對于工業(yè)物聯網（IIoT）來說，傳感器的作用顯得更為重要。因為IIoT的要義，就是基于遍布生產線和環(huán)境中的傳感器，提供實時可靠的數據，工業(yè)現場設備據此做出更智能、更及時的響應，或者是讓系統(tǒng)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，實現效率和效益的最大化。因此，無論是原有工業(yè)系統(tǒng)的升級，還是新產線的建設，傳感器選型都是構建IIoT必不可少的一個技術要點。

 

從傳感器產品角度來講，工業(yè)目標應用場景各異，所需傳感器種類繁多（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難點，如今在原有基礎上又疊加上工業(yè)物聯網的新要求，似乎讓選型工作復雜性又上了一個臺階。

 

● IIoT傳感器選型四要素

 

不過，再復雜的事情也有規(guī)律可循。在對全球傳感器領導廠商TE Connectivity（以下簡稱TE）的一系列經典和熱賣的IIoT傳感器產品進行分析之后，我們發(fā)現雖然產品千差萬別，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適應IIoT市場所需的優(yōu)秀傳感器，應該具備的一些基本素質。

 

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)級傳感器一個突出的特點，在選型時可以說這是具有＂一票否決權＂的決定因素。因此在選擇IIoT傳感器時，需要從元器件的內部工藝、產品結構以及外部防護措施多方面進行全面的考察。由此也能反映出一個傳感器廠商的專業(yè)積累和綜合實力。

 

2 測量精度

 

對于工業(yè)應用來說，傳感器的測量精度當然是一個硬指標。為了確保精度，通常需要在使用過程中，對傳感器進行校準和信號修正。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品結構更為緊湊，同時也為用戶開發(fā)和使用帶來了便利和靈活性。

 

3 數字輸出

 

傳統(tǒng)的傳感器輸出的都是模擬信號，再通過ADC轉化為數字信號傳輸給主控制器。而工業(yè)物聯網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程，這不僅簡化了系統(tǒng)，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IIoT系統(tǒng)中傳感器數量激增，相應的應用開發(fā)的工作量也會加大。因此有實力的傳感器廠商通常會在產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品，開發(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，產品是否具有完整的產品平臺做依托，后續(xù)的可擴展性如何，也需仔細斟酌。

 

綜上所述，除了仔細查閱Datasheet中的產品參數，在做IIoT傳感器選型時，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方面重點考察。下面我們特別從TE產品中篩選出了幾個最具代表性的IIoT傳感器，逐一進行分析，讓大家有一個直觀的體驗。

 

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(tǒng)（HVAC）是其一個典型的應用場景，該產品的設計可以稱得上是IIoT傳感器的典范。

 

圖1：M3200壓力傳感器

 

在提升產品的可靠性和魯棒性方面，M3200有三點過人之處：

 

● 傳感器單元中，M3200采用了TE專有的Microfused技術，該技術是利用特殊的壓阻式硅應變片燒結在不銹鋼隔離膜上，以獲得多種介質兼容性及更高的長期穩(wěn)定性，避免在傳統(tǒng)微機械加工制造工藝過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、輕質電路，具有抗沖擊和振動的特性，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，無需任何焊接或O形圈即可直接與被測媒介相連。同時產品也具有很強的耐過壓和防火能力。

 

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

 

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I2C輸出14位壓力和11位溫度數字信號的產品，為IIoT應用提供便利。而所有這些產品都是基于同一個傳感器平臺，可擴展性自然不是問題。

 

圖2：M3200壓力數字輸出特性曲線

 

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出色的可靠性和魯棒性，基于同一產品平臺的數字輸出選項，也為產品在IIoT中的應用帶來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重要參數。如為了提升HVACR系統(tǒng)對于環(huán)境響應的靈敏度和能源利用率，需要通過溫濕度傳感器對環(huán)境進行實時監(jiān)控并可靠地生成和傳輸相關數據。HTU21D溫濕度傳感器就是為這個目的而設計的。

 

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」,意味著它是一款可提供經過校準的I2C格式線性化數字信號的溫濕度傳感器，也就是說可通過模塊化溫濕度數字輸出與微控制器直接連接，實現即插即用。

 

HTU21D的每一個傳感器都經過單獨校準和測試。傳感器表面印有產品批號，同時在芯片內存儲了電子標識碼。HTU21D傳感器的分辨率可以通過輸入命令進行改變（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。產品具有完整的互換性，在標準環(huán)境下無需校準；長期處于濕度飽和狀態(tài)后可以迅速恢復。

 

從產品參數上可以看出，空間緊湊和成本敏感的應用是HTU21D的目標市場，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）過濾器（膜）選項的產品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到豐富的產品組合帶來的可擴展性。

 

圖4：TE的HTU2x溫濕度傳感器家族一覽

 

FX29壓力稱重傳感器

 

IIoT驅動的柔性化生產中，智能化機器人手臂的應用會越來越廣泛。檢測機器人手臂的接觸力與抓取力，幫助自動化系統(tǒng)對其進行建模并對可行抓取力進行分析，需要用到壓力稱重傳感器。

 

圖5：FX29壓力稱重傳感器

 

TE的FX29壓力稱重傳感器具有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，與上一代的產品相比FX29能實現更精確的尺寸控制和更佳的性能。

 

如果我們仔細觀察FX29，會進一步發(fā)現：

 

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

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

● 提供可選的I2C數字接口，更方便與整個智能系統(tǒng)集成。

       ……

毫無疑問，這些特性非常符合我們上文總結的幾個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重應用的不二之選。

 

圖6：FX29壓力稱重傳感器數字輸出功能框圖

 

總之，在工業(yè)物聯網的世界中，傳感器是連接真實的物理世界和虛擬的數字世界之間的界面，會源源不斷地產生＂數據＂——這個物聯網世界賴以運轉的＂燃料＂。工業(yè)物聯網傳感器選不好，無異于在起點上摔跟頭。貿澤電子會通過與全球知名的傳感器廠商合作，提供優(yōu)秀的新型IIoT傳感器產品，幫你贏在起跑線上！