应用笔记 4126

iButton数据记录器和iButton帽的IP (进入防护)等级


摘要 : Thermochron® (DS1922L、DS1922T、DS1921G)和Hygrochron™ (DS1923) iButton®数据记录器可理想用于多个领域。由于具有不锈钢外壳,这些器件尤其适合用于恶劣环境。但是,实际应用中还须注意避免将器件暴露在额定保护等级以上的环境中。本应用笔记给出了IP (进入防护)等级的相关定义和说明。提供了Thermochron和Hygrochron iButton的IP56 (防尘、防水溅射)认证,但这些器件不能长时间淹没在水中。对于需要长期在水中使用的场合,必须使用防水套,例如DS9107 iButton帽。

什么是IP等级?

IP是“Ingress Protection”的首字母缩写,即防止物体侵入设备外壳的能力。IP等级在IEC标准60529中进行了定义,由国际电工委员会制定。IEC 60529将外壳定义为:保护设备不受外界影响,在任何方向提供直接接触保护的部件。¹

IEC 60529规范没有包括抗腐蚀能力、结构要求以及结冰、冷却等因素。NEMA 250产品标准(由美国国家电器制造商协会制定)对这些因素及其它方面作出了规定。IP等级的范围更有限,可以作为NEMA等级的补充,但不能替代它。因此,需要谨慎对待互联网发布的有关IP/NEMA的引用信息。关于NEMA出版物的信息,请参考A Brief Comparison of NEMA 250—Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts Maximum) and IEC 60529—Degrees of Protection Provided by Enclosures (IP Code)。²

IP等级的格式为“IP”和后续的两位数字。第一位数字表示对固体(如灰尘)的防护等级,第二位数字表示防水等级。图1给出了IP格式,并以IP56作为实例。

图1. IP等级的格式
图1. IP等级的格式

iButton数据记录器外壳

iButton数据记录器,包括Thermochron温度记录器和Hygrochron温度与相对湿度记录器,在小型化和可靠性方面具有极大优势。各数据记录器采用单触点1-Wire®通信协议,坚固而且设计简单,iButton的不锈钢铠装经久耐用,并有承受一定的固体和液体浸入。但了解这种外壳的局限性对于保证iButton在应用中的可靠工作非常重要。

DS1921G、DS1922L、DS1922T、DS1923的IP56认证

有关iButton数据记录器的总体介绍、特性以及如何使用等内容请参见应用笔记3892: “iButton®传感器和温度/湿度数据记录器综述”。尽管iButton可以在一定时间内防水侵入,但却不可长时间浸入水中或处在水气严重的环境中。一个独立实验室³对几种数据记录器的IP56等级进行认证测试:DS1921G (2kB存储器,±1°C精度,-40°C至85°C);DS1922L (8kB存储器,±0.5°C精度,-40°C至85°C); DS1922T (8kB存储器,±0.5°C精度,0°C至125°C)和DS1923 (8kB存储器,±0.5°C/5%RH精度,-20°C至85°C)。

Thermochron DS1921G、DS1922L和DS1922T生产时的初始密封等级达到了IP56,按照图1,IP56可以理解为“防尘”和“防水溅射”保护。但随着使用时间的增长,老化和使用条件会降低密封性。因此,对于完全浸入到液体或类似环境的应用,建议将Thermochron器件放入DS9107 iButton套内。

DS1923 Hygrochron记录湿度,因此它不能置于防水容器中,这将影响其数据测试。在考虑安装Hygrochron时应将其置于空气中,不能与水直接接触,建议采用防护罩。

尽管DS1921HDS1921Z并未正式进行IP56测试,由于它们采用与DS1921G相同的方式组装,具有类似的性能。

DS9107自身通过IP68认证

值得注意的是:不建议将数据记录器浸入任何液体中。如果应用需要将其浸入液体中,需要将该器件放置在防水容器中。合适的防水容器是通过IP68认证的DS9107 (iButton套) (图2)。IP68扩充了浸没于一定压力下的规范。DS9107的IP68等级定义为100英尺(30.5米)水下等效压力,持续时间24小时(表1)。

图2. DS9107 iButton套
图2. DS9107 iButton套

IP68将可以“长期”在一定压力下浸入液体的外壳进行分级,并针对不同的外壳特性提供了附加的规范定义。Maxim已经完成了DS9107的IP68认证,具有以下特性:
  1. 使用压力容器模拟100英尺(30.5米)水下压力,24小时未发现渗漏
  2. 使用压力容器模拟可乐、酒和海水液体100英尺(30.5米)下的压力,24小时未发现渗漏或腐蚀
  3. -40°C至85°C温度循环1000次,使用压力容器模拟100英尺(30.5米)水下压力,未发现渗漏
Maxim从供应商收到外壳时,都对其进行漏气测试,以确认DS9107的渗漏保护能力。

表1. DS9107自身的IP68认证结果
Temperature Cycle
Description Date Code Condition (°C) Readpoint Qty Fails
Temp Cycle 0618 -40 to 85 1000 cys 77 0
    -40 to 85 1000 cys 77 0
    -40 to 85 1000 cys 77 0
      Total:   0
Unbiased Moisture Resistance
Description Date Code Condition Readpoint Qty Fails
Moisture Cycling 0618 +121°C, 2atm4 steam, unbiased 100 cys 80 0
    +121°C, 2atm steam, unbiased 100 cys 80 0
    +121°C, 2atm steam, unbiased 100 cys 80 0
Liquid Submersion—Water 0618 100ft (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 77 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 77 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 77 0
Liquid Submersion—Wine 0618 100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
Liquid Submersion—Cola 0618 100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
Liquid Submersion—Salt Water 0618 100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
    100ft. (30.5m) pressure, +25°C 24 hrs 22 0
      Total:   0

参考文献:
¹IEC 60529标准引用:A Brief Comparison of NEMA 250—Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts Maximum) and IEC 60529—Degrees of Protection Provided by Enclosures (IP Code),2002年由NEMA出版发行。如需下载文件,请参考注释2。可通过以下网站购买IEC 60529标准:www.techstreet.com/cgi-bin/detail?product_id=861222

²可从以下网站获得NEMA 250和IEC 60529标准比较的信息:https://www.nema.org/Standards/Pages/A-Brief-Comparison-of-NEMA-250-and-IEC-60529.aspx

³可通过以下网站获得iButton数据记录器的IP56认证资料:www.maximintegrated.com/products/ibutton/images/ip56_loggers_cert.pdf

点击这里可以查询所有iButton和iButton附件的认证资料。

4有关压力测量、测量单位、水相图的详细信息,请查询:Stephen R. Turns的Thermal-Fluid Sciences, An Integrated Approach, 第2章, "Thermodynamic Properties, Property Relationships, and Processes." 访问以下网站:www.cambridge.org/us/engineering/turns/assets/0521850436c02_p046-171.pdf
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