Как измерить температуру в труднодоступном месте, да ещё в опасной среде – в горячей доменной печи или в дистилляционной колонне? Для этого применяется прибор ТЭП – термоэлектрический преобразователь, или (в просторечии) термопара. К точке измерения температуры подводятся два электрода из разных материалов, объединенных на конце в общий спай, а на противоположных свободных концах термоэлектродов измеряется разность потенциалов, по которой в итоге высчитывается температура.
Проблема в том, что сами термоэлектроды в агрессивной среде меняют свои физические свойства. И можно не заметить, как датчик начнёт «врать», а ведь от его работы зависит, скажем, судьба огромного металлургического агрегата, который запускать и останавливать нужно по несколько дней.
В лаборатории технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем ЮУрГУ разработан ТЭП с самодиагностикой, позволяющий вовремя обнаружить рост погрешности измерений, а также избежать дополнительных техосмотров и калибровок.
Изобретение будет представлено в качестве экспоната на международной выставке ИННОПРОM’24 в Екатеринбурге.
Лабораторный образец прибора представляет из себя набор сенсоров-электродов, блок обработки информации и небольшой монитор.
«В каждом ТЭП присутствует четыре электрода, а не два, как в обычной термопаре, – делится секретами технологии младший научный сотрудник лаборатории Иван Федосов. – Мы используем сочетания хромель-алюмель-хромель-копель или хромель-алюмель-нихросил-нисил для температур до 1200 градусов Цельсия. По каждой из пар ТЭП синхронно измеряется температура, а на экран выдаётся взвешенное среднее этих величин. Кроме того, за счет разработанного алгоритма самодиагностики пользователю сообщается статус измерения: подтверждённый (погрешность в пределах допуска), ориентированный (погрешность превышает заданный уровень, но измерения ещё можно принимать в расчёт) и недостоверный. В последнем случае погрешность велика, а значит, датчик существенно деградировал и нуждается в техническом обслуживании».
Прибор прошёл лабораторные испытания, и результат внушает оптимизм: измерение температур становится в 2–5 раз точнее в сравнении с традиционными термопарами, а дрейф прибора в сторону недостоверности обнаруживается на 40 % раньше – от времени эксплуатации.
Предложенное решение хорошо тем, что в отличие от обычных термопар, не требует дополнительных плановых калибровок, а своевременно сообщает оператору, когда потребуется техническое обслуживание.
«Нашей разработкой уже заинтересовались представители ГК «Росатом» и ПАО «Мечел», – рассказывает заместитель заведующего лабораторией технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем ЮУрГУ Владимир Синицин. – Собственно, представители одного из предприятий «Росатома» несколько лет назад и поставили нам такую задачу, которую мы с успехом выполнили. Теперь ведутся переговоры о промышленном внедрении нашего ТЭП».
Учёные из лаборатории технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем ЮУрГУ задумываются о совершенствовании прибора так, чтобы он обладал ещё и возможностью самокоррекции. Тогда никакие дополнительные калибровки и вовсе не понадобятся. Однако для этого варианта придётся накапливать базу знаний и подключать искусственный интеллект. Пока это лишь планы на будущее.
А 8–11 июля разработчики представят прибор на крупнейшей технической выставке Урала ИННОПРОМ и надеются привлечь внимание представителей энергетической и металлургической промышленности.