本(běn)文主要(yao)利用徑(jing)向基兩(liǎng)數(RBF)神經(jing)網絡算(suan)法在溫(wēn)度補🙇‍♀️償(cháng)中的優(yōu)勢,分析(xī)不同溫(wen)度對氣(qì)體流量(liang)測量的(de)影響，一(yi)種基于(yú)RBF神經網(wang)絡的溫(wēn)度補償(cháng)方法，有(you)效避免(mian)硬件🐅電(dian)路補償(chang)方法的(de)單一性(xing)和不穩(wěn)定性,在(zài)降低成(cheng)本的❤️同(tóng)時提高(gao)測量裝(zhuang)置🔱的正(zhèng)确率。最(zui)終采用(yong)軟件補(bǔ)償的萬(wan)法對熱(rè)式氣體(tǐ)流量計(ji)的溫度(dù)補償進(jin)行了大(dà)量實驗(yàn),實現了(le)溫度梯(ti)度變化(huà)下熱式(shi)氣體流(liú)量計 的(de)精度高(gāo)測量。
一(yī)、熱式流(liú)量計的(de)工作原(yuán)理及分(fèn)類
　　熱式(shì)流量計(ji)按結構(gou)可以分(fen)爲熱分(fèn)布型和(hé)浸人型(xíng)☀️。熱分布(bù)型熱式(shi)流量計(ji)将傳感(gan)元件放(fang)置于管(guan)道壁⛷️,傳(chuán)感元件(jian)經過☔加(jiā)熱溫度(dù)高于流(liu)休溫度(dù)，流體流(liu)經傳感(gan)元件表(biǎo)面導緻(zhì)上下遊(yóu)溫度發(fa)生變化(huà),利用上(shang)下遊溫(wēn)度🐇差測(cè)量流😍體(tǐ)流量，一(yī)🆚般用于(yu)微小流(liú)速氣⚽體(ti)流量的(de)測量。
　　熱(re)分布型(xing)熱式流(liú)最計的(de)T.作原理(li)如圖1所(suo)示,傳感(gǎn)元件由(yóu)上❗遊熱(rè)🐅電阻、加(jiā)熱器利(lì)下遊熱(rè)電阻組(zu)成,加熱(rè)器位于(yú)管道中(zhong)心，使得(de)傳感元(yuan)件溫度(du)高于壞(huài)境溫度(du)，上遊📱熱(rè)電阻和(hé)下遊熱(re)電阻對(duì)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(guǎn)道中沒(méi)有流休(xiu)流過時(shi)傳感元(yuan)件的溫(wēn)度分布(bu)線.相對(duì)于加熱(rè)器的上(shang)下遊🐉熱(re)電阻溫(wen)度是對(duì)稱的。當(dāng)有流體(tǐ)經過熱(re)式傳感(gan)元件時(shí),溫度分(fen)布爲🤩曲(qu)線2,顯然(ran)流體将(jiang)上遊部(bù)分的熱(rè)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(re)電阻的(de)溫度差(cha)△T反映💯了(le)流體的(de)流量,即(jí)△T=f(m)。當流體(tǐ)流☂️速過(guo)大時，上(shàng)下遊熱(rè)屯陰的(de)溫度差(cha)△7趨向于(yu)0,因此熱(rè)分布型(xíng)熱式流(liú)量計用(yòng)于測量(liàng)低流速(sù)氣休微(wēi)小流量(liang)。氣❗體質(zhi)量流量(liang)qm可表示(shì)爲
 
