Интеллектуальная система измерения уровня и массы жидкости в топливных баках и танках при качке и наклонах

Представлен обзор существующих способов измерения уровня жидкости и их недостатки при колебаниях поверхности. Предложена система непрерывного измерения массы жидкостей в топливных баках и танках при качке и наклонах транспортных средств и судов, реализуемая в уровнемере на основе интеллектуальных датчиков. В состав датчиков входят микроконтроллер с индивидуальной градировочной характеристикой зависимости объёма от уровня, учитывающей форму резервуара или топливного бака, и встроенные в интеллектуальный датчик наносенсоры для измерения плотности, диэлектрической проницаемости и температуры окружающей среды. Установлено, что реальные метрологические характеристики интеллектуальных датчиков существенно выше характеристик датчиков традиционного исполнения. Обоснованы количество и размеры пластин плоских конденсаторов и представлена схема их расположения на крыше резервуаров. Исключение подвижных элементов повысило надёжность работы, упростило обслуживание и требования к конструкции объекта измерения. Приведены аналитические выражения для вычислений уровня и массы жидкости, реализуемые микроконтроллером. Использование предложенной системы измерения со сложной вычислительной обработкой и учёт поправок на температуру, плотность, влажность и диэлектрическую проницаемость жидкости позволили увеличить точность и стабильность показаний уровнемера. Выведены аналитические выражения, связывающие уровень жидкости и выходную частоту генератора из состава уровнемера.

1. Сухинец Ж. А., Гулин А. И. Теоретические основы построения и методы проектирования аналого-цифровых интерфейсов и интеллектуальных датчиков с цепной трехполюсной структурой. М.: СОЛОН-Пресс, 2020. 180 c.

2. Годнев А. Г., Зоря Е. И. Метод повышения точности вычисления массы нефтепродуктов при хранении // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2008. № 2. С. 35–37.

3. Souza M., Car valho E., Canuto J., IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 14–17 May, 2018, Houston, USA, 2018, pp. 1–5.

4. Loizou K., Koutroulis E., Zalikas D., Liontas G., IEEE ICIT 2015 International Conference on Industrial Technology, March 17th to 19th, 2015, Seville, Spain, 2015, pp. 1416–1421.

5. Yuliza E., Sa lam R., Amri I., Atmajati E., IEEE International Conference on Instrumentation, Control and Automation (ICA), 29–31 August 2016, Bandung, Indonesia, pp. 99–102.

6. Zhao C., Chen Y., IEEE International Conference on Control and Automation, Guangzhou, 30 May – 1 June, 2007, pp. 3207–3212.

7. Sukhinets Zh. A., Gulin A. I., Prokopenko N. N., International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 8–14 September 2019, Sochi, Russia, 2019, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867707

8. Гулин А. И., Сухинец Ж. А. Измерение уровня и массы жидкости при изменении положений ёмкости // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2012. № 8. С. 63–66.

9. Пат. № 2491517 РФ / А. И. Гулин, Ж. А. Сухинец // Изобретения. Полезные модели. 2013. № 24.

10. Гулин А. И. Проектирование многозвенных RC-генераторов // Известия вузов. Приборостроение. 2012. Т. 15. № 1 (41). С. 14–18.

11. Домрачев В. Г., Скрипник А. А. Влияние температуры на оценку массы в системах определения параметров жидкости в резервуарах // Лесной вестник, 2012. №. 6. С. 41–44.

12. Пат. № 2594338 РФ / И. Б. Широков // Изобретения. Полезные модели. 2016. № 22.

13. Воротников И. Н., Головинов В. А., Щегорец А. С., Шунина А. А., Савельева Е. В. Исследование функций преобразования ёмкостных уровнемеров при построении математических моделей // Молодой ученый. 2015. № 19 (99). С. 118–121.

14. Богуш О. В., Зацерклянный О. В., Пикалев Э. М. Моделирование вибрационного датчика плотности методом конечных элементов // Датчики и системы. 2018. № 10. С. 8–13.