靠性。
● 产品采用不锈钢外壳,能够适应工业现场复杂环境的防护需要。
● 提供可选的I2C数字接口,更方便与整个智能系统集成。
       ……
毫无疑问,这些特性非常符合我们上文总结的几个IIoT传感器选型的要诀,这也使其成为工业机器人手臂或其他精密压力称重应用的不二之选。
 
分析了这些TE爆款产品之后,我们得出了IIoT传感器选型要诀
图6:FX29压力称重传感器数字输出功能框图
 
总之,在工业物联网的世界中,传感器是连接真实的物理世界和虚拟的数字世界之间的界面,会源源不断地产生"数据"——这个物联网世界赖以运转的"燃料"。工业物联网传感器选不好,无异于在起点上摔跟头。贸泽电子会通过与全球知名的传感器厂商合作,提供优秀的新型IIoT传感器产品,帮你赢在起跑线上!
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