นักวิทยาศาสตร์เยอรมันพัฒนาเซ็นเซอร์ขนาดเล็กชนิดใหม่ สามารถตรวจสอบอุณหภูมิ ความดัน และความหนาของน้ำมันหล่อลื่นในปั๊มไฮดรอลิกได้โดยตรง

นักวิทยาศาสตร์เยอรมันกำลังพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ที่บางกว่าผมมนุษย์ โดยรายงานว่าสามารถวัดอุณหภูมิ ความดัน และความหนาของน้ำมันหล่อลื่นภายในปั๊มไฮดรอลิกได้โดยตรง และสามารถตรวจสอบสัญญาณการสึกหรอได้อย่างทันท่วงที อุปกรณ์นี้มาจากสถาบันวิจัยการเคลือบผิวและฟิล์มของฟราวน์โฮเฟอร์ (Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films, IST) โครงการนี้ชื่อว่า ThinSor และมีนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมกเดเบิร์กและมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีอาเคนเข้าร่วมด้วย

คุณสมบัติของเซ็นเซอร์ชนิดใหม่

เซ็นเซอร์นี้ประกอบด้วยชั้นที่หนาเพียงไม่กี่ไมครอน ซึ่งติดตั้งโดยตรงบนแผ่นวาล์วของปั๊ม สามารถตรวจสอบสภาพการทำงานที่สำคัญได้โดยไม่ต้องเจาะหรือปรับเปลี่ยนใด ๆ ตามที่นักวิจัยกล่าว มันสามารถวัดความดันที่ต่ำกว่า 7,252 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (50 MPa) รวมถึงอุณหภูมิและความหนาของน้ำมันหล่อลื่น นอกจากนี้ ระบบนี้ยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของปั๊มไฮดรอลิก ยืดอายุการใช้งานของปั๊ม และลดการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์นี้คือ ปั๊มลูกสูบแบบแกนหมุนพึ่งพาลูกสูบที่เคลื่อนที่ไปมาในแกนหมุนหรือเอียงเล็กน้อย ปั๊มเหล่านี้มักพบในระบบไฮดรอลิก ซึ่งมีหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายของเหลวภายใต้ความดันสูง ประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระบอกสูบที่หมุนและแผ่นวาล์วที่นิ่ง ซึ่งถูกแยกออกจากกันด้วยฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นที่บางมาก น้ำมันหล่อลื่นช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างสองส่วนนี้ ป้องกันไม่ให้เกิดการสึกหรออย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม การวัดสภาพในช่องว่างแคบนี้ในระหว่างการทำงานยังคงเป็นเรื่องที่ท้าทาย วิธีการแบบดั้งเดิมมักต้องการการเจาะหรือปรับเปลี่ยนส่วนประกอบของปั๊มเพื่อให้ติดตั้งเซ็นเซอร์ แต่การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจส่งผลกระทบต่อการมีปฏิสัมพันธ์ของพื้นผิวและอาจส่งผลต่อผลการวัด

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานได้ติดตั้งเซ็นเซอร์โดยตรงบนพื้นผิวของแผ่นวาล์ว ทีมงานกล่าวว่า "นี่ควรจะสามารถวัดทั้งสามพารามิเตอร์ได้พร้อมกันด้วยความละเอียดสูงในเวลาที่เกิดขึ้น โดยไม่ต้องใช้เวลามากในการประมวลผลส่วนประกอบหลังจากนั้น"

ความท้าทายทางเทคโนโลยีและแนวทางแก้ไข

ในการวัดจุดสัมผัสที่มีความดันต่ำ ทีมงานเผชิญกับความท้าทายอย่างใหญ่หลวง เซ็นเซอร์ต้องสามารถตรวจจับความดันที่ต่ำกว่า 7,252 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (50 MPa) ซึ่งต่ำกว่าช่วงการวัดของเซ็นเซอร์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ดังนั้น นักวิจัยจึงต้องเพิ่มความไวของเซ็นเซอร์เพื่อให้สามารถจับค่าที่ถูกต้องได้โดยไม่ถูกรบกวนจากเสียงรบกวนพื้นหลัง ในขณะเดียวกัน ฟิล์มบางต้องสามารถทนต่อแรงกลไกที่เกิดขึ้นในระหว่างการทำงานของปั๊มไฮดรอลิก ระบบเซ็นเซอร์ฟิล์มบางถูกติดตั้งโดยตรงบนพื้นผิวของแผ่นวาล์ว ตามที่ทีมงานกล่าว เทคโนโลยีนี้สามารถลดความต้องการต้นแบบ ตรวจสอบสัญญาณการสึกหรอได้อย่างทันท่วงที และช่วยวิศวกรในการวางแผนการบำรุงรักษาเพื่อป้องกันความล้มเหลว

สถาบันวิจัยกล่าวว่า "ข้อมูลการวัดที่ได้มีจุดมุ่งหมายเพื่อช่วยในการออกแบบส่วนประกอบเทคโนโลยีของเหลวให้แม่นยำยิ่งขึ้น และตรวจสอบโมเดลจำลองและดิจิทัลทวิน"

นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถสนับสนุนการตรวจสอบระบบไฮดรอลิกทั้งใหม่และเก่าอย่างต่อเนื่อง และอาจนำไปใช้ในด้านอื่นนอกเหนือจากปั๊มไฮดรอลิก นักวิจัยสรุปในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับแบริ่ง เกียร์ และเพลายังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีนี้" โครงการ ThinSor เริ่มต้นเมื่อวันที่ 1 มิถุนายน 2026 และมีกำหนดสิ้นสุดในวันที่ 30 พฤศจิกายน 2028 โดยมีเป้าหมายสุดท้ายคือการทำให้เทคโนโลยีการวัดสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้

ผลกระทบของเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ต่อระบบไฮดรอลิก

การพัฒนาเซ็นเซอร์ขนาดเล็กชนิดใหม่มีความสำคัญต่อการทำงานของระบบไฮดรอลิก สามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ที่สำคัญได้โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มความแม่นยำในการวัด แต่ยังลดการรบกวนต่อระบบ นอกจากนี้ ความไวที่เพิ่มขึ้นและความสามารถในการตรวจสอบการสึกหรอในระยะเริ่มต้นจะช่วยให้วิศวกรสามารถบำรุงรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดความเสี่ยงของความล้มเหลว เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการนำไปใช้ในหลายด้าน และอาจผลักดันการพัฒนาทางเทคโนโลยีไฮดรอลิกในอนาคต