本文(wen)主要利用(yòng)徑向基兩(liang)數(RBF)神經網(wǎng)絡算法在(zài)溫度補償(cháng)中的優勢(shì),分析不同(tóng)溫度對氣(qì)體流量測(ce)量的影響(xiǎng)，一種基于(yú)RBF神經♌網絡(luo)的溫度補(bǔ)償方法，有(you)效避免硬(yìng)件🏃電路補(bu)償方法的(de)單一性和(hé)不穩定性(xìng),在降低成(cheng)本的同時(shi)提高測量(liang)裝置🚩的正(zheng)确率。最終(zhōng)采用🌍軟件(jian)補償的萬(wàn)法對熱式(shì)氣體流量(liàng)計的溫度(du)補償進行(háng)了大量♻️實(shí)🌈驗,實現了(le)溫度梯度(du)變化下熱(re)式氣體流(liú)量計 的精(jing)度高測量(liang)。
一、熱式流(liú)量計的工(gong)作原理及(ji)分類
　　熱式(shì)流量計按(àn)結構可以(yi)分爲熱分(fen)布型和浸(jìn)人型。熱分(fen)布型熱式(shì)流量計将(jiāng)傳感元件(jiàn)放置于管(guan)道壁,傳感(gan)元件經過(guo)加熱溫度(du)高于流休(xiū)溫度，流體(ti)流經傳感(gan)元件表面(miàn)導緻上下(xià)遊溫度發(fā)生變化,利(lì)用上下遊(you)溫度☀️差測(ce)量流體流(liú)量，一般用(yòng)于微小流(liu)速氣體流(liu)量的測量(liang)。
　　熱分布型(xing)熱式流最(zui)計的T.作原(yuán)理如圖1所(suǒ)示,傳感元(yuan)件由上遊(yóu)熱電阻、加(jia)熱器利下(xià)遊熱電阻(zǔ)組成,加熱(re)器位于管(guan)道中🌈心，使(shi)得傳感元(yuan)件溫度高(gao)于壞境溫(wen)度，上遊熱(rè)電阻和下(xià)遊熱電阻(zu)對稱分布(bu)于加熱器(qi)✂️的兩側。圖(tu)1中曲線1所(suǒ)示爲管道(dao)中沒有流(liú)休流過時(shi)🛀傳感元件(jiàn)的溫度分(fen)布線.相對(dui)于加熱器(qì)的上下遊(yóu)熱電阻溫(wen)度🧑🏾‍🤝‍🧑🏼是對稱(cheng)的。當有流(liú)體經過熱(re)式傳感元(yuan)✍️件時,溫度(du)分布爲曲(qǔ)線2,顯㊙️然流(liú)體将上遊(yóu)部分的熱(rè)量帶給下(xià)遊，導緻上(shang)✊遊溫度比(bǐ)下遊溫度(du)低，上下遊(yóu)熱電阻的(de)溫度差△T反(fan)映了流體(tǐ)的流量,即(jí)△T=f(m)。當流體流(liu)🐕速過大時(shí)，上下遊熱(re)屯陰的溫(wēn)度差△7趨向(xiàng)于0,因此熱(re)💔分布型熱(re)式流量計(ji)用于測量(liàng)低流速氣(qi)休微小流(liú)量。氣體質(zhì)量流量qm可(ke)表示爲
 
式(shì)中:Cp-一流體(tǐ)介質的定(dìng)壓比熱容(róng);A一熱傳導(dao)系數;K一㊙️一(yī)儀表系數(shù)。
 
　　浸人型熱(re)式流最計(jì)的工作原(yuan)理如圖2所(suǒ)示，一般将(jiāng)兩個熱電(dian)阻 置于中(zhōng)大管道中(zhōng)心,可測量(liang)中高流速(sù)流體。熱電(dian)阻通較小(xiǎo)㊙️電流或不(bu)通電流，溫(wēn)度爲T;另一(yī)熱電阻經(jing)較大電流(liú)加熱,其溫(wēn)度T高于氣(qi)體溫度。管(guan)道中有氣(qi)流通過時(shi)，兩者之間(jiān)的溫度差(cha)爲△T=Tv-T0氣體質(zhì)量流量qm與(yǔ)加熱電路(lu)功🔅率P、溫度(du)差△T的關系(xì)式爲
 
