RFID-teknologian kemiallisten ympäristöjen kysynnän ymmärtäminen

Radiotaajuustunnistusteknologia (RFID) on tullut välttämättömäksi resurssien seurannassa, varastonhallinnassa ja turvallisuuden varmistamisessa kaikilla toimialoilla, kuten kemianteollisuudessa, lääketeollisuudessa, öljy- ja kaasuteollisuudessa sekä jätehuollossa. Standardiset RFID-tunnisteet eivät kuitenkaan toimi nopeasti altistuessaan karkeille kemiallisille ympäristöille. RFID-tunnisteiden suunnittelu, jotka toimivat luotettavasti syövyttävien kemikaalien, äärimmäisten lämpötilojen ja fyysisen stressin alla, edellyttää syvää ymmärrystä sekä materiaalitieteestä että radiotaajuustekniikasta. Tämä artikkeli kattaa kriittiset suunnitteluperiaatteet, materiaalit, testausprotokollat ja aggressiivisiin kemiallisiin asetuksiin tarkoitettujen RFID-tunnisteiden uudet suuntaukset.

Miksi standardi RFID Tunnisteet epäonnistuu kemiallisissa ympäristöissä

Tavalliset RFID-tunnisteet on tyypillisesti suunniteltu kohtuullisiin olosuhteisiin . Sisävarastot, vähittäishyllyt tai toimitusketjun logistiikka. Niiden muovikotelot ja epoksiliimat hajoavat, kun ne altistuvat liuottimille, hapoille, emäksille tai korkealle kosteudelle. Kemialliset hyökkäykset voivat heikentää tagin rakenteellista eheyttä, mikä aiheuttaa antennin syövyttävyyden, sirun delaminoimaan tai sinetin rikkoutumisen, jolloin kosteus ja kemikaalit voivat tulla sisään. Jopa lyhyt altistuminen aggressiivisille aineille, kuten rikkihapolle, asetonille tai natriumhydroksidille voi johtaa pysyvään epäonnistumiseen ja tiedon menetykseen. Teollisuuden olosuhteissa, korvaavat kustannukset ja kaatumisaika epäonnistuneista tunnisteista ovat nopeasti suuremmat kuin alkuinvestointi vankkoihin malleihin.

Kemiallisten RFID-tunnisteiden keskeiset suunnitteluperiaatteet

Suunnittelu tagit, jotka kestävät ankaraa kemiallista altistumista liittyy kokonaisvaltainen lähestymistapa materiaaleja, kapselointi, antenni geometria, ja kokoonpano menetelmiä. Alla ovat tärkeimmät tekijät insinöörien on otettava huomioon.

Asuminen ja kotelon materiaalivalinnat

RFID-tunnisteen uloimman kerroksen on toimittava kemiallisena esteenä.

  • Hyvin suorituskykyiset termoplastiset valmisteet ... Polytetrafluorieteeni (PTFE, Teflon®), polyeetterieetteri (PEEK) ja polyvinyylideenifluoridi (PVDF) tarjoavat poikkeuksellisen resistenssin monenlaisille kemikaaleille ja äärimmäisille lämpötiloille.
  • Ceraaminen komposiitit[ ... .....................................................................................................................................................................................................................................
  • Epoksi ja silikonikapsulantit[] . ... ... ...........................................................................................................................................................................................................................
  • Ruostumaton teräs ja metallipinnoitettu[ ...] .................................................................................................................................................................................................................................

Antennisuunnittelu ja korroosionkestävyys

Antenni on herkin komponentti. PET-substraatien kaiverrettu kupari syövyttää nopeasti happamissa tai emäksisissä ympäristöissä. Vaihtoehtoja ovat:

  • Ruostumaton teräs tai nikkelilla päällystetty kupari . ....................................................................................................................................................................................................................................
  • Hopea- tai kultapinnoitettu jälki[ . Kallis, mutta erittäin vakaa.
  • Suora tulostus johtava muste[ ... Osa hopeapohjaisista musteista voidaan muotoilla korroosion estäjillä, vaikka pitkäaikaiset testit ovat kriittisiä.

Lisäksi antenni tulisi suunnitella pienemmällä Q-kertoimella, jotta se voisi säilyttää suorituskyvyn huolimatta pienestä lievemmistä metalli- tai kemikaalisäiliöistä. Induktiiviset kytkentämallit (LF/HF) ovat usein helpompi suojautua kuin UHF, koska antenni voidaan täysin ruuvata.

