Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка базовой линейки отечественных интеллектуальных сенсоров давления с целью импортозамещения при построении высокотехнологичных систем управления и автоматизации

Номер контракта: 14.578.21.0125

Руководитель: Васьковский Владимир Олегович

Должность руководителя: заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов Института естественных наук УрФУ

Докладчик: Сычугов Евгений Михайлович, Главный специалист АО "НПО автоматики"

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
сенсор давления, избыточное давление, абсолютное давление, чувствительный элемент, кремний на сапфире, специализированная микросхема, обработка сигнала сенсора, герметичность, вакуумирование, нормированный выходной сигнал, цифровой интерфейс.

Цель проекта:
Повышение качества и надежности информационно-измерительных и управляющих систем применяемых в том числе и в сферах ответственного назначения, таких как ракетно-космической и авиационной техники, атомной промышленности, автомобилестроения, медицины и других, неразрывно связано с совершенствованием датчиков различных физических величин. Особое место среди них занимают датчики давления, поскольку около 60 % измеряемых параметров связано с давлением. Цель проекта: Разработка прототипа базовой линейки отечественных интеллектуальных сенсоров давления с целью импортозамещения при построении высокотехнологичных систем управления и автоматизации, в том числе: 1. разработка прототипов сенсоров абсолютного и избыточного давлений с встроенной микросхемой обработки сигнала; 2. разработка прототипов высокотемпературных сенсоров избыточного давления; 3. разработка отечественной специализированной микросхемы для обработки сигналов сенсоров с мостовой схемой получения сигнала, встраиваемой в конструкцию сенсоров абсолютного и избыточного давлений.

Основные планируемые результаты проекта:
Созданный в рамках ПНИЭР научно-технический задел позволит изготавливать сенсоры, обладающую следующими основными отличиями от существующих систем:
1. качественно новым алгоритмом характеризации сенсоров, обеспечивающим основную погрешность преобразования давления в электрический сигнал не более 0,05% от величины номинального давления;
2. уникальной микросхемой обработки сигналов сенсоров с мостовой схемой получения сигнала;
3. конструктивно-технологические решением металлокерамического коллектора, обеспечивающие температуру его эксплуатации не менее 250 °С и герметичность (остаточное давление в вакуумированной полости) на уровне не более 10 Па в течение времени эксплуатации, установку на него специализированной микросхемы и электрическое соединение с внешними выводами.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В рамках проекта разрабатывается два основных типа интеллектуальных сенсоров:
1. Сенсоры абсолютного и избыточного давлений с встроенной микросхемой обработки сигнала предназначены для преобразования величины абсолютного или избыточного давления в нормированный аналоговый непрерывный потенциальный пропорциональный электрический сигнал или в цифровой выходной сигнал.
Специализированная микросхема для обработки сигналов сенсоров с мостовой схемой получения сигнала предназначена для обработки сигналов тензорезистивных преобразователей давления, устранения температурной зависимости и нелинейности по давлению с помощью программы микроконтроллера, а также выдаче обработанного сигнала в цифровом и аналоговом виде.

2. Высокотемпературные сенсоры избыточного давления предназначены для преобразования величины избыточного давления в непрерывный аналоговый пропорциональный потенциальный электрический выходной сигнал при температуре измеряемой среды до 200 °С


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Наиболее важным результатом выполнения проекта станет накопление научно-технического задела, технических решений для дальнейшего совершенствования элементной базы, пригодной для эксплуатации в жестких условиях, применяемой в том числе и в сферах ответственного назначения, таких как ракетно-космическая и авиационная техника, атомная промышленность, автомобилестроение, медицина.

Реализация проекта позволит существенно улучшить качественные характеристики существующих систем за счет повышения эффективности и надежности используемых в них электро-радио изделий, а также дополнительно решить ряд задач, которые не были решены с использованием оборудования предыдущего поколения.

Выполнение работ станет толчком для создание производственной кооперации научных и производственных предприятий региона, обладающей всем необходимым для современного серийного изготовления инновационной аппаратуры, создания новых рабочих мест, что в дальнейшем обеспечит эффективно работающий трансфер технологий в регионе.

Текущие результаты проекта:
1) Выполнена аналитический обзор научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов в области разработки интеллектуальных сенсоров;

2) Завершены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96, по результатам которых были сформулированы выводы о актуальности проведения ПНИ и возможности дальнейшей коммерциализации разработанных научно-технических результатов. В ходе проведения патентных исследований был обработан информационный массив в объеме порядка 2000 единиц патентных заявок и охранных документов. В результате анализа были выделены технические результаты, на обеспечение которых направлены запатентованные решения. В рамках работы были выполнены следующие задачи: определение уровня техники; выявление тенденций развития объекта исследования; обоснования прогноза развития тенденций; исследования требований потребителей к объекту исследования. На основе этого, были сформулированы требования к разрабатываемой системе и определена структура исследуемого предмета, учитывающие выявленные недостатки существующих решений и тенденции развития техники в данной сфере.

3) Выполнено исследование, обоснование и выбор методов и средств, направлений исследований и способов решения поставленных задач. Было определено, что наилучший результат будет достигнут комплексом методов, включающих как методы математического моделирования, так и натурные испытания.

4) Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике. Прогнозные исследования, проводившиеся по аналогичным темам, показали, что разработка должна решать проблему нормализации выходного сигнала сенсора давления; повышение температуры эксплуатации датчиков давления, проблему измерения абсолютного давления.

5) Проведено исследование стойкости элементов конструкции сенсоров к воздействию высоких температур, позволившем сделать выводы о конструктивно-техническим решениям, которые должны обеспечивать стойкость высокотемпературных сенсоров к воздействию высоких температур.

6) Разработаны частные технические задания на встроенное программное обеспечение сенсоров и алгоритмы характризации сенсоров абсолютного и избыточного давлений с встроенной микросхемой обработки сигнала, высокотемпературных сенсоров избыточного давления.