🔧На сайте запланированы технические работы
25.12.2025 в промежутке с 18:00 до 21:00 по Московскому времени (GMT+3) на сайте будут проводиться плановые технические работы. Возможны перебои с доступом к сайту. Приносим извинения за временные неудобства. Благодарим за понимание!
🔧Site maintenance is scheduled.
Scheduled maintenance will be performed on the site from 6:00 PM to 9:00 PM Moscow time (GMT+3) on December 25, 2025. Site access may be interrupted. We apologize for the inconvenience. Thank you for your understanding!

 

Nonlinear mathematical model of pressure measurement systems in gas-liquid media

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The primary element of the instrumentation for measuring the pressure of a gas-liquid medium is a sensor that supplies data on the pressure of the working medium. It determines the proper functioning of machines, mechanisms, and systems. Increasing the service life, reducing development time, and reducing the cost of sensors is one of the important tasks. Mathematical modeling of pressure measurement systems’ functioning plays an important role at the design stage of such systems. This article examines a nonlinear one-dimensional model of a mechanical system “pipeline – pressure sensor” designed to measure and control the pressure of the working gas-liquid medium in the combustion chambers of engines. In such a system, the sensor is connected to the engine via a pipeline and is located at some distance from it to reduce the impact of vibration accelerations and high temperatures. The purpose of the work is to study the dynamics and stability of joint oscillations of the elastic sensitive element in the pressure sensor and of the working medium in the pipeline for a given law of pressure change in the combustion chamber. The study is provided under the assumption that the working medium is ideal and compressible. To describe the movement of the working medium (gas or liquid), a nonlinear model of fluid and gas mechanics is used. Mathematical description of the process of interest includes an initial boundary value problem, whose formulation contains a nonlinear partial differential equation. To solve it, numerical-analytical method of solution based on the Galerkin method is proposed, which makes it possible to reduce the study of the problem to solving a system of ordinary differential equations. A numerical experiment is carried out and examples of calculating the dynamics of the sensor's sensitive element are presented. The proposed mathematical model makes it possible to determine the law of change in the deviation of the sensor's sensitive element depending on the law of change in pressure in the combustion chamber. The research results are intended for use at the design stage of pressure measurement systems.

About the authors

Petr Alexandrovich Velmisov

Ulyanovsk State Technical University

Email: velmisov@ulstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7825-7015
SPIN-code: 3073-0889
Scopus Author ID: 6506739055
ResearcherId: D-5785-2017

Professor, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of the Department of Higher Mathematics

Russia, 432027, Ulyanovsk, Severny Venetz Str., 32

Yuliya A. Tamarova

Ulyanovsk State Technical University

Author for correspondence.
Email: kazakovaua@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6408-1573

