崔曉志,王 翥
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)信息與電氣工程學(xué)院,山東威海264209)
超聲波熱量表流量計(jì)量中溫度補(bǔ)償算法研究*
崔曉志,王 翥*
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)信息與電氣工程學(xué)院,山東威海264209)
針對超聲波熱量表采用時(shí)差法測量流量時(shí),因受溫度影響而存在的非線性問題,提出了分別基于曲面擬合和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償算法。兩種算法通過建立溫度與流量之間的非線性映射關(guān)系,達(dá)到補(bǔ)償流量測量的目的。建模與仿真可知,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法表現(xiàn)出更好的數(shù)據(jù)融合及預(yù)測能力。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明,相對于現(xiàn)有查表修正算法和曲面擬合補(bǔ)償算法,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法補(bǔ)償效果更佳,補(bǔ)償后流量測量誤差在±2.2%以內(nèi),絕對誤差方差最大值為0.68,補(bǔ)償效果顯著,具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
超聲波熱量表;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);曲面擬合;溫度補(bǔ)償
時(shí)差法超聲波熱量表通過超聲檢測技術(shù)測量流量,進(jìn)而計(jì)算出熱量,因此流量測量是決定超聲波熱量表計(jì)量精確度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。目前,針對如何提高超聲波熱量表流量測量精確度的問題,國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。文獻(xiàn)[2]中對超聲波測量管道內(nèi)徑及超聲波換能器安裝傾角等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,通過減小管道內(nèi)壓力損失提高流量測量的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[3]中通過對超聲波換能器進(jìn)行配對測試和標(biāo)定零點(diǎn)誤差,降低自身結(jié)構(gòu)影響,解決了零點(diǎn)漂移問題。文獻(xiàn)[4-5]中基于流體力學(xué)修正原理和仿真實(shí)驗(yàn),提出各流場下流量修正方法,改善了流量測量誤差。但以上研究并未考慮溫度對整個(gè)流量測量過程的影響。文獻(xiàn)[6]中根據(jù)超聲波傳播速度受溫度影響的特性,提出軟件校正方法,但忽略了管道內(nèi)流場受溫度的影響。文獻(xiàn)[7]通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對15℃~50℃內(nèi)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行理論補(bǔ)償,但訓(xùn)練數(shù)據(jù)有限且未進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
針對上述問題,在分析了溫度對流量測量影響的基礎(chǔ)上,提出了分別基于曲面擬合算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償算法。經(jīng)建模仿真和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)可得,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法能夠達(dá)到各流量段流量誤差要求,補(bǔ)償性能穩(wěn)定,對提高流量測量精確度具有顯著意義。
1.1 時(shí)差法流量測量原理
基于時(shí)差法的U型反射式超聲波熱量表流量測量原理如圖1所示。
圖1 U型時(shí)差法流量測量示意圖
在U型管道上下游處分別布置換能器A和換能器B,間距為L。換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)反射面反射后實(shí)現(xiàn)信號的收發(fā)。測量管道內(nèi)徑為D,換能器與反射面中心間距為D/2。設(shè)流體靜止時(shí),超聲波傳播速度為c,流體流速為v0。順流時(shí),換能器A發(fā)射超聲波到換能器B接收的時(shí)間為t1;逆流時(shí),換能器B發(fā)射超聲波到換能器A接收的時(shí)間為t2。受流體流速影響t1小于t2,超聲波順向和逆向傳播時(shí)間分別為[8]:
由于c?v0,整理得流體流速v0為:
流速v0為軸心線流速,與面流速v成比例關(guān)系,即K=v/v0,K為流量修正系數(shù)。則體積流量V為:
1.2 溫度對超聲波傳播速度影響
由式(3)可得,流體體積流量與超聲波傳播速度平方成線性關(guān)系,而超聲波傳播速度受流體溫度影響具有非線性特點(diǎn)。通過擬合溫度與超聲波傳播速度值,得到不同溫度下超聲波傳播速度曲線[3],如圖2所示。
圖2 不同溫度下超聲波傳播速度曲線
隨著流體溫度的升高,超聲波傳播速度非線性特征愈發(fā)明顯。在0~100℃范圍內(nèi)超聲波傳播速度差值可達(dá)152.8 m/s,對應(yīng)流量測量誤差為22.98%,不容忽視。
1.3 溫度對管道內(nèi)流場分布影響
非理想狀態(tài)下,流體存在粘滯性而具有兩種流動狀態(tài):流體質(zhì)點(diǎn)做有條不紊的運(yùn)動、彼此不相混摻的狀態(tài)為層流;流體質(zhì)點(diǎn)做不規(guī)則運(yùn)動、軌跡混亂的狀態(tài)為紊流[8]。工程中以雷諾數(shù)Re標(biāo)定管道內(nèi)流體分布狀態(tài):當(dāng)Re<2 000時(shí),主要受粘性力作用,流體處于層流狀態(tài);當(dāng)Re≥2 000時(shí),主要受慣性力作用,流體處于紊流狀態(tài)。層流與紊流分布如圖3所示。
