熱式氣體流量計廠家如何對溫度進行補償
本文主要講解熱式氣體流量計廠家如何對溫度進行補償，利用徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡算法在溫度補償中的優(yōu)勢，分析不同溫度對氣體流量測量的影響， 設計一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的溫度補償方法， 有效避免硬件電路補償方法的單一性和不穩(wěn)定性，在降低成本的同時提高測量裝置的準確性。 ***終采用軟件補償?shù)姆椒▽崾綒怏w流量計的溫度補償進行了大量實驗研究，實現(xiàn)了溫度梯度變化下熱式氣體流量計的高精度測量。
一、熱式流量計的工作原理及分類：
熱式流量計按結構可以分為熱分布型和浸入型。熱分布型熱式流量計將傳感元件放置于管道壁，傳感元件經(jīng)過加熱溫度高于流體溫度，流體流經(jīng)傳感元件表面導致上下游溫度發(fā)生變化，利用上下游溫度差測量流體流量，一般用于微小流速氣體流量的測量。
熱分布型熱式流量計的工作原理如圖1所示，傳感元件由上游熱電阻、 加熱器和下游熱電阻組成，加熱器位于管道中心， 使得傳感元件溫度高于環(huán)境溫度，上游熱電阻和下游熱電阻對稱分布于加熱器的兩側。 圖1中曲線1所示為管道中沒有流體流過時傳感元件的溫度分布線，相對于加熱器的上下游熱電阻溫度是對稱的。 當有流體經(jīng)過熱式傳感元件時，溫度分布為曲線2，顯然流體將上游部分的熱量帶給下游，導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）。 當流體流速過大時，上下游熱電阻的溫度差 T趨向于0，因此熱分布型熱式流量計用于測量低流速氣體微小流量。 氣體質量流式中：Cp—流體介質的定壓比熱容；A—熱傳導系數(shù)；K—儀表系數(shù)。
| 量qm可表示為 | ||
| A | ||
| qm=K Cp | T | （1） |
| 圖 | 1 | 熱分布型熱式流量計的工作原理 |
| P/ T=D+EqmK | （2） |
圖2 浸入型熱式流量計的工作原理
式中：E—系數(shù)與流體介質物性參數(shù)有關；D—與流體流動有關的常數(shù)。
如果保持加熱電路功率P恒定， 這種測量方法為恒功率法；如果保持溫度差 T恒定，這種測量方法為恒溫差法，兩種方法有各自的優(yōu)缺點，使用時據(jù)具體環(huán)境和需要而定。 目前較普遍的是采用恒溫差法，由于需要不同的應用領域，恒溫差法已不適用于某些場合的測量，因此恒功率法應用領域越來越廣泛。 恒溫差法的基本原理是流體流過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。 反饋電路自動進行處理，通過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。 通過測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)沒有流體流過時溫度差 T***大，當流體流過熱電阻表面時熱電阻與流體溫度差變小，通過測量T便可得到流體流量。
二、基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的溫度補償：
由熱式氣體流量計恒溫差法測量原理分析可知，熱式氣體流量計在測量時， 傳感器靈敏系數(shù)與流體的熱傳導、密度、黏性等有關，而熱傳導、密度、黏性與環(huán)境溫度有關，在溫度變化較大的情況下會導致流量計測量結果產(chǎn)生較大誤差。 由測量電路可知，當環(huán)境溫度升高時， 測速電阻變大，要保證惠斯通測量電橋平衡，其加熱電流將隨著溫度的升高而變大，流量計的輸出電壓也將增大。 由此可得， 當沒有氣流變化時， 流量計測量結果會隨著環(huán)境溫度的變化而改變，其輸出結果會產(chǎn)生較大誤差或者錯誤結果。 所以，在熱式氣體流量計測量氣體流量時，其溫度偏移現(xiàn)象普遍存在。
1.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡溫度補償原理：
神經(jīng)網(wǎng)絡溫度補償就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡的函數(shù)逼近能力、泛化能力和自學習能力等特性，在不必建立
圖3 熱式氣體流量計溫度補償原理框圖
傳感器輸出隨溫度變化的具體模型情況下，通過網(wǎng)絡學習訓練即可模擬出輸入輸出的具體內(nèi)在聯(lián)系。 溫度補償原理框圖如圖3所示。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡溫度補償模型的輸入信號由氣體流量計輸出電壓信號（Uv）和環(huán)境溫度電壓信號（UT）組成，經(jīng)過RBF神經(jīng)網(wǎng)絡學習訓練，消除環(huán)境溫度T對測量結果的影響，輸出補償后的氣體流速值v′能較好地逼近目標值v，進而消除環(huán)境溫度變化影響，提高熱式氣體流量計的測量準確性和穩(wěn)定性。
2.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡模型：
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡是一種3層前饋局部逼近網(wǎng)絡 ，能逼近任意連續(xù)函數(shù)，由輸入層、隱含層和輸出層組成。
