لوحة دوائر مستشعر SO2: دليل التصميم، المواصفات، وقائمة التحقق لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها

يتطلب الكشف عن ثاني أكسيد الكبريت (SO2) إلكترونيات عالية الدقة قادرة على قياس تيارات النانو أمبير دون تداخل. تعمل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمستشعر SO2 كواجهة حاسمة بين عنصر الاستشعار الكيميائي ووحدة المعالجة الرقمية، مما يتطلب الالتزام الصارم بقواعد سلامة الإشارة واستقرار المواد. يجب على المهندسين إدارة تيارات التسرب والضوضاء الحرارية والتآكل البيئي لضمان قراءات دقيقة في تطبيقات السلامة الصناعية أو المراقبة البيئية.

إجابة سريعة (30 ثانية)

يتطلب تصميم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لمستشعر SO2 موثوقة إعطاء الأولوية لمسارات الإشارة منخفضة الضوضاء والمقاومة الكيميائية.

الانتهاء السطحي: استخدم ENIG (النيكل الكيميائي الغاطس بالذهب) لضمان سطح مستوٍ لتثبيت المستشعر ومنع الأكسدة في البيئات المسببة للتآكل.
التحكم في التسرب: قم بتطبيق حلقات حماية حول مدخلات المستشعر عالية المعاوقة (القطب العامل) لتحويل تيارات التسرب بعيدًا عن مسار القياس.
اختيار المواد: يعتبر FR4 القياسي كافيًا لمعظم الوحدات الصناعية، ولكن المناطق عالية المعاوقة قد تتطلب PTFE أو عمليات تنظيف متخصصة لإزالة بقايا التدفق.
العزل: افصل الواجهة الأمامية التناظرية للمستشعر ماديًا عن منظمات التبديل الرقمية وخطوط الاتصال (مثل RS485 أو Wi-Fi).
الاستقرار الحراري: ضع مستشعرات درجة الحرارة بجوار مستشعر الغاز مباشرة للتعويض عن معامل درجة الحرارة للخلية الكهروكيميائية.
التحقق: تحقق من استقرار نقطة الصفر ودقة المدى باستخدام مخاليط غاز معايرة قبل التغليف النهائي أو إغلاق الغلاف.

عن ثاني أكسيد الكبريت (SO2) (ومتى لا تنطبق)

يساعد فهم بيئة التشغيل المحددة في تحديد ما إذا كان تصميم لوحة دائرة مستشعر SO2 متخصصًا ضروريًا أم أن وحدة تحكم عامة كافية.

متى تستخدم لوحة دائرة مستشعر SO2 مخصصة:

مراقبة السلامة الصناعية: عند الكشف عن التسربات السامة في مصانع البتروكيماويات أو عمليات التعدين حيث يمكن أن تكون مستويات SO2 قاتلة.
أنظمة التحكم في الانبعاثات: لأجهزة تنقية غاز المداخن لإزالة الكبريت (FGD) التي تتطلب حلقات تغذية راجعة مستمرة.
محطات جودة الهواء البيئي: عند قياس SO2 بتركيز منخفض (مستوى جزء في المليار) للامتثال التنظيمي.
كاشفات الغاز المحمولة: وحدات محمولة تتطلب تصميمات مدمجة بأقل استهلاك للطاقة ومقاومة عالية للاهتزازات.
أجهزة الغازات المتعددة: الأجهزة التي تدمج الكشف عن SO2 جنبًا إلى جنب مع لوحة دائرة مستشعر الأمونيا أو لوحة دائرة مستشعر الكلور، مما يتطلب توجيه إشارة معقدًا.

متى لا تنطبق عادةً:

جودة الهواء الداخلي العامة (IAQ): تركز شاشات جودة الهواء الداخلي القياسية عادةً على ثاني أكسيد الكربون أو المركبات العضوية المتطايرة؛ نادرًا ما يكون SO2 مصدر قلق رئيسي في البيئات السكنية.
غرف الاحتراق عالية الحرارة: لا يمكن للوحة الدائرة نفسها أن تبقى داخل الفرن؛ يتطلب الأمر استشعارًا عن بعد باستخدام مسبار، مع إبقاء لوحة الدائرة في منطقة أكثر برودة.
الكشف البسيط عن الدخان: لا تتطلب أجهزة الكشف البصري عن الدخان دوائر الواجهة الكهروكيميائية المستخدمة لاستشعار الغازات المحددة.
مجموعات تعليمية غير حرجة: غالبًا ما تتجاهل الوحدات الأساسية للهواة حلقات الحماية الضرورية واستقرار الجهد المرجعي المطلوب للدقة الصناعية.

