Yoğun ormanlarda, eğimli bir sıcaklık, yüzeysel buz kapları veya derin okyanus tomurcukları, bu özerk cihazlar, insan müdahalesi olmadan en çok kullanılan teknik engellerden biri, iç ve dışsal sıcaklıkların yönetilmesidir.Bu nedenle, aşırı dereceden yüksek maliyetli bir şekilde, elektriksel bir şekilde ısınır ve yüksek çözünürlükte olan yüzeyler için en düşük maliyetli çözümler için güvenilir bir şekilde çalışır.

Soğutmanın Off-Grid Sensörleri için Önemi

Elektronik bileşenler genellikle belirli bir sıcaklık aralığında faaliyet göstermektedir, genellikle -20°C ve + Fed arasında endüstriyel sınıf parçalar için ve daha yüksek hacimli sensörler için daha yüksek hacimli bir pencere. Off-grid sık sık bu aralığın aşırılarında çalışır. Doğrudan güneş ışığında, siyah plastik bir muhafaza, aynı çölde gece boyunca, ısıtıcılarının ve emisyonlu ses sensörlerin altından aşağıya doğru bir şekilde azalırken, ısıtılabilir.

Battery performansı başka bir önemli endişedir. Lityum-ion ve alkalin hücreler yüksek sıcaklıklarda hızlanmış kapasite kaybına neden oluyor. Örneğin, bir yıl boyunca 0.10C'de depolanan bir lityum-iyon batarya sağlığının% 35'ini kaybedebilir, ancak 25°C'de yalnızca% 5'e kıyasla, yüksek sıcaklıklarda tamamen hızlanan veya küçük güneş panellerine güvenerek, operasyonel yaşam süresine doğrudan sabitlenebilir ve bakım maliyetlerini artırabilir. Etkili soğutma sadece şarj edilebilir.

Ayrıca, birçok kapalı sensör veri kalitesinin önemli olduğu bağlamlarda dağıtılır. Bilimsel iklim çalışmaları, vahşi yaşam izleme veya kirliliği izleme, hatta küçük ölçüm sürüklenme sensörleri, toplanan verilerin sonuçları zayıflatır ve uzun vadeli ekolojik araştırma ağlarında kullanılan hava kalitesiz çözümleri.

Low-Cost Soğutma Çözümleri Geliştirmede Meydanlar

Kapalı-grid dağıtım kısıtlamaları, bir laboratuvarda veya iklim kontrollü bir veri merkezindekilerden temel olarak farklıdır. Herhangi bir soğutma çözümü birkaç talep kriteri karşılamalıdır:

  • [FONTT:0)Cost kısıtlamaları: [Dönetici: [Dönetici:0] Mekanik soğutma veya büyük termoelektrik toplantıları, çoğu zaman birkaç yüz dolar altında birim maliyeti olan sensör uygulamaları için yasal olarak pahalıya sahip değildir.
  • [FONT:0)Power tüketimi:[Döneticiler, küçük güneş panellerine güvenmektedir (5-20 W) ve aküler sınırlı kapasiteye sahip bir soğutma sistemi. Ortalama olarak birkaç yüz miliwattdan fazla çizen bir soğutma sistemi, bataryayı yeniden şarj edilebilir, özerk bir istasyon amacını yenebilir.
  • [FONT=0]Weight ve boyut:[Dönetici:[Dönetici:0) Off-grid sensörleri genellikle drone, sırt çanta veya küçük tekne tarafından dağıtılır. Bulky soğutma montajları dağıtım zorluk ve lojistik maliyeti artırır.
  • [FONT:0) Kullanılabilirlik ve güvenilirlik: [Dönetici: [Dönetici: 0,3] Uzak sensörler toz, nem, vibrasyon ve vahşi yaşamlar ile çarpık parçalar (fanlar, pompalar) veya kırılgan elementler (cam termosifonlar) sıfır bakım ile çok yıllık dağıtımlara başarısızlıkla karşı karşıyadır.
  • [FONT:0)Environmental adaptasyonu: Sıcak, kuru bir iklimde çalışan bir soğutma yöntemi, bir nemli tropikal ormanda veya donmuş kutup ortamında etkisiz olabilir. Solutions, modifiable veya geniş çalışma aralıkları olmalıdır.
  • [FONT:0] ⁇ darbe:[Dönetici içinde üretilen ısı, dışsal tasarıma verimli bir şekilde aktarılmalıdır. Yoksul termal tasarım, konut için geçici olmayan plastikler kullanarak, en iyi soğutma teknolojisini bile ihmal edebilir.