式中(zhong):Cp-一流體(ti)介質的(de)定壓比(bǐ)熱容;A一(yī)熱傳導(dǎo)系數;K一(yi)一儀表(biǎo)系數。
 
　　浸(jin)人型熱(re)式流最(zuì)計的工(gōng)作原理(lǐ)如圖2所(suǒ)示，一般(ban)将兩個(gè)熱電阻(zu) 置于中(zhong)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(diàn)流或不(bú)通電流(liu)，溫度爲(wèi)T;另一熱(re)電阻經(jing)較大電(diàn)流加熱(rè),其溫度(du)T高于❤️氣(qì)體溫度(dù)。管道中(zhong)有氣流(liu)㊙️通過時(shi)，兩者之(zhi)間的溫(wen)🌈度差爲(wèi)📧△T=Tv-T0氣體質(zhi)量流量(liang)qm與加熱(re)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(yǔ)流體介(jiè)質物性(xìng)參數有(you)關;D一與(yu)流體流(liú)動有關(guan)🌐的常數(shù)。
　　如果保(bao)持加熱(rè)電路功(gōng)率P恒定(ding)，這種測(cè)量方法(fǎ)爲恒🌐功(gong)❗率🐇法;如(rú)果保持(chí)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(yǒu)🈲各自的(de)優缺點(dian)，使用時(shi)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(wēn)差法,由(you)于需要(yao)不同的(de)應用領(ling)域,恒溫(wēn)差法已(yǐ)不适用(yong)于某些(xiē)場.合的(de)測量，因(yin)此恒功(gong)率法應(yīng)用領域(yu)越來越(yue)廣泛。恒(héng)溫差🌈法(fǎ)🏃‍♀️的基本(běn)原理是(shi)⚽流體流(liú)過加熱(re)的熱電(dian)阻表面(mian)使得熱(re)電阻表(biǎo)面的溫(wēn)度降低(di)，熱電阻(zǔ)的✍️阻💔值(zhí)變小。反(fan)饋電路(lu)自動進(jìn)行處理(lǐ),通♈過熱(rè)電阻的(de)加熱電(dian)流變大(da)從而使(shǐ)得熱電(diàn)㊙️阻溫度(du)升高,即(jí)可使得(dé)熱電阻(zu)與流體(ti)🌂溫度差(cha)恒定。通(tōng)過測量(liàng)傳感電(diàn)路📱的輸(shū)出電流(liú)或輸出(chū)電壓🤟便(bian)可獲得(dé)流量值(zhí)。恒功率(lǜ)法的基(ji)本原理(li)是加熱(rè)功🚶‍♀️率爲(wèi)恒定值(zhí),管道内(nèi)沒有流(liú)體流過(guo)時溫度(du)差△7最大(da),當流體(tǐ)流過❓熱(rè)電阻表(biǎo)面🧡時熱(re)電阻與(yu)流🐕體溫(wen)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(bu)償
　　由熱(rè)式氣體(tǐ)流量計(ji)恒溫差(cha)法測量(liang)原理分(fèn)析可知(zhī),熱式氣(qi)體流量(liàng)計在測(cè)量時，傳(chuan)感器靈(líng)敏系數(shù)與流體(tǐ)的熱傳(chuan)導、密度(dù)、黏🔅性等(deng)有關,而(er)熱傳導(dao)、密度、黏(nian)性與環(huán)境🔆溫度(du)有關,在(zài)溫度變(biàn)化🈲較大(da)的情況(kuang)下會導(dao)💛緻流量(liàng)計測量(liàng)結果産(chan)生較大(dà)🔅誤差。由(yóu)測量電(dian)路可知(zhī),當環境(jìng)溫度升(shēng)高時，測(ce)速電阻(zu)變大，要(yao)保證惠(huì)斯通測(ce)量電橋(qiáo)平衡,其(qi)加熱電(dian)流将随(suí)着溫度(dù)的升高(gāo)而變大(da),流量計(ji)的輸出(chū)電壓也(ye)将增大(dà)。由此可(ke)得，當沒(méi)有氣流(liú)變化時(shí)，流量計(jì)測量結(jie)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(dà)誤差或(huò)者錯誤(wù)結果。所(suǒ)以,在熱(rè)式氣體(ti)流量計(jì)測量氣(qì)體流量(liàng)時,其溫(wēn)度偏移(yí)現象普(pu)遍存在(zai)。
1.RBF神經網(wang)絡溫度(du)補償原(yuan)理
　　神經(jīng)網絡溫(wēn)度補償(cháng)就是利(lì)用神經(jīng)網絡的(de)麗數逼(bi)近能力(li)、泛化能(neng)力和自(zi)學習能(neng)力等特(tè)性,在不(bú)必建立(lì)傳感器(qi)輸出随(suí)溫度變(biàn)化的具(ju)體模型(xing)情況下(xia),通過網(wǎng)絡學習(xí)訓練即(ji)可模拟(ni)出輸人(ren)輸出的(de)具體内(nèi)在聯系(xi)。溫度補(bu)償原理(li)框圖如(rú)圖3所示(shi)。

