本文主要利(li)用徑向基兩(liang)數(RBF)神經網絡(luò)算法在溫度(dù)♌補償📧中的優(yōu)🐉勢,分析不同(tóng)溫度對氣體(tǐ)流量測量的(de)影響，一種基(jī)于RBF神經網絡(luo)🏃🏻‍♂️的溫度補償(cháng)方法，有效避(bì)免硬件電路(lu)補♌償方法💰的(de)單一🈲性和不(bu)穩定性,在降(jiang)低成本的同(tóng)時提高測量(liàng)裝置的正确(que)率。最終采用(yong)軟件補償的(de)萬法對熱式(shì)氣體流量計(ji)的溫度補償(chang)🌐進行了大量(liàng)實驗,實現了(le)溫度梯度變(bian)化下熱式氣(qi)體流量計 的(de)精度高測量(liang)。
一、熱式流量(liang)計的工作原(yuan)理及分類
　　熱(re)式流量計按(an)結構可以分(fèn)爲熱分布型(xíng)和浸人型。熱(rè)分布型熱式(shi)流量計将傳(chuán)感元件放置(zhì)于管道壁,傳(chuán)感👅元件經過(guò)加熱溫度👉高(gāo)于流休溫度(du)，流體流經傳(chuán)感元件表面(mian)🏃‍♀️導緻上下遊(you)溫度發生變(bian)化,利用上下(xià)遊溫度差測(cè)量流體流量(liang)，一般用于微(wēi)小流速氣💋體(ti)流量的測量(liàng)。
　　熱分布型熱(rè)式流最計的(de)T.作原理如圖(tu)1所示,傳感元(yuán)件由上遊熱(rè)電阻、加熱器(qi)利下遊熱電(diàn)阻組成,加熱(rè)器位🥰于管道(dào)中心，使得傳(chuan)感元件溫度(du)高于壞境溫(wen)度，上遊熱電(dian)阻和下遊熱(re)電阻對稱分(fèn)布于加熱器(qì)的兩側。圖1中(zhōng)曲線1所示爲(wei)管道中沒有(yǒu)流休流過時(shi)傳感元件的(de)溫度分布線(xian).相對于加熱(rè)㊙️器的上下遊(yóu)熱電阻溫度(dù)‼️是對稱的。當(dang)有流😄體經過(guo)熱式傳☀️感元(yuán)件時,溫度分(fen)布爲曲線2,顯(xian)然流體将上(shàng)遊部分的熱(re)量📧帶給下遊(you)，導緻上遊溫(wen)度比下遊溫(wen)度低，上下遊(you)熱電阻的溫(wēn)度差△T反映了(le)流體的流量(liàng),即△T=f(m)。當流體流(liu)♌速過大時，上(shàng)下遊熱屯陰(yin)的溫度差△7趨(qū)向于0,因此熱(re)分布型熱式(shì)流量計用于(yu)測量低流速(sù)氣休微小流(liú)量。氣體質量(liàng)流量qm可表示(shi)爲
 
式中:Cp-一流(liú)體介質的定(dìng)壓比熱容;A一(yī)熱傳導系數(shu);K一一💃🏻儀表系(xi)數。
 
　　浸人型熱(re)式流最計的(de)工作原理如(ru)圖2所示，一般(ban)将兩個熱電(diàn)阻 置于中大(da)管道中心,可(ke)測量中高流(liú)速流體。熱電(dian)阻通較小電(diàn)✔️流或不通電(diàn)流，溫度爲T;另(ling)一熱電阻經(jing)較大電流加(jiā)熱,其溫度㊙️T高(gāo)于氣體溫度(du)。管道中有氣(qì)流通過時，兩(liǎng)者之間的溫(wēn)度差爲△T=Tv-T0氣體(tǐ)質量流量qm與(yǔ)加熱電路功(gong)率P、溫度差△T的(de)關系式爲
 
