Prioridad 2030: los científicos han diseñado medidores de temperatura inteligentes para la metalurgia y la ingeniería mecánica

Los científicos de SUSU están desarrollando nuevos circuitos y métodos de medición para el diagnóstico de la calidad de funcionamiento de un transductor termoeléctrico (termopar) de un medidor de temperatura. Este desarrollo puede encontrar aplicación en la industria petroquímica, la ingeniería mecánica, la metalurgia y la ingeniería de energía eléctrica. Permitirá mejorar la precisión de la medición de temperatura mediante termopares y garantizará la seguridad de los procesos de producción gracias a la detección temprana de fallas en los termopares.

Este proyecto se está cumpliendo dentro del programa Prioridad 2030 y forma parte del proyecto estratégico Fabricación Inteligente. En 2023, los científicos de SUSU ya obtuvieron una patente de invención para un "Método para determinar la veracidad de los resultados de medición utilizando un transductor termoeléctrico".

Los enfoques existentes para determinar la veracidad de las mediciones que utilizan termopares tienen una serie de inconvenientes. Algunos de ellos son costosos y requieren mucho tiempo para completarse (más de 4 horas), y otros se caracterizan por un alto nivel de error detectado (±10 ℃) y susceptibilidad a la influencia de factores externos.

El uso del nuevo circuito de medición creado por los científicos de SUSU reducirá el tiempo de diagnóstico del termopar a 1-2 minutos, y el valor mínimo estimado de error será de ± 2 ℃. El enfoque para el diagnóstico de la precisión de la medición de termopares, que se está desarrollando, no es susceptible a la influencia de los procesos tecnológicos dentro de los cuales opera el termopar.

El enfoque propuesto por los investigadores de la Escuela de Ingeniería Electrónica e Informática SUSU implica unir varios conductores de termopares hechos de diferentes materiales. Por lo tanto, el nuevo circuito de medición de termopar es una estructura multielectrodo. Gracias a esta solución, los científicos podrán obtener más datos sobre los parámetros que se están midiendo, lo que mejorará la precisión de la investigación.

“Estamos desarrollando nuevos circuitos de medida para termopares de una zona (medida de temperatura en un punto) y multizona (medida de temperatura en varios puntos). La información adicional obtenida sobre el funcionamiento del dispositivo permite que los medidores de temperatura completen la autovalidación metrológica. El monitoreo metrológico es la capacidad de un medidor para rastrear de forma independiente el aumento de su error e informar al usuario si el error excede los límites admisibles", comparte Ivan Fedosov, investigador junior en el Laboratorio de Investigación de Sensores y Sistemas de Autovalidación. e Instrumentación Avanzada.

El procesamiento de la información de las medidas obtenidas permite formar el estado de los resultados de las medidas, que caracteriza el aumento del valor del error del termopar con respecto al nivel admisible.

"Por ejemplo, un termopar estándar simplemente mide la temperatura y arroja solo un valor como resultado. Y no sabemos qué tan alto es el error de este valor, si todavía está dentro del límite admisible o si ya ha aumentado significativamente. Nuestro La solución permitirá mostrar el resultado no solo con el valor de la temperatura, sino también con el estado de la medición. Por ejemplo, puede haber un sistema de 3 estados: "confirmado": todo está bien, el error está dentro del límite permitido; "advertencia": el error aumenta, pero el termopar aún se puede usar; "no válido": el resultado de la medición obtenido tiene un error significativo y el termopar debe ser reemplazado", explica el científico.

La tecnología de autovalidación metrológica de termopares permitirá mejorar la calidad de los productos fabricados gracias a un control de temperatura más estricto (reduciendo de 2 a 5 veces la desviación de la temperatura de proceso respecto a la nominal), así como hará que los procesos tecnológicos más seguro Los medidores de temperatura de los termopares se utilizan en hornos de vacío, altos hornos, trenes de laminación, autoclaves, como parte del equipo para el diagnóstico de accionamientos eléctricos, etc.

En la próxima etapa del trabajo, los científicos planean diseñar prototipos de medidores de temperatura inteligentes para transductores termoeléctricos. Los medidores contarán con un nuevo circuito de medición y serán capaces de implementar los métodos de determinación de estado y corrección de los resultados de medición. Las soluciones desarrolladas se probarán en los sitios de los socios industriales (Magnitogorsk Iron & Steel Works, United Engine Corporation y la empresa Fortum). Dentro del proceso de trabajo en el tema de esta investigación se tiene previsto presentar 2 solicitudes más de patente de invención.

Los resultados de este trabajo se publicarán en revistas de primer nivel, como Measurement Science and Technology (Q2), Measurement (Q1) e IEEE Transactions on Instrumentations and Measurement (TOP 10).

La Universidad Estatal de los Urales del Sur es una universidad de transformaciones, donde se llevan a cabo investigaciones innovadoras en la mayoría de los campos prioritarios del desarrollo científico y tecnológico. De acuerdo con la estrategia de desarrollo científico y tecnológico de la Federación Rusa, la universidad se centra en el desarrollo de grandes proyectos científicos interdisciplinarios en el campo de la industria digital, la ciencia de los materiales y la ecología. En 2021, SUSU se convirtió en el ganador de la competencia bajo el programa Prioridad 2030. La universidad actúa como una oficina de proyecto regional del Centro Interregional de Investigación y Educación Ural de clase mundial (UIREC), que tiene como objetivo resolver las tareas del Proyecto Nacional de Ciencia y Universidades.

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