基于函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道煤氣流量計(jì)量系統(tǒng)

2007年01月11日 13:30:49人氣：970來(lái)源：煙臺(tái)勾股通信技術(shù)有限公司

0 引言
隨著管道煤氣應(yīng)用的日趨廣泛，管道煤氣流量計(jì)量問(wèn)題也日益突出。對(duì)組分復(fù)雜，流速變化范圍很大的管道煤氣流量如何進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，是擺在城市生活管道煤氣以及工業(yè)環(huán)境管道煤氣流量計(jì)量研究者面前的一大難題。根據(jù)近幾年來(lái)的文獻(xiàn)報(bào)道，在管道煤氣流量計(jì)量中，涉及濕煤氣流量計(jì)量中儀表計(jì)量誤差以及如何修正問(wèn)題，取得了一些研究成果。由于經(jīng)過(guò)水洗工藝而得到的管道煤氣中為含有水蒸汽的多組分且較臟的濕煤氣，當(dāng)管道煤氣的溫度和壓力發(fā)生變化時(shí)，煤氣中所含的水蒸汽的密度與飽和水蒸汽分壓力同時(shí)變化，一般是通過(guò)測(cè)量某一工況下管道煤氣的壓力p₁和溫度T₁，并建立溫度T₁下相對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和壓力p_max的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)間接計(jì)算管道煤氣的密度，這必然會(huì)帶來(lái)較大的計(jì)量誤差和影響計(jì)量速度，而文獻(xiàn)[10]采用水的蒸汽壓方程得出了水蒸汽飽和壓力p_max與工況溫度T₁的函數(shù)關(guān)系，能快速并且較準(zhǔn)確計(jì)量出管道煤氣流量，但仍存在有一定程度的誤差。因此，本文采用函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)管道煤氣工況溫度下所對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和壓力進(jìn)行了擬合，有利于快速準(zhǔn)確地對(duì)管道煤氣進(jìn)行在線測(cè)量。
1 管道煤氣流量計(jì)量模型
1.1管道煤氣標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)量模型

由煤氣質(zhì)量流量計(jì)算式（1）可知，要想獲得管道煤氣的真實(shí)流量，煤氣密度的確定與差壓處于同等重要地位，如果煤氣密度測(cè)量不準(zhǔn)確，則即使高精度的差壓測(cè)量也不會(huì)給煤氣質(zhì)量流量與煤氣體積流量的測(cè)量帶來(lái)高精度；相反，會(huì)使管道煤氣計(jì)量結(jié)果存在較大誤差。由于管道煤氣為多組分且較臟的濕煤氣，目前，無(wú)法在線測(cè)量其密度與相對(duì)濕度，一般是通過(guò)測(cè)量某一工況下的壓力p₁和溫度T₁來(lái)間接計(jì)算濕煤氣的密度。
管道煤氣是由于煤氣和水蒸汽組成的混合物，要確定它的密度，除了必須知道它在某一狀態(tài)下的壓力與溫度外，還必須知道管道煤氣中所含水蒸汽的量，即管道煤氣的相對(duì)濕度。若將管道煤氣中的水蒸汽視為理想氣體，則水蒸汽的密度p_s和相對(duì)濕度滿足以下關(guān)系

1．2水蒸汽飽和蒸汽壓的函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合

2 管道煤氣流量計(jì)量系統(tǒng)
采用如圖1所示的管道煤氣流量系統(tǒng)
2．1 系統(tǒng)硬件
（1）計(jì)量元件
采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件一標(biāo)準(zhǔn)孔板作為檢測(cè)元件。
（2）微機(jī)
微型計(jì)算機(jī)采用金長(zhǎng)城S400型，外部設(shè)備包括鍵盤(pán)、打印機(jī)、顯示器和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)。
（3）外圍設(shè)備
采用配套的12位A/D轉(zhuǎn)換器插件板，可以直接將它插人主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插座。
（4）自動(dòng)化儀表
采用DBC型電動(dòng)差壓變送器轉(zhuǎn)換差壓信號(hào)，采用．DDZ-Ⅱ型溫度變送器轉(zhuǎn)換溫度信號(hào)，采用SM-2型濕度傳感器[6]轉(zhuǎn)換濕度信號(hào)，采用DDZ-Ⅱ型壓力變送器轉(zhuǎn)換壓力信號(hào)，將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～10mA的直流電流信號(hào)；此外，將以上4種傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為1～5 VDC。

