אתגר העיצוב
חיישנים מהווים חלק גדל והולך בעולמינו המקושר והם הופכים ליותר ויותר מרכזיים ביישומים המלווים אותנו במהלך כל חיינו. ככל שגדלה השתלבות החיישנים במגוון מוצרים וככל שהביקוש מרקיע שחקים, ניצבים מהנדסי מוצרים בפני אתגרים חדשים שמטרתם הינה מיטוב (ביצוע אופטימיזציה) ביצועים עבור יישומים עכשוויים וחדשים. לעיתים קרובות עליהם להשתמש בחיישנים על מנת לנטר טמפרטורה, לחות, מיקום, לחץ והרבה מעבר לכך.
תפקידם של חיישני לחות
לחות הינה כמות אדי המים הנמצאים באוויר. בעודה בלתי נראית לעין האנושית, אנו יכולים לחוש בה. ייתכן ואף נראה כי חם יותר מאשר הטמפרטורה בפועל. ועבור אלו אשר נסעו לאזורים שונים בכדור הארץ – במיוחד בקרבת קו המשווה – האוויר יקנה תחושה של חום וכבדות, וייתן לכם את ההרגשה החמה – לחה הדורסנית הזו. אי-הנוחות אינה נובעת אך ורק עקב הטמפרטורה אלא בשל ‘הלחות היחסית’. הטמפרטורה עשויה להיות 75 מעלות פרנהייט (או 23 מעלות צלסיוס) עם לחות יחסית של 80 אחוז ויותר, ועדיין אנו נרגיש כאילו מדובר ב- 80 מעלות (או 26.6 מעלות צלסיוס) בחוץ. הלחות ממלאת תפקיד חשוב בפעילויותינו היומיומיות. בין אם היא קשורה ישירות לנוחותכם האישית (שמירה על טריות המזון או הפעלת מערכת החימום, האוורור ומיזוג האוויר (HVAC) במזג אוויר חם) או במצבים קריטיים יותר, מסכני חיים כגון הצורך להבטיח שתינוק אשר נולד קודם זמנו (פג) יקבל את תוספת הלחות הנכונה הנדרשת עבור טיפול בילודים ולצורכי גדילה.
היכולת לשלוט במדויק בסביבתנו מהווה ציפייה סטנדרטית בחלקים ניכרים בעולם כיום, ובפשטות היא לא תהיה אפשרית ללא חיישנים.
בחברתנו, חיישני הלחות והטמפרטורה המשולבים שלנו מציעים זמן תגובה מוביל, דיוק במדידה וביצועים מתמשכים וקבועים אפילו כאשר הם נחשפים לשינויים ותנאים קיצוניים. למעשה, אנו כבר ניצבים בחוד החנית הדוחף את התקדמות טכנולוגיית החיישנים לפתרונות משולבים, דיגיטליים ואלחוטיים אשר מסייעים בהפיכת היישומים לחכמים ויעילים יותר.
והנה מבט מקרוב על כמה מהאתגרים הגדולים ביותר מולם ניצבים מהנדסי עיצוב ועל האופן בו חיישן הלחות והטמפרטורה HTU2x המשולב הונדס כדי להתמודד עם האתגרים הללו.
אתגר מספר 1
רוב היישומים הקיימים כיום חשופים לטווחי לחות וטמפרטורה נרחבים.
מדוע מהווה הדבר אתגר?
בין אם מדובר בחום מעיק, קור מקפיא, רטיבות או יובש, יישומים דורשים את אותה היעילות המערכתית בכל טווחי הלחות והטמפרטורה על-מנת להשיג את הביצועים האמינים ביותר. משמעות הדבר הינה, שללא קשר לתנאי הסביבה החיצוניים, על החיישן לבצע את הנדרש ממנו באופן אופטימלי והטוב ביותר.
תגובה לינארית הינה המפתח. למרות שינויים בטמפרטורה ובלחות, דיוק ויציבות המדידה חייבים להיוותר זהים בחיישן. הדבר הינו קריטי ביישומים בהם הסביבה רגישה לשינויים, למשל בשימושים תעשייתיים או בשימוש בהתקנים ומכשירים שונים. לדוגמא, יש לתכנן את החיישן כך שיוכל להציע מדידה מדויקת על-ידי מתן תגובה לינארית ואת החשל (היסטרזיס – השהייה של תגובת מערכת לעירור) הנמוך ביותר.
דוגמא טובה הינה עבור יישומי מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר בהן המערכת מווסתת את טמפרטורת ולחות הסביבה עבור אזור הנוחות שלכם, בין אם מדובר ביום קיץ חם או בחורף גשום בחוץ. חיישני לחות עוברים דרך מספר שלבים עיקריים של שינויי לחות יחסית, עונה אחר עונה, ויש לוודא שתגובתם נותרת לינארית. על המערכת להתאים את עצמה ולהסתגל לעונות המשתנות אשר עשויות להשפיע על הנוחות בביתך או במשרדך.
