Priorité 2030 : des scientifiques ont conçu des jauges de température intelligentes pour la métallurgie et le génie mécanique

Les scientifiques de SUSU développent de nouveaux circuits de mesure et de nouvelles méthodes pour diagnostiquer la qualité de fonctionnement d'une jauge de température - transducteur thermoélectrique (thermocouple). Ce développement peut trouver une application dans l'industrie pétrochimique, l'ingénierie mécanique, la métallurgie et l'ingénierie de l'énergie électrique. Il permettra d'améliorer la précision des mesures de température à l'aide de thermocouples et assurera la sécurité des processus de production grâce à la détection précoce des défaillances des thermocouples.

Ce projet est réalisé dans le cadre du programme Priorité 2030 et fait partie du projet stratégique Intelligent Manufacturing. En 2023, les scientifiques de SUSU ont déjà obtenu un brevet d'invention pour une "Méthode de détermination de la véracité des résultats de mesure à l'aide d'un transducteur thermoélectrique".

Les approches existantes pour déterminer la véracité des mesures à l'aide de thermocouples présentent un certain nombre d'inconvénients. Certains d'entre eux sont coûteux et prennent beaucoup de temps (plus de 4 heures), et d'autres se caractérisent par un niveau élevé d'erreur détectée (± 10 ℃) et une sensibilité à l'influence de facteurs externes.

L'utilisation du nouveau circuit de mesure créé par les scientifiques de SUSU réduira le temps de diagnostic du thermocouple à 1-2 minutes, et la valeur minimale estimée de l'erreur sera de ± 2℃. L'approche de diagnostic de la précision de la mesure des thermocouples, qui est en cours de développement, n'est pas susceptible d'être influencée par les processus technologiques à l'intérieur desquels le thermocouple fonctionne.

L'approche proposée par les chercheurs de la SUSU School of Electronic Engineering and Computer Science consiste à réunir plusieurs conducteurs de thermocouple constitués de matériaux différents. Ainsi, le nouveau circuit de mesure de thermocouple est une structure multiélectrodes. Grâce à une telle solution, les scientifiques pourront obtenir plus de données sur les paramètres mesurés, ce qui améliorera la précision de la recherche.

« Nous développons de nouveaux circuits de mesure pour thermocouples monozone (mesure de température en un point) et multizones (mesure de température en plusieurs points). Les informations complémentaires obtenues sur le fonctionnement de l'appareil permettent aux thermomètres de compléter leur auto-validation métrologique. La surveillance métrologique est la capacité d'une jauge à suivre indépendamment l'augmentation de son erreur et à signaler à l'utilisateur si l'erreur dépasse les limites admissibles », partage Ivan Fedosov, chercheur junior au Research Laboratory for Self-Validating Sensors, Systems, et instrumentation avancée.

Le traitement des informations de mesures obtenues permet de former l'état des résultats de mesure, qui caractérise l'augmentation de la valeur de l'erreur de thermocouple par rapport au niveau admissible.

"Par exemple, un thermocouple standard mesure simplement la température et ne donne qu'une seule valeur en conséquence. Et nous ne savons pas quelle est l'erreur de cette valeur, si elle est toujours dans la limite admissible ou si elle a déjà augmenté de manière significative. Notre permettra d'afficher le résultat non seulement avec la valeur de la température, mais aussi avec l'état de la mesure. Par exemple, il peut y avoir un système de 3 états : "confirmé" - tout va bien, l'erreur étant dans la limite autorisée ; « avertissement » - l'erreur augmente, mais le thermocouple peut toujours être utilisé ; « non valide » - le résultat de mesure obtenu comporte une erreur importante et le thermocouple doit être remplacé », explique le scientifique.

La technologie d'auto-validation métrologique des thermocouples permettra d'améliorer la qualité des produits fabriqués grâce à un contrôle de température plus strict (réduisant de 2 à 5 fois l'écart de température du processus par rapport à la température nominale), ainsi que de rendre les processus technologiques plus sûr. Les jauges de température des thermocouples sont utilisées dans les fours à vide, les hauts fourneaux, les laminoirs, les autoclaves, dans le cadre de l'équipement de diagnostic des entraînements électriques, etc.

Lors de la prochaine étape des travaux, les scientifiques prévoient de concevoir des prototypes de jauges de température intelligentes pour transducteur thermoélectrique. Les jauges auront un nouveau circuit de mesure et seront capables de mettre en œuvre les méthodes de détermination d'état et de correction des résultats de mesure. Les solutions développées seront testées sur les sites de partenaires industriels (Magnitogorsk Iron & Steel Works, United Engine Corporation et la société Fortum). Dans le cadre du processus de travail sur le sujet de cette recherche, il est prévu de déposer 2 autres demandes de brevet d'invention.

Les résultats de ces travaux seront publiés dans des revues de premier plan, telles que Measurement Science and Technology (Q2), Measurement (Q1) et IEEE Transactions on Instrumentations and Measurement (TOP 10).

L'Université d'État du Sud de l'Oural est une université de transformations, où des recherches innovantes sont menées dans la plupart des domaines prioritaires du développement scientifique et technologique. Conformément à la stratégie de développement scientifique et technologique de la Fédération de Russie, l'université se concentre sur le développement de grands projets scientifiques interdisciplinaires dans le domaine de l'industrie numérique, de la science des matériaux et de l'écologie. En 2021, SUSU est devenu le gagnant du concours dans le cadre du programme Priorité 2030. L'université agit en tant que bureau de projet régional du Centre interrégional de recherche et d'éducation de classe mondiale de l'Oural (UIREC), qui vise à résoudre les tâches du projet national des sciences et des universités.

Fourni par l'Université d'État de l'Oural du Sud