圖3 層流與紊流分布圖
依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,流量修正系數(shù)K選取原則為:
層流: K=v/v0=0.5;
紊流: K=v/v0=0.75~09。
在5℃~95℃工作條件下,受溫度影響Re具有非線性特性。單純考慮K系數(shù)的不同,在25℃時(shí),Re=1 115對應(yīng)層流;在80℃時(shí),Re=2 725對應(yīng)紊流[9],由溫度變化所引起的流量測量誤差為25.8%,難以避免。
此外,隨流體溫度變化,管道內(nèi)壓力、管壁粗糙度等因素會產(chǎn)生不確定變動,對流量的測量造成不同程度的影響。因此,在分析溫度對流量測量影響的基礎(chǔ)上,采取溫度補(bǔ)償流量測量措施具有很大必要性。
2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
熱量表檢測臺是提供確定量值的計(jì)量器具,如圖4所示,可用于檢定超聲波熱量表流量測量的精確度。
超聲波熱量表實(shí)物如圖5所示。檢測臺流量測量精確度為0.000 1 m3/h,溫度測量精確度為0.1℃;超聲波流量表型號:DN20,測量量程為0~5.0 m3/h。
圖4 熱量表檢測臺結(jié)構(gòu)圖
圖5 超聲波熱量表實(shí)物圖
結(jié)合熱量表工作原理,實(shí)驗(yàn)中使用啟停質(zhì)量法采集流量測量數(shù)據(jù)。熱量表檢定規(guī)程中定義的流量測量誤差計(jì)算公式為:
式中:Vc為超聲波熱量表記錄的流量值,L;ms、mf分別為閥門在開關(guān)前后容箱的質(zhì)量,kg;ρt為檢定時(shí)流體密度,kg/m3。
2.2 實(shí)驗(yàn)方案
本次實(shí)驗(yàn)是為驗(yàn)證溫度對超聲波熱量表流量測量的影響,同時(shí)提供溫度補(bǔ)償流量算法建模所需數(shù)據(jù)。
針對中小流量測量誤差情況復(fù)雜,較難進(jìn)行補(bǔ)償,則主要對0~2.9 m3/h流量區(qū)進(jìn)行溫度補(bǔ)償研究。實(shí)驗(yàn)中測量的溫度點(diǎn)和流量點(diǎn)分別如表1和表2所示。
表1 實(shí)驗(yàn)溫度點(diǎn)
表2 實(shí)驗(yàn)流量點(diǎn)
根據(jù)熱量表檢定規(guī)程,各溫度、流量點(diǎn)下進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn),分別記錄112種工況下的溫度值、實(shí)際流量值、測量流量值、流量測量誤差值,取平均作為終值。
2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
整理實(shí)驗(yàn)采集的測量數(shù)據(jù),溫度對流量測量影響如圖6所示(由于數(shù)據(jù)量巨大,篇幅有限,不再粘附)。
圖6 不同溫度下流量測量誤差曲線
結(jié)合檢定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖6分析可得以下結(jié)論:
①流量測量精確度與流量大小相關(guān)
在0~0.5 m3/h流量段內(nèi)流量測量誤差范圍為45.31%~10.76%,流量測量誤差及誤差變化率相對較大;在0.5 m3/h~2.9 m3/h流量段內(nèi)流量測量誤差范圍為16.94%~8.3%,隨流量增大,測量誤差及變化率均減小。
②流量測量精確度受溫度影響
在20℃~50℃低溫區(qū)內(nèi)流量測量誤差范圍為45.31%~8.51%,流量測量誤差隨溫度變化有較大波動,小流量點(diǎn)處較明顯;在60℃~80℃高溫區(qū)內(nèi)流量測量誤差范圍為16.37%~8.3%,流量測量誤差受溫度影響減小并趨于一致。
為此,考慮建立網(wǎng)絡(luò)化溫度補(bǔ)償流量算法模型,補(bǔ)償溫度對流量測量的影響,提高流量測量精確度。
3.1 建模及仿真測試方案
針對流量測量誤差受溫度影響特性,分別采用曲面擬算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)化溫度補(bǔ)償模型,實(shí)現(xiàn)溫度、測量流量與實(shí)際流量間的非線性映射。
考慮到流量測量誤差變化率的差異,對[0~0.6 m3/h]和[0.4 m3/h~2.9 m3/h]高低兩個(gè)流量區(qū)域分別進(jìn)行補(bǔ)償算法建模。仿真測試及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),測量流量以0.5 m3/h流量點(diǎn)為高低流量區(qū)分界點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)分為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù),其中0.1 m3/h、0.25 m3/h、0.75 m3/h、1.9 m3/h流量點(diǎn)作為測試數(shù)據(jù)。建模中引入0.0 m3/h的測量流量值和實(shí)際流量值,以提高補(bǔ)償模型的數(shù)據(jù)融合能力。同時(shí),每個(gè)溫度點(diǎn)使用其臨近的采集溫度點(diǎn)所對應(yīng)的數(shù)據(jù),如56℃下使用60℃所采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3.2 曲面擬合算法
曲面擬合算法利用最小二乘擬合曲線原理,通過擬合不同溫度下的實(shí)際流量和測量流量數(shù)據(jù),得到溫度對任意測量區(qū)間內(nèi)所測流量點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化補(bǔ)償模型。該二元二次曲面擬合補(bǔ)償模型表達(dá)式為:
式中:x為溫度,℃;y為測量流量,m3/h;z為預(yù)測流量,m3/h;p20、p11、p02、p10、p01、p00為待確定系數(shù)。
