基于神经网络的立式罐壁温的软测量

　　0　引言

　　立式金属罐是国际间石油化工产品贸易结算的主要计量器具之一,也是我国国内贸易结算的主要计量器具,对它的容量进行准确的计量,直接关系到我国对内对外贸易的经济利益,而目前由于种种原因影响了立式金属罐计量的准确度,其中最主要的一个原因就是其壁温测量。国际标准化组织在ISO/CD7507-6文件中规定:对罐容量影响为0·01%者,皆认为是显著变化的区间。根据文献[4]中提到的金属材料线性膨胀理论,壁温测量误差一旦达到2℃,就达到0·01%这个界限,也就极大地影响了罐容量计量。但到目前为止,国内外尚未得出罐壁温度与油品及大气温度之间关系的理论推导公式,而国内采用公式计算出的结果误差较大。本文针对这一课题,在分析了现有的测量方法的基础上,运用现代人工智能技术,提出了立式罐壁温神经网络软测量方法,通过计算机仿真结果与当前国内采用计算公式计算得出的结果相比较,结果证明该方法能够解决立式罐壁温测量问题。

　　1　立式罐壁温测量的研究现状

　　立式罐分为保温罐与裸罐两种,对于保温罐,由于其外表面被保温层包覆,避免了外界环境温度的影响,可以认为罐壁的温度就是罐内壁的温度,即罐内液体的温度。对于裸罐,目前的计算公式一般由以下两种情况得到的:

　　(1)通过罐内液体温度与罐外环境温度的加权值得出,典型代表是立式罐容量试行检定规程即JJG168-87提出的

　　式中,TW为罐壁温度(℃);Ta为罐外环境温度(℃);T1为罐内液体温度(℃)。

　　式(1)显然认为罐内液体温度代表罐壁内表面温度,罐外环境温度代表罐壁外表面温度。从热力学角度,T1可以代表罐壁内表面温度,但Ta不能代表罐壁外表面温度,所以此公式能否代表罐壁温度还值得研究。

　　由文献[3]得出公式:

　　式(2)是通过实验测出不同条件下的油品、大气温度及对应的罐壁温度,通过实测数据用最小二乘法回归出罐壁温度与油品、大气温度之间关系的经验公式。但这种方法在用最小二乘法建模时存在建模误差,精度有限,在实际应用中也证明了这一点。从以上分析看,目前测温公式或多或少存在一些问题,所以在实际应用中严重影响了立式罐容量计量的准确度。

　　2　建立软测量的方法

　　根据传热学理论,当罐壁板两侧表面温度不等并形成稳态热传导时,一般可以认为罐壁的平均温度是其两侧表面温度的算术平均值,计算公式如下

　　式中,Tin为罐内壁表面温度,(℃);Tout为罐外壁表面温度,(℃)。