Một màn hình áp suất hay lưu lượng từ xa bắt vào đường ống chôn dưới đất hay trên mặt đất, phải chạy nhiều năm bằng pin riêng, trong khi lấy mẫu bộ chuyển đổi được cấp nguồn và báo cáo qua NB-IoT hay LoRa. Hồ sơ tải là một nghiên cứu về sự tương phản: dòng ngủ cỡ vài chục microamp, kích thích bộ chuyển đổi áp suất vài milliamp trong khoảng một giây mỗi mẫu, cụm cellular trung bình vài chục milliamp trong hai ba giây với đỉnh trên một trăm milliamp, và – khi xung áp suất hay hiện tượng nước va xảy ra – một cụm lấy mẫu tốc độ cao ngắn và dữ dội. Bài này mở hồ sơ đó và vai trò của bộ đệm niken-kim loại hydrua sạc lại, đặc biệt ở terminal có hỗ trợ mặt trời.
Một terminal giám sát hiện đại ghép bộ chuyển đổi áp suất (đôi khi lưu lượng hay mức) với MCU tiết kiệm điện, bộ ghi và radio cellular hay LPWAN, kín IP66–IP68 theo IEC 60529 và định mức cho dải nhiệt thực địa rộng – các datasheet thường trải −30 đến +70 °C. Ghi hồ sơ áp suất theo lịch (hàng giờ là điển hình), phát cảnh báo theo sự kiện ngưỡng hay tốc độ thay đổi và tải lên qua NB-IoT, LTE-M hay LoRaWAN. Ví dụ thương mại minh họa phạm vi năng lượng: một bộ ghi áp suất NB-IoT dùng ba pin AA thay được cỡ vài ampe-giờ tuyên bố tới năm năm, còn biến thể LoRa với pack lớn hơn kéo dài xa hơn.
Khác với đồng hồ tính tiền hợp pháp, đây là thiết bị giám sát công nghiệp, bị chi phối bởi EMC (chuỗi IEC 61000), chống xâm nhập và yêu cầu radio của nhà mạng cellular nhiều hơn luật đo lường – nhưng kỷ luật pin cũng nghiêm khắc không kém.
Hình động đầu vẽ dòng theo thời gian. Ngủ chiếm phần lớn ở mức dưới vài chục microamp (thiết kế tốt nhất tiến gần một microamp). Mỗi mẫu bộ chuyển đổi được kích thích – cảm biến áp điện hay gốm cần vài milliamp để ổn định, khoảng một giây – trong khi ADC đọc giá trị. Theo lịch báo cáo radio kết nối và phát, NB-IoT trung bình cỡ 35 mA trong hai ba giây ở lần truyền gọn hay tới khoảng 15 mA trong 90 giây ở phiên trực tuyến nặng hơn, với đỉnh 100–200 mA.
Yếu tố bất ngờ là sự kiện: nước va hay bơm ngắt kích hoạt lấy mẫu tốc độ cao nhanh trong vài giây, vừa là xử lý vừa là dòng nhảy vọt. Nguồn điện không cung cấp sạch cụm đó sẽ bỏ lỡ xung áp suất mà terminal được lắp để bắt.
Hình thứ hai cho thấy mối quan hệ đã quen nhưng quyết định: với năng lượng tích trữ cố định, tuổi thọ thực địa sụp đổ khi chu kỳ chuyển từ hàng ngày sang hàng giờ sang gần liên tục, vì mỗi báo cáo mang năng lượng gắn cellular cố định và mỗi mẫu một lần kích thích bộ chuyển đổi. Hạng mức nhà cung cấp từ hai tới mười năm không mâu thuẫn – nằm ở những điểm khác nhau trên bề mặt này, và đầu tần số cao là nơi thiết kế chỉ dùng pin sơ cấp cạn trong một hai năm.
Chính ở đây kiến trúc sạc lại thay đổi tính kinh tế: ghép tấm pin mặt trời nhỏ với bộ đệm sạc lại cho terminal lấy mẫu và báo cáo thường xuyên theo nhu cầu mạng mà không bị phạt tuổi thọ cell sơ cấp.
Mặc định cho vị trí chôn tối là pack lithium sơ cấp 3,6 V cỡ 8,5–19 Ah, chọn vì mật độ năng lượng, với cùng vấn đề bể xung như đồng hồ thông minh: cell sơ cấp giàu năng lượng nhưng yếu xung và bị thụ động hóa, nên các cụm radio và sự kiện hưởng lợi từ bể trở kháng thấp. Với các buồng trên mặt đất, hố đồng hồ tiếp cận nhẹ, hay lắp trên mái/cầu ống, tấm quang điện nhỏ cộng bộ đệm sạc lại trở nên hấp dẫn và có thể hỗ trợ tần suất lấy mẫu cao hơn nhiều vô thời hạn.
NiMH kín là bộ đệm sạc lại tuyệt vời ở đây: chấp nhận sạc bất quy tắc của tấm, cung cấp các cụm ổn định bộ chuyển đổi, radio và sự kiện từ sàn bằng phẳng trở kháng thấp, chu kỳ hàng ngày nhiều năm, xả tin cậy trong hố mùa đông lạnh, và dùng hóa chất nước an toàn trong vỏ kín không người trông.
Các thuật toán xung áp suất và phát hiện rò rỉ cần một cụm mẫu nhanh khi có gì thay đổi, và radio có thể phải gửi cảnh báo ngay thay vì chờ lần tải lên theo lịch. Việc lấy mẫu tốc độ cao và phát đồng thời là xung dòng xấu nhất và không thể thương lượng: bộ đệm chỉ cỡ cho báo cáo giờ thông thường sẽ sụt hay reset ở chính sự kiện duy nhất biện minh cho thiết bị.
Trở kháng trong thấp của NiMH và khả năng xung cao, so với kích thước, cho một pack khiêm tốn bao trùm cả báo cáo thường xuyên lẫn cảnh báo xung, trong khi siêu tụ sẽ cồng kềnh cho tải tổ hợp dài vài giây và cell lithium sơ cấp sẽ thấy điện áp sụp dưới đỉnh.
Bản tóm tắt thiết kế ghi dòng ngủ, dòng và thời gian kích thích bộ chuyển đổi, chu kỳ lấy mẫu và báo cáo, công nghệ radio kèm dòng kết nối và đỉnh, cụm sự kiện xấu nhất, năng lượng mặt trời sẵn có (nếu có), cấp chống xâm nhập và dải nhiệt −30 đến +70 °C. Bài B biến những điều này thành ngân sách năng lượng và quyết định sơ cấp so với sạc lại; Bài C ánh xạ thiết kế vào chống xâm nhập, EMC và bằng chứng cấp cell.
Weijiang Power chế tạo cell niken-kim loại hydrua kín và pack đệm tương thích mặt trời cho terminal giám sát áp suất và lưu lượng NB-IoT và LoRa. Chia sẻ dòng kích thích bộ chuyển đổi, chu kỳ lấy mẫu và báo cáo, cấu hình radio, kích thước tấm pin mặt trời và dải nhiệt; kỹ sư sẽ thiết kế bộ đệm NiMH hàn chịu lạnh hay pack thay được kèm quản lý sạc và bảo vệ. Xem quy cách ở trang sản phẩm.
