工业物联网时代简易式铠装热电偶以以及供电的方式
 

　　工业物联网(IIoT)通常被称为工业5.0，代表着第5次工业革命，即通过云连接产品、机器、服务和人员的革命。IIoT正朝着互连性增强的时代迈进，预计这一趋势将很快超过铠装简易式热电偶消费者物联网。如今，智能制造的新时代要求新的生态系统来促进全面的工厂自动化和实时监控，以提高生产率、实现预测性维护、优化供应链和资产可追溯性，同时开发更安全的环境。
 

　　机器的互连需要部署铠装简易式热电偶，进行测量的设备(例如，宝贵资产的位置、食品存储的环境条件或损坏的泵散发出的热量)，这些铠装简易式热电偶可以存储或传输到集线器以进行进一步处理。当前，许多铠装热电阻都进行了电缆连接，这在需要移动设备的零件并需要*重新布线时通常是不切实际的。当需要在移动部件或热机器附近采集数据时，用铠装热电阻改造老化的生产线可能很困难，即使不是*不可能。对于监视管道或火车轨道等基础设施，这些电缆的布线成本可能太高而无法实现。因此，在许多情况下，使设备在供电方式方面具有自主性，
 

　　使用电池还有助于满足铠装简易式热电偶的关键要求及其尺寸。由于这些铠装简易式热电偶的数量预计将迅速增加，因此对它们的尺寸提出了新的要求，并朝着小型化的方向发展，以使它们变得不显眼，几乎不可见并且可以放置在涡轮叶片上难以到达的地方。随着电池的可用空间越来越少，很难为设备提供足够的能量并使其进行测量和传输数据。
 

　　在普遍不利的工业环境中，这甚至更加棘手，在这种环境中，铠装简易式热电偶(以及为它们供电的电池)预计将在持续移动或振动的机械附近，有时在高湿度和多尘的环境中以24/7工作。温度也可能变得很高—纺织工业中的机器可能达到100°C或塑料包装工业中的机器可能达到150°C；或非常低，在2月的早晨，当您的车停在外面时，在管道附近或离家较近的地方。当然，为此目的存在“工业”或“汽车”级电池，但是这些电池通常更昂贵且体积更大。那是因为它们的包装和保护得到了强有力的保护，因为您想要的*一件事就是让电池泄漏，着火甚至爆炸。
 

　　电池的优点之一是其成本相对较低。但是重要的是总数设备拥有成本。当然，纽扣电池现在已经高度商品化，通常只需不到一美元即可购买。但是，当您增加费用以支付技术人员更换有故障的电池时，实际成本会大大增加。在可能安装了数百甚至数千个铠装简易式热电偶的工厂中，这可能*终成为某人的全职工作。但是，除了安装成本之外，对公司而言，更昂贵的是电池即将失效或已经失效的时期。在注意到这一点并更换电池之前，关键数据可能已经丢失。实际上，大多数电池只能使用2到5年，与它们供电的设备的预期寿命(可能是10到15年)相比，这太短了。因此，一种不断为越来越小的设备供电的方法。
 

　　一种解决方案是通过将小型但寿命长的能量存储组件(例如可充电固态电池)与能量收集器结合起来，为这些铠装简易式热电偶供电。有很多方法可以从环境中收集能量，可以使用光伏板从太阳能中获取能量，也可以使用热发电机(TEG)来获取热量，并利用压电设备进行振动。也可以从无线电或超声波信号中获取能量。因此，如果正确地平衡了能量预算，则电池和能量收集器这两个组件不需要很大就可以长时间工作。例如，太阳能电池可以向铠装简易式热电偶提供足够的能量，并在白天为电池充电，而在晚上，电池可以提供电能。
 

　　实际上，现在是超低功耗电子产品激动人心的时刻。一方面，能量收集装置的效率不断提高，而高效的室内太阳能电池可提供至少20 mW / cm 2的能量。另一方面， 铠装简易式热电偶和电源管理集成组件的耗电量越来越少，有些消耗的功率不到1 mW。新的无线电传输技术和协议也正在出现，有助于平衡封装尺寸，范围和功耗。例如，蓝牙低功耗通常用于短距离低功率传输，仅需要5到10 mA的电流脉冲。
 

　　然后，存在能量缓冲的问题。我已经提到过，传统的一次铠装简易式热电偶电池或可充电电池(纽扣电池，圆柱形电池，锂离子电池等)可能是一个很好的解决方案，但是由于包装方式的原因，它们不易小型化。大多数钻头的工作温度也高达70°C至80°C，这在您需要监控达到数百摄氏度的钻尖效率时是一个限制。造成这些限制的是液体或聚合物电解质，也是其安全问题和寿命有限的根源。超级电容器是另一个有用的选择，因为它们具有高脉冲电流能力，但通常每单位体积的能量消耗要少于电池。不过，更重要的是，超级电容(在较小程度上)是传统电池，具有较高的泄漏电流。这意味着能量收集器提供的一部分能量很小，会在超级电容内部的电化学反应中损失掉，这使其效率降低。随着温度的升高，情况变得更糟。
 

　　在过去的几年中，已针对其构造为固态电池系列优化了化学和合成工艺。这些固态可充电电池的*长度为1 cm 2，且厚度小于1毫米。它们也不会爆炸或着火。由于它们没有液体成分，因此铠装简易式热电偶使用寿命长，可以再充电数千次(如果一个充放电“循环”是*，则相当于长达5年的使用寿命)，并且泄漏极低电流，在nA范围内。如上所述，这些特性使它们成为小型能量收集器“ tri流充电”时的理想能量存储设备。*固态电池是一种180 mAh的电池，由于选用了多种材料，因此可以在-40°C至+ 150°C的温度范围内工作。此铠装简易式热电偶操作范围允许它们部署在工业IoT应用程序中，还可以部署在汽车、航空航天(引擎或排气口附近)以及对基础设施(如桥梁，管道和火车轨道)的监控。
 

　　随着这些感测设备的数量有望迅速增加，随着尺寸的缩小，在其日益恶劣的条件下，尤其是在越来越低的温度和更高的温度下，其铠装简易式热电偶性能也出现了新的要求。小型固态电池与能量收集器(例如小型光伏面板或热或振动收集器)相结合，为铠装简易式热电偶的长寿命供电提供了*的解决方案。