עקומת התגובה הלינארית של החיישן תאפשר למערכת החימום, האוורור ומיזוג האוויר לשמר את אותם הביצועים ללא קשר לתנאים.
אתגר מספר 2
יישומים דורשים זמן תגובה מהיר על-מנת לשמור על ביצועי המערכת.
מדוע מהווה הדבר אתגר?
חלק מהיישומים דורשים מכם לתכנן ולעצב את היכולת לחוש את כל השינויים הסביבתיים והם מסוגלים להגיב במהירות, תוך הצגת ביצועי המערכת הכוללים הטובים מסוגם הקיימים.
זמן תגובה מהיר הינו בגדר חובה בתעשייה. קיומן של מדידות מדויקות פשוט אינו מספיק – על החיישנים לגלות שינויים סביבתיים במהירות ולעורר את הפעולה המתאימה ביישום על-מנת לשמר את הרמות הרצויות.
לדוגמא, בלוני מזג אוויר הינם סוסי העבודה של תחזיות מטאורולוגיות מודרניות. כמעט בלתי אפשרי לחזות את מזג האוויר מבלי לדעת מהם התנאים בשכבת האטמוספירה העליונה. מזג האוויר יכול להיות שטוף שמש ושקט בגובה פני הים, אולם בגובה של 18,000 רגל (5,486 מטר), מערכת סופה חלשה יכולה להפוך במהרה למשהו הרבה יותר מסוכן. באמצעות שליחת טייסות של בלונים למדידת התנאים בשכבת האטמוספרה הגבוהה, יכולים המטאורולוגים לעקוב אחר סופות המתפתחות ו”מתבשלות”.
הודות לזמן התגובה המהיר של החיישן, הוא יגלה באופן מדויק את הלחות היחסית בשכבות האטמוספריות השונות. דבר זה מסייע לחזות שינויי מזג אוויר אלו ולמנוע מצבים מדאיגים כגון שליחת מידע כוזב כאשר הוא חוצה ענן.
דוגמא רלוונטית נוספת הינה ביישומי התקנים ומכשירים. כאשר הנכם פותחים את דלת המקרר בקיץ, אוויר חם חודר לתוך המקרר וגורם לעיבוי ולהגברת הלחות היחסית, וכתוצאה מכך להיווצרות כפור או כוויות קור על קירותיו הפנימיים של המקרר. מבנה מבלט הלחות של החברה מאפשר זמני תגובה מהמובילים בתעשייה של 2 שניות. זמן התגובה המהיר מתיר למערכת להגיב מיידית ובזמן אמת כדי למנוע תרחישים כגון אלו שתוארו מעלה. במילים אחרות, הוא מונע את היווצרות הכפור, דבר המבטיח מחזור הפשרה קצר יותר לצורך נצילות אנרגיה טובה יותר.
אתגר מספר 3
יישומים החשופים לשינויים סביבתיים אינם יכולים לסכן את המדידות.
מדוע מהווה הדבר אתגר?
לאחר חשיפה לתנאים קיצוניים, אין לסכן את ביצועי המערכת.
חשל (היסטרזיס) נמוך הינו יכולת מפתח. אפילו לאחר אירועי עיבוי חשובים, על החיישן לשמר ביצועי מדידה מדויקים.
לדוגמא, מחזר ייבוש של מכשיר כלשהו יעצור באופן אוטומטי כאשר הלחות חוזרת לנקודת המוצא המקורית שלה. החשל הנמוך יאפשר למכשיר לעצור את מחזור הייבוש בזמן כאשר התוכן ‘הפנימי’ שלו יבש ומבלי להזיק לו.
בדוגמא נוספת של מערכת חימום, אוורור ומיזוג אוויר, גם לאחר חשיפתה לשעורי לחות גבוהים במיוחד במהלך עונות הסתיו והחורף, מערכת החימום, האוורור ומיזוג האוויר תציג ביצועים זהים בקיצים החמים.
אתגר מספר 4
בהינתן השימוש הנרחב בחיישנים, עליהם לשלב קלות שימוש ואת היכולת לשלבם בקלות בתוך קו ייצור של יצרן ציוד מקורי (OEM) של רכיבי השמה משטחית (SMD).
מדוע מהווה הדבר אתגר?
כיום, יצרני ציוד מקורי מחדשים את הצעותיהם באמצעות פתרונות חכמים כגון חיישנים, אולם הם עדיין צריכים לשלבם לתוך תהליך הייצור שלהם ללא השלכות שליליות.
החיישן מאפשר שילוב מכויל במלואו בחבילה המתוקננת וכן שילוב על מעגל מודפס (PCB) ללא אילוצים כלשהם.
הכתבה נמסרה באדיבות
חברת TE CONNECTIVITY
