Brezžični-termoelementi-za pridobivanje energije z lastnim napajanjem: smo že tam?

Brezžični-termoelementi-za pridobivanje energije z lastnim napajanjem: smo že tam?

Za vse, ki se ukvarjajo z nadzorom industrijskih procesov, upravljanjem objektov ali spremljanjem opreme, skromnotermočlenje znan delovni konj. To je zanesljiv senzor, ki pripoveduje zgodbo o temperaturi, kritičnem parametru v neštetih aplikacijah. Vendar ostaja pogost in drag izziv: ožičenje. Potek namenskih podaljškov termočlenov od senzorja na vrtljivem stroju, oddaljenem cevovodu ali znotraj zapletene strukture do sistema za pridobivanje podatkov je pogosto drag, neprilagodljiv in včasih skoraj nemogoč. Idealna rešitev se zdi očitna-brezžična povezavatermočlen. Toda če potrebuje baterijo, to povzroča glavobole pri vzdrževanju, čas izpada zaradi zamenjave in skrbi za okolje. To vodi do prepričljivega vprašanja: Ali lahko atermočlenres sama moč?

To je obljuba brezžičnih-senzorjev za pridobivanje energije-na samonapajanje. Koncept je sijajen: senzor ustvarja lastno delovno moč iz svojega okolja, pri čemer odpravlja tako žice kot baterije. Pri merjenju temperature to običajno pomeni pretvorbo majhnega temperaturnega gradienta neposredno v električno energijo za delovanje nizko{4}}zmogljivega radijskega oddajnika. Sliši se kot ultimativna rešitev, kajne? Resničnost, čeprav hitro napreduje, zahteva jasen-pogled.

Kako deluje? Načela in izdelki

V bistvu standardtermočlenustvari majhno napetost iz temperaturne razlike med svojima stičiščema (konica zaznavanja in referenčna povezava). Ta milivoltni signal se tradicionalno prenaša po žicah do odčitavalne naprave. Različica s samo-napajanjem gre še korak dlje z uporabo namenskega zbiralnika energije, ki pogosto temelji na modulih termoelektričnega generatorja (TEG). Ti TEG so polprevodni-naprave, ki proizvedejo znatno več električne energije iz temperaturne razlike kottermočlensam signal.

V tipični-brezžični napravi za pridobivanje energijetermočlenmontaža, vroč spojtermočlenje pritrjen na procesno površino. TEG modul je nato toplotno povezan z isto površino, njegova hladna stran pa je izpostavljena zunanjemu zraku ali hladilnemu telesu. Ta temperaturna razlika v TEG ustvari dovolj energije za delovanje mikrokrmilnika z ultra-nizko{3}}porabo energije in brezžičnega oddajnika, ki nato pošljetermočlenpodatke o temperaturi prek protokolov, kot so LoRaWAN, WirelessHART ali lastniški RF.

Praktični nasveti in ključni premisleki

Tehnologija je danes resnično na voljo in deluje v aplikacijah na terenu, vendar je njena uspešna uvedba odvisna od posebnih pogojev. Na podlagi izkušenj v panogi je treba oceniti naslednje ključne točke:

Potreba po stabilnem temperaturnem gradientu:To je gorivo za sistem, o katerem- se ne more pogajati. Osnovno pravilo je, da je za ustvarjanje zadostne moči običajno potreben najmanjši delta-T od 10 stopinj do 15 stopinj med procesom in okoljem. V procesih s stabilno, dosledno toploto, kot so parni vodi, industrijske peči ali ohišja ležajev, so ti sistemi odlični. V aplikacijah, kjer temperatura procesa močno niha ali pade blizu temperature okolja, je lahko pridobivanje energije občasno, kar povzroča vrzeli pri prenosu podatkov.

Upravljanje porabe energije je vse:Najuspešnejše naprave so neverjetno-varčne. Večino časa preživijo v globokem spanju, zbujajo se v načrtovanih intervalih, da izmerijo temperaturo in pošljejo paket podatkov. Obseg in frekvenca prenosa sta neposredna-kompromisa s porabo energije. Naprava, ki pošilja podatke vsakih 10 sekund, bo potrebovala veliko večji vir energije kot naprava, ki pošilja podatke vsakih 10 minut.

Nianse namestitve so pomembne:Toplotna vezava TEG na vir toplote je kritična. Slab kontakt ali neustrezna izolacija na "hladni" strani drastično zmanjša razpoložljivo moč. V praksi te enote pogosto zahtevajo skrbno montažo s termalno masto ali blazinicami, veliko bolj kot preprostotermočlens kompresijskim priključkom.

Razumevanje omejitev:Trenutno je tehnologija najprimernejša za spremljanje, ne pa za visoko{0}}hitrost,-krmilne sisteme z zaprto zanko, kjer sta zakasnitev podatkov ali občasni zgrešeni paket nesprejemljiva. Začetna cena na enoto je tudi višja od žičnetermočlen, vendar so skupni stroški lastništva, če upoštevamo odstranjeno ožičenje, vodnike in vzdrževanje baterije, lahko ugodni.

Torej, ali smo že tam?

Odgovor je kvalificiran "da, za prave aplikacije." Brezžično-samostojno napajanjetermočleniprešli z laboratorijskih konceptov na izvedljive rešitve za industrijski nadzor. Izkazali so se kot neprecenljivi za nameščanje senzorjev na predhodno nedostopne lokacije, na vrtečo se opremo in za hitro uporabo v začasnih procesih.

Ključ do uspeha je usklajenost tehnologije z okoljem. Stabilen, pomemben vir toplote je glavni dejavnik. Za dolgoročno-zanesljivost je treba skrbno načrtovati dejavnike, kot so obseg prenosa, podatkovni interval in fizična namestitev.

Navsezadnje uvedba takšnih naprednih rešitev za spremljanje poudarja širše načelo: učinkovito upravljanje temperature, bodisi za posamezno točko ali celoten sistem, temelji na natančnih podatkih in zasnovi, ki ustreza specifičnemu fizičnemu in delovnemu okolju. Tako kot različni industrijski procesi zahtevajo prilagojene senzorske rešitve, uspešno izkoriščanje vrhunskih-tehnologij, kot je pridobivanje energije, zahteva strokovno oceno edinstvenih pogojev aplikacije za zagotovitev optimalne učinkovitosti in donosnosti naložbe.