Bu zorlukların üstesinden gelmek, termodinamik, malzemeler bilimi ve düşük güç elektroniklerinin prensiplerini kullanan yaratıcı mühendislik gerektirir. Neyse ki, performans ve maliyet arasında bir denge grevi ortaya çıkardı.

Soğutma için Yenilikçi Yaklaşımlar

Araştırmacılar ve mühendisler, tamamen pasif (enerji girişi) düşük güç aktif sistemlere kadar değişen bir soğutma stratejileri spektrumunu araştırmışlardır. Aşağıda, her biri kendi güçlü ve ticari-offs ile.

Pasif Termal Yönetim

Pasif soğutma, kapalı sensörler için en çekici yaklaşımdır, çünkü sıfır ek gücü tüketmektedir. En basit yöntem metalik bir ısı lavabosu eklemektir -tipik olarak alüminyum veya bakır ile - dış kabuk kullanarak en sıcak bileşene bağlanır.

Daha gelişmiş bir pasif teknik, gömülü ısı boruları ile özel olarak tasarlanmış bir muhafaza kullanır. Heat boruları, küçük miktarda çalışan sıvı içeren mühürlü bakır tüpler (örneğin, su veya acetone) ısı boruları, sıcak sonda buharlaşır ve ısıyı neredeyse hiçbir sıcaklık düşüşü ile verimli bir şekilde aktarır.Onlar iç elektronikten daha soğuktur - 100 W veya daha fazla ısı boruları ısınır. Miniature ısı borular şimdi ünite başına 3-5 kadar kullanılabilir.

Radiative soğutma, ısıyı doğrudan güneş ışığı altında 5-10°C'ye kadar ısıtabilecek bir enerjidir.Bu ince filmler hafiftir ve hala ortaya çıkan güneş enerjisi radyasyonu ile karşı karşıya kalır.

Faz Değişimi Malzemeler (PCMs)

Faz değişikliği malzemeleri, bir torbaya veya sağlamlığa erdiklerinde, bir termal tampon olarak hareket ederler.In off-grid sensörler, paraffin balmumu, tuz hidratlar veya yağ asitleri yaygın olarak kullanılır. PCM, depolanmış bir ısıya veya ısıtılır. Bu pürüzsüz bağlantıda ısınır.

PCM soğutmasının birincil avantajı, sınırlı toplam ısı kapasitesi (daha fazla soğutma sağlar) ve istenen işletim sıcaklığına giden 0.10C'nin bir eritme noktası ile sadece 50-200 gramı gerekir.

Aşırı ortamlar için, farklı bir erime noktaları ile birçok PCM, Sahara'daki bir cascade etkisi oluşturmak için tabakalanabilir, düşük erime noktası ile ilk katman (30°C) dış yüzey ısısına rağmen, 70.000C'ye rağmen ikinci bir tabakayı genişletir.

Evaporative Soğutma

Evaporatif soğutma, buharlaşmanın geç ısısından yararlanır: su (veya başka bir sıvı) buharlaşırken, çevresinden önemli ısıyı alır. Bu yöntem özellikle sıcak, kuru iklimlerde düşük nilüm nemlerle etkilidir. Basit tasarımları, göz ardı edilebilir bir seramik veya wicking materyali (örneğin, suda hissedilir veya kumaş) içerir.

Su tedarikinin yerçekimi altında olması ve hava dolaşımı doğal rüzgar veya küçük, güneş destekli bir fanatik. Ancak, su tüketimi sınırlanmış bir faktör olabilir. -Su tasarrufu için günde 0,5 litre kullanabilir, bu da bir mevsimlik su kaynağının yakınında veya büyük bir rezervuara sahipse kabul edilebilir.

