本文主要(yào)利用徑向基兩數(shù)(RBF)神經網絡算法在(zài)溫度補償中的優(you)勢,分析不同溫度(dù)對氣體流量測量(liang)的影響，一種基于(yú)🐆RBF神經🐪網絡的溫度(dù)補償方法，有效避(bì)免硬件電路補償(cháng)方法的單一性和(hé)不穩定性,在降低(di)成本的🔞同時提高(gāo)測量裝置的正确(que)率。最終采用軟件(jian)補償的萬法對熱(re)式氣體流量計的(de)溫度補償進行了(le)大量實驗,實現了(le)溫度梯度變化下(xia)熱式氣體流量計(jì)
的精度高測量。
一(yi)、熱式流量計的工(gong)作原理及分類
熱(rè)式流量計按結構(gou)可以分爲熱分布(bù)型和浸人型。熱分(fen)🈲布型✉️熱式流量計(ji)将傳感元件放置(zhì)于管道壁,傳感元(yuán)件經過🥵加熱溫度(du)高于流休溫度，流(liú)體流經傳感元件(jian)表面導緻上下遊(yóu)溫度發生變化,利(li)用上下遊溫度差(cha)測量流體流量，一(yi)般用于微小流速(su)氣體流量的測量(liang)。
熱分布型熱式流(liu)最計的T.作原理如(ru)圖1所示,傳感元㊙️件(jian)由上遊熱🐪電阻、加(jiā)熱器利下遊熱電(dian)阻組成,加熱器位(wei)于管道中心，使得(dé)傳感元件溫度高(gao)于壞境溫度，上遊(yóu)熱電阻和下遊熱(re)電阻對稱分布于(yú)加熱器✂️的兩側。圖(tú)1中曲線1所示爲管(guan)道中沒有流✍️休流(liu)過時傳感元件的(de)溫度分布線.相對(dui)于加熱器的上下(xia)遊熱電阻溫度是(shì)對稱的。當有流🏃體(ti)經過熱式傳感元(yuán)件時,溫度分布爲(wei)🍉曲線2,顯然流體将(jiang)上遊部分的熱量(liang)帶給下遊，導緻上(shang)遊溫度比下遊溫(wēn)度🈚低，上下遊熱電(diàn)阻的溫度差△T反映(ying)了流體的流量,即(jí)△T=f(m)。當流體流🐪速過大(dà)時，上下遊熱屯陰(yīn)的溫度差△7趨向于(yu)0,因此熱分布型熱(rè)式流量計用于❤️測(ce)量低流速氣休微(wēi)小流量。氣體質量(liang)流量qm可表示爲
式(shì)中:Cp-一流體介質的(de)定壓比熱容;A一熱(rè)傳導系數;K一一㊙️儀(yi)💁表系數。
浸人型熱(re)式流最計的工作(zuò)原理如圖2所示，一(yī)般将⛱️兩個熱電阻(zǔ)
置于中大管道中(zhōng)心,可測量中高流(liu)速流體。熱電阻通(tōng)較小電流🐉或不通(tong)電流，溫度爲T;另一(yi)熱電阻經較大電(diàn)流加熱,其溫度T高(gāo)于氣體溫度。管道(dào)中有氣流通過時(shí)，兩者之間的溫度(dù)差爲△T=Tv-T0氣體質量流(liu)量qm與加熱電路功(gong)率P、溫度差△T的關系(xì)式爲
式中:E一系數(shu)與流體介質物性(xìng)參數有關;D一與流(liú)體流動有關的常(chang)數。
如果保持加熱(rè)電路功率P恒定，這(zhe)種測量方法爲恒(héng)功率法;如💃🏻果保持(chí)溫度差△T恒定，這種(zhǒng)測量方法爲恒溫(wen)差法，兩種方法有(you)各自的優缺點，使(shǐ)用時據具體環境(jìng)和需要而定。目前(qian)⚽較普遍的是采用(yong)恒溫差法🍉,由于需(xū)要不同的應🔆用領(ling)域,恒溫差法已不(bu)适用于🧑🏾🤝🧑🏼某些場.合(hé)的測量，因此恒功(gōng)率法應用領域越(yue)來越廣泛。恒溫差(chà)法的基本原理是(shì)流體流過加熱的(de)熱電阻表面使得(dé)熱電阻表面的溫(wen)度降低，熱電阻的(de)阻🔆值變小。反饋電(dian)路🔱自動進行處理(lǐ),通過熱電阻的加(jia)熱電流變大從而(ér)使得熱電阻溫度(du)升高,即可使🏃🏻得熱(rè)電阻與流體溫度(du)差恒定。通過測量(liàng)傳感電路的輸出(chu)電流或輸出電壓(ya)🐉便可獲得流量值(zhi)。恒功率法的基本(ben)原理是加熱功率(lü)爲恒定值,管道内(nèi)沒有流體流過時(shí)溫度差△7最大,當流(liú)體流過熱電阻表(biǎo)面時熱電阻與流(liu)體溫度差變小,通(tōng)過測量△T便可得到(dao)流體流量。
二、基于(yú)RBF神經網絡的溫度(dù)補償
