本(ben)文主要(yao)利用徑(jing)向基兩(liang)數(RBF)神經(jīng)網絡算(suan)法在溫(wen)度補償(chang)中🈲的優(you)勢,分析(xī)不同溫(wen)度對氣(qi)體流量(liang)測量的(de)影響✔️，一(yī)種基于(yú)RBF神經網(wǎng)絡的溫(wen)度補償(chang)方法，有(you)效避免(mian)硬件電(dian)路補償(cháng)方法的(de)單一性(xìng)和不穩(wěn)定性,在(zài)降低成(chéng)本的同(tóng)時提高(gāo)測量裝(zhuāng)置的正(zhèng)确率。最(zuì)終采用(yong)軟件補(bǔ)償的萬(wàn)法對熱(re)式氣體(tǐ)流量計(ji)的溫度(du)補償進(jìn)行了大(da)量實驗(yàn),實現了(le)溫度梯(tī)度變化(hua)下熱式(shi)氣體流(liu)量計 的(de)精度高(gāo)測量。
一(yi)、熱式流(liú)量計的(de)工作原(yuán)理及分(fen)類
　　熱式(shi)流量計(ji)按結構(gou)可以分(fen)爲熱分(fen)布型和(hé)浸人型(xíng)。熱分布(bu)💚型熱式(shì)流量計(ji)将傳感(gǎn)元件放(fàng)置于管(guǎn)道壁,傳(chuan)感元件(jian)經過加(jia)熱溫度(du)高于流(liú)休溫度(dù)，流體流(liu)經💜傳感(gǎn)元件表(biao)面💁導緻(zhì)上下遊(yóu)溫💃度發(fa)生變化(huà),利用上(shang)下遊溫(wen)度差測(cè)量流🏃‍♀️體(tǐ)流量，一(yī)般用于(yu)微小流(liú)速氣🐅體(tǐ)流量的(de)測量。
　　熱(re)分布型(xing)熱式流(liú)最計的(de)T.作原理(lǐ)如圖1所(suǒ)示,傳感(gǎn)元🔞件由(you)上遊熱(re)✌️電阻、加(jia)熱器利(lì)下遊熱(rè)電阻組(zu)成,加熱(re)器位于(yú)管道中(zhong)心，使得(dé)傳感元(yuan)件溫度(dù)高于壞(huài)境溫度(du)，上遊熱(re)電阻和(he)下遊熱(rè)電阻對(dui)稱分布(bù)于加熱(re)器的兩(liǎng)側。圖1中(zhōng)曲線1所(suo)示爲管(guan)道中沒(méi)有流休(xiū)流過時(shí)傳感元(yuán)件的溫(wēn)度分布(bù)線🌈.相對(dui)于加熱(re)器的上(shàng)下遊熱(rè)電阻溫(wen)度是🏃對(dui)稱的。當(dang)有流♌體(ti)經過熱(re)式傳😄感(gǎn)元💃件時(shi),溫度分(fen)布爲曲(qu)線2,顯🏃‍♀️然(rán)流體将(jiang)上遊部(bu)分的熱(re)量😄帶給(gei)下遊，導(dǎo)緻上遊(yóu)溫度比(bi)下遊溫(wēn)度低，上(shang)下遊熱(rè)電阻的(de)🌈溫度差(cha)△T反映了(le)流體的(de)流量,即(ji)△T=f(m)。當流♉體(ti)流速過(guo)大時，上(shang)下遊🐕熱(re)屯陰的(de)溫度差(chà)△7趨向于(yu)0,因此熱(re)分布型(xing)熱式💋流(liú)量計用(yòng)于測量(liàng)低流速(su)氣休微(wei)小流量(liang)。氣💛體質(zhi)量流量(liàng)qm可表示(shi)📐爲
 
式中(zhong):Cp-一流體(tǐ)介質的(de)定壓比(bi)熱容;A一(yi)熱傳導(dao)系數;K一(yi)一儀表(biao)🤟系數。
 
　　浸(jin)人型熱(rè)式流最(zui)計的工(gōng)作原理(lǐ)如圖2所(suo)示，一般(bān)将🏃🏻‍♂️兩個(gè)熱電阻(zǔ) 置于中(zhong)大管道(dao)中心,可(ke)測量中(zhōng)高流速(su)流體。熱(rè)電阻通(tōng)較☀️小電(diàn)👣流💃或不(bu)通電流(liú)，溫度爲(wèi)T;另一熱(re)電阻經(jing)較大電(dian)流加熱(rè),其溫度(dù)T高于氣(qi)體溫度(du)。管道中(zhong)有氣流(liú)通過時(shí)，兩者之(zhī)間的溫(wēn)🌈度差爲(wei)△T=Tv-T0氣體質(zhi)量流量(liàng)qm與加熱(rè)電路功(gong)率P、溫度(dù)差△T的關(guān)系式爲(wei)
 
