本(ben)文主要(yào)利用徑(jing)向基兩(liang)數(RBF)神經(jīng)網絡算(suan)法在溫(wēn)度㊙️補償(chang)中的優(yōu)勢,分析(xī)不同溫(wen)度對氣(qì)體流量(liàng)測量的(de)影響♋，一(yi)種基于(yú)RBF神經網(wǎng)絡的溫(wēn)度補償(chang)方法，有(yǒu)效避免(miǎn)硬件電(dian)路補🏃‍♂️償(cháng)方法的(de)單一性(xìng)和不穩(wen)定性,在(zài)降低成(cheng)本的🔞同(tong)時提高(gao)測量裝(zhuang)置的正(zhèng)确率。最(zui)終采用(yong)🈲軟件補(bu)償的萬(wàn)法對熱(re)式氣體(tǐ)流量計(jì)♊的溫度(du)補償💯進(jin)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(jì)按結構(gòu)可以分(fèn)爲熱分(fen)布型和(hé)浸人型(xing)。熱分布(bu)型熱式(shì)流量計(ji)将傳感(gan)元件放(fàng)置于管(guǎn)道壁,傳(chuan)感元件(jiàn)經過🈲加(jia)熱溫度(dù)高于流(liú)休溫度(dù)，流體流(liú)經傳感(gan)元件表(biǎo)面導緻(zhi)上下遊(you)溫度發(fā)生變化(huà),利用上(shàng)下遊溫(wen)度差測(ce)量流體(ti)流量，一(yi)般用于(yú)微小流(liu)速氣體(ti)流量的(de)測量。
　　熱(rè)分布型(xíng)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(yóu)🌈上遊熱(re)電阻、加(jiā)熱器利(li)下遊熱(rè)電阻組(zǔ)成,加熱(re)⭕器位🌐于(yú)管道中(zhōng)心，使⛷️得(dé)傳㊙️感元(yuan)件溫度(du)高于壞(huai)境溫度(dù)，上遊熱(re)電阻和(he)下遊熱(re)電阻🍉對(dui)稱分布(bu)于加熱(re)器🐅的兩(liǎng)側。圖1中(zhong)曲線1所(suo)示爲管(guǎn)道🌈中沒(mei)有流休(xiu)流過時(shi)傳感元(yuán)件的溫(wen)度分布(bu)線.相對(duì)于加熱(rè)器的上(shàng)下遊🔱熱(re)電阻溫(wēn)度是對(dui)稱的。當(dang)有流體(ti)經過熱(re)式傳感(gan)元件時(shí),溫度🚶分(fen)布爲‼️曲(qǔ)線2,顯然(rán)流體将(jiāng)上遊部(bu)分的熱(re)🚶‍♀️量帶給(gei)下遊，導(dao)緻上㊙️遊(you)溫度比(bi)下遊溫(wēn)度低，上(shàng)下遊熱(rè)電阻的(de)溫度差(chà)△T反映了(le)流體的(de)流量,即(ji)△T=f(m)。當流🏃🏻‍♂️體(ti)流🎯速過(guò)大時，上(shang)下遊熱(re)屯陰‼️的(de)溫度差(cha)△7趨向于(yu)0,因此熱(rè)分布型(xing)熱式流(liu)量計用(yòng)于✏️測量(liang)低流速(sù)氣休微(wei)小流🌏量(liang)。氣體質(zhi)量流量(liàng)qm可表示(shì)💋爲
 
