本文主要利用徑向基兩數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在溫度補(bǔ)償中的優(yōu)勢(shì),分析不同溫度對(duì)氣體流量測(cè)量的影響，一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償方法，有效避免硬件電路補(bǔ)償方法的單一性和不穩(wěn)定性,在降低成本的同時(shí)提高測(cè)量裝置的正確率。最終采用軟件補(bǔ)償?shù)娜f(wàn)法對(duì)熱式氣體流量計(jì)的溫度補(bǔ)償進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了溫度梯度變化下熱式氣體流量計(jì)的精度高測(cè)量。
一、熱式流量計(jì)的工作原理及分類(lèi)
　　熱式流量計(jì)按結(jié)構(gòu)可以分為熱分布型和浸人型。熱分布型熱式流量計(jì)將傳感元件放置于管道壁,傳感元件經(jīng)過(guò)加熱溫度高于流休溫度，流體流經(jīng)傳感元件表面導(dǎo)致上下游溫度發(fā)生變化,利用上下游溫度差測(cè)量流體流量，一般用于微小流速氣體流量的測(cè)量。
　　熱分布型熱式流最計(jì)的T.作原理如圖1所示,傳感元件由上游熱電阻、加熱器利下游熱電阻組成,加熱器位于管道中心，使得傳感元件溫度高于壞境溫度，上游熱電阻和下游熱電阻對(duì)稱(chēng)分布于加熱器的兩側(cè)。圖1中曲線(xiàn)1所示為管道中沒(méi)有流休流過(guò)時(shí)傳感元件的溫度分布線(xiàn).相對(duì)于加熱器的上下游熱電阻溫度是對(duì)稱(chēng)的。當(dāng)有流體經(jīng)過(guò)熱式傳感元件時(shí),溫度分布為曲線(xiàn)2,顯然流體將上游部分的熱量帶給下游，導(dǎo)致上游溫度比下游溫度低，上下游熱電阻的溫度差△T反映了流體的流量,即△T=f(m)。當(dāng)流體流速過(guò)大時(shí)，上下游熱屯陰的溫度差△7趨向于0,因此熱分布型熱式流量計(jì)用于測(cè)量低流速氣休微小流量。氣體質(zhì)量流量qm可表示為
 
式中:Cp-一流體介質(zhì)的定壓比熱容;A一熱傳導(dǎo)系數(shù);K一一儀表系數(shù)。
 
　　浸人型熱式流最計(jì)的工作原理如圖2所示，一般將兩個(gè)熱電阻置于中大管道中心,可測(cè)量中高流速流體。熱電阻通較小電流或不通電流，溫度為T(mén);另一熱電阻經(jīng)較大電流加熱,其溫度T高于氣體溫度。管道中有氣流通過(guò)時(shí)，兩者之間的溫度差為△T=Tv-T0氣體質(zhì)量流量qm與加熱電路功率P、溫度差△T的關(guān)系式為
 
