МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ И ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ

В данной статье рассмотрен принцип работы потенциометрического уровнемера для измерения уровня электропроводной жидкости в резервуаре. Электропроводная жидкость измеряется уровнемером косвенным методом в заземленном резервуаре. Устройство состоит из сенсора с низким электрическим сопротивлением, генератора переменного тока, металлической стенки резервуара и усилителя слабого сигнала.
Нелинейность передаточной функции не позволяет использовать измеренные значения сенсора без предварительной линеаризации. Поэтому необходимо разработать модель сенсора в электропроводной жидкости и выявить факторы, влияющие на точность измерения уровня.
Для оценки точности измерений в статье представлена модель электрического поля внутри электролита, создаваемого сенсором потенциометрического уровнемера в резервуаре с цилиндрической стенкой. Использованы численные методы, основанные на методе конечных элементов, для расчета потенциалов и токов внутри электролита. Модель конечного элемента и конечно-элементная сетка позволили рассмотреть передачу потенциалов между конечными элементами.
Показано, что погрешность измерения уровня в потенциометрическом уровнемере имеет недопустимую величину и зависит от уровня жидкости и от расположения измерителя уровня.
На основе полученной модели были определены факторы, влияющие на измеренное значение уровня жидкости, и выполнено вычисление абсолютной и относительной погрешностей измерения. Так же определены дальнейшие шаги по улучшению точности измерения уровнемера.

1. Mohindru P. Development of liquid level measurement technology: A review / P. Mohindru // Flow Measurement and Instrumentation. – 2023. – № 89. – С. 30-43.

2. Седалищев В.Н. Методы и средства измерений неэлектрических величин: учеб. Пособие / В.Н. Седалищев. – Барнаул: Изд‐во АлтГТУ, 2010. – 160 с.

3. Бегунов, А.А. Выбор средств и методик измерений / А.А. Бегунов, В.Л. Иванов, Е.А. Травина. – СПб: Университет ИТМО, 2019. – 25 с.

4. Пат. US20190049282A1 США. Sensor array for the potentiometric measurement of a fill level in a container / Daniel B., Peter F.; заявитель и патентообладатель Baumer Electric AG.; опубл. 14.02.19. – 7 с.

5. Staff E. Potentiometric Level Measurement Principle [Электрон. ресурс] / E. Staff // Inst Tools. – 2017. URL: https://instrumentationtools.com/potentiometric-level-measurement-principle (дата обращения 02.09.23).

6. Алексеев, Г.В. Введение в численные методы решения дифференциальных уравнений: учеб. пособие / Г.В. Алексеев. – Владивосток: Владивосточный федеральный университет, 2010. – С. 19-29.

7. Абиев Р.Ш. Алгоритмизация расчетов технологического оборудования. Введение в метод конечных разностей: учеб. пособие / Р.Ш. Абиев. – СПб.: Изд-во НИИ химии СПбГУ, 2016. – С. 19-59.

8. Enriched finite element approach for modeling discontinuous electric field in multi-material problems / C. Narváez-Muñoz, M.R. Hashemi, P.B. Ryzhakov et al // Finite Elements in Analysis and Design. – 2023. – № 225.

9. Dimitrios G. Essentials of the Finite Element Method / G. Dimitrios // Academic Press/ – 2015. – P. 1-18.

10. Tan C.M. Applications of Finite Element Methods for Reliability Study of ULSI Interconnections / C.M. Tan, W. Li, Z. Gan // Microelectronics Reliability. – 2012. – № 8. – Р. 1539-1545.

11. An improvement of the finite-element method for computing the electric field of waveguides with complex geometry / S. Rodríguez-Mattalia, L. Nuño, L. Jódar, J.V. Balbastre // Mathematical and Computer Modelling. – 2005. – № 41. – Р. 791-805.

12. Гайдукова, Е.В. Численные методы в гидрологии: учеб. пособие / Е.В. Гайдукова, Н.В. Викторова. – СПб.: РГГМУ, 2019. – С. 18-24.

13. Калиткин Н.Н. Численные методы. Методы математической физики: учебник для студ. учреждений высш. проф. Образования / Н.Н. Калиткин, П.В. Корякин. – М: Академия, 2013. – С. 103.

14. Матвиенко В.А. Основы теории цепей: учеб. пособие для вузов / В.А. Матвиенко. – Екатеринбург: УМЦ УПИ, 2016. – С. 42-32.

15. Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой, Г.Г. Ишанин. – М: Техносфера, 2012. – 624 с.