ساخت حسگر لایه‌نازک MEMS برای بهبود ماشین‌آلات سیالات

با همکاری صنایع سنگین میتسوبیشی، حسگر لایه نازک MEMS ساخته شده که به صورت چند جهته کار کرده و راندمان ماشین‌آلات سیالات در مقیاس صنعتی را بهبود می‌بخشد.

کد خبر: ۱۰۴۰۷۹۶

چهارشنبه - ۱۱ آبان ۱۴۰۱ / November 02, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، با همکاری صنایع سنگین میتسوبیشی، حسگر لایه نازک MEMS ساخته شده که به صورت چند جهته کار کرده و راندمان ماشین‌آلات سیالات در مقیاس صنعتی را بهبود می‌بخشد.

بخش انرژی و حمل و نقل اغلب از انواع مختلف ماشین‌آلات سیالات، از جمله پمپ‌ها، توربین‌ها و موتور‌های هواپیما استفاده می‌کند که همگی دارای ردپای کربن بالایی هستند. این موضوع ناشی از ناکارآمدی در ماشین‌آلات سیالات بوده و ریشه آن در جداسازی جریان در اطراف سطوح منحنی است که معمولاً ماهیت بسیار پیچیده‌ای دارند.

بنابراین، برای بهبود کارایی ماشین‌آلات سیالات، باید جریان نزدیک به دیوار را روی سطح منحنی مشخص کرد تا این کار جدایی جریان را سرکوب کند. چالش‌هایی در این مسیر وجود دارد. اولاً، حسگر‌های جریان معمولی به اندازه کافی انعطاف‌پذیر نیستند تا در دیواره‌های خمیده ماشین‌آلات سیال قرار گیرند. دوم، حسگر‌های انعطاف‌پذیر موجود مناسب برای سطوح منحنی نمی‌توانند زاویه سیال (جهت جریان) را تشخیص دهند. علاوه بر این، این حسگر‌ها فقط به تشخیص جداسازی جریان در سرعت‌های کمتر از ۳۰ متر بر ثانیه محدود می‌شوند.

در یک مطالعه جدید، ماساهیرو موتوسوکه از دانشگاه علوم توکیو (TUS) در ژاپن و همکارانش، کویچی موراکامی، دایکی شیرایشی و یوشییاسو ایچیکاوا از TUS، با همکاری صنایع سنگین میتسوبیشی، ژاپن، و دانشگاه ایواته ژاپن این چالش را پذیرفتند. احساس تنش برشی و جهت آن بر روی سطوح منحنی، جایی که جداسازی جریان به راحتی رخ می‌دهد، به ویژه بدون استفاده از یک روش جدید، دشوار بوده است.

این تیم، در مطالعه خود، یک حسگر جریان انعطاف‌پذیر مبتنی بر لایه نازک پلی‌آمید ایجاد کردند که می‌تواند به راحتی بر روی سطوح منحنی بدون ایجاد اختلال در جریان هوای اطراف نصب شود، که یک نیاز کلیدی برای اندازه‌گیری کارآمد است. برای نیل به این هدف، حسگر مبتنی بر فناوری سیستم میکروالکترومکانیکی (MEMS) ساخته شد. علاوه بر این، طراحی جدید اجازه می‌دهد تا چندین حسگر برای اندازه‌گیری همزمان تنش برشی دیوار و زاویه جریان روی سطح دیوار یکپارچه شوند. نتایج کار آن‌ها در مجله Micromachines (“توسعه حسگر MEMS انعطاف‌پذیر برای جریان زیر صوت”) منتشر شد.

ماساهیرو موتوسوکه توضیح می‌دهد: «مدار‌های اطراف حسگر را می‌توان با استفاده از یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر بیرون کشید و در مکان دیگری نصب کرد، به طوری که فقط یک صفحه نازک به هدف اندازه‌گیری در آنجا باشد و تاثیر آن بر جریان اطراف را به حداقل برسد.»

این حسگر توسعه‌یافته پتانسیل طیف وسیعی از کاربرد‌ها را در ماشین‌آلات سیال در مقیاس صنعتی دارد که اغلب شامل جداسازی جریان پیچیده در اطراف سطوح سه‌بعدی است.

موتوسوکه می‌گوید: «اگرچه این حسگر برای جریان‌های سریع هوا طراحی شده است، اما ما در حال حاضر در حال توسعه حسگر‌هایی هستیم که جریان مایع را اندازه‌گیری می‌کند و می‌تواند بر اساس همان اصل استفاده شود. چنین حسگر‌های جریان نازک و انعطاف‌پذیری می‌توانند فرصت‌های زیادی را ایجاد کنند.»

در مجموع، این حسگر جدید MEMS می‌تواند یک تغییر دهنده بازی در توسعه ماشین‌آلات سیال کارآمد با کاهش اثرات مضر بر محیط ما باشد.