 
　　RBF神經網(wang)絡溫度(dù)補償模(mó)型的輸(shu)人信号(hao)由氣體(tǐ)流量計(ji)輸出電(diàn)壓信号(hào)(U、)和環境(jìng)溫度電(dian)壓信号(hào)(U)組成,經(jing)過RBF神經(jing)網絡學(xue)習🧡訓練(liàn)，消除環(huan)境溫度(du)T對測量(liàng)結果的(de)影響,輸(shu)出補償(chang)後的氣(qì)體流速(sù)值r'能較(jiào)好地逼(bi)近目标(biāo)值o,進而(er)💚消除環(huan)境溫度(du)變化影(ying)響,提高(gao)熱式氣(qi)體流量(liang)計的測(cè)🚶‍♀️量正确(que)率和穩(wen)定性。
2.RBF神(shen)經網絡(luò)模型
　　RBF神(shén)經網絡(luò)是一種(zhǒng)3層前饋(kui)局部逼(bi)近網絡(luò),能逼近(jin)任意連(lián)續函數(shù),由輸人(ren)層、隐含(han)層和輸(shū)出層組(zǔ)成。 RBF神經(jīng)網絡👣最(zui)顯著的(de)特點是(shi)隐☎️含層(ceng)采用高(gao)斯RBF,即表(biǎo)示爲
 
三(san)、實驗研(yan)究與結(jie)果分析(xī)
1.樣本獲(huò)取與分(fèn)析
　　采用(yòng)标準表(biǎo)法對熱(re)式氣體(ti)流量計(ji)進行檢(jiǎn)定,将标(biao)準氣體(tǐ)流量計(ji)、熱式氣(qi)體流量(liàng)計和溫(wēn)度傳感(gǎn)器置于(yu)被測環(huán)境中。
　　标(biao)準氣體(tǐ)流量計(ji)輸出對(duì)應被測(ce)流速v，熱(rè)式氣體(ti)流量♍計(jì)輸出電(diàn)壓U.,溫度(du)傳感器(qi)輸出電(dian)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(zai)每種溫(wen)度下測(ce)量15組不(bú)同氣💯體(tǐ)流量🥰值(zhí)。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(zǔ)試驗數(shù)據的分(fen)布💜。
 
　　由圖(tú)4可知,在(zai)同一氣(qi)體流量(liang)情況下(xià)，熱式氣(qi)體流量(liàng)計的輸(shu)😄出随🌈着(zhe)溫度的(de)變化存(cun)在明顯(xian)的溫度(dù)漂移。因(yīn)此,建立(li)RBF神經網(wang)絡溫度(dù)補償模(mo)型,可提(ti)高流量(liang)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(jin)行溫度(dù)補償，将(jiāng)實驗中(zhong)的55組數(shu)據作爲(wei)訓練樣(yang)本，20組數(shu)據作爲(wei)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(diǎn)，分别對(duì)應熱式(shì)氣體流(liú)量計的(de)輸出電(diàn)壓信号(hao)U,和溫度(du)傳感器(qi)輸出電(dian)壓信号(hao)Uτ,隐含層(ceng)選取10個(ge)節點，輸(shu)出層選(xuǎn)取1個🍉節(jiē)點對應(yīng)精度高(gao)标準氣(qì)體流量(liang)計輸出(chu)流速u。對(duì)熱💘式氣(qi)體流量(liàng)計進行(hang)溫度補(bu)償，補償(cháng)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(shi)氣體流(liu)量計輸(shū)出基本(běn)不♍随溫(wēn)✏️度改變(bian)而變化(hua),其誤差(chà)随溫度(du)變化曲(qǔ)線.如圖(tú)5所示,最(zuì)大㊙️相對(dui)誤差爲(wei)0.85%,有效提(tí)高了測(ce)量正确(que)率。

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