　　式中(zhong):E一系數與(yu)流體介質(zhi)物性參數(shu)有關;D一與(yǔ)流體流動(dong)有關的常(cháng)數。
　　如果保(bao)持加熱電(dian)路功率P恒(heng)定，這種測(ce)量方法爲(wei)恒功率法(fǎ);如果保持(chí)溫度差△T恒(heng)定，這種測(cè)量方法爲(wei)恒🔴溫差法(fa)，兩種方🈚法(fa)有各自的(de)優缺點，使(shǐ)用時據具(jù)體環境和(hé)需要而定(ding)。目前較普(pu)遍的是采(cǎi)用恒溫差(chà)法,由于需(xu)要♊不同的(de)應用領域(yù),恒溫差法(fǎ)已不适用(yòng)于某些場(chǎng).合的測量(liang)，因此恒功(gong)率法應用(yong)領域越來(lái)越💋廣泛。恒(héng)溫差法的(de)基本原理(li)是流體流(liu)過加熱的(de)熱⛱️電阻表(biao)面使得熱(re)電阻表面(mian)的溫度降(jiang)低，熱電阻(zu)的♋阻值變(biàn)小。反饋電(dian)路🆚自動進(jìn)行處理,通(tōng)過熱電阻(zǔ)的加熱電(dian)流變大從(cóng)而使🐪得熱(re)電💔阻溫度(du)升高,即🔱可(kě)使🏃🏻‍♂️得熱電(diàn)阻與流體(ti)溫度差恒(héng)定。通過測(ce)量🏃‍♂️傳感電(dian)路♻️的輸出(chu)電流或輸(shu)出電壓便(bian)可獲得流(liu)量值。恒功(gong)率法的基(ji)本原理是(shi)加熱功率(lü)爲恒定值(zhi),管道内沒(mei)有流體流(liu)過時溫度(du)差△7最大,當(dāng)流體流過(guò)熱電阻表(biao)面時熱電(diàn)阻與流體(ti)溫度差變(bian)小,通過測(ce)量△T便可得(de)到流體流(liú)量。
二、基于(yu)RBF神經網絡(luò)的溫度補(bu)償
　　由熱式(shi)氣體流量(liàng)計恒溫差(cha)法測量原(yuán)理分析可(ke)知,熱🔴式氣(qì)🤩體流量計(ji)在測量時(shí)，傳感器靈(ling)敏系數與(yu)流體的熱(rè)傳導、密度(du)、黏🏃‍♀️性等有(you)關,而熱傳(chuán)導、密度、黏(nian)性與環境(jìng)溫度有☔關(guan),在溫💃度變(bian)化較大的(de)情況下會(huì)導緻流量(liang)計測量結(jié)果産生較(jiào)大誤差。由(yóu)測量電路(lu)可👈知,當環(huan)境溫度升(sheng)高時，測速(su)電阻變大(dà)，要保證惠(hui)斯通測量(liàng)電橋平衡(héng),其加熱電(dian)流将随着(zhe)溫度的升(sheng)高而變大(dà),流量計的(de)輸出電壓(ya)也将增大(da)。由此可得(de)，當沒有氣(qi)流變化時(shi)，流量計測(cè)量結果會(huì)随🚶着環境(jing)溫💃度的變(bian)化而改變(bian),其輸出結(jié)果會産生(sheng)較大誤👣差(chà)或者錯誤(wu)結果。所以(yi)♍,在熱式氣(qi)體流量計(ji)測量氣體(tǐ)流量時,其(qi)溫度偏移(yi)現象普遍(bian)存在。
1.RBF神經(jing)網絡溫度(dù)補償原理(li)
　　神經網絡(luò)溫度補償(cháng)就是利用(yong)神經網絡(luo)的麗數逼(bī)近能力、泛(fan)化能力和(hé)自學習能(neng)力等特性(xìng),在不必建(jiàn)立傳感器(qi)輸出随溫(wen)度變化的(de)具體模型(xing)情況下,通(tong)過網絡學(xué)習訓練即(jí)可模拟出(chū)輸人輸出(chū)的具體内(nèi)在聯系。溫(wen)度補償原(yuán)理框圖如(rú)圖3所示。

