يجب أن يعمل جهاز مراقبة الضغط أو التدفق عن بُعد، المثبّت على خط أنابيب مدفون أو فوق الأرض، لسنوات على بطاريته الخاصة بينما يأخذ عينات من محوّل مُغذّى ويبلّغ عبر NB-IoT أو LoRa. ملف تحميله دراسة في التناقضات: تيار سكون بعشرات الميكروأمبير، وإثارة محوّل ضغط بعدة مللي أمبير لمدة ثانية تقريبًا لكل عينة، ودفعة خلوية بمتوسط عشرات المللي أمبير لبضع ثوانٍ مع قمم تتجاوز مئة مللي أمبير، و – عند حدوث تغير مفاجئ في الضغط أو مطرقة مائية – دفعة أخذ عينات قصيرة ومكثفة بمعدل عالٍ. تكشف هذه الورقة عن ذلك الملف ودور مخزن مؤقت من نيكل-هيدريد الفلز قابل لإعادة الشحن، خاصة في المحطات المدعومة بالطاقة الشمسية.
تجمع محطة المراقبة الحديثة محوّل ضغط (وأحيانًا تدفق أو مستوى) مع وحدة تحكم منخفضة الطاقة ومسجّل وراديو خلوي أو LPWAN، وهي مغلقة بمعيار IP66–IP68 وفقًا لـ IEC 60529 ومصنّفة لنطاق درجة حرارة ميداني واسع – تمتد صحائف البيانات عادة من −30 إلى +70 °م. تسجّل ملف ضغط وفق جدول زمني (كل ساعة هو المعتاد)، وتطلق إنذارات عند أحداث العتبة أو معدل التغير، وترفع عبر NB-IoT أو LTE-M أو LoRaWAN. توضح الأمثلة التجارية نطاق الطاقة: مسجّل ضغط NB-IoT يستخدم ثلاث خلايا AA قابلة للاستبدال بسعة أمبير-ساعة قليلة يدّعي عمرًا يصل إلى خمس سنوات، وتمتد متغيرات LoRa ذات الحزم الأكبر لفترة أطول.
على عكس عدّاد الفوترة القانوني، يعدّ هذا معدات مراقبة صناعية، تحكمها إلى حد أكبر التوافقية الكهرومغناطيسية (سلسلة IEC 61000) والحماية من الاختراق ومتطلبات راديو مشغّل الشبكة الخلوية أكثر من قانون القياس – لكن انضباط بطاريته صارم بالمثل.
يتتبع الشكل المتحرك الأول التيار عبر الزمن. يسيطر السكون عند مستوى أقل من بضع عشرات من الميكروأمبير (تقترب أفضل التصميمات من ميكروأمبير واحد). عند كل عينة تتم إثارة المحوّل – يحتاج المستشعر المقاوم للضغط أو السيراميكي إلى عدة مللي أمبير للاستقرار، ثانية تقريبًا – بينما يأخذ المحوّل التناظري-الرقمي قراءة. وفق جدول الإبلاغ يتصل الراديو ويرسل، بمتوسط NB-IoT في حدود 35 مللي أمبير لبضع ثوانٍ في إرسال مضغوط أو حتى حوالي 15 مللي أمبير لمدة 90 ثانية في جلسة اتصال أثقل، مع قمم تبلغ 100–200 مللي أمبير.
العامل المتغير هو الحدث: مطرقة مائية أو توقف مضخة يطلق أخذ عينات سريع بمعدل عالٍ لثوانٍ، وهو معالجة وذروة تيار معًا. إن مصدر الطاقة غير القادر على توصيل تلك الدفعة نظيفة سيفوّت التغير المفاجئ الذي رُكّب الجهاز لالتقاطه.
يُظهر الشكل الثاني العلاقة المألوفة لكن الحاسمة: مع طاقة مخزنة ثابتة، ينهار عمر الخدمة الميداني عندما ينتقل الفاصل من يومي إلى ساعي إلى شبه مستمر، لأن كل تقرير يحمل طاقة اتصال خلوي ثابتة وكل عينة إثارة محوّل. تقييمات الموردين من سنتين إلى عشر سنوات ليست متناقضة – تقع في نقاط مختلفة على هذا السطح، وطرف التردد العالي هو حيث ينفد التصميم المعتمد على البطارية الأولية فقط خلال سنة أو سنتين.