القواعد والمواصفات

لضمان عمل لوحة دارة مستشعر ثاني أكسيد الكبريت (SO2) بشكل صحيح في الظروف القاسية، يجب اتباع قواعد تصميم محددة.

القاعدة	القيمة/النطاق الموصى به	لماذا يهم	كيفية التحقق	إذا تم تجاهله
عرض المسار (تناظري)	0.15 مم - 0.25 مم	يقلل من السعة على الخطوط عالية المعاوقة؛ يقلل من منطقة الالتقاط.	فحص عارض Gerber.	زيادة مستوى الضوضاء؛ وقت استجابة أبطأ للمستشعر.
الخلوص (جهد عالي/تناظري)	> 0.5 مم (أو حسب الجهد)	يمنع تيارات التسرب من قضبان الطاقة من التأثير على قراءات المستشعر.	فحص قواعد التصميم (DRC) في CAD.	قراءات إيجابية خاطئة بسبب تيار التسرب.
الانتهاء السطحي	ENIG (الذهب الغاطس)	يوفر سطحًا مسطحًا ومقاومًا للأكسدة لوسادات المستشعر.	فحص بصري؛ تحليل XRF.	مقاومة تلامس ضعيفة؛ انجراف الإشارة بمرور الوقت.
قناع اللحام	LPI عالي الجودة (أخضر/أزرق)	يحمي المسارات من تآكل الكبريت؛ يحدد حدود الوسادات.	فحص الامتثال لمعيار IPC-SM-840.	تآكل النحاس؛ احتمالية حدوث قصور في الهواء الرطب.
حلقة الحماية	حول دبابيس الإدخال	يعترض تيارات التسرب السطحية قبل وصولها إلى مدخل المستشعر.	مراجعة التخطيط؛ فحص المخطط.	نقطة صفر غير مستقرة؛ انجراف في الظروف الرطبة.
تغطية الفتحات (Vias)	مغطاة بالكامل (منطقة تناظرية)	يمنع انحباس التدفق ونقاط التآكل بالقرب من العقد الحساسة.	ملاحظات رسم التصنيع.	تآكل طويل الأمد؛ مسارات تسرب غير متوقعة.
درجة حرارة انتقال الزجاج للمادة (Tg)	> 150 درجة مئوية (FR4 عالي Tg)	يضمن الاستقرار الأبعاد في البيئات الصناعية.	مراجعة ورقة بيانات المواد.	تشوه لوحة الدوائر المطبوعة؛ كسور إجهاد وصلات اللحام.
وزن النحاس	1 أونصة (35 ميكرومتر)	توازن قياسي للتعامل مع التيار ودقة الحفر.	تحليل المقطع العرضي.	2 أونصة قد تحد من الخطوة الدقيقة؛ 0.5 أونصة قد تكون هشة.
مكثفات الفصل	0.1 ميكروفاراد + 10 ميكروفاراد (مقاومة ESR منخفضة)	يثبت الجهد المرجعي لدائرة مقياس الجهد.	مراجعة قائمة المواد؛ تحليل المعاوقة.	خط أساس المستشعر صاخب؛ تذبذب في مكبرات الصوت التشغيلية.
مستوى الأرضي	مقسم (تناظري/رقمي)	يمنع ضوضاء التبديل الرقمية من الاقتران بإشارة المستشعر.	فحص بصري للتخطيط.	مستوى ضوضاء عالٍ؛ قراءات غير منتظمة أثناء الاتصالات.
الطلاء المطابق	أكريليك أو سيليكون	يحمي لوحة الدوائر المطبوعة من غاز ثاني أكسيد الكبريت المسبب للتآكل الذي تقيسه.	فحص بالأشعة فوق البنفسجية (إذا تم استخدام متتبع).	تآكل سريع للمكونات؛ فشل الجهاز.
تيار انحياز مكبر العمليات	< 1 pA (CMOS/JFET)	غالبًا ما يكون خرج المستشعر بالنانو أمبير؛ يستهلك تيار الانحياز العالي الإشارة.	التحقق من ورقة بيانات المكون.	خطأ قياس كبير؛ فقدان الحساسية.

