熱式氣體質(zhì)量流量測量方法及系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著工業(yè)過程自動化水平的不斷提高，人們對流量測量的要求越來越高。流量測量作為一項復(fù)雜的技術(shù)，需要根據(jù)被測流體的種類，流動狀況以及測量的場合等條件來研究相應(yīng)的測量方法。
　　 熱式流量測量方法是一種基于熱傳遞原理的直接式質(zhì)量流量測量方法，以壓損低、量程范圍大、精度高等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用，但在介質(zhì)變化、大管徑、不均勻流場等情況還有待進一步完善。
　　 本文以熱式流量測量方法為基礎(chǔ)，深入研究了氣體質(zhì)量流量的測量技術(shù)。在單傳感

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

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

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

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

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量的主要因素。針對上述問題，提出了基于LS—SVM的熱式氣體質(zhì)量流量測量方法。采用4個熱式流量傳感器，分別獲取管道中不同位置的氣體流量。通過流量標(biāo)定實驗，獲得不同質(zhì)量流量下測量管道內(nèi)4個傳感器的電壓數(shù)據(jù)。然后應(yīng)用GA和LS—SVM算法建立了流量測量模型，實現(xiàn)了不對稱流場分布的流量測量。實驗結(jié)果表明該方法是有效的。
　　 5)在多傳感器