該二元二次模型的誤差平方和規(guī)范化表達(dá)式為:
式中:Zk為第k次測量所對應(yīng)實(shí)際流量,m3/h;N為輸入樣本數(shù)。
根據(jù)最小二乘原理可得,該問題需求解6元函數(shù)Q(p20,p11,p02,p10,p01,p00)的極值問題,即滿足:
聯(lián)立式(7),根據(jù)高斯法[10]解得高低流量區(qū)域內(nèi)曲面擬合補(bǔ)償模型的待確定系數(shù),如表3所示。
表3 曲面擬合補(bǔ)償模型待確定系數(shù)
低流量區(qū)的擬合度達(dá)0.999 9,和方差為1.989×10-4;高流量區(qū)的擬合度達(dá)0.999 9,和方差為2.844×10-4,均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。將采集溫度范圍和高低流量區(qū)分別55等分,結(jié)合式(5)和表3數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償算法建模。曲面擬合補(bǔ)償模型預(yù)測效果如圖7、圖8和圖9所示。
圖7 低流量區(qū)曲面擬合補(bǔ)償模型預(yù)測效果圖
由以上仿真測試數(shù)據(jù)分析可得,基于最小二乘曲面擬合的溫度補(bǔ)償模型能夠擬合和預(yù)測大部分標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù),但小流量點(diǎn)處流量誤差波動性相對較大,預(yù)測效果不佳,共存在11個(gè)流量點(diǎn)誤差超過±2.5%,即誤差流量點(diǎn)。總體上達(dá)到了溫度補(bǔ)償流量測量目的。
圖8 高流量區(qū)曲面擬合補(bǔ)償模型預(yù)測效果圖
圖9 曲面擬合補(bǔ)償模型預(yù)測流量誤差曲線
3.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是建立在最速下降法基礎(chǔ)上的多層前饋網(wǎng)絡(luò),由輸入層、隱含層和輸出層組成[11]。理論證明,含有一個(gè)隱含層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以任意精度逼近任何連續(xù)非線性函數(shù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖10所示。
圖10 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在追求誤差平方最小目標(biāo)函數(shù)過程中易陷入局部極小值。因此,采用附加動量法修正網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)值和閾值,可以跳過誤差曲線局部極小值,尋找全局最優(yōu)解,提高BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測性能。附加動量法權(quán)值調(diào)節(jié)公式為:
式中:k為迭代運(yùn)算步數(shù);η(k)為第k步的學(xué)習(xí)率;mc( ∈[0,1])為動量因子。
該算法將上時(shí)刻權(quán)值修正量通過動量因子mc引入本次調(diào)整中,利用“慣性效應(yīng)”避免誤差目標(biāo)函數(shù)陷入局部極小值問題[12]。
訓(xùn)練過程中動量因子mc選取原則:
mc為零時(shí),權(quán)值修正執(zhí)行最速下降法;mc為1時(shí),權(quán)值修正與上次修正相同,忽略最速下降調(diào)整量。引入動量因子mc時(shí),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值進(jìn)入誤差曲面底部平坦區(qū)域時(shí),Δw(k)變化較小,即w(k+1)≈w(k),可避免因w(k+1)=0而帶來局部極小值的影響。采用附加動量法修正網(wǎng)絡(luò)閾值過程同理。
基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償算法模型包含一個(gè)隱含層,共有13個(gè)隱含層單元。設(shè)置訓(xùn)練步數(shù)為200,誤差平方和為1×10-4。在MATLAB環(huán)境下使用trainbpm.m函數(shù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練,同時(shí)設(shè)定預(yù)測流量值與實(shí)際流量值誤差在±2.5%以內(nèi),確保預(yù)測流量的精確性。
低流量區(qū)經(jīng)過29步訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差9.86×10-5,擬合度為0.999 99;高流量區(qū)經(jīng)過44步訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差9.9×10-5,擬合度為0.999 99,均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。提取網(wǎng)絡(luò)中權(quán)值和閾值進(jìn)行溫度補(bǔ)償算法建模。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償模型預(yù)測效果如圖11~圖13所示。
圖11 低流量區(qū)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償模型預(yù)測效果圖
圖12 高流量區(qū)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償模型預(yù)測效果圖
圖13 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償模型預(yù)測流量誤差曲線