Gelişmiş versiyonlar, sudaki ağırlığı yüzlerce kez tutabilecek hidrojektif polimerler veya süperabsorbent polimerleri kullanıyor, yavaş yavaş yavaş yavaş tahliye için serbest bırakıyor.Bu malzemeler ucuz ve doğrudan bir şekilde muhafaza tasarımına entegre edilebilir.Bir Koridorda veya kuru toprak ekosistemlerinde sensörler için, buharlı soğutma basitliği ve performans arasında zorlayıcı bir ticaret sunar.

Termoelektrik Soğutma (Peltier Cihazları)

Termoelektrik soğutucuları (TECs), bir DC akımının uygulandığı diğer taraftan cihazın bir tarafında ısı pompalanması için Peltier etkisini kullanıyor. Katı devlet, kompakt ve hareketli parçalara sahip değiller, onları doğal olarak güvenilir hale getiriyor. Tarihsel olarak, TECs, düşük maliyetli olmayan sensörler için çok fazla güç-hungry ve pahalı. Ancak, son gelişmelerin biyosmuthuride nano-kompozitlerin verimini artırdılar ve küçük modüllerin maliyeti 5-10 W ısı yüküne sahip olan 10.

Anahtar meydan okuma güç tüketimidir. Tipik 40×40 mm TEC sadece iç sıcaklık bir eşiği aştığında 12 V'de, kısa vadeli bir sensör için çok yüksek olan bir şarj döngüsünde, toplam enerji sensörleri nadiren aktif soğutmaya ihtiyaç duyar.Bir hibrit yaklaşım, TEC'yi sadece iç sıcaklık bir eşiği aştığında, sadece düşük bir ücret döngüsünde şarj etmek için aynı TEC'yi kullanabilir.

Çeşitli pilot projeler Mojave Çölü ve Arctic tundras'ta TEC destekli sensör paketlerini başarıyla taşıdı, aktif soğutmanın pasif elementlerle dikkatlice entegre olup olmadığını gösteriyor. TEC kullanımın gelecekteki TEC kullanımı maliyet azaltımı ve soğutma döngüsünü etkili bir şekilde kontrol edebilecek ultra güç sürücü devrelerinin geliştirilmesi.

Radiative Sky Soğutma

Daha önce de belirtildiği gibi, radiative soğutma, 8–13 μm bandında ısıyı reddederek, yaklaşık olarak mükemmel bir ısının ~3 K. Uygulamada, radiative soğutucular güneş ışığı yansıtan ve 8-13 μm bandında güçlü bir şekilde yayılabilir. Son zamanlarda, ultra-thin (50 μm) camlı bir ısının 1 $ 'dan daha az olduğu polimer filmleri, bu filmler bir sensörle dekore edilebilir.

Güneş reflektör (günde basit beyaz veya alüminyum bir yüzey), bir radiative soğutma filmi, iç boşluğu 5–15°C çevresini doğrudan güneş ışığında, hiçbir güç tüketimi olmadan korur. Bu, gün boyunca çalışmalı bir oyun değiştiricidir.

Vaka Çalışmaları ve Alan Geçerliliği

Düşük maliyetli soğutma çözümleri, laboratuvar prototiplerinden gerçek dünya dağıtımlarına taşındı. Önemli bir örnek, BERAT:0)Arctic Air Station Project ), Colorado Üniversitesi tarafından işletilen, iç sensörlü ısı bataklığı ile birlikte 35°C'yi hiç aşmış durumdaydı (örneğin kara hava pompasının)

Negev Çölü'nde, Ben-Gurion Üniversitesi'nden bir ekip, bir terracotta potundan yapılan bir tahliyeli serinleme işlemine yer verildi.

[FONTA Jet Propulsion Laboratory [[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTR:0)) ISA Jet Propulsion Laboratory[[[DÜDÜDÜNCÜDÜDÜDÜN) aynı zamanda Mars-bound sensör paketlerine rağmen, 5 W güneş paneline ve tek bir 7 Ah bataryaya, spinoff ısıtılmış bir soğutma için 0,3'ten az bir güç bütçesine adapte oldu.