　　式中:E一系數(shù)與流體介質(zhì)物性參數(shù)有關(guān);D一與流體流動(dòng)有關(guān)的常數(shù)。
　　如果保持加熱電路功率P恒定，這種測(cè)量方法為恒功率法;如果保持溫度差△T恒定，這種測(cè)量方法為恒溫差法，兩種方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)據(jù)具體環(huán)境和需要而定。目前較普遍的是采用恒溫差法,由于需要不同的應(yīng)用領(lǐng)域,恒溫差法已不適用于某些場(chǎng).合的測(cè)量，因此恒功率法應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。恒溫差法的基本原理是流體流過(guò)加熱的熱電阻表面使得熱電阻表面的溫度降低，熱電阻的阻值變小。反饋電路自動(dòng)進(jìn)行處理,通過(guò)熱電阻的加熱電流變大從而使得熱電阻溫度升高,即可使得熱電阻與流體溫度差恒定。通過(guò)測(cè)量傳感電路的輸出電流或輸出電壓便可獲得流量值。恒功率法的基本原理是加熱功率為恒定值,管道內(nèi)沒(méi)有流體流過(guò)時(shí)溫度差△7最大,當(dāng)流體流過(guò)熱電阻表面時(shí)熱電阻與流體溫度差變小,通過(guò)測(cè)量△T便可得到流體流量。
二、基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償
　　由熱式氣體流量計(jì)恒溫差法測(cè)量原理分析可知,熱式氣體流量計(jì)在測(cè)量時(shí)，傳感器靈敏系數(shù)與流體的熱傳導(dǎo)、密度、黏性等有關(guān),而熱傳導(dǎo)、密度、黏性與環(huán)境溫度有關(guān),在溫度變化較大的情況下會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。由測(cè)量電路可知,當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，測(cè)速電阻變大，要保證惠斯通測(cè)量電橋平衡,其加熱電流將隨著溫度的升高而變大,流量計(jì)的輸出電壓也將增大。由此可得，當(dāng)沒(méi)有氣流變化時(shí)，流量計(jì)測(cè)量結(jié)果會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而改變,其輸出結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大誤差或者錯(cuò)誤結(jié)果。所以,在熱式氣體流量計(jì)測(cè)量氣體流量時(shí),其溫度偏移現(xiàn)象普遍存在。
1.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)償原理
　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)償就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的麗數(shù)逼近能力、泛化能力和自學(xué)習(xí)能力等特性,在不必建立傳感器輸出隨溫度變化的具體模型情況下,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練即可模擬出輸人輸出的具體內(nèi)在聯(lián)系。溫度補(bǔ)償原理框圖如圖3所示。

 
　　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)償模型的輸人信號(hào)由氣體流量計(jì)輸出電壓信號(hào)(U、)和環(huán)境溫度電壓信號(hào)(U)組成,經(jīng)過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，消除環(huán)境溫度T對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,輸出補(bǔ)償后的氣體流速值r'能較好地逼近目標(biāo)值o,進(jìn)而消除環(huán)境溫度變化影響,提高熱式氣體流量計(jì)的測(cè)量正確率和穩(wěn)定性。
2.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
　　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種3層前饋局部逼近網(wǎng)絡(luò),能逼近任意連續(xù)函數(shù),由輸人層、隱含層和輸出層組成。 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最顯著的特點(diǎn)是隱含層采用高斯RBF,即表示為
 
三、實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析
1.樣本獲取與分析
　　采用標(biāo)準(zhǔn)表法對(duì)熱式氣體流量計(jì)進(jìn)行檢定,將標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)、熱式氣體流量計(jì)和溫度傳感器置于被測(cè)環(huán)境中。
　　標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)輸出對(duì)應(yīng)被測(cè)流速v，熱式氣體流量計(jì)輸出電壓U.,溫度傳感器輸出電壓UT。實(shí)驗(yàn)在5組不同的環(huán)境溫度下進(jìn)行,分別在每種溫度下測(cè)量15組不同氣體流量值。圖4為不同溫度下熱式氣體流量計(jì)輸出的75組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布。
 
　　由圖4可知,在同一氣體流量情況下，熱式氣體流量計(jì)的輸出隨著溫度的變化存在明顯的溫度漂移。因此,建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)償模型,可提高流量測(cè)量正確率。
2.溫度補(bǔ)償與效果分析
　　根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法原理對(duì)熱式氣體流量計(jì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將實(shí)驗(yàn)中的55組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，20組數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本,建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。輸人層選取2個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)熱式氣體流量計(jì)的輸出電壓信號(hào)U,和溫度傳感器輸出電壓信號(hào)Uτ,隱含層選取10個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層選取1個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)精度高標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)輸出流速u(mài)。對(duì)熱式氣體流量計(jì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償效果如表1所示。
 
　　經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)償后熱式氣體流量計(jì)輸出基本不隨溫度改變而變化,其誤差隨溫度變化曲線(xiàn).如圖5所示,最大相對(duì)誤差為0.85%,有效提高了測(cè)量正確率。

以上內(nèi)容源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)聯(lián)系即刪除!