خطوات التنفيذ

يتطلب الانتقال من المواصفات إلى لوحة مادية سير عمل منظمًا لدمج المستشعر بشكل صحيح.

1. اختيار تقنية المستشعر حدد ما إذا كان التطبيق يتطلب مستشعرًا كهروكيميائيًا (معيار للغازات السامة)، أو مستشعر أكسيد معدني (تكلفة منخفضة، دقة أقل)، أو مستشعرًا بصريًا. للكشف عن ثاني أكسيد الكبريت (SO2) عالي الدقة، تعد الخلايا الكهروكيميائية هي المعيار الصناعي. احصل على ورقة البيانات لتحديد تكوين الدبوس (دبوسين، 3 دبابيس، أو 4 دبابيس) وجهد الانحياز المطلوب.

2. تصميم المخطط: البوتنسيومتر صمم دائرة البوتنسيومتر. بالنسبة لمستشعر ثلاثي الأقطاب (العمل، المرجع، المقابل)، يجب أن تحافظ الدائرة على جهد ثابت بين قطبي المرجع والعمل أثناء دفع التيار عبر القطب المقابل. استخدم مكبرات عمليات منخفضة الضوضاء ومنخفضة تيار الانحياز المدخل. تأكد من اختيار مقاومة كسب مكبر المعاوقة التحويلية (TIA) لتتناسب مع حساسية المستشعر (nA/ppm).

3. استراتيجية وضع المكونات ضع مستشعر الغاز ومكونات الواجهة الأمامية التناظرية (مضخمات التشغيل، مصادر الجهد المرجعي) أقرب ما يمكن لبعضها البعض. يقلل هذا من طول المسارات عالية الممانعة، مما يقلل من قابليتها للتأثر بتداخل الترددات الراديوية (RF). احتفظ بمنظمات الطاقة والمتحكمات الدقيقة في الطرف المقابل من اللوحة.

4. تنفيذ حلقة الحماية وجه حلقة حماية حول مسار القطب الكهربائي العامل (WE) وطرف الإدخال لمضخم التشغيل TIA. وصل حلقة الحماية هذه بنفس جهد القطب الكهربائي العامل (عادةً أرضي افتراضي أو جهد تحيز محدد). يضمن ذلك أن يكون فرق الجهد عبر العازل المحيط صفرًا، مما يقضي بفعالية على تيار التسرب السطحي.

5. التأريض ومستويات الطاقة أنشئ مستويات أرضية منفصلة للتناظري (AGND) والرقمي (DGND). وصلها عند "نقطة نجمية" واحدة بالقرب من مدخل مصدر الطاقة. يمنع هذا تيارات العودة من النبضات الرقمية (مثل وميض مصابيح LED أو تبديل المرحلات) من إنشاء إزاحات جهد في مرجع الأرض التناظري الحساس.

6. تصميم الإدارة الحرارية مستشعرات ثاني أكسيد الكبريت (SO2) حساسة للحرارة. ضع مقياس حرارة (ثيرمستور) أو مستشعر درجة حرارة رقمي بجوار مقبس مستشعر الغاز مباشرةً. لا تضع المكونات المولدة للحرارة (مثل المنظمات الخطية أو ترانزستورات MOSFET للطاقة) بالقرب من المستشعر، حيث ستتسبب التدرجات الحرارية في انحراف القياس.

7. التحقق من التخطيط وDFM قم بإجراء فحص التصميم للتصنيع (DFM). تأكد من أن بصمة مقبس المستشعر تتطابق تمامًا مع المسامير الميكانيكية. تحقق من أن توسع قناع اللحام كافٍ. في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، نوصي بالتحقق من الحد الأدنى لعروض المسارات مقابل وزن النحاس لمنع النقش الزائد.