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡***顯著的特點是隱含層采用高斯
| RBF， | 即表示為 | |||
| Φi（x）=exp〔 | (x-ci)T(x-ci) | 〕，i=1，2，……，q | （3） | |
| 2σi2 | ||||
式中：Φi—第i個隱節(jié)點的輸出；σi—標準偏差；ci—高斯函數(shù)的中心值；q—隱含層節(jié)點個數(shù)。
輸出層節(jié)點采用線性激活函數(shù)
m
yj=∑wijΦi（x）-bj，j=1，2，……，n （4）
i=1
式中：yj—第j個輸出層節(jié)點的輸出；wij —第i個隱含層到第j個輸出層的權值；bj—第j個輸出層節(jié)點的閾值；n——輸出層節(jié)點個數(shù)。 定義誤差函數(shù)為
| k | 1 | k | |
| J=∑Ji= | ∑（ti-yi） | （5） | |
| 2 | |||
| i | i |
式中：k——網(wǎng)絡訓練樣本總數(shù)；ti、yi—在樣本i的期望輸出和實際輸出。
三、實驗研究與結果分析：
1.樣本獲取與分析
采用標準表法對熱式氣體流量計進行檢定，將標準氣體流量計、熱式氣體流量計和溫度傳感器置于被測環(huán)境中。標準氣體流量計輸出對應被測流速v， 熱式氣體流量計輸出電壓Uv，溫度傳感器輸出電壓UT。實驗在5組不同的環(huán)境溫度下進行，分別在每種溫度下測量15組不同氣體流量值。 圖4為不同溫度下熱式氣體流量計輸出的75組試驗數(shù)據(jù)的分布。
圖4 不同溫度下流量計的輸出電壓與流速關系圖
由圖4可知，在同一氣體流量情況下，熱式氣體流量計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)絡溫度補償模型，可提高流量測量準確度。
2.溫度補償與效果分析
根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡算法原理對熱式氣體流量計進行溫度補償， 將實驗中的55組數(shù)據(jù)作為訓練樣本，20組數(shù)據(jù)作為測試樣本，建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡。 輸入層選取2個節(jié)點， 分別對應熱式氣體流量計的輸出電壓信號Uv和溫度傳感器輸出電壓信號UT，隱含層選取10個節(jié)點， 輸出層選取1個節(jié)點對應高精度標準氣體流量計輸出流速v。 對熱式氣體流量計進行溫度補償，補償效果如表1所示。
表1 測試數(shù)據(jù)的補償結果
圖5 補償后溫度相對誤差圖
應力式渦街流量計是速度式流量計的一種，它以卡門渦街理論為基礎，采用壓電晶體檢測流體通過管道內(nèi)三角柱時所產(chǎn)生的旋渦頻率，從而測量出流體的流量。渦街流量計廣泛應用于石油、化工、動力供熱等行業(yè)。
渦街流量計具有以下特點：
測量精度高，量程寬；
測量介質廣泛，可測量液體，氣體和蒸汽；
工作溫度高，介質溫度可達350度；
無運動部件，無磨損，可靠性高；
表體采用不銹鋼材質，耐腐蝕。
熱式氣體流量計廠家價格：
| 價格 |
¥ 590.00 — ¥ 5570.00
|
| 起批量 | ≥1 臺 |
熱式氣體流量計廠家參數(shù)：
| 加工定制 | 是 | 品牌 | 華云 | 型號 | LWGY |
| 類型 | 葉輪式流量計 | 測量范圍 | 0-10000（m3/h）（m3/h） | 精度等級 | 0.5 |
| 公稱通徑 | DN15（mm）（mm） | 適用介質 | 水，油 | 工作壓力 | 1.6（MPa）（MPa） |
| 工作溫度 | 0-80（℃）（℃） | 規(guī)格 |
DN4脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN6脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN10脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN15脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN20脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN25脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN32脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN40脈沖輸出螺紋法蘭無顯,DN50脈沖輸出螺紋法蘭無顯,DN65脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN80脈沖輸出螺紋安裝無顯,DN100脈沖輸出螺紋安裝無,DN125脈沖輸出,DN150脈沖輸出法蘭安裝無,DN200脈沖輸出法蘭安裝無,485通訊加價,鋰電池供電就地顯示加價,HART型加價,4-20mA輸出帶顯示另加,鋰電池供電就地顯示 |
經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡溫度補償后熱式氣體流量計輸出基本不隨溫度改變而變化，其誤差隨溫度變化曲線如圖5所示，***大相對誤差為0.85%，有效提高了測量準確度。