由以上仿真測試數(shù)據(jù)分析可得,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償模型可以融合所有參與訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和預(yù)測所有測試數(shù)據(jù),流量誤差均有效控制在±2%以內(nèi)。經(jīng)對比,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償模型預(yù)測效果更佳,低流量區(qū)流量誤差波動性明顯降低,流量預(yù)測性能穩(wěn)定。
4.1 溫度補(bǔ)償算法移植
為驗(yàn)證溫度補(bǔ)償算法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性,分別提取曲面擬合補(bǔ)償算法的核心參數(shù)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法的權(quán)值、閾值。在IAR WorkBench平臺上,通過C語言編程將溫度補(bǔ)償算法移植入超聲波熱量表程序內(nèi),實(shí)時(shí)補(bǔ)償流量測量。曲面擬合補(bǔ)償算法補(bǔ)償原理如圖14所示。
圖14 曲面擬合補(bǔ)償算法補(bǔ)償原理
工作時(shí),超聲波熱量表根據(jù)補(bǔ)償前流量選擇高低流量區(qū)溫度補(bǔ)償模型,結(jié)合所測溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測,進(jìn)而輸出預(yù)測后的流量值,完成溫度補(bǔ)償流量過程。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法補(bǔ)償原理如圖15所示。
圖15 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法補(bǔ)償原理
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法在補(bǔ)償過程中需根據(jù)采集的溫度選擇測量流量的歸一和反歸一邊界值;根據(jù)測量流量選擇高低流量溫度補(bǔ)償模型。對流量進(jìn)行歸一化處理后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)預(yù)測,然后對預(yù)測值進(jìn)行反歸一處理得到預(yù)測流量值,完成溫度補(bǔ)償流量過程。
4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及數(shù)據(jù)分析
實(shí)驗(yàn)中引入了現(xiàn)有的查表修正算法做參考。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中分別采集三種算法對應(yīng)的實(shí)際流量、測量流量及流量測量誤差。實(shí)驗(yàn)中測量的溫度點(diǎn)和流量點(diǎn)分別如表4和表5所示。
表4 實(shí)驗(yàn)測量溫度點(diǎn)
表5 實(shí)驗(yàn)測量流量點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理過程同2.2節(jié)。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到的三種算法補(bǔ)償效果分別如圖16~圖18和表6所示。
圖16 查表修正算法校正后流量測量誤差曲線
圖17 曲面擬合補(bǔ)償算法補(bǔ)償后流量測量誤差曲線
圖18 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法補(bǔ)償后流量測量誤差曲線
表6 三種算法對比
通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可得,三種算法在一定程度上均可降低溫度對流量測量的影響。查表修正算法校正后的流量測量誤差在±4%以內(nèi),絕對誤差平均值最大為1.52%,最大絕對誤差方差為3.57;曲面擬合補(bǔ)償算法補(bǔ)償后的流量測量誤差在±5.5%以內(nèi),絕對誤差平均值最大為1.36%,最大絕對誤差方差為1.99;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法補(bǔ)償后的流量測量誤差在±2.2%以內(nèi),絕對誤差平均值最大為0.84%,最大絕對誤差方差為0.68。
根據(jù)《熱量表》(CJ128-2007)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對各流量段測量誤差要求,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法能夠有效抑制溫度對超聲波熱量表流量測量的影響,補(bǔ)償效果顯著,達(dá)到2級表標(biāo)準(zhǔn)。
①通過理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得,超聲波熱量表流量測量受溫度影響較大,存在不可忽視的誤差。
②針對流量測量誤差受溫度影響、且具有非線性這一特點(diǎn),提出了分別基于曲面擬合算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償流量算法。仿真測試表明,兩種補(bǔ)償算法均能夠降低流量測量誤差,其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法具有更穩(wěn)定的流量預(yù)測能力。
③開展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),對比分析三種算法的補(bǔ)償和校正效果,確定基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償算法性能優(yōu)于其他兩種算法,具有較強(qiáng)的流量補(bǔ)償能力和較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
[1]Choi H M,Yoon B R,Kim C G,et al.Evaluation of Flowmeters for Heat Metering[J].Flow Measurement and Instrumentation,2011,22(5):475-481.