8. النماذج الأولية والتجميع اطلب لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) العارية وقم بتجميع النموذج الأولي. أثناء التجميع، تأكد من استخدام تدفق لا يحتاج إلى تنظيف، أو إذا تم استخدام تدفق قابل للذوبان في الماء، يجب غسل اللوحة جيدًا. بقايا التدفق موصلة وستدمر دقة دائرة المستشعر عالية المعاوقة.

9. المعايرة والتشغيل الأولي بمجرد تجميعه، يحتاج المستشعر إلى فترة "تشغيل أولي" (غالبًا 24-48 ساعة) لتثبيت الإلكتروليت. بعد التثبيت، قم بإجراء معايرة صفرية باستخدام النيتروجين النقي أو الهواء الصفري، تليها معايرة مدى باستخدام تركيز معروف من غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO2).

10. الحماية البيئية ضع طبقة حماية متوافقة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مع إخفاء مدخل مستشعر الغاز وملامسات مقبس المستشعر بدقة. تحمي الطبقة الواقية مسارات النحاس من حمض الكبريتيك الذي يمكن أن يتكون عندما يختلط ثاني أكسيد الكبريت (SO2) بالرطوبة الجوية.

أنماط الفشل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

حتى مع التصميم القوي، قد تنشأ مشاكل أثناء الاختبار أو التشغيل الميداني.

1. العرض: قراءة صفرية عالية ثابتة

السبب: تيار تسرب على سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو تلوث بالتدفق.
فحص: افحص المنطقة المحيطة بمدخل TIA بحثًا عن بقايا التدفق. قس المقاومة بين الحلقة الواقية ومسار الإدخال.
إصلاح: نظف لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بكحول الأيزوبروبيل والماء منزوع الأيونات. اخبز اللوحة لإزالة الرطوبة.
وقاية: استخدم حلقات واقية وبروتوكولات تنظيف صارمة أثناء التجميع.

2. العرض: استجابة بطيئة للغاز

السبب: فلتر المستشعر مسدود أو سعة زائدة على خط الإشارة.
فحص: افحص غشاء المستشعر. تحقق من قيم المكثفات في حلقة التغذية الراجعة لـ TIA.
إصلاح: استبدل فلتر المستشعر. قلل قيمة مكثف التغذية الراجعة إذا كان عرض النطاق الترددي منخفضًا جدًا.
وقاية: حسّن ثابت الوقت RC في مرحلة الرسم التخطيطي.

3. العرض: انحراف الإشارة مع درجة الحرارة

السبب: عدم تطابق بين معامل درجة حرارة المستشعر وخوارزمية التعويض.
فحص: سجل درجة الحرارة مقابل خرج المستشعر في غرفة هواء خالية.
إصلاح: اضبط جدول البحث لتعويض درجة الحرارة في البرامج الثابتة.
وقاية: تأكد من أن مستشعر درجة الحرارة متصل حراريًا بمستشعر الغاز.

4. العرض: قراءات متقطعة/صاخبة

السبب: تموج مصدر الطاقة أو التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
فحص: استخدم راسم الذبذبات للتحقق من مسارات الطاقة. ابحث عن طنين 50/60 هرتز أو ضوضاء التبديل.
إصلاح: أضف خرزات الفريت ومكثفات التجاوز إلى مدخل الطاقة. درع تجميع المستشعر.
الوقاية: استخدم منظم جهد منخفض التسرب (LDO) مخصصًا ومنخفض الضوضاء للقسم التناظري.

5. العرض: تشبع المستشعر (خرج السكة)

السبب: قيمة خاطئة لمقاومة الكسب أو دائرة قصر.
التحقق: تحقق من أن مقاومة كسب TIA تتطابق مع أقصى خرج تيار للمستشعر. ابحث عن جسور اللحام.
الإصلاح: استبدل مقاومة الكسب بقيمة أقل. أزل جسور اللحام.
الوقاية: احسب أقصى تيار متوقع بناءً على أعلى تركيز للغاز المستهدف.

6. العرض: تآكل سريع للمسارات

السبب: التعرض لتركيزات عالية من SO2 بدون حماية.
التحقق: فحص بصري للتآكل الأسود أو الأخضر على مسارات النحاس.
الإصلاح: من المحتمل أن تكون اللوحة قد دمرت؛ استبدلها.
الوقاية: طبق طبقة حماية متوافقة عالية الجودة واستخدم تشطيب ENIG.

