基于神经网络的裸体立式罐壁温的软测量

　　一、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,其中一个原因就是其壁温测量。本文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,比较结果证明了该方法能够解决立式罐壁温测量问题。

　　二、立式罐壁温测量的研究现状

　　立式罐分为保温罐与裸罐,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,所以对于保温罐,其罐壁的温度可以认为就是罐内壁的温度,即罐内液体的温度。对于裸罐,目前具有代表的计算公式一般是由以下两种情况得到的:

　　其一: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,℃。上式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是研究。

　　其二:是中国计量学院在1999年提出的:

　　式(2)是经镇海炼厂实测,并进行数据分析后得到的,它比以往的公式有所改进,但在43次壁温实测数据比较中(见文献[3]),它的计算公式值与真实值比较,偏差达到了1℃以上,所以在实际应用中对立式罐计量的准确度还是有所影响。

　　三、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:

　　式中:Tin为罐内壁表面温度,℃;Tout为罐外壁表面温度,℃。

　　上式中,对Tout测量很不方便,所以在实际测温时,不可能直接测Tout,这样就需要通过别的途径来测Tout。首先分析立式罐自身的特点,知影响Tout因素有:

　　(1)罐内液体温度:T1,℃

　　(2)罐外环境温度:Ta,℃

　　(3)罐内液体粘度:μ,m2/s

　　(4)罐的直径:　　D,m

　　(5)风速:　　　　v,m/s

　　所以罐外壁温度模型可以描述为:

　　式中:y为罐外壁温度;f[.]为它们之间的非线性关系。

　　由于在实际中,罐内液体粘度μ,罐直径D,风速v对罐外壁温影响极小,故在这里用T1,Ta两个辅助变量作为输入,立式罐外壁温作为输出,用神经网络来拟合它们之间的非线性关系f[.]。