Inteligentny wodomierz to jedno z najbardziej zdyscyplinowanych energetycznie urządzeń w elektronice. Uszczelniony na IP68 i zakopany w studzience lub piwnicy, ma działać dziesięć lub więcej lat na pojedynczej nieładowalnej ogniwie, nieprzerwanie mierząc i raportując przez NB-IoT, LoRaWAN lub bezprzewodowy M-Bus. Jego profil obciążenia jest prawie płaski na poziomie mikroamperów, przerywany milisekundowymi impulsami pomiarowymi i codziennym impulsem radiowym, który może krótko pobierać od stu do kilkuset miliamperów. Zrozumienie tego profilu – i niedopasowania między wysokoenergetyczną ogniwem pierwotnym a wysokoprądowym impulsem radiowym – to miejsce, gdzie mały element wspomagania impulsów z niklowo-wodorkowego metalu zdobywa swoje miejsce.
Wodomierze w Europie i większości rynków eksportowych podlegają ISO 4064:2014 i OIML R49 pod względem wydajności metrologicznej oraz Dyrektywie Przyrządów Pomiarowych 2014/32/UE (MID, załącznik MI-001) pod względem metrologii prawnej; karty katalogowe podają stosunek zakresu przepływu R (R80, R100, R160 i wyższe), klasę dokładności i ciśnienie znamionowe, takie jak PN16. Elektronika jest uszczelniona na IP68, ponieważ wodomierz może znajdować się w zalanej studzience. Żaden z tych standardów nie narzuca chemii akumulatora, ale wszystkie zakładają, że wodomierz nadal mierzy i rejestruje przez cały deklarowany okres eksploatacji.
Karty katalogowe producentów zbiegają się na tej samej architekturze zasilania: pierwotne ogniwo litowe 3,6 V – zwykle ogniwo C lub D ER26500 lub ER34615 z chlorku tionylu litu (Li-SOCl2) – z deklarowanym okresem eksploatacji dziesięć lub więcej lat przy raportowaniu raz dziennie.
Pierwsza animowana rycina powiększa elektryczne życie wodomierza. Prawie cały czas MCU i radio śpią przy kilku dziesiątkach mikroamperów lub mniej. W interwale pomiarowym front-end budzi się na milisekundy, aby wykryć przepływ (niemagnetyczny, ultradźwiękowy lub TMR czujnik) i zaktualizować wyświetlacz i dziennik. Następnie, zgodnie z harmonogramem raportowania – zwykle codziennie dla NB-IoT, kilka razy dziennie dla LoRaWAN – radio włącza się, rejestruje w sieci i transmituje, impuls trwający sekundy przy znacznie wyższym prądzie.
Karty ilościowo określają lukę: prąd transmisji NB-IoT może osiągnąć około 250 mA, LoRa/LoRaWAN około 110–130 mA przy wysokiej mocy, w porównaniu do prądu snu w dziesiątkach mikroamperów. Wodomierze sterowane zaworem dodają zmotoryzowany zawór odcinający, który pobiera znaczny impuls przez sekundy obrotu. Energia jest zdominowana przez sen, ale obciążenie prądowe jest zdominowane przez te impulsy.
Li-SOCl2 ma wybitną gęstość energii i długi okres trwałości, dlatego jest domyślnym źródłem energii, ale ma dwa ograniczenia impulsowe. Jego impedancja wewnętrzna rośnie z wiekiem i w niskiej temperaturze, a chemia może pasywować, więc nagły wysokoprądowy przekaz może obniżyć napięcie ogniwa poniżej minimalnego napięcia roboczego radia – powodując nieudaną rejestrację właśnie wtedy, gdy wodomierz musi raportować. Projektanci dodają więc zbiornik impulsów, tradycyjnie superkondensator lub warstwę hybrydową, który dostarcza impuls, podczas gdy ogniwo pierwotne ładuje powoli zbiornik między zdarzeniami.
To otwarcie dla niklowo-wodorkowego metalu: małe ogniwo lub pakiet NiMH może działać jako ładowalny zbiornik impulsów, znacznie bardziej energetyczny niż superkondensator, dostarczać powtarzane impulsy radiowe i zaworowe przy niskiej impedancji z płaskim plateau i być uzupełniane z ogniwa pierwotnego, mikroturbiny zbierającej energię lub interfejsu odczytu licznika.
Druga rycina pokazuje, dlaczego strategia sieciowa jest naprawdę strategią akumulatorową: przy stałej zmagazynowanej energii żywotność kurczy się ostro, gdy interwał przechodzi z codziennego na cogodzinny do prawie czasu rzeczywistego, ponieważ każda transmisja niesie stałą energię dołączenia do sieci w sieciach komórkowych. Sprzedawcy dokumentują właśnie to – ten sam sprzęt oceniany na ponad dziesięć lat przy jednym raporcie dziennie może spaść do sześciu lat przy częstszych wysyłkach.
Warstwa wspomagania impulsów NiMH zmienia kompromis na marginesie: niezawodnie biorąc na siebie szczyty transmisji i zaworu, pozwala ogniwu pierwotnemu być optymalizowanym czysto pod niską tło energetyczną i sprawia, że częstsze raportowanie lub powtarzane próby w studzienkach o słabym zasięgu są przeżywalne bez załamania napięcia ogniwa.
Szczerość o chemii ma znaczenie. Wodomierz uszczelniony na dziesięć lat bez zewnętrznego źródła energii jest i pozostanie projektem na pierwotnym licie; samorozładowanie NiMH oznacza, że nie może być jedynym magazynem energii przez dekadę. NiMH jest właściwą odpowiedzią w trzech rzeczywistych przypadkach: jako wysokoenergetyczny zbiornik impulsów obok ogniwa pierwotnego; jako ładowalny magazyn w wodomierzu, który zbiera energię z przepływu lub jest ładowany powoli podczas odczytu; i jako akumulator w module sterowanym zaworem lub komunikatorze, który jest serwisowalny i okresowo ładowany.
W tych rolach NiMH przynosi wodną, iskrobezpieczną chemię, płaskie plateau 1,2 V, silny prąd impulsowy i dobre zachowanie na zimno – cenne w zalanej studzience, która waha się z porami roku.
Brief projektowy rejestruje więc prąd snu, energię budzenia pomiarowego, technologię radiową z jej prądem transmisji i czasem dołączenia, interwał raportowania i zachowanie ponownych prób, impuls zaworu jeśli zamontowany, projektową żywotność i zakres temperatur studzienki. Artykuł B zamienia to w hybrydowe obliczenie energii i impulsów i wybór chemii; artykuł C mapuje wynik na ISO 4064, MID i dowody na poziomie ogniwa.
Weijiang Power dostarcza uszczelnione ogniwa niklowo-wodorkowe i moduły wspomagania impulsów dla inteligentnych wodomierzy i punktów końcowych AMR. Podziel się technologią radiową, prądem i interwałem transmisji, wymaganiem napędu zaworu, projektową żywotnością i stopniem ochrony, a nasi inżynierowie zaprojektują zgrzewany bufor impulsów NiMH lub ładowalną rezerwę dopasowaną do pierwotnej baterii wodomierza i ładowarki odczytowej. Przejrzyj formaty na stronie produktów.
