下一代的電容技術可以帶來更高的自由度, 以經濟省錢的方式來整合各種經過強化的功能, 提高家用電器的功能性與娛樂性, 滿足當今社會以技術為中心的家庭消費者之需求.
採用液位感測技術 家用電器效率增
對於一系列現代化的家用電器來說, 液位感測(Fluid-level Sensing)是一核心技術. 傳統上, 浸沒式機械繫統在製冰機, 洗碗機, 洗衣機, 水過濾系統, 以及飲料販賣機等設備中扮演了重要角色. 這類系統中使用的感測器, 浮子和開關都浸沒在液體當中, 這會造成過度的磨損, 腐蝕甚至是交叉汙染.
為了得到一致的測量結果, 會使用標準的圓柱形或矩形儲罐, 但傳統的機械流體感測系統在使用這些儲罐時會有所限制. 長時間暴露在流體之中會降低機械精度, 並且縮短感測器的壽命.
對於尋求更佳設計策略的家用電器製造商來說, 現在可以使用電容式液位感測器來克服這些挑戰. 電容式感測器採用客制化的端對端解決方案和安裝簡單的校準軟體, 以確保準確的液位測量結果, 同時提高精度並降低設置成本. 這一技術提高了設計的靈活性, 與傳統的機械式系統相比, 電器的操作也更加耐用, 效率也更高.
電容式液位感測器採用與智能手機屏幕相同的基本概念, 對手指的觸控做出回應, 可以方便地安裝在容器的外部, 利用幾乎任何非金屬材料對流體或顆粒材料進行測量. 它們可以採取客制化的設計, 並且針對從自動飲料販賣機到洗碗機在內的一系列家用電器應用進行優化. 電容式液位感測器採用固態的設計, 不含任何運動的部件, 無須浸沒在儲罐內, 因此產品壽命更長, 而測量結果也更加精確.
傳統的印刷電路板可以用於安裝在平面儲罐上的電容式液位感測器, 而超薄的聚酯或聚亞醯胺柔性電路, 則更適用於罐體表面彎曲或者空間受限的應用(圖1). 採用柔性電路後, 設計人員可以選擇使用非傳統形狀的儲罐來優化可用空間. 電容式液位解決方案, 一般包含優化的嵌入式軟體, 在配置後可以自動校準, 方便安裝, 或者採用手動校準來達到最高的精度. 可以將一台獨立的電容式液位感測器, 當作指示感測器(Point Sensor), 以指示在液罐中的給定液位位置是否存在流體. 或者, 在高低液位處同時使用兩個感測器, 可藉由觸發補充液位, 然後在達到所需的液位後關閉液流, 從而對儲液器中的流體進行調節.
圖1 模組化電容式液位感測器, 低成本的一次性薄膜連接到可重新使用的電子控制板.
電容式液位感測器的輸出介面, 可包含USB, I2C或分立訊號, 具體則與應用有關. 在結合了微處理器後, 感測器可以無線方式將訊號數據發送到控制單元. 隨著越來越多的家用電器與家用系統, 都憑藉物聯網(IoT)連接到用戶的設備, 從而簡化維護功能, 電容式液位感測器提供了一種使能的技術, 可以提醒更換過濾材料或添加液體, 並且增強了為家務安排時間之類的功能, 或者, 還可以直接連接到製造商處, 詢問有關維護的問題並且更新軟體.
大家都很清楚第一印象對選購產品的重要性. 電器的採購也不例外. 高質量的功能與設計便可產生良好的第一印象. 在家電的設計中, 電容式觸摸屏在現在的發展速度, 已經超過了配有雜亂按鈕和開關的機械介面以及電阻式觸控功能, 這一點也不奇怪. 整體而言, 電容式技術具有更高的可靠性, 可提供更加直觀的用戶介面.
從品牌塑造的觀點來說, 許多製造商現在都轉而採用電容式觸摸屏, 因為觸摸屏的設計更加具有吸引力, 吸引消費者的目光, 為消費者提供一種「物有所值」的感覺. 客制化的電容式觸摸屏, 可以整合并結合多種開關形式與布局, 包括分立開關, 滑動開關, 滾輪等等, 還可以結合觸控式及非觸控式的產品.