　　式中:E一(yī)系數與(yǔ)流體介(jie)質物性(xing)參數有(you)關;D一與(yǔ)流體💞流(liú)動有⭐關(guān)的常數(shù)。
　　如果保(bǎo)持加熱(re)電路功(gōng)率P恒定(dìng)，這種測(cè)量方法(fǎ)爲恒功(gong)率法;如(ru)果♍保持(chi)溫度差(cha)△T恒定，這(zhè)種測量(liang)方法爲(wèi)恒溫差(cha)法，兩種(zhong)方✔️法有(yǒu)🏃各自的(de)優缺點(diǎn)，使用時(shi)據具體(tǐ)😘環境和(he)需要而(er)定。目前(qian)較普遍(bian)的是采(cǎi)用恒溫(wēn)差法,由(yóu)于需要(yao)不同的(de)應用領(ling)域,恒溫(wen)差法已(yǐ)不适用(yong)于🈲某些(xie)場.合的(de)測量，因(yīn)此恒功(gong)率法應(yīng)用👌領域(yù)越來越(yue)廣泛。恒(héng)溫差法(fǎ)的基本(ben)原理是(shi)流體流(liu)過加熱(re)🛀🏻的熱電(diàn)阻表面(miàn)💁使得熱(re)電阻表(biao)面的溫(wen)度降低(di)，熱電阻(zu)的阻值(zhi)變小。反(fan)饋電路(lù)🧡自動進(jin)行處理(lǐ),通過熱(rè)電阻的(de)加熱電(diàn)流💞變大(da)從而使(shǐ)得熱電(diàn)阻溫度(du)升高,即(jí)可使得(de)熱電阻(zu)與流體(tǐ)溫度差(cha)恒定。通(tōng)過測量(liàng)傳感電(diàn)路的輸(shu)出電流(liu)或輸出(chu)電壓便(bian)可獲得(dé)流量值(zhí)。恒功率(lü)法的基(jī)本原理(li)是加熱(rè)功率爲(wei)恒定值(zhí),管道内(nèi)沒有流(liu)體流過(guò)時溫度(du)差△7最大(da),當流體(tǐ)流過熱(re)電阻表(biao)面時熱(re)電阻與(yu)流💋體溫(wen)度差變(biàn)小,通過(guò)測量△T便(biàn)可得到(dào)㊙️流體流(liú)量。
二、基(jī)于RBF神經(jīng)網絡的(de)溫度補(bu)償
　　由熱(re)式氣體(ti)流量計(ji)恒溫差(cha)法測量(liang)原理分(fen)析可知(zhi),熱式氣(qì)體流量(liàng)計在測(cè)量時，傳(chuán)感器靈(líng)敏系數(shu)與流體(ti)的熱傳(chuan)導、密度(du)、黏性等(děng)有關,而(er)熱傳導(dao)、密度、黏(nian)性⚽與環(huan)境溫度(du)有關,在(zài)溫度變(bian)化較大(dà)的情況(kuang)下會導(dǎo)緻流量(liàng)計測量(liang)結果産(chan)生較大(da)誤差。由(yóu)測♌量電(diàn)路可㊙️知(zhi),當環境(jing)溫🔴度升(shēng)高時，測(ce)🔞速電阻(zǔ)變大，要(yào)保證惠(hui)斯通測(cè)量電橋(qiao)平衡,其(qí)加熱電(dian)流将随(sui)着溫度(dù)的升高(gao)而變大(da),流量計(jì)的輸出(chū)電🤞壓也(ye)将增大(da)。由此可(kě)得，當沒(méi)💘有氣流(liú)變化時(shí)，流🔆量計(jì)測量結(jié)果會随(suí)着環境(jing)溫度的(de)變化而(ér)改變,其(qí)輸出結(jie)果會産(chǎn)生較大(da)誤差或(huò)🌍者錯誤(wù)結果。所(suo)以,在熱(rè)式氣體(tǐ)流量計(jì)測量氣(qì)體流量(liang)時,其溫(wen)度偏移(yi)現象普(pu)㊙️遍存在(zai)。
1.RBF神經網(wǎng)絡溫度(dù)補償原(yuan)理
　　神經(jing)網絡溫(wēn)度補償(chang)就是利(lì)用神經(jing)網絡的(de)麗數逼(bi)近能力(lì)、泛化能(néng)力和自(zi)學習能(néng)力等特(te)性,在不(bu)必建立(li)傳感器(qì)輸出随(suí)溫度變(biàn)化的具(ju)體模型(xing)情況下(xia),通過網(wang)絡學習(xi)訓練即(ji)可模拟(nǐ)出輸人(ren)輸出的(de)具體内(nèi)在聯系(xi)。溫度補(bu)償原理(lǐ)框圖如(ru)圖3所示(shì)。

