基于BP神经网络的霍尔式金属浮子流量计温度补偿方法

　　0　引言

　　浮子流量计安装方便、坚固可靠、耐高温高压,广泛应用于液体、气体、蒸汽等介质流量的测量和自动控制系统,特别适合于精细化工、化肥、石化、乙烯、冶金、造纸等行业的高温高压、易燃易爆、强腐蚀介质的测量。[1]

　　金属管浮子流量计是通过测量金属浮子在锥形管中的位置来测量流量的装置。其敏感元件一般采用霍尔元件、磁阻元件和电容式角位移传感器等。温度漂移是影响霍尔式金属管浮子流量计测量精度的主要因素之一,目前消除霍尔式金属管浮子流量计温度漂移的方法主要包括硬件和软件的方法。硬件的方法是通过增加额外的补偿电路来消除温度对输出的影响[2],但会增加电路的复杂度,而且对于不同的工况缺乏相应的灵活性;而软件补偿只需在硬件系统中增加温度传感器,并通过相应的补偿算法进行补偿,其典型应用框图如图1所示。

　　软件温度补偿具有降低硬件开销,增强适应性等特点,得到了广泛应用。相关研究者对霍尔式金属管浮子流量计的温度漂移的软件补偿进行了研究,主要补偿算法是通过多项式拟合对霍尔元件进行温度补偿。但该方法的补偿精度不能完全满足测量的需要。针对现有的霍尔式金属浮子流量计软件温度补偿精度不高的问题,应用基于BP神经网络的方法,提出了基于BP神经网络补偿霍尔式金属浮子流量计温度漂移的方法。并通过仿真,证明该方法具有补偿精度较高、易于计算机编程实现,适合于补偿环境温度对霍尔式金属浮子流量计的影响等特点。

　　1　霍尔式金属浮子流量计温度漂移实验研究

　　1. 1　霍尔式金属浮子流量计原理及实验装置

　　霍尔式金属浮子流量计的检测原理如图2所示,仪表由一次转换部分I和二次转换部分Ⅱ组成。其测量原理如下:锥管中充满流体,当锥管内流体流量发生变化时,浮子的高度H会发生相应的变化,浮子和感应磁铁相互耦合,将浮子的相对直线运动转化为磁铁的相对转动,轴和感应磁铁是固定联接,指示指针固定在轴上,当感应磁铁旋转时,轴带动指示指针旋转,这样指示指针的旋转角度就可以反应浮子的相应位置,从而得到相应的流量,实验即通过指针的旋转角度来模拟流量大小。

　　图2中的感应磁铁为两极性的圆形磁铁,当感应磁铁旋转时,霍尔感应元件可以测量相应的磁场变化,这样可以方便地将流量通过电信号进行远传。霍尔元件的输出可以反映出流量大小。

　　实验中,通过恒流源对霍尔元件供电,以消除输入电阻的温度漂移,霍尔电压的输出一般在10 mV左右,实验中通过放大电路将霍尔输出电压放大到5 V左右,以便于测量观察。