環境因素對於設計, 材料的選擇以及製作來說也是重要的考慮事項. 儘管多數家庭中的環境都相對穩定, 但電器往往會受到每天溫濕度變化的影響, 此外還有頻繁的使用, 以及消費者不經意的錯誤使用, 都會造成影響. 要選用印刷電路板, 聚亞醯胺還是聚酯基板將取決於具體應用. 其中每一種選擇都將帶來獨一無二的設計上的挑戰, 製造成本, 以及在電容介面上的操作限制.
採用電容式觸控的應用越來越盛行, 以導電銦錫氧化物(ITO)為基礎構建的技術具有其固有的弱點(易碎, 不易彎曲, 並且形成圖案的成本較高), 因而導致要尋找可替代的材料, 這類替代材料應具有較高的透光率, 相似的電阻率並且便於加工, 而總應用成本則要更低. 在這些替代材料中, 導電聚合物正引起越來越多的關注.
滿足電容式開關設計需求PEDOT材料性價比高
PEDOT的化學名稱縮寫為Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), 因是一種極具潛力的材料而逐漸受到人們的重視, 它具有絕佳的電化學性質, 熱特性以及解決方案的加工特性, 是電容式開關設計的理想選擇. 這種高分子混合物無色且溶於水, 一般是作為水中懸浮的凝膠顆粒的分散劑使用. 在基板表面上, 利用絲網印刷技術, 印上一層這種分散劑, 然後再加熱以乾燥其中的水分, 即可形成電導開關. PEDOT分散劑可以作為塗層, 應用在一系列成型基板或柔性基板上, 包括PET, PC, PMMA, 玻璃或者其他材料.
PEDOT混合物具有良好的黏附力, 以極高的化學穩定性, 光透明性以及導電率而見長. 以這種化合物所開發而特別衍生出的物料, 可以滿足背光電容式按鍵, 滑塊和滾輪輸入之類光學應用高度嚴格的要求(圖2). 該技術已部署到各類穩健的汽車應用當中, 在塑料擋板(Plastic Bezel)後部使用.
圖2 配旋轉開關和分立按鈕的PEDOT感測器, 可在電容式用戶介面上實現背光按鍵.
PEDOT可作為背光電容開關的導電墨水, 以更低的成本實現低厚度而又易用的介面. PEDOT電路可以做到透明, 具有極佳的柔性(易於彎曲). 不需要焊接製程(因此可降低應用成本), 並且具有柔性電路特有的低厚度. 多功能的PEDOT應用, 還可為精密的觸控面板提供定型的導電結構.
相對於傳統的機械式和印刷電路板式電容開關來說, 基於PEDOT的電容技術在家用電器和其他消費品應用中具有更多的優勢. 建基於PEDOT, 完全合格的電容式解決方案與標準的ITO基板相比, 可顯著節省成本. 對於背光電容式觸控按鍵來說, 將易用的控制功能和表徵圖, 整合到建基於PEDOT開關的可能性幾乎是無限的, 這樣就更有助於設計出更加智能, 經濟且美觀的產品.
智能家庭不再是一種對於未來的願景, 現在已經實質進入到了每一家庭. 你很可能已經擁有了智能家庭娛樂媒體, 或者是智能的恒溫器, 鬧鐘, 保全或監控系統, 洗衣機和乾衣機.
家電產業的領導廠商們都在充分利用久經考驗的技術來吸引新客戶並獲得競爭優勢, 從而很明智地與連接領域的發展趨勢保持同步. 對於尋求相關的策略以整合起電容式液位感測器, 或者建基於PEDOT的介面解決方案的製造商來說, 一個明智選擇就是在設計時間的早期就開始諮詢可信任的供貨商, 以便以最高的效率來利用各種工程資源和製造資源, 並且客制化設計和功能選項 , 做到自身品牌的差異化, 以爭取忠誠的顧客.