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电磁流量计

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将电磁流量计集成到空气质量监测设计中的重要问题

来源:作者:发表时间:2020-04-02 17:39:57

性姿势学堂         空气质量监测正处于十字路口。传统的解决方案(主要是政府赞助的监测站)既庞大又昂贵,并且通常会分析有限的空气样本。同时,家庭和工业空气监测系统长期使用现有的电磁流量计技术进行环境质量监测和泄漏检测。

 
        但是,这些电磁流量计具有相对较大的占地面积,并且通常消耗大量功率。他们还缺乏升级所需的处理能力,连接性和安全性,以执行现代物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)应用程序所必需的升级以执行自我诊断和报告程序。
 
        为了解决这些问题,赛普拉斯半导体,气体传感解决方案,IDT,瑞萨和Sensirion等供应商正在涌现出高度集成且灵活的电磁流量计解决方案。这些带来更高的集成度,处理能力,安全性和连接性,并有望提供更准确的测量结果,以检测家庭,建筑物,汽车,医院和工厂的环境变化。
 
        本文将介绍一些最近的示例,并说明它们如何使用预校准的设计和预编译的固件满足设计人员的需求。它还将借助参考设计和硬件套件研究校准和存储功能如何促进不同的传感器配置。
 
在物联网电磁流量计中寻找什么
        微机电系统(MEMS)的进步已成为微型,低成本电磁流量计的基本推动者。随着MEMS技术的进步,传感器的准确性和可靠性也随之提高。随着快速响应时间的到来,这些至关重要的特性决定了电磁流量计监测环境的能力。
 
        但是,尽管基本的气体传感技术很重要,但它们并不是传感器性能的唯一决定因素。相反,校准功能的改进为设计人员提供了有关气体类型,浓度范围和成本的选择。固件改进还与校准功​​能紧密结合,可帮助设计人员将电磁流量计快速集成到各种IoT应用中。
 
        此外,可以使用带有预编译固件的预校准传感设备将单个芯片上的电磁流量计快速集成到空气质量监测物联网设计中。这些紧凑型传感器采用气体进行电校准,以确保批次之间的一致性。此外,传感器设备中的内置非易失性存储器(NVM)可存储配置并为其他数据提供空间。
 
        除了预校准之外,预编译的固件进一步增强了集成度和准确性,同时大大降低了电磁流量计的功耗。预编译的固件还简化了总体开发工作,允许设计人员在不更改硬件的情况下添加新的传感功能,同时允许在部署后进行系统更新。
 
预先校准的电磁流量计
        以IDT的ZMOD4510IA1R电磁流量计模块为例,该模块可量化的浓度低至十亿分之20(ppb)。它经过优化,可检测痕量大气气体,例如氮氧化物(NOx)和臭氧(O 3),这是造成不健康的室外空气质量的两个主要原因。数字电磁流量计旨在根据美国环境保护署(EPA)的空气质量指数(AQI)监控室外空气质量。传感器模块的尺寸为3.0毫米x 3.0毫米x 0.7毫米(mm),包括一个气体感应元件和一个信号调节IC(图1)。
ZMOD4510IA1R电磁流量计模块采用算法来计算室外气体的浓度。
 
       在ZMOD4510IA1R中,感测元件由硅基MEMS结构上的加热元件和金属氧化物(MOx)化学电阻组成。信号调节IC控制传感器温度并测量MOx电导率,这是气体浓度的函数。
 
       除校准功能外,基于成熟的MOx材料的ZMOD4510IA1R还具有高度耐硅氧烷的性能,可确保在恶劣环境下的可靠性。为了更快地原型设计和开发,它是由支撑ZMOD4510-EVK-HC电磁流量计评估套件,其允许电磁流量计模块经由双向USB连接到Windows进行试验和评定® PC。EVK上基于微控制器的模块控制I²C通信接口,以显示测得的臭氧和氮氧化物的输出(图2)。
 
       IDT的HS300x  系列湿度和温度传感器还具有集成的校准和温度补偿逻辑,可通过标准的I 2 C输出提供完全校正的相对湿度(RH)和温度值。RH是在给定温度下水蒸气分压与水平衡蒸气压之比。
 
       无需用户对输出数据进行校准,并且在内部对测量数据进行校正和补偿,以在较宽的温度和湿度范围内进行精确操作。的HS3001,HS3002,HS3003和HS3004 MEMS传感器测量3×2.41×0.8毫米,仅在相对湿度和温度的测量精度方面不同。
 
基于云的空气监测
       设计人员可以使用电磁流量计通过本地处理数据或通过基于IP连接的基于云的平台随时间推移开发洞察力来记录空气质量。在这里,硬件套件有助于通过仪表板进行安全的云连接和监视控制。
 
       例如,瑞萨的YSAECLOUD2 AE-Cloud2套件是围绕该公司的Synergy S5D9微控制器构建的参考设计。它允许开发人员通过W-Fi,蜂窝和其他通信通道将ZMOD4510IA1R电磁流量计和HS3001湿度传感器等设备连接到云服务。IoT套件还允许开发人员在仪表板上实时可视化传感器数据。
 
       对于需要使用基于云的平台监视室内和室外空气质量的开发人员,有许多可用的替代方法。Digi-Key自己的下一代智能空气质量监测
 
       具有云功能的电磁流量计平台将赛普拉斯半导体的PSoC 6  微控制器与Sensirion的气体和灰尘传感器结合在一起(图3)。PSoC 6微控制器提供可编程外设,以与任何Sensirion传感器接口。