優先順位 2030: 科学者は冶金学および機械工学向けのスマート温度計を設計しました

SUSU の科学者たちは、温度計、熱電変換​​器 (熱電対) の動作品質を診断するための新しい測定回路と方法を開発しています。 この開発は、石油化学産業、機械工学、冶金学、電力工学に応用できます。 これにより、熱電対を使用した温度測定の精度が向上し、熱電対の故障を早期に検出できるため、生産プロセスの安全が確保されます。

このプロジェクトは、Priority 2030 プログラム内で実施されており、インテリジェント マニュファクチャリング戦略プロジェクトの一部です。 2023年にSUSUの科学者らはすでに「熱電変換器を使用した測定結果の真実性を決定する方法」の発明特許を取得している。

熱電対を使用して測定値の正確性を判断する既存のアプローチには、多くの欠点があります。 高価で完了までに時間がかかる（4 時間以上）ものもあれば、検出誤差が大きく（±10℃）、外的要因の影響を受けやすいものもあります。

SUSUの科学者が作成した新しい測定回路を使用すると、熱電対の診断時間が1～2分に短縮され、誤差の最小推定値は±2℃になります。 開発中の熱電対測定の精度を診断するアプローチは、熱電対が動作する内部の技術プロセスの影響を受けません。

SUSU電子工学・コンピュータサイエンス学部の研究員らが提案しているアプローチは、異なる材料で作られた複数の熱電対導体を結合することを意味する。 このように、新しい熱電対測定回路は多電極構造となっています。 このようなソリューションのおかげで、科学者は測定されているパラメータに関するより多くのデータを取得できるようになり、研究の精度が向上します。

「私たちは、ワンゾーン (1 点での温度測定) およびマルチゾーン (複数点での温度測定) 熱電対用の新しい測定回路を開発しています。デバイスの機能に関する追加情報を取得することで、温度計が計量学的自己検証を完了できるようになります。計測モニタリングは、誤差の増加を独立して追跡し、誤差が許容限度を超えた場合にユーザーに報告するゲージの機能です」と、自己検証センサー・システム研究所の次席研究員である Ivan Fedosov 氏は語ります。そして高度な計装。

取得した測定情報を処理することで、許容レベルと比較した熱電対誤差の値の増加を特徴付ける測定結果のステータスを形成することができます。

「たとえば、標準的な熱電対は単純に温度を測定し、その結果として得られる値は 1 つだけです。そして、この値の誤差がどのくらい大きいのか、まだ許容範囲内にあるのか、すでに大幅に増加しているのかはわかりません。このソリューションでは、温度値だけでなく測定ステータスも含めて結果を表示できます。たとえば、「確認済み」 - すべて正常で、誤差は許容範囲内です。 「警告」 - 誤差は増加していますが、熱電対はまだ使用できます。「無効」 - 得られた測定結果に重大な誤差があるため、熱電対を交換する必要があります」と科学者は説明します。

熱電対の計測学的自己検証技術により、より厳格な温度制御（定格温度からのプロセス温度偏差を 2 ～ 5 分の 1 に減らす）のおかげで製造製品の品質を向上させることができるほか、技術的なプロセスを向上させることができます。より安全です。 熱電対の温度計は、真空炉、高炉、圧延機、オートクレーブ、電気駆動装置の診断装置の一部として使用されています。

研究の次の段階では、科学者らは熱電変換器用のスマート温度計のプロトタイプを設計することを計画している。 ゲージには新しい測定回路が搭載され、ステータスの決定と測定結果の修正方法を実装できるようになります。 開発されたソリューションは、産業パートナー (マグニトゴルスク製鉄所、ユナイテッド エンジン コーポレーション、フォータム社) のサイトでテストされます。 この研究テーマに取り組む過程で、さらに 2 件の発明特許出願を提出する予定です。

この研究の結果は、Measurement Science and Technology (Q2)、Measurement (Q1)、IEEE Transactions on Instrumentations and Measurement (TOP 10) などの一流ジャーナルに掲載される予定です。

南ウラル州立大学は革新的な大学であり、科学技術開発の優先分野のほとんどで革新的な研究が行われています。 ロシア連邦の科学技術発展戦略に従って、大学はデジタル産業、材料科学、生態学の分野における大規模な科学学際プロジェクトの開発に焦点を当てています。 2021年、SUSUはPriority 2030プログラムに基づくコンテストの勝者となりました。 この大学は、科学と大学の国家プロジェクトの課題を解決することを目的とした、世界クラスのウラル地域間研究教育センター（UIREC）の地域プロジェクトオフィスとして機能しています。

南ウラル州立大学提供