العلماء الألمان يطورون مستشعرات دقيقة جديدة لمراقبة درجة حرارة وضغط وزيادة سمك الزيت في المضخات الهيدروليكية

يعمل العلماء الألمان على تطوير مستشعر جديد أرق من شعرة الإنسان، يمكنه قياس درجة الحرارة والضغط وسمك الزيت داخل المضخات الهيدروليكية بشكل مباشر، مما يسمح بالكشف المبكر عن علامات التآكل. هذا الجهاز يأتي من معهد فراونهوفر لتقنية السطح والأفلام الرقيقة (Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films، اختصارًا IST). يحمل المشروع اسم ThinSor، ويشمل أيضًا علماء من جامعة ماغديبورغ وجامعة آخن التقنية.

ميزات المستشعر الجديد

يتكون المستشعر من طبقات بسماكة عدة ميكرومترات، ويطبق مباشرة على صمام المضخة، مما يتيح مراقبة ظروف العمل الحرجة دون الحاجة إلى حفر أو تعديلات أخرى. وفقًا للباحثين، يمكنه قياس ضغط أقل من 7,252 رطل لكل بوصة مربعة (50 ميجا باسكال)، بالإضافة إلى درجة الحرارة وسمك الزيت. علاوة على ذلك، يمكن أن يحسن النظام كفاءة المضخات الهيدروليكية، ويطيل من عمر المضخة، ويقلل من التوقف غير المتوقع.

مبدأ عمل المستشعر هو أن مضخات المكبس المحورية تعتمد على حركة المكبس للأمام والخلف أو الميل الطفيف على العمود الدوار. تُستخدم هذه المضخات عادةً في الأنظمة الهيدروليكية، حيث تتحمل مسؤولية نقل السوائل تحت ضغط عالٍ. تعتمد أدائها بشكل رئيسي على التفاعل بين الأسطوانة الدوارة والصمام الثابت، حيث يفصل بينهما فيلم رقيق من الزيت. يقلل الزيت من الاحتكاك بين المكونين، مما يمنع تآكلها بسرعة. ومع ذلك، فإن قياس الظروف داخل هذه الفجوة الضيقة أثناء التشغيل لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا. تتطلب الطرق التقليدية عادةً حفر أو تعديل مكونات المضخة لتثبيت المستشعر، ولكن هذه التغييرات قد تؤثر على التفاعل السطحي، وحتى على نتائج القياس.

لحل هذه المشكلة، تم تثبيت المستشعر مباشرة على سطح الصمام. وصرح الفريق: "يجب أن يكون هذا قادرًا على قياس جميع المعلمات الثلاثة بدقة زمنية عالية، تمامًا في المكان الذي تحدث فيه، دون الحاجة إلى معالجة مكونات بعد ذلك."

التحديات التقنية والحلول

عند قياس الضغط المنخفض في نقاط الاتصال، واجه الفريق تحديًا كبيرًا. يجب أن يكون المستشعر قادرًا على الكشف عن ضغط أقل من 7,252 رطل لكل بوصة مربعة (50 ميجا باسكال)، وهو أقل من نطاق القياس لمعظم المستشعرات الحالية. لذلك، كان على الباحثين زيادة حساسية المستشعر لالتقاط قراءات دقيقة دون التعرض لتداخل الضوضاء الخلفية. في الوقت نفسه، يجب أن تتحمل الطبقات الرقيقة القوى الميكانيكية الكبيرة الناتجة عن تشغيل المضخة الهيدروليكية. يتم تطبيق نظام المستشعرات الرقيقة مباشرة على سطح الصمام. وفقًا للفريق، يمكن أن تقلل هذه التقنية من الحاجة إلى النماذج الأولية، وتساعد في الكشف المبكر عن علامات التآكل، وتساعد المهندسين في التخطيط للصيانة لتجنب الأعطال.

أفاد المعهد: "البيانات القياسية التي تم الحصول عليها تهدف إلى مساعدة تصميم مكونات تقنية السوائل بدقة أكبر، والتحقق من نماذج المحاكاة والتوائم الرقمية."

علاوة على ذلك، يمكن أن تدعم هذه التقنية في النهاية المراقبة المستمرة للأنظمة الهيدروليكية الجديدة والقديمة، وقد تُستخدم في مجالات أخرى بخلاف المضخات الهيدروليكية. وخلص الباحثون في بيان صحفي إلى القول: "تطبيقات تتعلق بالمحامل والتروس والمحاور قد أظهرت إمكانيات هذه التقنية." بدأ مشروع ThinSor في 1 يونيو 2026، ومن المقرر أن ينتهي في 30 نوفمبر 2028، حيث يهدف إلى جعل تقنية القياس مناسبة للاستخدام الصناعي.

تأثير المستشعر الجديد على الأنظمة الهيدروليكية

تطوير المستشعرات الدقيقة الجديدة له أهمية كبيرة في تشغيل الأنظمة الهيدروليكية. حيث يمكنه مراقبة المعلمات الحرجة بشكل مباشر دون الحاجة إلى تعديل المعدات، مما يزيد من دقة القياس ويقلل من تأثير النظام. بالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة حساسية هذه التقنية وقدرتها على الكشف المبكر عن التآكل ستساعد المهندسين في إجراء الصيانة بشكل أكثر فعالية، مما يقلل من مخاطر الأعطال. إن نطاق التطبيقات المحتملة لهذه التقنية واسع، وقد يدفع تطوير تقنية الهيدروليك في المستقبل.