式中(zhōng):Cp-一流體(ti)介質的(de)定壓比(bi)熱容;A一(yī)熱傳導(dao)系數;K一(yi)🔴一儀表(biao)系數。
 
　　浸(jin)人型熱(re)式流最(zui)計的工(gong)作原理(li)如圖2所(suo)示，一般(ban)将兩個(gè)熱電阻(zu) 置于中(zhōng)大管道(dao)中心,可(kě)測量中(zhōng)高流速(sù)流體。熱(re)電阻🈲通(tong)較小電(dian)流或不(bú)通電流(liu)，溫度爲(wei)T;另一熱(re)電阻經(jīng)較大電(dian)🏃‍♂️流加熱(rè),其溫度(dù)T高于氣(qì)體溫度(du)。管道中(zhōng)有氣流(liú)💋通過時(shi)，兩者之(zhī)間的溫(wen)度差爲(wèi)△T=Tv-T0氣體質(zhì)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(yi)系數與(yu)流體介(jie)質物性(xìng)參數有(you)關;D一與(yu)流體流(liú)動🏃‍♂️有關(guān)的常數(shù)。
　　如果保(bǎo)持加熱(rè)電路功(gōng)率P恒定(ding)，這種測(ce)量方法(fǎ)爲恒功(gōng)🌐率法;如(rú)果保持(chi)溫度差(cha)△T恒定，這(zhe)種測量(liang)方法爲(wèi)恒溫差(chà)⭐法，兩種(zhong)方法有(you)各自的(de)優缺點(dian)，使用時(shí)據具體(ti)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻環境和(he)需要而(ér)定。目前(qian)較普遍(bian)的是采(cǎi)用恒溫(wen)差法,由(you)于需要(yao)不同的(de)應⭕用領(lǐng)域,恒溫(wen)差法已(yǐ)不适用(yong)于某些(xie)場.合的(de)測量，因(yin)此恒❤️功(gong)率法應(ying)用領域(yù)越來越(yuè)廣泛。恒(héng)溫差法(fǎ)的基本(běn)原理是(shì)流體流(liu)過加熱(re)🛀🏻的熱🏃🏻電(diàn)阻表面(miàn)使得熱(rè)電阻表(biao)面的溫(wēn)度降低(dī)，熱電阻(zǔ)的阻值(zhí)變小。反(fan)饋電路(lu)自動進(jìn)行處理(li),通過熱(rè)電阻的(de)加熱電(diàn)流變大(da)從而使(shi)得熱電(diàn)阻溫度(dù)升高,即(ji)可使得(dé)熱電阻(zǔ)與流體(ti)溫度差(chà)恒定。通(tong)過測量(liang)📧傳感電(dian)路的輸(shu)出電流(liu)或輸出(chū)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(re)功📐率爲(wèi)恒🥰定值(zhí),管道内(nei)沒有流(liú)體流過(guo)時溫度(dù)差△7最大(dà),當流體(ti)流過熱(rè)電阻表(biǎo)面時熱(re)電阻與(yu)流體溫(wēn)度差變(bian)小,通過(guò)測量△T便(biàn)可得到(dào)流體流(liu)量。
二、基(ji)于RBF神經(jing)網絡的(de)溫度補(bǔ)償
　　由熱(rè)式氣體(tǐ)流量計(jì)恒溫差(chà)法測量(liàng)原理分(fen)析可知(zhi),熱式氣(qi)㊙️體⛱️流💋量(liang)計在測(cè)量時，傳(chuán)感器靈(ling)敏系數(shu)與流體(tǐ)的熱傳(chuan)導、密😘度(dù)、黏性等(děng)🔞有關,而(er)熱傳導(dǎo)、密度、黏(nian)性與環(huán)境🌍溫度(du)有關,在(zai)溫度變(biàn)化較大(dà)的情況(kuang)下會導(dao)緻流量(liang)計測量(liàng)結果産(chǎn)生較大(da)誤差。由(you)測量電(diàn)路可知(zhi),當環境(jing)溫度升(sheng)高時，測(ce)速電阻(zu)變大，要(yao)保證惠(huì)斯㊙️通測(cè)量電橋(qiáo)平🌈衡,其(qí)加熱電(dian)流将随(suí)着溫度(du)的升高(gāo)💋而變大(da),流量計(ji)的輸出(chu)電壓也(ye)将增大(da)。由此可(kě)得，當沒(mei)有氣流(liu)變化時(shi)，流量計(jì)測量結(jié)果會🙇🏻随(sui)着環境(jing)溫度的(de)變化而(er)改變,其(qí)輸出結(jie)果會産(chǎn)生較大(da)誤差或(huò)者錯誤(wu)結果。所(suǒ)以,在熱(re)式🌈氣體(tǐ)流量計(jì)測量氣(qì)體流🌏量(liàng)時,其溫(wen)度偏移(yi)現象普(pu)⭐遍😄存在(zài)。
1.RBF神經網(wǎng)絡溫度(dù)補償原(yuán)理
　　神經(jīng)網絡溫(wen)度補償(chang)就是利(li)用神經(jīng)網絡的(de)麗數逼(bī)近能力(lì)、泛化能(neng)力和自(zì)學習能(neng)力等特(te)性,在不(bu)必建立(lì)傳感器(qi)輸出随(sui)溫度變(biàn)化的具(ju)體模型(xing)情況下(xia),通過網(wǎng)絡學習(xi)訓練即(ji)可模拟(ni)出輸人(ren)輸出的(de)具體内(nei)在聯系(xi)。溫度補(bu)償原理(li)框圖如(rú)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(ji)輸出電(diàn)壓信号(hao)(U、)和環境(jing)溫度電(dian)壓信号(hào)(U)組成,經(jīng)過RBF神經(jing)網絡⚽學(xué)習訓練(liàn)🔅，消除環(huan)境溫度(dù)T對測量(liang)結果的(de)影響,輸(shu)出補償(cháng)後的氣(qì)🔆體流速(sù)值r'能較(jiao)好地逼(bi)近目🥵标(biao)值o,進而(ér)消除環(huan)境♊溫度(dù)變化影(ying)響,提高(gao)熱式氣(qi)體流量(liang)計的測(cè)量正确(què)率和穩(wěn)定性。
2.RBF神(shen)經網絡(luò)模型
　　RBF神(shen)經網絡(luò)是一種(zhong)3層前饋(kuì)局部逼(bī)近網絡(luo),能逼近(jin)任意連(lián)🙇🏻續函數(shu),由輸人(rén)層、隐含(hán)層和輸(shū)出層組(zǔ)成。 RBF神經(jīng)網絡最(zui)顯✉️著的(de)特點是(shì)隐含層(ceng)采用高(gāo)斯RBF,即表(biao)示爲
 
