德國科學家研發新型微型傳感器 可直接監測液壓泵的溫度、壓力及潤滑油厚度

德國科學家正在開發一種比人類頭髮更薄的新型傳感器，據報導可直接測量液壓泵內部的溫度、壓力及潤滑劑厚度，並能及早檢測磨損跡象。該設備來自弗勞恩霍夫表面工程與薄膜研究所（Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films，簡稱 IST）。此項目名為 ThinSor，還涉及馬格德堡大學及亞琛工業大學的科學家。

新型傳感器的特點

該傳感器由幾微米厚的層系組成，直接應用於泵的閥板上，能在不需要鑽孔或其他修改的情況下監控關鍵工作條件。根據研究人員的說法，它可以測量低於 7,252 磅每平方英寸（50 MPa）的壓力，以及溫度和潤滑劑厚度。此外，該系統還可改善液壓泵的效率，延長泵的使用壽命，並減少意外停機。

該傳感器的工作原理是：軸向活塞泵依賴活塞在旋轉驅動軸上前後運動或稍微傾斜的運作。這些泵通常見於液壓系統中，負責在高壓下移動液體。其性能主要取決於旋轉的氣缸和靜止的閥板之間的相互作用，兩者之間由薄薄的潤滑劑膜隔開。潤滑劑減少了兩個部件之間的摩擦，防止其過快磨損。然而，在運行過程中測量這狹窄間隙內的情況仍然十分困難。傳統方法通常需要鑽孔或修改泵的組件來安裝傳感器，但這些改變可能會影響表面的相互作用，甚至影響測量結果。

為瞭解決這一問題，團隊的傳感器直接安裝在閥板表面上。團隊表示：「這應能同時高時間解析度地測量所有三個參數，正好在其發生的地方，無需耗時的組件後處理。」

技術挑戰與解決方案

在測量接觸點的低壓時，團隊面臨著一個巨大挑戰。傳感器必須能檢測低於 7,252 磅每平方英寸（50 MPa）的壓力，這低於目前大多數現有傳感器的測量範圍。因此，研究人員必須提高傳感器的靈敏度，以便在不受背景噪聲幹擾的情況下捕捉準確的讀數。同時，超薄層必須承受液壓泵操作期間產生的巨大機械力。薄膜傳感器系統直接應用於閥板的表面。根據團隊的說法，這項技術可以減少原型需求，及早檢測磨損跡象，並幫助工程師計劃維護以防止故障。

該研究所表示：「獲得的測量數據旨在幫助更精確地設計流體技術組件，並驗證模擬模型和數位雙胞胎。」

此外，該技術最終還可支持對新舊液壓系統的持續監測，並可能應用於液壓泵以外的領域。研究人員在新聞稿中總結道：「涉及軸承、齒輪和軸的應用已展示了這項技術的潛力。」ThinSor 項目於 2026 年 6 月 1 日啟動，預定於 2028 年 11 月 30 日結束，其最終目標是使測量技術適用於工業應用。

新型傳感器對液壓系統的影響

新型微型傳感器的研發對液壓系統的運作具有重要意義。其能夠直接監測關鍵參數，無需對設備進行改動，這不僅提高了測量的準確性，也減少了對系統的干擾。此外，該技術的靈敏度提升和早期磨損檢測能力，將有助於工程師更有效地進行維護，從而降低故障風險。這項技術的潛在應用範圍廣泛，未來可能推動液壓技術的進一步發展。