Ученые ЮУрГУ разрабатывают новые измерительные схемы и методы диагностики качества работы датчика температуры – термоэлектрического преобразователя (термопары). Разработка применима в отраслях нефтехимической промышленности, в машиностроении, металлургии и электроэнергетике. Это позволит повысить точность измерения температуры с помощью термопар и обеспечит безопасность процессов на производстве за счет раннего обнаружения отказов термопар.
Проект реализуется в рамках программы «Приоритет 2030» и относится к стратегическому проекту «Интеллектуальное производство». В 2023 году ученые ЮУрГУ уже был получен патент на изобретение «Способ определения достоверности результатов измерения термоэлектрического преобразователя».
Существующие подходы для определения достоверности измерений с помощью термопар имеют ряд издержек. Некоторые из них дорогостоящие и требуют значительных временных затрат (от 4 часов), другие отличаются высоким уровнем обнаруживаемой погрешности (±10℃) и восприимчивостью к внешним влияющим факторам.
Использование новой измерительной схемы, созданной учеными ЮУрГУ, сократит время диагностики термопары до 1-2 минут, а минимальным определяемым значением погрешности станет ± 2℃. Разрабатываемый подход к диагностике точности измерения термопар не восприимчив к влиянию технологических процессов, внутри которых работает термопара.
Подход, который предлагают научные сотрудники института Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ, состоит в объединении нескольких термопарных проводников из разных материалов. Таким образом, новая измерительная схема термопары является многоэлектродной конструкцией. Благодаря такому решению ученые смогут получить больше данных по замеряемым показателям, что повысит точность исследования.
«Мы разрабатываем новые измерительные схемы однозонных (измерение температуры в одной точке) и многозонных (измерение температуры в нескольких точках) термопар. Получаемая дополнительная информация о работе устройства позволяет осуществлять метрологический самоконтроль 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.
Обработка полученной измерительной информации позволяет сформировать статус результата измерений, характеризующий рост значения погрешности термопары относительно допустимого уровня.
«Например, обычная термопара просто измеряет температуру и на выходе имеет только одно значение. Насколько велика погрешность данного значения, на уровне допуска или уже значительно возросла - мы не знаем. Наше решение позволит отображать на выходе не только значение температуры, но и статус измерения. Например, система из 3 статусов: «подтвержденный» – все хорошо, погрешность в допуске; «ориентирующий» – погрешность начала возрастать, но использовать термопару еще можно; «недостоверный» – полученный результат измерения имеет значительную погрешность, термопару надо заменить», – рассказывает ученый.
Технология метрологического самоконтроля термопар позволит улучшить качество выпускаемой продукции за счет более строгого соблюдения температурных режимов (уменьшение отклонения температуры процесса от номинальной в 2-5 раз), а также повысить безопасность технологических процессов. Датчики температуры термопар используются в вакуумных печах, домнах, на прокатных станах, автоклавах, в составе оборудования диагностики электроприводов и тд.
На следующем этапе работы запланирована разработка прототипов интеллектуальных датчиков температуры термоэлектрического преобразователя. Датчики будут включать новую измерительную схему и смогут реализовать методы определения статуса и коррекции результата измерений. Разработанные решения будут протестированы на площадках индустриальных партнеров (ПАО «ММК», АО «ОДК», ПАО «Фортум»). Работа над темой данного исследования предполагает подачу еще 2 заявок на патентование изобретения.
Результаты работы будут опубликованы в высокорейтинговых журналах, как Measurement science and technology (Q2), Measurement (Q1), IEEE Transactions on Instrumentations and Measurement (TOP 10).
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
Читайте нас: