Высокочувствительный датчик размером чуть больше спичечной коробки разработали в Новгородском университете. Он с высокой точностью измеряет давление в трубах и резервуарах даже при резких перепадах температур за счёт уникальной мембраны, заложенной в его основу. Сенсор выдерживает высокие нагрузки, вибрацию, агрессивные среды и может использоваться не только на заводах, но и в космонавтике.
Работа датчика базируется на чувствительной мембране, что сделана 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.
«За созданием этого датчика к нам обратилось региональное химическое предприятие ПАО „Акрон“, совместно с которым мы постоянно ведём разработку сенсоров и датчиков в рамках импортозамещения, — прокомментировал Виктор Леонтьев, куратор проекта, заведующий „Лаборатории микро- и нанотехнологий“ „Передовых инженерных школ“, кафедры „Проектирования и технологии радиоаппаратуры“ Политехнического института НовГУ, где разрабатывался прибор. — 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). Поэтому наша разработка решает проблему неточных измерений и низкой надёжности датчиков давления даже в сложных промышленных условиях. Такая комбинация материалов является идеальной платформой для тензорезистивных сенсоров давления».
Помимо высокой точности, надёжности 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). 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%). Разрабатывается документация для серийного производства.
До 2027 года планируется организация мелкосерийного изготовления устройства по запросу предприятия, разработка частотно-резонансного сенсора (аналога Yokogawa DPHarp) и подача заявок на патенты и сертификацию.