 
　　RBF神經(jīng)網絡溫度(du)補償模型(xing)的輸人信(xìn)号由氣體(ti)流量計輸(shu)出電壓信(xìn)号(U、)和環境(jìng)溫度電壓(yā)信号(U)組成(cheng),經過RBF神經(jing)網絡📱學習(xí)訓練，消除(chu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼環境溫度(du)T對測量結(jie)果的影響(xiǎng),輸出補償(cháng)後的氣體(ti)流速值r'能(neng)較㊙️好地逼(bī)近目标值(zhí)o,進而🌈消除(chu)環境溫度(du)變化影響(xiang),提高熱式(shi)氣體流量(liàng)計的測量(liàng)正确率和(hé)穩定性。
2.RBF神(shén)經網絡模(mó)型
　　RBF神經網(wǎng)絡是一種(zhǒng)3層前饋局(jú)部逼近網(wǎng)絡,能逼近(jìn)任意🏒連續(xù)函數,由輸(shū)人層、隐含(hán)層和輸出(chū)層組成。 RBF神(shén)經✌️網絡最(zuì)顯著的特(tè)點是隐⭐含(hán)層采用高(gāo)斯RBF,即表示(shi)爲
 
三、實驗(yan)研究與結(jie)果分析
1.樣(yang)本獲取與(yu)分析
　　采用(yòng)标準表法(fǎ)對熱式氣(qì)體流量計(jì)進行檢定(ding),将标準氣(qì)♍體流量計(ji)、熱式氣體(tǐ)流量計和(he)溫度傳感(gan)器置于被(bei)測環境中(zhōng)。
　　标準氣體(tǐ)流量計輸(shū)出對應被(bei)測流速v，熱(re)式氣體流(liu)👌量計輸出(chu)電壓U.,溫度(du)傳感器輸(shu)出電壓UT。實(shí)驗在5組不(bu)同的環境(jìng)溫度下進(jin)🌂行,分别在(zai)每種溫度(dù)下測量15組(zǔ)不同氣🏃‍♂️體(ti)流量值。圖(tu)4爲不同溫(wēn)度下熱式(shì)氣體流量(liang)計輸出的(de)75組試驗數(shù)據的分布(bù)🍉。
 
　　由圖4可知(zhi),在同一氣(qì)體流量情(qíng)況下，熱式(shi)氣體流量(liàng)計的輸出(chu)随💚着溫度(dù)的變化存(cún)在明顯的(de)溫度漂移(yí)。因此,建立(li)RBF神經網絡(luò)溫度🚩補償(chang)模型,可提(ti)高流量測(cè)量正确率(lü)。
2.溫度補償(chang)與效果分(fen)析
　　根據RBF神(shén)經網絡算(suàn)法原理對(duì)熱式氣體(tǐ)流量計進(jin)行溫度👅補(bu)償，将實驗(yàn)中的55組數(shu)據作爲訓(xun)練樣本，20組(zǔ)數據作爲(wei)測試樣本(běn),建立RBF神經(jīng)網絡。輸人(rén)層選取2個(ge)節點，分别(bie)🌏對應熱式(shì)氣體流量(liàng)計的輸出(chū)♌電壓信号(hao)U,和溫度傳(chuán)感器輸出(chu)電壓信号(hao)Uτ,隐🥵含層選(xuan)取10個節點(dian)，輸出層選(xuǎn)取1個🏃‍♂️節點(dian)對應精度(du)高标準氣(qi)🏃‍♀️體流量計(jì)輸出流速(sù)u。對熱式🐪氣(qi)體流量計(jì)進行溫度(du)補償，補償(chang)效果如表(biao)1所示。
 
　　經RBF神(shén)經網絡溫(wen)度補償後(hòu)熱式氣體(tǐ)流量計輸(shu)出基🚩本不(bú)随🏒溫度改(gai)變而變化(huà),其誤差随(sui)溫度變化(hua)曲線.如圖(tú)5所示,最大(dà)相對🧑🏾‍🤝‍🧑🏼誤差(cha)爲0.85%,有效提(tí)高了測量(liàng)正确率。

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