Sulkemis- ja sulkemistekniikat

Parhaatkin kotelomateriaalit eivät toimi, jos on olemassa tie, jolla kemikaalit pääsevät elektroniikan luo. Tiivistys on otettava huomioon alusta alkaen:

  • Koko kokoonpano on ruiskutettu kemiallisella polymeerillä, joka luo saumattoman, monoliittisen rakenteen ilman niveliä.
  • Potting[ . Liquid enkapsulantti kaadetaan siru ja antenni, sitten kovetetaan. Tämä täyttää kaikki tyhjyydet ja poistaa ilmataskut.
  • Laserhitsaus[] .
  • Gasketit ja O-renkaat[ .

Lämpötilan ääri- ja lämpösyklejä

Kemiallisiin ympäristöihin liittyy usein lämpötilan vaihteluja: höyrynpuhdistus, kuuma käsittely tai kylmävarastointi. RFID-tunnisteiden on toimittava laajalla alueella samalla kun ne säilyttävät kiinnityksen ja sähkötehon.

  • CTE-lämpölaajennuksen (CTE) kerroin ... ................................................................................................................................................................................................................................
  • Hajun valinta[ . Korkean lämpötilan akryylit tai silikoniliimat säilyttävät lujuuden 40 °C:sta +200 °C:seen. Vakiomuotoiset akryylivaahtoteipit eivät toimi yli 100 °C:ssa.
  • Kohdearvostelut[ ... RFID-sirulla itsellään on oltava laajennettu lämpötila-alue (esim. . 40 °C +125 °C tai korkeampi). Jotkut teollisuusluokan sirut on luokiteltu +220°C:n lämpötilaan, ja niiden suorituskyky on heikentynyt.

Kemiallisten ympäristöjen testaus- ja validointiprotokollat

Merkin suunnittelu on vain puolet taistelusta. Ilman tiukkaa testausta ei voi taata todellista selviytymistä. Teollisuuden standardit, kuten IP-luokitukset, MIL-STD-810 ja mukautetut kemikaalialtistustestit tarjoavat puitteet.

Kemiallisen altistuksen testaus

Tunnisteet olisi testattava sekä upotus- että roisketestillä käyttäen erityisiä kemikaaleja he kohtaavat (tai edustavat). Yhteiset testinesteet ovat:

  • 10% suolahappoa (happoa)
  • 10% natriumhydroksidia (emäs)
  • Asetoni, tolueeni, etanoli (liuottimet)
  • Hydrauliöljy, jäähdytysneste, jarruneste

Testit yhdistävät usein kemiallisen altistuksen mekaaniseen naarmuuntumiseen, pyyhkimiseen tai pesemiseen. Tag.s-lukema-alue on mitattava ennen altistumista, sen aikana ja sen jälkeen.

Ympäristön tilanhoito

Nopeutettu ikääntyminen ilmastokammiossa on normaalia. Tyypillisiä syklit ovat:

  • Korkea kosteus (95% RH) 85 °C:ssa 1000 tunnin ajan
  • Lämpökierto: ..40 °C - +125 °C, 500 sykliä
  • Suolasumutetesti (ASTM B117)
  • Ulkona olevien tunnisteiden UV-altistus

Mekaaninen stressi

Tärinä-, törmäys- ja pudotustestit varmistavat, että tag kestää käsittelyn ja vahingossa putoamisen. Vahvan suunnittelun pitäisi kestää vapaa pudotus 1,5 metrin päästä betoniin ilman toiminnallista vikaa.

Sovelluskohtaiset suunnittelunäkökohdat

RFID-tunnisteet kemiallisille konteille ja rummuille

Tagit asennettu 55-gallonan rumpuja tai IBC totes kokevat jatkuvaa käsittelyä, pesua ja kemiallisia vuotoja. Usein ne upotetaan upotettu onteloon astia. Keskeisiä ominaisuuksia ovat kestävä kotelo, jossa on suuri lukualue (3...36 metriä UHF), ja kyky lukea läpi jäännöskemiallinen kalvo. Dual-taajuus tagit (LF + UHF) käytetään joskus sekä lähietäisyydeltä ja kuormalava-tason skannaus.