 
　　RBF神經網(wang)絡溫度(dù)補償模(mó)型的輸(shū)人信号(hào)由氣體(ti)流量🌈計(jì)輸出✨電(diàn)壓信号(hào)(U、)和環境(jing)溫度電(dian)壓信号(hào)(U)組成,經(jing)過RBF神經(jīng)網絡🏃學(xué)習訓練(liàn)，消除🍉環(huan)境溫度(du)T對測量(liang)結果的(de)🤩影響,輸(shu)出補償(chang)後的氣(qì)體流速(su)值r'能較(jiao)好地逼(bi)近目标(biao)值o,進而(er)消除環(huan)境溫度(du)變化影(ying)響,提高(gao)熱式氣(qì)體流量(liàng)計的測(ce)量正确(que)率和穩(wen)定性。
2.RBF神(shén)經網絡(luo)模型
　　RBF神(shen)經網絡(luò)是一種(zhǒng)3層前饋(kui)局部逼(bī)近網絡(luò),能逼近(jìn)任意連(lián)續函數(shu),由輸人(ren)層、隐含(hán)層和輸(shū)出層組(zu)成。 RBF神經(jing)網絡最(zuì)顯著的(de)特點是(shi)隐含層(céng)采用高(gāo)斯RBF,即表(biǎo)示爲
 
三(sān)、實驗研(yán)究與結(jié)果分析(xī)
1.樣本獲(huò)取與分(fen)析
　　采用(yong)标準表(biǎo)法對熱(re)式氣體(ti)流量計(jì)進行檢(jian)定,将标(biao)準🌂氣體(tǐ)流量✏️計(ji)、熱式氣(qi)體流量(liang)計和溫(wen)度傳感(gan)器置于(yu)被測環(huan)境中。
　　标(biao)準氣體(ti)流量計(ji)輸出對(duì)應被測(ce)流速v，熱(re)式氣體(tǐ)流量💯計(ji)輸出電(diàn)壓U.,溫度(du)傳感器(qi)輸出電(diàn)壓UT。實驗(yan)在5組不(bu)💋同的環(huan)境溫度(du)🥰下進行(hang),分别在(zài)每種溫(wēn)度下測(cè)量15組不(bu)同氣體(tǐ)流量值(zhi)。圖4爲不(bú)同溫度(du)下熱式(shi)氣體流(liu)量計輸(shū)出的75組(zu)試驗數(shu)據的分(fen)布。
 
　　由圖(tú)4可知,在(zài)同一氣(qi)體流量(liang)情況下(xia)，熱式氣(qi)體流量(liang)計的輸(shū)出随着(zhe)溫度的(de)變化存(cún)在明顯(xian)的溫度(dù)漂移。因(yin)此,建立(li)🏒RBF神經網(wǎng)絡溫度(du)☁️補償模(mó)型,可提(ti)高流量(liàng)測🧡量正(zheng)确率。
2.溫(wēn)度補償(chang)與效果(guǒ)分析
　　根(gen)據RBF神經(jing)網絡算(suan)法原理(lǐ)對熱式(shi)氣體流(liu)量計進(jìn)行溫度(du)補償，将(jiang)🐪實驗中(zhōng)的55組數(shù)據作爲(wèi)訓練樣(yàng)本，20組數(shù)據作爲(wèi)測試樣(yàng)本,建✂️立(li)RBF神經網(wǎng)絡。輸人(rén)層選取(qǔ)2個節點(dian)，分别對(dui)應熱式(shì)氣體流(liú)量計的(de)輸出👨‍❤️‍👨電(diàn)壓信号(hào)U,和溫度(dù)傳感🚩器(qi)輸出電(diàn)壓信号(hao)Uτ,隐含層(ceng)選取10個(gè)節點，輸(shū)👣出層選(xuǎn)取1個節(jiē)點對應(yīng)精度高(gāo)标準氣(qi)體流量(liang)計輸出(chū)流速u。對(duì)熱💃式氣(qì)體流量(liang)計進行(háng)溫度補(bu)償，補償(chang)效果如(ru)表1所示(shi)。
 
　　經RBF神經(jing)網絡溫(wen)度補償(cháng)後熱式(shì)氣體流(liu)量計輸(shū)出基📱本(běn)不随溫(wēn)度改變(biàn)而變化(hua),其誤差(chà)随溫度(dù)變化曲(qu)線.如圖(tú)5所示,最(zuì)大相對(dui)誤差爲(wèi)0.85%,有效提(tí)高了測(ce)量正确(que)率。

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