Postgraduate Student, Department of Higher Mathematics 

Russian Federation, 32 Severny Venets St., Ulyanovsk 432027, Russia

References

  1. L.G. Etkin, [Vibration sensors. Theory and practice], MGTU im. N. E. Baumanaт Publ., Moscow, 2004 (In Russ.), 407 p.
  2. A.A Kazaryan, G.P Groshev, "[Universal pressure sensor]", Izmeritel’naya tekhnika, 3 (2008), 26–30 (In Russ.).
  3. J. Ash, et al., [Sensors of measuring systems: in 2 books.], Mir Publ., M., 1992 (In Russ.).
  4. D. I. Agejkin, E.N. Kostina, N.N. Kuznecova, [Sensors of control and regulation], N. Mashinostroyeniye Publ., Moscow, 1965 (In Russ.), 928 p.
  5. V.P. Korsunov, [Elastic sensitive elements], Saratov State Univ. Publ., Saratov, 1980 (In Russ.), 264 p.
  6. [Sensors. Converters. Systems: Catalog.], FGUP NII fizicheskikh izmereniy Publ., Penza, 2012 (In Russ.).
  7. V.M. Pankratov, V.E. Dzhashitov, V. I. Ulybin, E.A. Mokrov, V.A. Semenov, D.V. Tihomirov, "[Mathematical models of the functioning of a pressure sensor for spacecraft at non-stationary temperatures of the measured and environmental media]", Microsistemnaya tekhnika, 2003, no. 6, 20–29 (In Russ.).
  8. E.M. Belozubov, N.E. Belozubova, "[Increasing the resistance of thin-film nano- and microsystems and pressure sensors based on them to the effects of increased vibration accelerations]", Trudy Mezhdunarodnogo simpoziuma "Nadezhnost’ i kachestvo", 2011, no. 2, 426–429 (In Russ.).
  9. A.V. Ankilov, P.A. Velmisov, V.D. Gorbokonenko, Yu.V. Pokladova, [Mathematical modeling of the mechanical system "pipeline – pressure sensor"], UlGTU Publ., Ulyanovsk, 2008 (In Russ.), 188 p.
  10. P.A. Velmisov, Yu.V. Pokladova, [Study of the dynamics of deformable elements of some aerohydroelastic systems], UlGTU Publ., Ulyanovsk, 2018 (In Russ.), 152 p.
  11. P.A. Velmisov, Yu.V. Pokladova, E. S. Serebryannikova, "[Mathematical modeling of the system "pipeline – pressure sensor"]", Zhurnal Srednevolzhskogo matematicheskogo obshchestva, 12:4 (2010), 85–93 (In Russ.).
  12. P.A. Velmisov, Yu.V. Pokladova, "Mathematical modelling of the "pipeline – pressure sensor" system", Journal of Physics: Conference Series, 1353 (2019) (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1353/1/012085
  13. P.A. Velmisov, Yu.V. Pokladova, U. J. Mizher, "Mathematical modelling of the mechanical system "pipeline – pressure sensor" ", AIP Conference Proceedings, 2172 (2019) (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.1063/1.5133495
  14. A. I. Zemlyanukhin, S.V. Ivanov, L. I.Mogilevich, V. S.Popov, A.YU. Blinkov, "[Mathematical model for studying nonlinear waves in an elastic cylindrical shell surrounded by an elastic medium]", Prikladnaya matematika i mekhanika, 2014, no. 10, 80–83 (In Russ.).
  15. Yu.A. Blinkov, E.V. Yevdokimova, L. I.Mogilevich, A.Yu.Rebrina, "[Modeling of wave processes in two coaxial shells filled with a viscous liquid and surrounded by an elastic medium]", Vestnik RUDN. Seriya MIF, 26:3 (2018), 203—215 (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.22363/2312-9735-2018-26-3-203-215
  16. L. I. Mogilevich, D.V. Kondratov, T. S.Kondratova, S.V.Ivanov, "[Mathematical modeling of deformation waves in two coaxial, cubically nonlinear shells interacting with the environment and filled with liquid]", Matematicheskoye modelirovaniye, komp’yuternyy i naturnyy eksperiment v yestestvennykh naukakh, 4 (2020) (In Russ.).
  17. DOI: https://doi.org/10.24411/2541-9269-2020-00003
  18. P.A. Velmisov, YU.A. Tamarova, "[Mathematical modeling of pressure measurement systems in gas-liquid media]", Zhurnal Srednevolzhskogo matematicheskogo obshchestva, 22:3 (2020), 352—367 (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.22.202003.352-367
  19. YU.A. Tamarova, P.A. Velmisov, N.D. Aleksanin, N. I. Nurullin, "[Study of dynamic processes in systems for measuring pressure of gas-liquid media]", Zhurnal Srednevolzhskogo matematicheskogo obshchestva, 23:4 (2021), 461—471 (In Russ.).
  20. K. Fletcher, [Numerical methods based on the Galerkin method], Mir Publ., 1988, 353 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) Velmisov P.A., Tamarova Y.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».