هنا تحديدًا تغيّر البنية القابلة لإعادة الشحن الاقتصاديات: اقتران لوحة شمسية صغيرة بمخزن مؤقت قابل لإعادة الشحن يتيح للجهاز أخذ العينات والإبلاغ كلما احتاجت الشبكة دون عقوبة عمر الخلية الأولية.
الافتراضي لموقع مدفون مظلم هو حزمة ليثيوم أولية 3.6 فولت بسعة 8.5–19 أمبير-ساعة، تُختار لكثافة الطاقة، مع نفس مشكلة خزان النبض الخاص بالعدادات الذكية: الخلية الأولية غنية بالطاقة لكنها ضعيفة في النبض وتتخمّل، لذا تستفيد دفعات الراديو والحدث من خزان منخفض المعاوقة. بالنسبة للغرف فوق الأرض، أو حفر العدادات ذات الوصول الخفيف، أو التركيبات على الأسطح/جسور الأنابيب، تصبح لوحة فوتوفلطية صغيرة بالإضافة إلى مخزن مؤقت قابل لإعادة الشحن جذابة ويمكنها دعم معدلات أخذ عينات أعلى بكثير إلى أجل غير مسمى.
يعدّ NiMH المغلق مخزنًا مؤقتًا ممتازًا قابلًا لإعادة الشحن هنا: يقبل الشحن غير المنتظم للوحة، ويوصل دفعات استقرار المحوّل والراديو والحدث من منصة مسطحة منخفضة المعاوقة، ويدور يوميًا لسنوات، ويفرغ بشكل موثوق في حفرة شتوية باردة، ويستخدم كيمياء مائية آمنة في حاوية مغلقة غير مراقبة.
تحتاج خوارزميات تغير الضغط وكشف التسرب إلى دفعة من العينات السريعة عند حدوث تغيير ما، وقد يحتاج الراديو إلى إرسال إنذار فورًا بدلًا من انتظار الرفع المجدول. أخذ العينات بمعدل عالٍ والإرسال المتزامنان هما نبضة التيار في أسوأ الحالات وغير قابل للتفاوض: المخزن المؤقت المصمم فقط للتقرير الساعي الروتيني سينخفض أو يُعاد ضبطه عند الحدث الوحيد الذي يبرر وجود الجهاز.
تتيح المقاومة الداخلية المنخفضة لـ NiMH وقدرته النبضية العالية، نسبة إلى حجمه، لحزمة متواضعة تغطية التقارير الروتينية والإنذارات العابرة على حد سواء، بينما سيكون المكثف الفائق ضخمًا للحمل المدمج لعدة ثوانٍ، وستشهد خلية الليثيوم الأولية انهيار جهدها تحت الذروة.
يسجّل موجز التصميم تيار السكون، تيار ووقت إثارة المحوّل، فواصل أخذ العينات والإبلاغ، تقنية الراديو مع تيارات الاتصال والذروة، دفعة الحدث في أسوأ الحالات، الطاقة الشمسية المتاحة (إن وجدت)، درجة الحماية ونطاق الحرارة من −30 إلى +70 °م. تحوّل الورقة B هذه إلى ميزانية طاقة وقرار أولية مقابل قابلة لإعادة الشحن؛ وتطابق الورقة C التصميم مع الحماية من الاختراق والتوافقية الكهرومغناطيسية والأدلة على مستوى الخلية.
Weijiang Power تصنع خلايا نيكل-هيدريد الفلز المغلقة وحزم مخزن مؤقت متوافقة مع الشمس لمحطات مراقبة الضغط والتدفق NB-IoT و LoRa. شارك تيار إثارة المحوّل، فاصل أخذ العينات والإبلاغ، ملف الراديو، حجم اللوحة الشمسية ونطاق الحرارة، وسيصمم مهندسونا مخزن NiMH مؤقتًا ملحومًا قادرًا على البرد أو حزمة قابلة للاستبدال مع إدارة الشحن والحماية. انظر الصيغ في صفحة المنتجات.
