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超声波气体流量计测量的非线性校正

时间:2018/03/30来源:未知

摘要:先容一种应用于超声波气体流量计中的精度极高的非线性校正方法,采用***小二乘法,并运用一种基于梯度变化量的计算,求得***优解,从而得到高可靠性的超声波气体流量计

0、引言:
 在进行气体流量的实际测量时,系统本身存在的非线性会对***终测量结果引人很大的误差,必须采取措施加以校正。此外,管道内气体的压力、气体温度、气体密度都会对测量结果产生一定的影响,有时会很大,不得不对这些影响量作补偿处理,才能实现流量测量的精度指标。如果不进行非线性校正,超声流量计大约有0.05的非线性度,它主要由于包括传感器在内的硬件固有传输时间引起的。应该用App对其进行非线性校正。校正的精度将直接影响到测控系统的总精度。

1、***小二乘法用于超声流量计的非线性补偿:
 校正精度较高的非线性补偿方法是***小二乘法和函数校正法。后者虽然在工程界得到不少的应用,但在许多情况下其解析式难以准确列出,有时即使能够列出,亦有不少反函数难以求解,故其应用受到了限制。***近美国J.Holand教授提出了遗传算法,是借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机化全局搜索方法,其主要特点是群体搜索策略和群体中个体之间的信息交换,搜索不依赖于梯度信息,并且简单通用、鲁棒性强。但是,这种非线性校正方法算法复杂,对于单片机来说不易实现。经过比较,对于单片机来说,***小二乘法是一个较佳的选择方案,它是一种基于梯度变化量的计算来求得***优解。
 在实验室中,暂用空气做被测的管道气体,认为气体密度、压力和温度在实验过程中都近似不变。从理论上讲,管道中的空气实际流量Q与超声流量计的示值Q之比应该保持为1,这就是经过非线性补偿之后的理想结果。但是在非线性校正之前的数显值Q”(输出量)与空气实际流量Q(输人量)并不总是相等,与上述理想直线之间大约有5%的非线性度,可以表示为:
计算公式

 式中一满度非线性度Q~—流量计的满量程值。在实验室中,用下述装置获得超声流量的实验数据。在长sm,直径必30~的管道内,安装超声流量计的各探头,然后在管道内的***佳位置上安顿一台智能风速计的探头。该风速计使用热球式探头,用其数显值可以计算出管道中的瞬时空气流量Q,视之为标准流量。该风速计的精度为0.1%。用140W无级调速电机制成的电扇作管道风源用电位器设定好电机转速之后,有闭环自调电路使电机稳定在该转速上,风扇将保持在管道内的空气有稳定的流速,该流速将被智能风速计数显出来。非线性校正之前,对超声流量计的全量程有效范围(实验室中为。一0.7m,/s)内平均分为1个测试点,对每一个测试点分别做5次等精度空气测量。其中每点每次都可以得到一对显示值:标准风速:和超声流量计示值口”。再对每一个测试点的5次等精度测量结果取算术平均值,可得量程内8点上的平均测试数据。和口”`。经人工计算又可以把v,转换成空气体积流量口。这些数据都列于表l中。再设超声流量计的输出一输人特性曲线(Q一Q”曲线)坐标图像上的理想拟合直线为
表 1 非线性化校正前两仪表的示值记录
计算公式
计算公式
依据式l)(,列出超声波流量计量程范围内全部显示值上的误差表,并输人一单片机内。对于所有待数显的值要经过查此表进行线性化校正后方可送显示器。这就是单片机App线性化的工作。
3、结论:试验表明,此种方法可得到非常好的非线性校正,从而使超声波气体流量计取得极高的精度,还要注意到:非线性校正之后,还需要对温度、压强和密度进行App分别补偿在此限于篇幅,不再赘述。

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