　　式(shì)中:E一系數與(yu)流體介質物(wù)性參數有關(guan);D一與流體流(liu)動有關的常(chang)數。
　　如果保持(chi)加熱電路功(gong)率P恒定，這種(zhǒng)測量方法爲(wei)恒功🔱率法;如(rú)果🏃‍♀️保持溫度(du)差△T恒定，這種(zhong)測量方法爲(wèi)恒👅溫差法，兩(liang)種方法有各(ge)自的優缺點(dian)，使用時據具(ju)體環境和需(xū)要而定。目前(qian)較普遍的是(shì)采用恒溫差(chà)法,由于需要(yao)不同的應用(yong)領域,恒溫差(cha)法已不适用(yong)于某些場.合(he)的測量，因此(cǐ)恒功率法應(ying)用領域越來(lái)越廣泛。恒溫(wēn)差法的基本(ben)原理是流體(tǐ)流過加熱的(de)熱電阻表面(miàn)使得熱電阻(zǔ)表面的溫度(dù)降低，熱電阻(zu)的阻值變小(xiǎo)。反饋電路👌自(zì)動進行處理(lǐ),通過熱電阻(zu)的加熱電流(liu)變大從而使(shi)得熱電📱阻溫(wen)度升高,即㊙️可(kě)使得熱電阻(zu)與流體✏️溫度(dù)差恒定。通過(guò)測量傳感電(dian)路📱的輸出電(diàn)流🈲或輸出電(dian)壓便可獲得(de)流量值。恒功(gōng)率🈲法的基本(ben)原理是加熱(rè)功率爲恒定(dìng)值,管道内沒(mei)有流體流過(guo)時溫度差△7最(zui)大,當流體流(liú)過熱電阻表(biǎo)面時熱電阻(zǔ)與流體溫度(dù)差變小,通過(guò)測量△T便可得(de)到👅流體流量(liàng)。
二、基于RBF神經(jing)網絡的溫度(dù)補償
　　由熱式(shi)氣體流量計(ji)恒溫差法測(ce)量原理分析(xi)可知,熱式氣(qì)體🐕流量計在(zai)測量時，傳感(gan)器靈敏系數(shu)與流體的熱(re)傳導、密度、黏(nian)🧡性等有關,而(ér)熱傳導、密度(du)、黏性與環境(jìng)溫度有關,在(zai)溫度變化較(jiao)大的情況下(xia)會導緻流量(liang)計㊙️測量結果(guo)産生較大誤(wù)差。由測量電(diàn)路可知,當環(huán)境溫度升高(gāo)時，測速電阻(zu)變大，要保證(zhèng)惠斯通測量(liàng)電橋⛷️平衡,其(qí)加熱電流将(jiāng)随着溫度的(de)👄升高而變大(dà),流量計的輸(shu)出電壓也将(jiāng)增大。由此可(kě)得，當沒♌有氣(qi)流變化時，流(liú)量計測量結(jie)果會🧑🏽‍🤝‍🧑🏻随着環(huan)境溫度的變(biàn)化而改變,其(qí)輸出結果會(huì)産生較大誤(wù)差或者錯誤(wu)結果。所以🚶‍♀️,在(zài)熱式氣體流(liu)量計測量氣(qi)體流量時,其(qi)溫度偏移現(xiàn)象普遍存在(zai)。
1.RBF神經網絡溫(wēn)度補償原理(lǐ)
　　神經網絡溫(wen)度補償就是(shi)利用神經網(wǎng)絡的麗數逼(bī)近能力、泛化(hua)能力和自學(xué)習能力等特(te)性,在不必建(jiàn)立傳感器輸(shū)出随溫度變(biàn)化的具體模(mó)型情況下,通(tong)過網絡學習(xí)訓練即可模(mó)拟出輸人輸(shū)出的具體内(nei)在聯系。溫度(du)補償原理框(kuang)圖如圖3所示(shì)。

 
　　RBF神經網絡溫(wen)度補償模型(xing)的輸人信号(hao)由氣體流量(liàng)計輸出電壓(ya)信号(U、)和環境(jìng)溫度電壓信(xìn)号(U)組成,經過(guò)🌏RBF神經網絡學(xué)習訓練，消除(chu)環境溫度T對(duì)測量結果的(de)影響,輸出補(bu)償🌈後的氣體(tǐ)流速值r'能較(jiào)好地逼近目(mù)标值o,進而消(xiāo)除環境溫度(dù)變化✊影響,提(tí)高熱式氣體(tǐ)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量計的測(cè)♻️量正确率和(hé)☂️穩定性。
2.RBF神經(jīng)網絡模型
　　RBF神(shen)經網絡是一(yi)種3層前饋局(ju)部逼近網絡(luo),能逼近任意(yì)連續函數,由(yóu)輸人層、隐含(hán)層和輸出層(céng)組成。 RBF神經網(wang)絡最顯✌️著的(de)特點是隐♉含(hán)層采用高斯(si)RBF,即表示爲
 
三(san)、實驗研究與(yu)結果分析
1.樣(yang)本獲取與分(fèn)析
　　采用标準(zhun)表法對熱式(shì)氣體流量計(ji)進行檢定,将(jiāng)标準氣體🔆流(liu)量計、熱式氣(qì)體流量計和(hé)溫度傳感器(qi)置于被測環(huán)境中。
　　标準氣(qi)體流量計輸(shu)出對應被測(cè)流速v，熱式氣(qì)體流量計輸(shu)📞出🏃🏻‍♂️電🌐壓U.,溫度(du)傳感器輸出(chū)電壓UT。實驗在(zai)5組不同的環(huán)境溫度💃🏻下進(jin)行,分🧑🏽‍🤝‍🧑🏻别在每(mei)種溫度下測(cè)量15組♌不同氣(qi)體流量值。圖(tu)4爲不同溫度(du)下熱式氣體(tǐ)流量🈲計輸出(chū)的75組試驗數(shu)據的分布。
 
　　由(yóu)圖4可知,在同(tong)一氣體流量(liang)情況下，熱式(shì)氣體流量計(ji)的輸出随着(zhe)溫度的變化(huà)存在明顯的(de)溫度漂移🔞。因(yīn)此,建立RBF神經(jing)‼️網絡溫度補(bǔ)償模型,可提(ti)高流量測量(liàng)正确率。
2.溫度(dù)補償與效果(guo)分析
　　根據RBF神(shen)經網絡算法(fa)原理對熱式(shì)氣體流量計(jì)進行溫度💰補(bǔ)償，将♉實驗中(zhōng)的55組數據作(zuò)爲訓練樣本(ben)，20組數據作爲(wei)測試樣本,建(jiàn)立RBF神經網絡(luo)。輸人層選取(qǔ)2個節點，分别(bié)對應熱式氣(qi)體流量計的(de)輸出電壓信(xìn)号U,和溫度傳(chuán)感器輸出電(dian)壓信号Uτ,隐📞含(hán)層選取❄️10個節(jie)點，輸出層選(xuan)取1個節點對(dui)應精度高标(biao)準氣體流量(liang)計輸出流速(su)u。對熱🚶式氣體(ti)流量計進☂️行(hang)溫度補償，補(bǔ)償效果如表(biao)1所💚示。
 
　　經RBF神經(jīng)網絡溫度補(bu)償後熱式氣(qi)體流量計輸(shu)出基本不随(sui)溫度改變而(er)變化,其誤差(chà)随溫度變化(hua)曲線✉️.如圖5所(suo)示,最大相對(dui)誤差爲0.85%,有效(xiào)提高了測量(liàng)正确率。

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