7. العرض: إنذارات كاذبة بسبب الحساسية المتقاطعة

السبب: وجود غازات متداخلة (مثل CO أو NO2) يكتشفها المستشعر أيضًا.
التحقق: راجع ورقة بيانات المستشعر لمعرفة عوامل الحساسية المتقاطعة.
الإصلاح: استخدم مرشحًا انتقائيًا على المستشعر أو استخدم خوارزميات برمجية لطرح التداخلات المعروفة إذا كانت هناك مستشعرات متعددة.
الوقاية: اختر مستشعرًا مفلترًا خصيصًا لـ SO2.

8. العرض: قراءات سلبية

السبب: قطبية جهد الانحياز غير صحيحة أو تغير شديد في درجة الحرارة.
التحقق: تحقق من جهد الانحياز المطبق على أقطاب العداد/المرجع.
الإصلاح: صحح إعداد جهد الانحياز في دائرة مقياس الجهد.
الوقاية: تحقق جيدًا من متطلبات تحديد الأطراف (pinout) والتحيز أثناء التقاط المخطط.

قرارات التصميم

عند تصميم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لمستشعر ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، يجب إدارة العديد من المفاضلات لتحقيق التوازن بين التكلفة والأداء وطول العمر.

المستشعرات الكهروكيميائية مقابل مستشعرات أكسيد المعادن (MOX) توفر المستشعرات الكهروكيميائية خرجًا خطيًا واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، مما يجعلها مثالية للوحدات المحمولة التي تعمل بالبطارية. ومع ذلك، فإن لها عمرًا افتراضيًا محدودًا (2-3 سنوات). تعد مستشعرات MOX أطول عمرًا وأرخص، ولكنها تستهلك طاقة أكبر بكثير (للسخان) ولها مخرجات غير خطية. بالنسبة لمعدات السلامة الدقيقة، يُفضل دائمًا تقريبًا النهج الكهروكيميائي، مما يستلزم دوائر TIA المعقدة التي نوقشت أعلاه.

مستشعرات الخرج التناظري مقابل الرقمي تأتي المستشعرات الحديثة أحيانًا كوحدات ذات خرج I2C أو UART مدمج. يؤدي استخدام وحدة رقمية إلى تبسيط تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل كبير، حيث يتم التعامل مع التوجيه التناظري الحساس داخل الوحدة. ومع ذلك، تسمح المستشعرات التناظرية الخام للمهندس بضبط مراحل التصفية والكسب بدقة لتطبيقات محددة. إذا كنت تصمم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لمستشعر البنزين أو لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لمستشعر أول أكسيد الكربون (CO) مخصصة جنبًا إلى جنب مع SO2، فإن استخدام المستشعرات التناظرية الخام غالبًا ما يسمح بتصميم متعدد الغازات أكثر تكاملاً وصغرًا.

اختيار المواد: FR4 مقابل PTFE للكشف القياسي بمستوى جزء في المليون (ppm)، يعتبر FR4 عالي الجودة كافيًا. ومع ذلك، للكشف بمستوى جزء في البليون (ppb) (المراقبة البيئية)، يمكن أن يكون الامتصاص العازل لـ FR4 عاملاً مقيدًا. في هذه الحالات القصوى، يقلل استخدام مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) من التفلون (PTFE) من التسرب ويحسن وقت الاستقرار، وإن كان ذلك بتكلفة تصنيع أعلى.

الموصل مقابل اللحام المباشر لا يُنصح عمومًا بلحام المستشعرات مباشرة لأن الحرارة يمكن أن تلحق الضرر بالإلكتروليت الداخلي أو الروابط السلكية. يسمح استخدام المقابس باستبدال المستشعر بسهولة دون الحاجة إلى فك اللحام. يجب تصميم بصمة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لاستيعاب دبابيس المقبس المحددة، والتي غالبًا ما تكون غير قياسية.

الأسئلة الشائعة

1. هل يمكنني استخدام نفس تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمستشعرات SO2 ومستشعرات الغاز الأخرى؟ نعم، غالبًا. تتشارك العديد من المستشعرات الكهروكيميائية (مثل تلك الخاصة بأول أكسيد الكربون أو كبريتيد الهيدروجين) في عامل الشكل وتخطيط الدبابيس القياسي "سلسلة 4" أو "سلسلة 7". ومع ذلك، يجب عليك ضبط مقاومة الكسب وجهد الانحياز. قد تتطلب لوحة دوائر مطبوعة لمستشعر الأمونيا قطبية انحياز مختلفة مقارنة بمستشعر SO2.