[2]Wang B,Cui Y,Liu W,et al.Study of Transducer Installation Effects on Ultrasonic Flow Metering Using Computational Fluid Dynamics[C]//Advanced Materials Research.2013,629:676-681.
[3]姚濱濱.智能超聲波熱量表的開發(fā)與研究[D].浙江大學(xué),2012.
[4]Liu M,Sun L,Hou Y,et al.Ultrasonic Flow Detection and Research on Regression Analysis Calibration Method[C]//2012 International Conference on Systems and Informatics(ICSAI).IEEE,2012:491-494.
[5]陳子靜,朱小良.一種基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超聲波流量傳感器系數(shù)求解方法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2015,28(1):56-61.
[6]Mingwei L,Guosheng L,Yanguo H.Research on Improving the Accuracy of the Ultrasonic Flow-Meter with Time Difference Method[C]//2010 International Conference on Electrical and Control Engineering(ICECE).IEEE,2010:1704-1707.
[7]李志浩.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超聲波流量測量及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的研究[D].青島科技大學(xué),2010.
[8]王翥,崔曉志,侯春雷.超聲波傳感器接收信號強(qiáng)度非對稱性分析及對策[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2015,28(1):81-85.
[9]耿介,周春麗,杜廣生,等.關(guān)于超聲波熱量表準(zhǔn)確度檢測的幾個(gè)問題[C]//第二十五屆全國水動力學(xué)研討會暨第十二屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議文集(下冊).2013.
[10]Kumar J,Shunmugam M S.Fitting of Robust Reference Surface Based on Least Absolute Deviations[J].Precision Engineering,2007,31(2):102-113.
[11]孫凌逸,黃先祥,蔡偉,等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2011,24(1):122-127.
[12]Yu F,Xu X.A Short-Term Load Forecasting Model of Natural Gas Based on Optimized Genetic Algorithm and Improved BP Neural Network[J].Applied Energy,2014,134:102-113.
崔曉志(1990-),男,河北邯鄲人,哈工大(威海)信電學(xué)院碩士研究生。研究方向?yàn)閭鞲衅骷皺z測技術(shù);
王 翥(1963-),男,遼寧丹東人,通信作者,哈工大(威海)教授,主要研究方向?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)、信號檢測與處理、傳感器及應(yīng)用技術(shù),wangzhu@hit.edu.cn。
Research on Temperature Compensation Algorithm in Ultrasonic Heat Meter Flow Measurement*
CUI Xiaozhi,WANG Zhu*
(Harbin Institute of Technology at Weihai,School of Information and Electrical Engineering,Weihai Shandong 264209,China)
When using transit-time ultrasonic heat meter for the flow measurement,there is a nonlinear problem affected by temperature.In order to solve it,this paper proposed two kinds of temperature compensation algorithms respectively based on curve fitting algorithm and BP neural network.These two algorithms compensated flow measurement by establishing mapping relationship between temperature and flow.After modeling and simulation analysis,BP neural network compensation algorithm showed better ability of data integration and prediction.Spot test proved that BP neural network compensation algorithm had superior correction effect than the existing look-up table correction algorithm and curve fitting compensation algorithm.Flow measurement error was limited within±2.2%and the maximum absolute error variance was 0.68 after BP neural network compensating.BP neural network compensation algorithm had great value of application with significant compensation effect.
ultrasonic heat meter;BP neural network;curve fitting;temperature compensation
TB941;TB937
A
1004-1699(2015)08-1169-07
??7820;7320W
10.3969/j.issn.1004-1699.2015.08.012
項(xiàng)目來源:山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2010GGX10132);山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012GGX10110);山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013GGX10129)
2015-04-09 修改日期:2015-05-28