Ndërtimi i sensorëve të dhomës

Njerëzit ndihen rehat vetëm në një diapazon të ngushtë mjedisor. Nuk mund të jetë shumë nxehtë ose shumë ftohtë – në mënyrë të pabesueshme shumë njerëz mund të dallojnë ndryshimet ±0,5°C në temperaturë – dhe lagështia relative duhet të jetë e duhur (Figura 1). Kjo ushtron shumë presion mbi sistemet HVAC dhe, me shumicën e elementeve të sensorëve me performancë të lartë që ofrojnë një saktësi prej ±0,2°C, kjo lë vetëm një diferencë gabimi prej ±0,3°C për ndërtimin e një pajisjeje sensori dhome që mund të plotësojë kërkesat e rehatisë dhe në përputhje me standardet e sektorit.

Të kuptuarit se cili mekanizëm i transferimit të nxehtësisë – përçueshmëria, konveksioni apo rrezatimi – është përgjegjës për një dukuri të caktuar, mund të ndihmojë për t’i orientuar inxhinierët e projektimit në drejtimin e duhur. Ky lloj testimi kërkon kontroll të saktë të parametrave mjedisorë, duke përdorur një sistem të tillë si ai i paraqitur në Figurën 2.

Matja e temperaturës me një saktësi të tillë është e vështirë më vete, por ndërlikohet më tej nga faktorë të jashtëm që mund të ndikojnë në matjet e temperaturës, si rrjedha e ajrit, lagështia, burimet e nxehtësisë dhe ndryshimet e tensionit anembanë botës. Përveç kësaj, vlera e matur duhet të paraqesë temperaturën në mes të dhomës, ndërsa sensori është i montuar në mur. Kjo sjell ndërlikime të mëtejshme pasi prodhuesit e sensorëvet kanë pak kontroll mbi mënyrën se si instalohet, që do të thotë se pajisja duhet të ndërtohet në një mënyrë që ky parametër shtesë të mos ndikojë në matje.

Dhoma e provës që mban sensorin furnizohet me një rrjedhje ajri konstante, laminare që mund të kontrollohet me saktësi nga 0,05 m/s në 0,3 m/s, duke imituar një mjedis të brendshëm. Kjo njësi më pas vendoset në një shasi të termoizoluar që është në gjendje të rregullojë temperaturën me një saktësi prej 0,1°C. Duke qenë se fluksi i ajrit brenda shasisë është shumë më i lartë se ai brenda dhomës së provës, temperatura e dëshiruar mund të arrihet (ose ndryshohet) shumë shpejt. Ky konfigurim ofron gjithashtu kontrollin e parametrave si lagështia dhe tensioni i furnizimit me energji, duke ofruar një mjet të fuqishëm për të krijuar një profil të detajuar kalibrimi dhe për të vlerësuar veçmas kontributet individuale të secilit mekanizëm të shkëmbimit të nxehtësisë.

Të dhënat e gjera të mbledhura duke përdorur pajisjen e testimit mund të futen në ndërtimin e sensorit për të maksimizuar performancën e tij, duke zvogëluar ndikimin e rrezatimit dhe duke eliminuar vetënxehjen. Për shembull, testimi tregon se optimizimi i dizajnit të vrimave të ajrimit në shasi mund të përmirësojë bashkimin midis elementit të sensorit dhe temperaturës konkrete të dhomës. Kjo mund të optimizohet më tej duke ndryshuar formën dhe pozicionin e kanaleve të rrjedhës së ajrit brenda pajisjes.

Një konsideratë tjetër e rëndësishme gjatë projektimit të sensorëve të temperaturës së dhomës është se matjet nuk duhet të ndikohen nga nxehtësia e gjeneruar nga komponentët elektronikë brenda vetë pajisjes. Kjo kërkon strategji për të izoluar elementin e sensorit pa ndikuar në përmasat e ndërtimit të përgjithshëm. Një qasje për ta arritur këtë është paraqitur në hartën e nxehtësisë në Figurën 3.

Qarku elektronik (PCB) i sensorit përbëhet nga dy seksione të ndara fizikisht të lidhura me mbështetëse të holla. Pjesa e poshtme përmban elementin e sensorit, ndërsa pjesa e sipërme përmban komponentë elektronikë – si mikrokontrolluesi dhe burimi i energjisë – që gjenerojnë nxehtësi gjatë funksionimit normal. Siç mund të shihet, kjo zonë e qarkut elektronik bëhet shumë më e ngrohtë se pjesa që mban elementin e sensorit. Nxehtësisë i pengohet ndikimi në elementin e sensorit nëpërmjet përçueshmërisë falë ndarjes fizike, mbështetëseve të vogla dhe faktit që planet e tokëzuara të bakrit të të dy qarqeve nuk janë të lidhura. Meqenëse bakri është një përçues shumë efikas i nxehtësisë, ky detaj mund të reduktojë ndjeshëm efektet e vetënxehjes.

Megjithëse shumë probleme mund të marrin zgjidhje gjatë fazës së projektimit, ka ende faktorë të jashtëm që janë përtej kontrollit të një prodhuesi – si rrjedha e ajrit, lagështia, burimet e ndryshme të nxehtësisë dhe furnizimet e ndryshme me energji. Kjo e fundit, për shembull, merr zgjidhje nga një matje e brendshme në kohë reale dhe një algoritëm kompensimi. Megjithatë, mbështetja e tepërt në kompensim mund ta bëjë një pajisje më pak të ndjeshme dhe të ngadaltë në reagim.

Ka shumë kërkesa kur bëhet fjalë për sensorët e dhomës; ata duhet të jenë të saktë, të shpejtë dhe të përshtatshëm për t’u përdorur në të gjithë botën dhe në një sërë zbatimesh. Kjo kërkon planifikim të plotë gjatë projektimit të pajisjes për të eliminuar burimet e mundshme të brendshme të gabimit, duke kompensuar gjithashtu luhatjet e jashtme të pashmangshme. Ky artikull ka trajtuar vetëm vështirësitë që lidhen me matjet e temperaturës dhe nuk ka prekur as monitorimin dhe kontrollin e parametrave të tjerë të nevojshëm për të garantuar rehatinë dhe sigurinë e hapësirave të brendshme, si lagështia, nivelet e CO₂, grimcat ose përbërjet organike të paqëndrueshme. Shpresojmë se kjo ka ndihmuar për të nxjerrë në pah kompleksitetin e krijimit të një sensori të temperaturës së dhomës me performancë të lartë dhe t’i japë kësaj pajisjeje shpesh të anashkaluar një vlerësim të merituar.

Dr. Sebastian Eberle, drejtor për Zhvillimin e Teknologjisë së Sensorëve Mjedisorë
Yoram Mottas, inxhinier sistemi për Zhvillimin e Sensorëve