2. ما هو العمر الافتراضي النموذجي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمستشعر SO2؟ يمكن أن تدوم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) نفسها لأكثر من 10 سنوات إذا تم طلاؤها بشكل صحيح. عادةً ما يدوم المستشعر الكهروكيميائي الموصول بها من 2 إلى 3 سنوات. يجب أن يسهل التصميم استبدال المستشعر بسهولة.

3. كيف أتعامل مع دبوس "الانحياز" في المستشعرات ذات 4 دبابيس؟ تحتوي بعض المستشعرات عالية الأداء على قطب مساعد رابع لتعويض انحراف خط الأساس. يجب أن تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الخاصة بك على قناة TIA ثانية لقراءة هذه الإشارة المساعدة وطرحها من إشارة القطب الكهربائي العامل الرئيسي في البرامج الثابتة.

4. لماذا تنخفض قراءة ثاني أكسيد الكبريت (SO2) الخاصة بي؟ غالبًا ما يكون هذا بسبب جفاف الإلكتروليت في المستشعر أو "انحراف المدى". يمكن أن يكون سببه أيضًا انحراف جهد المرجع على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). تأكد من أن مكون جهد المرجع الخاص بك يتمتع بمعامل حراري منخفض.

5. هل التحكم في المعاوقة ضروري لمسارات مستشعر SO2؟ لا يلزم وجود معاوقة مميزة صارمة (مثل 50 أوم) لأن الإشارات تيار مستمر أو بتردد منخفض جدًا. ومع ذلك، فإن تقنيات تصميم "المعاوقة العالية" (الحماية، المسارات القصيرة) بالغة الأهمية لمنع التقاط الضوضاء.

6. هل يمكنني غسل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بعد لحام مقبس المستشعر؟ نعم، ويجب عليك ذلك. الغسيل الشامل يزيل بقايا التدفق التي تسبب التسرب. ومع ذلك، لا تغسل اللوحة أبدًا مع تركيب مستشعر الغاز الفعلي، حيث أن المذيبات ستدمر المستشعر.

7. ما هو الوقت المستغرق لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) لمستشعر SO2؟ يمكن إنتاج النماذج الأولية القياسية من APTPCB في أقل من 24 ساعة. تستغرق دفعات الإنتاج عادةً من 5 إلى 7 أيام حسب الحجم ومتطلبات تشطيب السطح.

8. هل تحتاج لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى التأريض بالهيكل؟ بالنسبة للأغلفة المعدنية، يساعد تأريض فتحات تثبيت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بالهيكل على الحماية من تداخل الترددات اللاسلكية (RF). أما بالنسبة للأغلفة البلاستيكية، فتأكد من أن المستويات الأرضية الداخلية قوية.

9. كيف تؤثر الرطوبة على تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)؟ يمكن أن تسبب الرطوبة العالية تسربًا سطحيًا. بصرف النظر عن الطلاء المطابق (conformal coating)، فإن زيادة المسافة بين مسارات الجهد العالي والمسارات التناظرية الحساسة يساعد في التخفيف من ذلك.

10. هل يمكنني استخدام تصميم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لمستشعر ثاني أكسيد الكربون (CO2) لمستشعر ثاني أكسيد الكبريت (SO2)؟ عادة لا يكون ذلك مباشرة. تستخدم لوحات دوائر مستشعر ثاني أكسيد الكربون (CO2) عادةً تقنية NDIR (بصرية)، والتي تتطلب نبضات تيار عالية لمصباح الأشعة تحت الحمراء (IR)، بينما تكون مستشعرات ثاني أكسيد الكبريت (SO2) عادةً كيميائية كهربائية. دائرة القيادة مختلفة تمامًا.

11. ما هي أفضل طريقة لاختبار لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بدون غاز؟ استخدم "خلية وهمية" أو مصدر تيار دقيق لحقن تيار معروف (مثل 100 نانو أمبير) في المدخل. هذا يتحقق من الكسب والخطية للإلكترونيات قبل إدخال متغير المستشعر الكيميائي.

