Работа устройства базируется на чувствительной мембране, сделанной из кремния на сапфире. Мембрана меняет свою форму под действием измеряемого давления и преобразует полученную механическую деформацию в стандартный электрический сигнал от 4 до 20 мА. Этот сигнал обрабатывается электронной схемой прибора и предоставляет оператору вычисленные показатели давления.
В Новгороде разработали «умный тонометр» для измерения давления в промышленных условиях
Высокочувствительный датчик размером чуть больше спичечной коробки разработали в Новгородском университете им. Я. Мудрого. Он с высокой точностью измеряет давление в трубах и резервуарах даже при резких перепадах температур за счет уникальной мембраны, заложенной в его основу.
Архивы пресс-службы
Сенсор выдерживает высокие нагрузки, вибрацию, агрессивные среды и может использоваться не только на заводах, но даже в космонавтике.
Кремний на сапфире: датчик на сверхпрочной мембране
«За созданием этого датчика к нам обратилось одно региональное химическое предприятие, совместно с которым мы постоянно ведем разработку сенсоров и датчиков в рамках импортозамещения. Ранее мы уже исследовали магнитострикционные, пьезоэлектрические и другие материалы с точки зрения их использования в создании высокочувствительных измерительных приборов. И в этот раз остановили свой выбор на кремнии на сапфире, потому что этот материал почти так же прочен, как алмаз. Мембрана на такой подложке выдерживает высокие давления и экстремальные температуры. Она устойчива к агрессивным средам (в том числе химическим)», - рассказывает Виктор Леонтьев, куратор проекта, заведующий «Лаборатории микро- и нанотехнологий» института НовГУ.
Помимо высокой точности, надежности и долговечности, прибор выгодно выделяет следующие преимущества:
- он полностью изготовлен из отечественных комплектующих – это снижает конечную стоимость изделия,
- имеет класс защиты IP65 (устойчив к вибрации, агрессивным средам),
- не требует постоянного обслуживания (длительный межповерочный интервал в 4 года),
- совместим с автоматизированными системами и соответствует мировым стандартам (поддерживает международный HART-протокол).
Датчик универсален в применении: он может контролировать давление в реакторах и трубопроводах, например в нефтегазовой, химической, металлургической промышленности и энергетике. Также прибор способен мониторить пар и воду в котлах или измерять давление топлива и гидравлических систем в авиации, автомобильном и космическом машиностроении.
Как отметили авторы проекта, аналоги разработанному датчику в мире уже есть. Правда, других типов. Например, зарубежный резонансный датчик Yokogawa, Rosemount (емкостный) или российские «Метраны» (емкостные и пьезорезистивные сенсоры).
На данный момент по проекту завершены лабораторные испытания макетных образцов датчика на 3 диапазона: 1 МПа, 2.5 МПа и 10 МПа. Проведены производственные тесты на площадке ПАО «Акрон» (они подтвердили заданные характеристики точности прибора (<= 0,5 %).
До 2027 года планируется организация мелкосерийного изготовления устройства, разработка частотно-резонансного сенсора и подача заявок на патенты и сертификацию.
Материал подготовлен при грантовой поддержке Минобрнауки России в рамках «Десятилетия науки и технологий».