مقياس درجة الحرارة، جهاز الاستشعار، جهاز الجس- كل هذه هي أسماء الجهاز الذي تم تطويره من قبل موظفي معهد أبحاث المواد المتقدمة وتقنيات توفير الموارد بجامعة جنوب الأورال الحكومية. يقوم الجهاز بقياس درجة الحرارة بدقة أكبر عدة مرات من الأجهزة المماثلة المتوفرة حاليًا في العالم.
«في أغلب الأحيان في الصناعة والتكنولوجيا يتم استخدام المزدوجات الحرارية والمقاومة الحرارية والثرمستر. تتميز كل هذه الأنواع من موازين الحرارة بخاصية تسمى عادة «الشيخوخة»: بمرور الوقت، تنحرف القراءات عن المعيار، ويمكن أن يصل الخطأ إلى 5-15 درجة مئوية، كما يقول فلاديمير جيفولين، كبير الباحثين في مختبر نمو الكريستال بجامعة جنوب الأورال الحكومية. – الآن تم حل هذه المشكلة بحيث يتم بعد فترة زمنية معينة إزالة المستشعر من الجهاز وفحصه. على سبيل المثال، في أفران المختبرات لدينا، من الضروري معايرة مقياس الحرارة مرة كل ستة أشهر، وفي الصناعة - بعد كل عملية تكنولوجية».
ومع ذلك، هناك صناعات حيث يكاد يكون من المستحيل الحفاظ على جهاز استشعار درجة الحرارة: على سبيل المثال، على القمر الصناعي الفضائي أو محطة للطاقة النووية. حتى الآن، تم حل هذه المشكلة من خلال أساليب كثيفة العمالة ومنخفضة التقنية، على سبيل المثال، عن طريق تكرار أجهزة الاستشعار عشرة أضعاف. ولكن في الصناعات الخطرة، يمكن أن تحدث حالة الطوارئ دائمًا، ويمكن أن يتلف مقياس الحرارة (أو أكثر) حرفيًا مباشرة بعد المعايرة، مما يؤدي إلى إرسال نتائج غير صحيحة.
.jpeg)
ابتكر علماء تشيليابينسك جهاز استشعار يمكنه التحقق من نفسه بشكل مستقل - في كل دورة تبريد وتدفئة.
«لدينا مقياس درجة حرارة رئيسي ومعيار نقارن به صحة قراءات المستشعر عند نقاط التحكم. كل هذه كبسولة واحدة، قطعة واحدة، يشرح فلاديمير جيفولين. – إذا رأينا أن هناك انحرافاً عن نقاط التحكم فيمكننا حساب تصحيح درجة الحرارة المراد إدخالها واستعادة القيم الحقيقية. إن اكتشافنا هو على وجه التحديد علم المواد: فنحن نستخدم الفريت. إنها مادة مستقرة جدًا، وخاملة كيميائيًا، وثابتة في درجة الحرارة، ولا تتأثر حتى بإشعاع خلفي كبير».
الفريت - مادة مغناطيسية، تحدث فيها تحولات طورية: عند تسخينها إلى درجة حرارة معينة، تصبح غير مغناطيسية. لقد تعلم علماء المواد في تشيليابينسك من مدرسة علمية يرأسها أستاذ الأكاديمية الروسية للعلوم دينيس فينيك تغيير درجة حرارة انتقال الطور المغناطيسي للفريت بشكل يمكن التحكم فيه. تم طرح فكرة أنه من خلال تسجيل انتقال الطور المغناطيسي، كان من الممكن تحديد درجة الحرارة بدقة. اقترح رئيس المختبر الدولي للتشخيص الذاتي الفني والمراقبة الذاتية للأجهزة والأنظمة، ألكسندر شيستاكوف، إنشاء جهاز استشعار حيث يعمل عنصر الفريت كمعيار لدرجة الحرارة. وهكذا، وفي إطار برنامج «الأولوية - 2030»، تم التعاون بين العديد من المدارس العلمية. بدأ نيكيتا نيكولايزين، أحد موظفي قسم تكنولوجيا المعلومات والقياس، في إنشاء إلكترونيات للتحكم في المستشعر، وقد اخترع فلاديمير جيفولين، وهو فيزيائي بالتدريب، تصميم المستشعر نفسه. لقد كان أول من اكتشف كيفية اكتشاف انتقال الطور المغناطيسي وإنشاء جهاز واحد.
«يتكون التطوير نفسه من عنصر حساس يحتوي على مواد مرجعية، ومقياس درجة الحرارة الرئيسي (المزدوج الحراري)، والجزء الثاني عبارة عن مجمع برمجيات وأجهزة، وهي دائرة إلكترونية تجمع البيانات من المستشعر وتقوم بإجراء الحسابات وتصدر الإشارة تلقائيًا إن هناك خطأ ما، أو يحسب عوامل التصحيح ويطبقها ويصحح قراءات المزدوجات الحرارية»,- يقول المخترع.
.jpeg)
تم تصميم وتصنيع التطوير بأكمله - من المواد إلى التصميم، بما في ذلك الإلكترونيات - في جامعة ولاية جنوب الأورال. والآن أصبح النموذج الأولي جاهزًا ويعمل، ويقوم العلماء باختباره. ما يميز المشروع هو أن مطوري تشيليابينسك يمكنهم إعادة إنتاج الدورة الكاملة لإنشاء مقياس حرارة "دائم الشباب" دون اللجوء إلى منظمات خارجية.
لا يوجد سوى نظير صناعي واحد في العالم يمكن شراؤه، وهو من إنتاج شركة Endress+Hauser، لكن جهاز علماء تشيليابينسك يتفوق عليه في جميع الخصائص. يمكن لجهاز الاستشعار الألماني إجراء التحقق أو المعايرة باستخدام معيار درجة حرارة واحد فقط، ويحتوي جهاز تشيليابينسك على خمس نقاط معايرة، ويتم توزيعها بالتساوي على نطاق درجة حرارة التشغيل بأكمله. يعمل الجهاز الأجنبي عند درجات حرارة من 0 إلى 200 درجة مئوية، جهاز استشعار تشيليابينسك - من 0 إلى 800. يستخدم هذا النطاق على نطاق واسع في الصناعة: الطاقة النووية والمعادن. بالإضافة إلى ذلك، سيجد مقياس الحرارة «الدائم» من تشيليابينسك استخدامًا في المختبرات العلمية، ويمكن فحصه ومعايرته بعد كل تجربة. ووفقا للتقديرات الأولية، فإن دقة المستشعر ستكون درجة واحدة. لا يوجد أي مزدوج حراري موجود في العالم يمكنه توفير قياسات درجة الحرارة على مدى فترة طويلة من الزمن بهذه الدقة.
لقد تم تطوير العنصر الحساس نفسه واختباره بنسبة 100%، وتم تطوير الإلكترونيات للتحكم في المستشعر، والآن يعطي العلماء اختراعهم «أدمغة»: فهم يطورون خوارزميات لوحدة التحكم حتى تتمكن من إجراء التحقق والمعايرة التلقائية تلقائيًا دون أخطاء. وفي غضون عام، سيصبح الجهاز مثاليًا وجاهزًا للنقل إلى الإنتاج الصناعي.