對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）來(lái)說(shuō)，傳感器的作用顯得更為重要。因為IIoT的要義，就是基于遍布生產(chǎn)線(xiàn)和環(huán)境中的傳感器，提供實(shí)時(shí)可靠的數據，工業(yè)現場(chǎng)設備據此做出更智能、更及時(shí)的響應，或者是讓系統對設備運轉情況做出預測性的分析，對可能出現故障或需要維修的部件提前預警，實(shí)現效率和效益的最大化。因此，無(wú)論是原有工業(yè)系統的升級，還是新產(chǎn)線(xiàn)的建設，傳感器選型都是構建IIoT必不可少的一個(gè)技術(shù)要點(diǎn)。

 

從傳感器產(chǎn)品角度來(lái)講，工業(yè)目標應用場(chǎng)景各異，所需傳感器種類(lèi)繁多（如壓力傳感器、液位傳感器、溫度傳感器、力傳感器等），以往工業(yè)傳感器選型就是一個(gè)難點(diǎn)，如今在原有基礎上又疊加上工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的新要求，似乎讓選型工作復雜性又上了一個(gè)臺階。

 

● IIoT傳感器選型四要素

 

不過(guò)，再復雜的事情也有規律可循。在對全球傳感器領(lǐng)導廠(chǎng)商TE Connectivity（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TE）的一系列經(jīng)典和熱賣(mài)的IIoT傳感器產(chǎn)品進(jìn)行分析之后，我們發(fā)現雖然產(chǎn)品千差萬(wàn)別，但＂優(yōu)秀的傳感器都是相似的＂，從它們身上我們可歸納出一個(gè)適應IIoT市場(chǎng)所需的優(yōu)秀傳感器，應該具備的一些基本素質(zhì)。

 

1 可靠性和魯棒性

 

由于工作環(huán)境的特殊性，可靠的性能和堅固耐用的特性，是工業(yè)級傳感器一個(gè)突出的特點(diǎn)，在選型時(shí)可以說(shuō)這是具有＂一票否決權＂的決定因素。因此在選擇IIoT傳感器時(shí)，需要從元器件的內部工藝、產(chǎn)品結構以及外部防護措施多方面進(jìn)行全面的考察。由此也能反映出一個(gè)傳感器廠(chǎng)商的專(zhuān)業(yè)積累和綜合實(shí)力。

 

2 測量精度

 

對于工業(yè)應用來(lái)說(shuō)，傳感器的測量精度當然是一個(gè)硬指標。為了確保精度，通常需要在使用過(guò)程中，對傳感器進(jìn)行校準和信號修正。比如壓力傳感器，為了確保在較寬壓力和溫度范圍中的精確讀數，就需要修正和補償。目前，內置修正和補償等功能成為了IIoT傳感器的一種趨勢，一方面高集成度使得產(chǎn)品結構更為緊湊，同時(shí)也為用戶(hù)開(kāi)發(fā)和使用帶來(lái)了便利和靈活性。

 

3 數字輸出

 

傳統的傳感器輸出的都是模擬信號，再通過(guò)ADC轉化為數字信號傳輸給主控制器。而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起讓數字傳感器的發(fā)展得以加速，由于其能夠直接輸出數字信號，并通過(guò)I2C等數字接口被微處理器直接讀取和處理，省去了從模擬到數字的轉換過(guò)程，這不僅簡(jiǎn)化了系統，降低了成本，還可以避免輸出信號衰減和精度下降。因此在IIoT的應用中，除了一些特殊的場(chǎng)合，具有數字輸出功能或選項的傳感器，一定是優(yōu)先選擇的對象。

 

4 可擴展性

 

隨著(zhù)IIoT系統中傳感器數量激增，相應的應用開(kāi)發(fā)的工作量也會(huì )加大。因此有實(shí)力的傳感器廠(chǎng)商通常會(huì )在產(chǎn)品設計中采用平臺化的思路，即在同一傳感器單元上延展出細分的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)者只要在一種傳感器的應用設計基礎上稍作修改，如選擇同一系列不同量程的產(chǎn)品，就可輕松應對新的設計需求，而固件、圖紙和文檔等都可以是相同或相似的。所以在IIoT傳感器選型中，產(chǎn)品是否具有完整的產(chǎn)品平臺做依托，后續的可擴展性如何，也需仔細斟酌。

 

綜上所述，除了仔細查閱Datasheet中的產(chǎn)品參數，在做IIoT傳感器選型時(shí)，還要從可靠性和魯棒性、測量精度、數字輸出，以及可擴展性等幾個(gè)方面重點(diǎn)考察。下面我們特別從TE產(chǎn)品中篩選出了幾個(gè)最具代表性的IIoT傳感器，逐一進(jìn)行分析，讓大家有一個(gè)直觀(guān)的體驗。

 

M3200壓力傳感器

 

TE的M3200壓力傳感器適用于污水、蒸汽和輕度腐蝕性液體或氣體壓力測量，暖通空調的制冷系統（HVAC）是其一個(gè)典型的應用場(chǎng)景，該產(chǎn)品的設計可以稱(chēng)得上是IIoT傳感器的典范。

 

圖1：M3200壓力傳感器

 

在提升產(chǎn)品的可靠性和魯棒性方面，M3200有三點(diǎn)過(guò)人之處：

 

● 傳感器單元中，M3200采用了TE專(zhuān)有的Microfused技術(shù)，該技術(shù)是利用特殊的壓阻式硅應變片燒結在不銹鋼隔離膜上，以獲得多種介質(zhì)兼容性及更高的長(cháng)期穩定性，避免在傳統微機械加工制造工藝過(guò)程中其他傳感器出現的P-N結效應現象。

 