12. لماذا يُفضل ENIG على HASL؟ يترك HASL (Hot Air Solder Leveling) سطحًا غير مستوٍ، مما قد يتسبب في جلوس مقبس المستشعر بزاوية. ENIG مسطح تمامًا ويوفر مقاومة تلامس أفضل لأطراف المقبس بمرور الوقت.

13. هل أحتاج إلى محول تناظري رقمي (ADC) مخصص؟ غالبًا ما تكون محولات ADC الداخلية للمتحكمات الدقيقة الحديثة (12 بت أو 16 بت) كافية إذا كان الواجهة الأمامية التناظرية مصممة جيدًا. للكشف على مستوى أجزاء في المليار (ppb)، يوصى باستخدام محول ADC خارجي من نوع Sigma-Delta بدقة 24 بت.

خدمات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) – تصنيع بمواصفات كاملة للوحات الاستشعار الصناعية.
إرشادات DFM – تأكد من أن تصميم المستشعر الخاص بك يلبي قيود التصنيع.
مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) من التفلون – ركائز عالية الأداء لمتطلبات التسرب المنخفض للغاية.
احصل على عرض سعر – تسعير فوري لمشروع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للمستشعر الخاص بك.

مسرد المصطلحات (المصطلحات الرئيسية)

المصطلح	التعريف
الخلية الكهروكيميائية	جهاز استشعار يحول تركيز الغاز إلى تيار كهربائي عبر تفاعل كيميائي.
TIA (مضخم المعاوقة التحويلية)	دائرة مضخم عمليات تحول خرج التيار الضئيل للمستشعر إلى جهد كهربائي قابل للاستخدام.
قطب العمل (WE)	القطب الذي يحدث فيه أكسدة/اختزال الغاز، مما يولد تيار الإشارة.
القطب المرجعي (RE)	يحافظ على جهد مستقر لضمان التحكم في التفاعل عند قطب العمل.
القطب المقابل (CE)	يكمل الدائرة، موازنًا التيار المتولد عند قطب العمل.
حلقة الحماية	مسار نحاسي يحيط بعقدة حساسة، يتم دفعه إلى نفس الجهد لمنع تيار التسرب.
الحساسية المتقاطعة	استجابة المستشعر لغاز آخر غير الغاز المستهدف (على سبيل المثال، مستشعر SO2 يستجيب لأول أكسيد الكربون).
الانجراف الصفري	التغير في خرج خط الأساس للمستشعر بمرور الوقت أو درجة الحرارة عندما لا يكون هناك غاز موجود.
انحراف المدى	التغير في حساسية (ميل) المستشعر بمرور الوقت.
مقياس الجهد (Potentiostat)	الدائرة الإلكترونية المطلوبة لتحيز وقراءة مستشعر كيميائي كهربائي ثلاثي الأقطاب.
ppb / ppm	جزء في المليار / جزء في المليون؛ وحدات قياس تركيز الغاز.
جهد التحيز	جهد محدد يطبق بين الأقطاب المرجعية والعمل لتنشيط المستشعر.

الخلاصة

يعد تصميم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لمستشعر SO2 تمرينًا في الدقة. غالبًا ما يكمن الفرق بين جهاز أمان وظيفي وفشل صاخب في التفاصيل: جودة السطح النهائي، وتطبيق حلقات الحماية، ونظافة عملية التجميع. من خلال الالتزام بقواعد التخطيط الصارمة واختيار المواد المناسبة، يمكن للمهندسين ضمان أداء أنظمة الكشف الخاصة بهم بشكل موثوق في البيئات الحرجة.

سواء كنت تقوم بتصميم نموذج أولي لكاشف غازات متعدد جديد أو توسيع نطاق الإنتاج لأجهزة تنقية صناعية، توفر APTPCB الخبرة التصنيعية المطلوبة للوحات الدوائر المطبوعة للمستشعرات عالية الموثوقية. بدءًا من اختيار طبقة ENIG النهائية المناسبة ووصولاً إلى ضمان التحكم الصارم في المعاوقة عند الضرورة، نساعدك على الانتقال من التصميم إلى النشر بثقة.