Tunnisteet Puhdistushuone ja lääkeympäristöt

Puhtaissa tiloissa kemiallinen vastus on yhdistettävä hiukkasten vähäiseen muodostumiseen ja sterilointiyhteensopivuuteen (esim. autoklaavi, gammasäteily tai vetyperoksidihöyry). Materiaalit, kuten PEEK tai polypropeeni, ovat yleisiä. Merkin on oltava sileä, ei-huokoinen pinta saastumisen estämiseksi.

Laboratorion henkilökunnan käytössä oleva RFID

Vaarallisia kemikaaleja käsittelevät työntekijät tarvitsevat rannekkeissa tai virkamerkeissä tunnisteita. Näiden on oltava kevyitä, joustavia ja roiskeilta kestäviä. Silikoni-sulatus sulautetulla UHF-maalauksella toimii hyvin. Bändi ei saa hajota altistuessaan käsisammuttimille, valkaisuaineille tai liuottimille.

Kehittyvät suuntaukset ja teknologiat

Nanopinnoite ja kehittyneet pintakäsittelyt

Atomikerrospinnoitus (ALD) ja paryleeni pinnoitteet voivat lisätä muutaman mikrometrin erittäin conformal kemiallinen suoja suoraan siru ja antenni. Nämä hoidot ovat erityisen hyödyllisiä pienille, erittäin tiheä tageja, joissa ruukku lisää liikaa irtotavarana.

Anturi-integroidut tunnisteet

Tulevaisuuden RFID-tunnisteita kemiallisiin ympäristöihin voivat olla integroidut anturit lämpötilan, pH:n tai kaasun havaitsemiseen. Ne vaativat vieläkin vahvempaa tiivistämistä anturin avaamisen suojaamiseksi samalla kun anturielementti voi olla vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Akkuavusteinen passiivinen (BAP) tunniste voi käynnistää tällaisia antureita ilman akun vaihtoa.

Biohajoavat ja kestävät materiaalit

Ympäristömääräysten kiristyessä biopohjaisista polymeereistä (esim. PLA, PHA) valmistetut RFID-tunnisteet, jotka kestävät kemikaalialtistusta mutta lopulta hajoavat. Nykyisessä tutkimuksessa keskitytään tasapainottamaan kemikaalin vastustuskykyä kompostoituvuuden kanssa. Näitä tunnisteita kehitetään ensisijaisesti maatalouskemiallisiin sovelluksiin, joissa haku on epäkäytännöllistä.

Hankintoja ja täytäntöönpanoa koskevat käytännön suositukset

Valitessaan tai suunniteltaessa RFID-tunnisteita karuihin kemiallisiin ympäristöihin, noudata seuraavia ohjeita:

  1. Määrittele uhkaprofiili[ .
  2. Valitse oikea taajuus[ ... LF (125 kHz) ja HF (13,56 MHz) on helpompi sinetöidä ja vähemmän metallisäiliöiden vaikutuksesta; UHF (860.1960 MHz) tarjoaa pidemmän lukualueen, mutta vaatii huolellisempaa viritystä.
  3. Pyydä testitiedot[ . ... Kysy valmistajilta kemikaalien upotusraportteja, IP-luokituksia ja lämpöpyöräilytuloksia. Hyvämaineinen toimittaja toimittaa dokumentaation.
  4. Pilot-testi paikan päällä[ . ... ...................................................................................................................................................................................................................................
  5. Evaluate read range counder-offs[ ... ...............................................................................................................................................................................................................................

Päätelmät

RFID-tunnisteiden suunnittelu ankariin kemiallisiin ympäristöihin on monitieteinen haaste, joka vaatii huolellista materiaalien valintaa, vankkaa kapselointia ja perusteellista testausta. Ymmärtämällä erityiset kemialliset uhat ja fyysiset rasitukset insinöörit voivat tuottaa tunnisteita, jotka tuottavat luotettavaa suorituskykyä vuosien ajan. Teollisuuden jatkaessa voimavarojen automatisointia ja jäljittämistä yhä aggressiivisemmissa olosuhteissa kemikaaliresistentin RFID-teknologian kehitys pysyy keskeisenä operatiivisen tehokkuuden ja turvallisuuden kannalta. Lisätietoja saa IPC[] -standardista, joka koskee elektronisia pakkauksia vihamielisissä olosuhteissa, ja tutkia kemikaaliresistenttien polymeerejen viimeisintä kehitystä UL Prospector -standardista.