● 傳感器內部采用帶有微型連接器的小型化、輕質(zhì)電路，具有抗沖擊和振動(dòng)的特性，還具有單獨的防浪涌和噪聲的電路。

 

● 傳感器外部結構，采用一體化的不銹鋼設計，堅固耐用，無(wú)需任何焊接或O形圈即可直接與被測媒介相連。同時(shí)產(chǎn)品也具有很強的耐過(guò)壓和防火能力。

 

為確保傳感器提供數據的準確性，M3200采用了基于A(yíng)SIC的方案，使傳感器的數字電路在工作范圍內的多個(gè)點(diǎn)上都能進(jìn)行原始信號修正，該解決方案完整存儲于壓力傳感器的板載內存中，大大簡(jiǎn)化了該產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)。

 

在信號輸出方面，M3200除了提供五種標準模擬輸出信號外，還提供可通過(guò)I2C輸出14位壓力和11位溫度數字信號的產(chǎn)品，為IIoT應用提供便利。而所有這些產(chǎn)品都是基于同一個(gè)傳感器平臺，可擴展性自然不是問(wèn)題。

 

圖2：M3200壓力數字輸出特性曲線(xiàn)

 

總之，M3200壓力傳感器具有標準結構，可適用于較大的壓力量程范圍，而且獨特的工藝和設計帶來(lái)出色的可靠性和魯棒性，基于同一產(chǎn)品平臺的數字輸出選項，也為產(chǎn)品在IIoT中的應用帶來(lái)更大的便利性和靈活性。

 

HTU21D溫濕度傳感器

 

環(huán)境溫濕度是工業(yè)應用中需要感測的一個(gè)重要參數。如為了提升HVACR系統對于環(huán)境響應的靈敏度和能源利用率，需要通過(guò)溫濕度傳感器對環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監控并可靠地生成和傳輸相關(guān)數據。HTU21D溫濕度傳感器就是為這個(gè)目的而設計的。

 

圖3：HTU21D溫濕度傳感器

 

HTU21D是TE的HTU2x溫濕度傳感器家族的一員，其料號中的后綴「D」,意味著(zhù)它是一款可提供經(jīng)過(guò)校準的I2C格式線(xiàn)性化數字信號的溫濕度傳感器，也就是說(shuō)可通過(guò)模塊化溫濕度數字輸出與微控制器直接連接，實(shí)現即插即用。

 

HTU21D的每一個(gè)傳感器都經(jīng)過(guò)單獨校準和測試。傳感器表面印有產(chǎn)品批號，同時(shí)在芯片內存儲了電子標識碼。HTU21D傳感器的分辨率可以通過(guò)輸入命令進(jìn)行改變（8/12位乃至12/14位的RH/T），傳感器還可以檢測到電池低電量狀態(tài)，并且輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。產(chǎn)品具有完整的互換性，在標準環(huán)境下無(wú)需校準；長(cháng)期處于濕度飽和狀態(tài)后可以迅速恢復。

 

從產(chǎn)品參數上可以看出，空間緊湊和成本敏感的應用是HTU21D的目標市場(chǎng)，但其在可靠性和魯棒性方面也并不馬虎——HTU21D特別提供了具有聚四氟乙烯（PTFE）過(guò)濾器（膜）選項的產(chǎn)品HTU21DF，提供更強的防塵防水能力，可克服細小顆粒物的污染。

 

如上文所述，HTU21D是HTU2x溫濕度傳感器家族的一員，從下表中我們不難體會(huì )到豐富的產(chǎn)品組合帶來(lái)的可擴展性。

 

圖4：TE的HTU2x溫濕度傳感器家族一覽

 

FX29壓力稱(chēng)重傳感器

 

IIoT驅動(dòng)的柔性化生產(chǎn)中，智能化機器人手臂的應用會(huì )越來(lái)越廣泛。檢測機器人手臂的接觸力與抓取力，幫助自動(dòng)化系統對其進(jìn)行建模并對可行抓取力進(jìn)行分析，需要用到壓力稱(chēng)重傳感器。

 

圖5：FX29壓力稱(chēng)重傳感器

 

TE的FX29壓力稱(chēng)重傳感器具有6V額定電源電壓、3mA工作電流以及50MΩ絕緣電阻，具有設計緊湊、較高的超量程能力，與上一代的產(chǎn)品相比FX29能實(shí)現更精確的尺寸控制和更佳的性能。

 

如果我們仔細觀(guān)察FX29，會(huì )進(jìn)一步發(fā)現：

 

● FX29同樣采用了TE特有的Microfused技術(shù)，在實(shí)現小型化的同時(shí)，確保了核心傳感單元的可靠性。

● 產(chǎn)品采用不銹鋼外殼，能夠適應工業(yè)現場(chǎng)復雜環(huán)境的防護需要。

● 提供可選的I2C數字接口，更方便與整個(gè)智能系統集成。

       ……

毫無(wú)疑問(wèn)，這些特性非常符合我們上文總結的幾個(gè)IIoT傳感器選型的要訣，這也使其成為工業(yè)機器人手臂或其他精密壓力稱(chēng)重應用的不二之選。

 

圖6：FX29壓力稱(chēng)重傳感器數字輸出功能框圖

 

總之，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的世界中，傳感器是連接真實(shí)的物理世界和虛擬的數字世界之間的界面，會(huì )源源不斷地產(chǎn)生＂數據＂——這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)世界賴(lài)以運轉的＂燃料＂。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器選不好，無(wú)異于在起點(diǎn)上摔跟頭。貿澤電子會(huì )通過(guò)與全球知名的傳感器廠(chǎng)商合作，提供優(yōu)秀的新型IIoT傳感器產(chǎn)品，幫你贏(yíng)在起跑線(xiàn)上！