2．2數(shù)據(jù)預(yù)處理
管道煤氣流量計(jì)量系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)不可避免地將受到（如，傳感器噪聲、變送器噪聲、信號(hào)轉(zhuǎn)換噪聲等）各種噪聲的干擾，從而可能導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)和跳動(dòng)。為了所采集所得到測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)具有真實(shí)性，采用數(shù)學(xué)處理法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。
針對(duì)測(cè)量信號(hào)所出現(xiàn)的跳動(dòng)性和波動(dòng)性，分別采用剔除跳變信號(hào)算法及遞推平均濾波算法，具體算法如下：
（1）剔除跳變信號(hào)算法
當(dāng)|Y（n）－y（n－1）|>D，則=Y（n）=y(n-1)，式中Y（n）為當(dāng)前測(cè)量實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)，y（n-1）為上一次測(cè)量采樣、處理后的數(shù)據(jù)；D為給定的域值。
當(dāng)|Y（n）－y（n－1）| （2）遞推平均濾波算法
為了濾去在規(guī)定范圍內(nèi)測(cè)溫信號(hào)較小的噪聲干擾，可以采取以下方法濾波處理

式中m為采樣次數(shù)；y（n）為測(cè)量信號(hào)預(yù)處理結(jié)果；Y（n-i+1）為第n-i+1次測(cè)量采樣數(shù)據(jù)，i=l，2，…，m。
這樣，測(cè)量采樣數(shù)據(jù)經(jīng)上述預(yù)處理后即變得比較平穩(wěn)和真實(shí)，為得到真實(shí)可靠的管道煤氣流量計(jì)量結(jié)果創(chuàng)造了條件。
2．3 系統(tǒng)軟件
微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括以下3個(gè)部分：
（1）測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序
自動(dòng)化儀表檢測(cè)的各種物理量都是通過(guò)傳感器變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)過(guò)一定的處理，送給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而得到與被測(cè)物理量相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。對(duì)于溫度、壓差、壓力以及相對(duì)濕度等物理量，zui后得到的都是相同的數(shù)字量，因此，在儀表中同樣的數(shù)字量表示不同物理量的不同值，故必須通過(guò)一定的技術(shù)處理，將這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換為不同的物理量。本程序采用VISUAL FORTRAN和匯編語(yǔ)言混合編寫(xiě)而成。
（2）水蒸汽飽和壓力的函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合程序
把干飽和水蒸汽中0～60℃所對(duì)應(yīng)的飽和壓力利用VISUAL BlASIC6.0編寫(xiě)函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合程序，當(dāng)已測(cè)出管道煤氣中工況溫度時(shí)，就能根據(jù)擬合公式快速求出所對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和壓力。
（3）管道煤氣流量打印程序
管道煤氣流量打印程序的打印內(nèi)容有日期、溫度、壓力、壓差以及相對(duì)濕度等，采用VISUAL FORTRAN編寫(xiě)而成。
此外，為了清除由于工況條件變化而引起的測(cè)量誤差，對(duì)全部工況變量、全部中間變量以及工況變量的全部范圍都進(jìn)行了補(bǔ)償。本管道煤氣計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用VISUAL BASIC6.0和匯編語(yǔ)言混合編寫(xiě)而成，充分利用了2種語(yǔ)言的編程優(yōu)點(diǎn)，比較簡(jiǎn)便實(shí)用。并采用隨機(jī)文本文件保存原始數(shù)據(jù)，因此，能方便地查找到以前的測(cè)量記錄。
2．4 應(yīng)用

3 結(jié)論
（1）微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)引入了管道煤氣相對(duì)濕度修正，并對(duì)采用濕度傳感器轉(zhuǎn)換其相對(duì)濕度信號(hào)，減小了流量的計(jì)算誤差；
（2）利用VISUAL BASIC6.0編寫(xiě)0～60℃所對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和壓力的函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合程序，當(dāng)已測(cè)出管道煤氣中工況溫度時(shí)，就能根據(jù)擬合公式快速求出所對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和壓力值；
（3）采用微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)管道煤氣流量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度高、速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，特別是能發(fā)揮應(yīng)用軟件的靈活作用。

關(guān)鍵詞：煤氣流量計(jì)流量計(jì)孔板流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)打印機(jī)

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