三(san)、實驗研(yán)究與結(jie)果分析(xī)
1.樣本獲(huò)取與分(fèn)析
　　采用(yòng)标準表(biao)法對熱(re)式氣體(ti)流量計(jì)進行檢(jian)定,将标(biāo)準氣體(tǐ)流量計(ji)、熱式氣(qi)體流量(liang)計和溫(wēn)度傳感(gan)器置于(yú)被測環(huan)💔境中。
　　标(biāo)準氣體(ti)流量計(jì)輸出對(duì)應被測(cè)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(dian)壓UT。實驗(yàn)在5組不(bú)同的環(huán)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(ti)流量值(zhi)。圖4爲🌈不(bu)同溫度(dù)下熱🚩式(shì)氣體流(liu)量🥰計輸(shū)出的75組(zǔ)試驗數(shu)據的分(fen)布🌈。
 
　　由圖(tú)4可知,在(zài)同一氣(qì)體流量(liàng)情況下(xia)，熱式氣(qi)體流量(liàng)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(wang)絡溫度(du)補償模(mo)型,可提(ti)高流量(liang)測量正(zhèng)确☁️率。
2.溫(wēn)度補償(cháng)與效果(guo)分析
　　根(gēn)據RBF神經(jīng)網絡算(suàn)法原理(li)對熱式(shì)氣體流(liú)量計進(jìn)行溫度(du)補償♋，将(jiāng)㊙️實驗中(zhong)的55組數(shù)據作爲(wèi)訓練樣(yàng)本，20組數(shu)據作爲(wèi)測試樣(yang)本,建立(lì)RBF神✨經網(wang)絡。輸人(rén)層選取(qǔ)2個節點(dian)，分别對(duì)應熱🤟式(shì)氣體🏃‍♀️流(liu)量計的(de)輸出電(dian)壓信号(hao)U,和溫度(du)傳感器(qì)輸出電(diàn)壓信号(hào)Uτ,隐含層(ceng)選取10個(ge)節點，輸(shu)出層選(xuan)取1個節(jiē)點對應(ying)精度高(gao)标準氣(qi)體流量(liang)計輸🚶‍♀️出(chu)流速u。對(dui)熱式氣(qì)體流量(liang)計進👈行(háng)溫度補(bǔ)償，補償(chang)效🌈果如(rú)表1所示(shi)。
 
　　經RBF神經(jing)網絡溫(wēn)度補償(chang)後熱式(shì)氣體流(liú)量計輸(shu)出基本(ben)不随溫(wēn)度改變(biàn)而變化(huà),其誤差(cha)随溫度(dù)變化曲(qu)線.如圖(tú)5所示,最(zui)大相對(dui)🏃🏻誤差爲(wei)0.85%,有效提(ti)高了測(ce)量正确(que)⚽率。

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