由熱式氣體(ti)流量計恒溫差法(fǎ)測量原理分析可(kě)知,熱式💚氣🚩體流🈲量(liang)計在測量時，傳感(gǎn)器靈敏系數與流(liu)體的熱傳導、密度(dù)、黏性等有關,而熱(re)傳導、密度、黏性與(yǔ)環境溫度有🚶關,在(zài)溫度變化較大的(de)情況下會導✨緻流(liu)量計💃🏻測量結果産(chǎn)生較大誤差。由測(ce)♈量電路可🔴知,當環(huan)境溫度升高時，測(cè)速電阻變大，要保(bǎo)證惠斯👄通測量電(dian)橋平✊衡,其加熱電(diàn)流将随着溫度的(de)升高而變大,流😍量(liàng)計的輸出電壓也(yě)将增🍓大。由此可得(dé)，當沒有氣流變化(huà)時，流♉量計測量結(jie)果會随🥵着環境溫(wen)度的變化而改變(bian),其輸出結果會産(chǎn)生較大誤🔞差或者(zhe)錯誤結果。所以,在(zài)熱式氣體流量計(jì)測量氣體流量時(shi),其溫度偏移現象(xiàng)普遍㊙️存在。
1.RBF神經網(wang)絡溫度補償原理(lǐ)
神經網絡溫度補(bu)償就是利用神經(jing)網絡的麗數逼近(jin)能力、泛化能力和(he)自學習能力等特(tè)性,在不必建立傳(chuan)感器輸出随溫度(dù)變化的具體模型(xing)情況下,通過網絡(luo)學習訓練即可模(mó)拟出輸人輸出的(de)具體内在聯系。溫(wēn)度補償原理框圖(tú)如圖3所示。
RBF神經(jīng)網絡溫度補償模(mo)型的輸人信号由(you)氣體流量計輸出(chū)電♋壓信号(U、)和環境(jìng)溫度電壓信号(U)組(zu)成,經過RBF神經網絡(luò)學習訓練，消除環(huan)境溫度T對測量結(jie)果的影響,輸❄️出補(bu)償後的氣體流速(su)值r'能較好地逼近(jin)目标值o,進而🔞消除(chu)環境溫度變化✍️影(ying)響,提高熱式氣體(ti)流量計的測量正(zheng)确率和🐅穩定性。
2.RBF神(shén)經網絡模型
RBF神經(jīng)網絡是一種3層前(qián)饋局部逼近網絡(luò),能逼近任意連續(xu)函數,由輸人層、隐(yin)含層和輸出層組(zu)成。 RBF神經網絡最顯(xiǎn)著的特點是隐🛀含(han)層采用高斯RBF,即表(biǎo)示爲👄
三、實驗研究(jiu)與結果分析
1.樣本(běn)獲取與分析
采用(yong)标準表法對熱式(shi)氣體流量計進行(hang)檢定,将标🌈準氣體(tǐ)🧡流量計、熱式氣體(tǐ)流量計和溫度傳(chuan)感器置🏒于被測環(huán)境中。
标準氣體流(liú)量計輸出對應被(bèi)測流速v，熱式氣體(ti)流量😘計輸😍出電壓(ya)U.,溫度傳感器輸出(chū)電壓UT。實驗在5組不(bu)同的環境溫度下(xià)進🈲行,分别在每種(zhǒng)溫度下測量15組不(bu)同氣💚體流量🔞值。圖(tu)4爲不同溫度下熱(rè)式氣體流量🚶計輸(shu)出的75組試驗數據(jù)的分布。
由圖4可知(zhī),在同一氣體流量(liang)情況下，熱式氣體(tǐ)流量計的輸出随(suí)着溫度的變化存(cún)在明顯的溫度漂(piāo)移❌。因此,建立RBF神經(jing)❤️網絡溫度😘補償模(mo)型,可提高流量測(cè)🤩量正确率。
2.溫度補(bǔ)償與效果分析
根(gen)據RBF神經網絡算法(fa)原理對熱式氣體(ti)流量計進行⭕溫度(dù)補償，将實驗中的(de)55組數據作爲訓練(liàn)樣本，20組數據作🔞爲(wèi)測試樣本,建立RBF神(shén)經網絡。輸人層選(xuǎn)取2個節點，分别對(duì)應熱式氣體流量(liàng)計的輸出電壓信(xìn)号U,和溫度傳感器(qi)輸出電❌壓信号Uτ,隐(yin)含層選取💋10個節點(dian)，輸出層選取1個🔞節(jie)點對應精📱度高标(biāo)準氣體流量計輸(shū)出流速u。對熱式氣(qi)體流量計進🥵行溫(wen)度補償，補償效果(guo)如表1所示。
經RBF神經(jing)網絡溫度補償後(hòu)熱式氣體流量計(jì)輸出基本不随溫(wēn)度改變而變化,其(qí)誤差随溫度變化(hua)曲線.如圖5所示,最(zui)大相對誤差爲0.85%,有(yǒu)效提高了測量正(zheng)确率。
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