Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали умные датчики температуры, которые позволят улучшить качество выпускаемой промышленной продукции за счет строгого соблюдения температурных режимов, а также повысить безопасность технологических процессов благодаря раннему обнаружению отказов датчиков. По словам разработчиков, такие датчики найдут применение в нефтехимической промышленности, машиностроении, металлургии и электроэнергетике.
В промышленности для измерения температуры широко используются термоэлектрические преобразователи (термопары), которые обычно состоят из 2 проводников с разными свойствами. Существующие подходы для определения достоверности измерений с помощью термопар дорогостоящие и требуют значительных временных затрат. В ЮУрГУ предложен новый подход, который позволит сократить время диагностики датчика до 1-2 минут, а погрешность измерения температуры составит до 2 градусов Цельсия.
«Мы разрабатываем новые измерительные схемы однозонных (измерение температуры в одной точке) и многозонных (измерение температуры в нескольких точках) термопар. Новые измерительные схемы позволяют получить дополнительную информацию о работе устройства для реализации функции метрологического самоконтроля датчиков температуры. Метрологический контроль — это возможность датчика самостоятельно следить за ростом своей погрешности и сообщать пользователю, если погрешность выходит за допустимые пределы», — рассказывает Иван Федосов, младший научный сотрудник НИЛ технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем.
Подход ученых ЮУрГУ состоит в объединении в одном термоэлектрическом преобразователе 4 проводников из неблагородных материалов. Получаемая конструкция термопары дает возможность получить в 3 раза больше данных в каждый момент измерения температуры.
«Например, обычная термопара просто измеряет температуру и на выходе имеет только одно значение. Насколько велика погрешность данного значения относительно реальной температуры процесса — мы не знаем. Наше решение позволит отображать на выходе не только значение температуры, но и статус измерения. Например, система из 3 статусов показывает: «подтвержденный» — все хорошо, погрешность измерения температуры с помощью термопары мала; «ориентирующий» — погрешность начала возрастать, но использовать термопару еще можно; «недостоверный» — полученный результат измерения имеет значительную погрешность, термопару надо заменить. При этом для термопар со статусом «недостоверный» можно использовать скорректированные показания с меньшей погрешностью», — поясняет Иван Федосов.
На следующем этапе работы запланирована разработка прототипов интеллектуальных датчиков температуры с использованием предложенных измерительных схем и методов обработки информации. Разработанные решения будут протестированы на площадках индустриальных партнеров — ПАО «ММК», АО «ОДК», ПАО «Фортум».
Умные датчики созданы учеными ЮУрГУ в рамках стратегического проекта «Интеллектуальное производство» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Интеллектуальное производство»).
