Немецкие инженеры разрабатывают миниатюрный датчик, способный одновременно измерять температуру, давление и толщину смазочной плёнки непосредственно внутри гидравлических насосов. Новая технология позволит выявлять первые признаки износа оборудования, повышать его эффективность и предотвращать внезапные поломки.
Разработка ведётся в рамках исследовательского проекта ThinSor при участии специалистов Института обработки поверхностей и тонких плёнок Общества Фраунгофера (Fraunhofer IST), Магдебургского университета и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (RWTH Aachen University).
Главная особенность устройства — чрезвычайно малая толщина. Чувствительные слои датчика имеют толщину всего несколько микрометров, то есть он значительно тоньше человеческого волоса. Благодаря этому сенсор можно наносить непосредственно на поверхность деталей насоса, не сверля отверстий и не изменяя конструкцию оборудования.
Как работает новая технология?
Разработка предназначена прежде всего для аксиально-поршневых гидравлических насосов. В таких устройствах поршни совершают возвратно-поступательные движения вдоль вращающегося приводного вала или под небольшим углом к нему. Подобные механизмы широко применяются в гидравлических системах, где необходимо перемещать рабочую жидкость под высоким давлением.
Один из наиболее важных узлов такого насоса — пара взаимодействующих поверхностей: вращающийся блок цилиндров и неподвижная распределительная плита. Между ними находится очень тонкий слой смазки, который уменьшает трение и защищает детали от преждевременного износа.
Именно в этой небольшой зоне возникают условия, определяющие эффективность и долговечность всего механизма. Однако измерять происходящие там процессы непосредственно во время работы насоса довольно сложно.
Традиционные методы предполагают установку датчиков через специальные отверстия или модификацию отдельных компонентов. Но подобное вмешательство способно изменить взаимодействие поверхностей, повлиять на распределение смазки и, как следствие, исказить результаты измерений.
Исследователи ThinSor предлагают другой подход: наносить тонкоплёночную сенсорную систему прямо на поверхность распределительной плиты. Это позволит контролировать сразу три параметра — температуру, давление и толщину смазочного слоя — непосредственно в зоне их возникновения.
Причём измерения планируется проводить одновременно, с высокой временной точностью, без необходимости последующей сложной обработки компонентов.
Давление до 50 МПа: главная техническая сложность
Одной из наиболее серьёзных задач для разработчиков стала чувствительность сенсора.
По данным исследовательской группы, технология должна обеспечивать измерение давления в диапазоне ниже 50 МПа, что соответствует приблизительно 7252 фунтам на квадратный дюйм. Для существующих измерительных систем подобные условия представляют серьёзную проблему: необходимо регистрировать сравнительно небольшие изменения давления с высокой точностью, одновременно подавляя влияние фоновых помех.
При этом миниатюрная конструкция должна выдерживать значительные механические нагрузки, возникающие во время работы насоса. Получается непростая инженерная задача: сделать датчик достаточно чувствительным для точных измерений, но одновременно настолько прочным, чтобы он сохранял работоспособность в агрессивных условиях эксплуатации.
Зачем нужен такой датчик?
Возможность непрерывно отслеживать состояние гидравлического оборудования открывает несколько перспективных направлений применения.
Прежде всего, новая технология позволит раньше обнаруживать признаки износа. Изменение толщины смазочной плёнки, температуры или давления может сигнализировать о нарушении нормального режима работы ещё до того, как проблема приведёт к серьёзному повреждению деталей.
Это особенно важно для промышленного оборудования, где незапланированная остановка производственной линии может обойтись очень дорого.
Кроме того, полученные данные помогут инженерам точнее проектировать компоненты гидравлических систем, сокращать количество необходимых опытных образцов и проверять достоверность компьютерных моделей. В частности, результаты измерений планируется использовать для валидации цифровых двойников — виртуальных моделей реального оборудования, которые позволяют исследовать его поведение в различных условиях.
В перспективе технология может применяться не только при разработке новых насосов, но и для мониторинга уже эксплуатируемых гидравлических систем.
От насосов до подшипников и зубчатых передач
Потенциал тонкоплёночных сенсоров, по мнению исследователей, не ограничивается гидравликой.
Аналогичные измерительные решения могут оказаться полезными при контроле состояния подшипников, зубчатых передач и валов. Во всех этих механизмах характеристики контактирующих поверхностей, температура и условия смазки напрямую влияют на эффективность и срок службы оборудования.
Проект ThinSor стартовал 1 июня 2026 года и рассчитан до 30 ноября 2028 года. Его конечная цель — довести разработанную измерительную систему до уровня, позволяющего использовать её в реальных промышленных условиях.
Если исследователям удастся решить задачи чувствительности и механической прочности, промышленность получит компактный инструмент для диагностики оборудования непосредственно в процессе его работы. Это позволит перейти от обслуживания по заранее установленному графику к более точному подходу, основанному на фактическом состоянии механизмов
