熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)量方法及系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化水平的不斷提高，人們對(duì)流量測(cè)量的要求越來(lái)越高。流量測(cè)量作為一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，需要根據(jù)被測(cè)流體的種類，流動(dòng)狀況以及測(cè)量的場(chǎng)合等條件來(lái)研究相應(yīng)的測(cè)量方法。
　　 熱式流量測(cè)量方法是一種基于熱傳遞原理的直接式質(zhì)量流量測(cè)量方法，以壓損低、量程范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，但在介質(zhì)變化、大管徑、不均勻流場(chǎng)等情況還有待進(jìn)一步完善。
　　 本文以熱式流量測(cè)量方法為基礎(chǔ)，深入研究了氣體質(zhì)量流量的測(cè)量技術(shù)。在單傳感

2、器氣體質(zhì)量流量測(cè)量方面，針對(duì)現(xiàn)有溫度補(bǔ)償電路的缺點(diǎn)，提出了基于溫補(bǔ)型熱膜探頭和溫控型鉑電阻的熱式氣體流量測(cè)量方法。針對(duì)單傳感器氣體測(cè)量中因管徑增大而導(dǎo)致測(cè)量精度下降的問(wèn)題，提出了多傳感器信息融合的熱式氣體流量測(cè)量方法，并研制了基于ARM處理器的多傳感器氣體流量樣機(jī)。在不規(guī)則管徑的流場(chǎng)測(cè)量中，管內(nèi)流速分布不均勻，從而影響流量測(cè)量的精度，針對(duì)這一問(wèn)題，提出了基于GA和LS—SVM的熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)量方法。
　　 本文的主要工作和創(chuàng)

3、新點(diǎn)如下：
　　 1)針對(duì)熱式流量傳感器的溫度補(bǔ)償元件非線性，以及傳感器的輸出電壓與測(cè)量元件的電阻有關(guān)，從而導(dǎo)致測(cè)量精度較差的問(wèn)題，提出了溫補(bǔ)型的單傳感器氣體流量測(cè)量方法。該方法采用一種將測(cè)量電阻和溫度補(bǔ)償電阻集成于同一基片上的熱膜探頭作為傳感元件，通過(guò)在不同溫度和電流下進(jìn)行了溫度特性的實(shí)驗(yàn)研究，確定了熱膜探頭的工作電流。然后分析了測(cè)量電阻和溫度補(bǔ)償電阻在測(cè)量電路中的關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種新型氣體流量測(cè)量電路。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了測(cè)

4、量模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該流量測(cè)量方法對(duì)提高氣體流量測(cè)量的精度和一致性是有效的。
　　 2)針對(duì)熱式流量傳感器在流量測(cè)量中需要外部增加溫度補(bǔ)償電路，傳感器補(bǔ)償過(guò)程操作繁瑣、耗時(shí)，而且補(bǔ)償效果較差的問(wèn)題，提出了一種溫控型的單傳感器氣體流量測(cè)量方法。采用單一鉑電阻PT20作為測(cè)量元件，在無(wú)額外補(bǔ)償電路的情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)鉑電阻的溫度控制算法，使鉑電阻工作在兩個(gè)不同的設(shè)定溫度，從而由鉑電阻的輸出電壓計(jì)算出氣體的流量，消去了氣體溫度對(duì)測(cè)量的影

5、響，實(shí)現(xiàn)了氣體流量的測(cè)量以及溫度補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)表明該方法提高了測(cè)量精度。
　　 3)針對(duì)單傳感器氣體測(cè)量中測(cè)量精度不高的問(wèn)題，提出了基于多傳感器信息融合的熱式氣體流量測(cè)量方法。采用對(duì)數(shù)線性法將4個(gè)鉑膜電阻PT20分布于測(cè)量管道內(nèi)的不同位置，用于測(cè)量氣體的流量。按照流體流速分布的特點(diǎn)，提出了基于流速相對(duì)距離的數(shù)據(jù)剔除方法。然后對(duì)4個(gè)傳感器的測(cè)量結(jié)果采用方差最小的加權(quán)融合算法，計(jì)算出氣體的質(zhì)量流量。溫度融合算法采用分析校正方法，對(duì)流量進(jìn)

6、行溫度修正。
　　 4)工業(yè)管道的不規(guī)則引起了管內(nèi)流速分布的紊亂，而流速分布是影響流量測(cè)量的主要因素。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了基于LS—SVM的熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)量方法。采用4個(gè)熱式流量傳感器，分別獲取管道中不同位置的氣體流量。通過(guò)流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，獲得不同質(zhì)量流量下測(cè)量管道內(nèi)4個(gè)傳感器的電壓數(shù)據(jù)。然后應(yīng)用GA和LS—SVM算法建立了流量測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)了不對(duì)稱流場(chǎng)分布的流量測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是有效的。
　　 5)在多傳感器