Radiative soğutma, Kaliforniya Üniversitesi'nde araştırmacılar tarafından yaygın olarak test edildi, Los Angeles, Kaliforniya'nın Orta Vadisi'nde tarım alanlarında kablosuz toprak nem sensörleri kullanan, teleskopların toprak nezlemesine yol açtıklarını kontrol etmek için muhafaza edildi.

Bu vaka çalışmaları düşük maliyetli soğutma çözümlerinin sadece mümkün olmadığını gösteriyor ancak sensör güvenilirliğini ve veri kalitesini önemli ölçüde artırabilir. Bir sonraki adım bu teknolojileri daha büyük sensör ağları ile standartlaştırmak ve ölçeklendirmek.

Future Yol ve Entegrasyon

Bir sonraki nesil sensör, yüksek çözünürlükte yüksek enerji tüketimine sahip olan, yüksek olaylar sırasında aktif bir artış için bir ısı boru panelleri ve TEC'yi iki sıcaklık ve şarj durumuna göre modüle eden bir mikrokontrollü bir ısı ile birleştirilebilir.Bu tür bir karma sistemi, sıfır net enerji tüketimiyle kendini, aşırı güneş kapasitesi ile dondurabilir.

Malzeme bilimi maliyetleri azaltmaya devam edecektir. Biyodegradable PCMs, bitkisel yağlardan elde edilen, esnek radiative soğutma tekstillerinden elde edilen ve ucuz PCM konteynerleri üzerindeki baskılı termoelektrik filmlerinin hepsi aktif araştırma alanlarıdır.Theemer of specific deployment geometriler için de kullanılabilir.[D baskı)).

Başka bir önemli yön, veri iletimi ile soğutmanın entegrasyonudur. Örneğin, aynı ısı borusu, sensörin aynı ısı geçişi için ısı farklılıklarının aynı ısıtılması için kullanılabilir.

Standart test protokolleri ve tasarım yönergeleri de gereklidir. Organizasyonlar, INTELFLT:0)Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC)) ve [[Üye Olmayanlar:2) Elektrik ve Elektronik Mühendislerin (IEEE)) [Dönemli koşullarda çevresel sensör güvenilirliği için standartlar geliştirmeye başlıyor, ki bu da üreticilerin termal yönetim için en iyi uygulamaları benimsemelerine yardımcı olacaktır.

Son olarak, açık kaynaklı donanım girişimleri, temel pasif soğutma önerileriyle gelen bariyerleri azaltır; ancak topluluk odaklı değişiklikler bakır s.Arduino[[DDDDDDDD) tarafından kopyalanabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Düşük maliyetli soğutma çözümleri geliştirmek –grid sensörleri, performans, maliyet, güç ve güvenilirlik gerektiren bir mühendislik meydan okumasıdır. Alan, teorik kavramlardan, birden kanıtlanmış tekniklerle – geçişli ısı parçaları, faz değişim malzemeleri, buharlı soğutma, termoelektrik soğutucular ve radiative gökyüzünde soğutma – gerçek dünya izleme ağlarında kullanılan bir alandır.

Güvenilir sıcaklık yönetimi doğrudan uzun süre sensör yaşamlarına, daha iyi veri kalitesine ve daha düşük bakım maliyetlerine – uzak ve çevredeki hassas alanlarda genişleyen sensör ağlarına yönelik tüm kritik faktörlere tercüme eder. Arctic buoys to çöl toprak prototipleri, bu soğutma teknolojileri hem ucuz hem de sürdürülebilirlik için bilim insanları ve mühendislere izin verir.

Belirli teknikler ve yenilikler hakkında daha fazla okuma için, bakınız:0Doğa Haberleşme kağıdı ölçeklenebilir radiative soğutma malzemeleri)Energy & Çevre Bilimi faz değişiklikleri için malzeme incelemesi[DDDDD[DDDDDDDDDDD) ve [[Dörtücük soğutma malzemeleri üzerinde düşük enerjili soğutmada kullanılan (Düzücük)