一种预测液体用大口径皮托管校准系数的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测液体用大口径皮托管校准系数的方法，方法包括步骤S1：获取S型皮托管在现有中小口径液体流量标准装置下的实流校准系数集K

【技术实现步骤摘要】
一种预测液体用大口径皮托管校准系数的方法


[0001]本专利技术设计流量、流速测量与机器学习
，具体涉及一种基于经典支持向量机方法预测液体用大口径皮托管校准系数的方法。

技术介绍

[0002]S型皮托管作为一种测量流体流速及其分布的仪表被广泛应用于航空领域空速测量、固定污染源污染气体流速测量、污水处理厂水渠/箱涵流速测量、农业灌溉渠道流速测量等工业或民用领域。S型皮托管测速主要依据伯努利原理：式中K表示S型皮托管校准系数、ΔP表示待校皮托管总压孔与静压孔的差压，ρ是管道内流体密度，v是当前待测皮托管所在位置流速。S型皮托管在使用前需对其进行校准，以获得准确的校准系数，应用于气体流速测量的S型皮托管校准一般在合适口径的风洞中进行，应用于液体流速测量的S型皮托管一般在与实际应用条件相符的水流量标准装置或水洞中进行。但实际情况是我国计量技术机构所建立的社会公用液体流量标准装置最大口径范围集中于DN300～DN800,目前最大口径超过DN800的社会公用液体流量标准装置是仅建设于河南开封的国家水大流量计量站的恒水头DN1600水流量标准装置，以及少数建设于华东地区大口径电磁流量计生产厂家的变水头DN3000水流量标准装置，而依照相关法规，上述企业建立的流量标准装置不具备应用于社会公用计量标准的条件。由于流量标准装置口径范围的限制，应用于测量大口径管道液体流速的S型皮托管长期处于溯源缺失或在DN300以下中小口径液体流量标准装置校准，在大口径DN1500甚至超大口径DN3000以上管道中使用的情况，此外由于应用现场在S型皮托管安装要求直管范围内可能存在的扰流件与弯头等情况，也使实验室校准系数与实际工况下S型皮托管的校准系数存在偏差。所以开发一种基于S型皮托管在中小口径液体流量标准装置的校准系数预测其应用于测量大口径管道液体流速的校准系数的方法具有现实意义与应用价值。
[0003]经检索，中国专利CN02155453公布了一种测量容器或管道内流体流速的方法和装置；
[0004]中国专利CN201911132431公布了一种搅拌设备液体流速检测机构、方法及搅拌设备；
[0005]上述专利都集在如何使用S型皮托管或以S型皮托管为核心的装置如何进行流体流速测量，而没有专利着眼于S型皮托管的准确性如何，其提供的量值如何溯源至社会公用标准或国家基准。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决提供了解决现有应用于大口径管道液体流速测量的S型皮托管无法获得准确校准系数即无法进行量值溯源的问题，本专利技术通过使用条件便利的中小口径液体流量标准装置获取S型皮托管在中小口径液体管道多种影响因素组合条件下的
校准系数，形成训练集与测试集，构建基于支持向量机的预测模型，从而实现对实际应用于测量大口径管道液体流速S型皮托管的校准系数预测。
[0007]为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种预测液体用大口径皮托管校准系数的方法：该方法通过使用条件便利的中小口径液体流量标准装置获取S型皮托管在中小口径液体管道下的校准系数，并结合测量过程中液体流量标注装置的口径、S型皮托管安装位置管道条件、介质温度、介质流速范围、差压计测量准确程度，形成训练集与测试集，使用支持向量机的方法，获得支持向量机的预测模型，用于实现对实际应用于测量大口径管道液体流速S型皮托管的校准系数预测，具体包括以下步骤：
[0009]S1：基于现有中小口径液体流量标准装置条件下，S型皮托管实流校准系数集K
实流
的获取，具体为：
[0010]使用计量技术机构或流量计生产厂商通常建立的DN800以下中小口径液体流量标准装置，对需要预测应用于测量大口径管道液体流速的S型皮托管进行中小口径液体流量标准装置下的系数的校准。
[0011]其中，DN800以下中小口径液体流量标准装置通过变径控制可获得DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN400、DN500、DN600、DN700、DN800；
[0012]S2：基于现有中小口径液体流量标准装置条件下，合理位置建立扰流条件，获取S型皮托管在不满足安装直管条件时的S型皮托管K
实流(扰流)
校准系数集，具体为：
[0013]创造与现场大口径管道流速实际测量中可能遇到的S型皮托管安装位置不满足直管条件要求的情况，其中，满足直管条件要求的情况为：S型皮托管安装位置前至少有10倍管道直径距离范围内不能存在弯头或者扰流件，S型皮托管安装位置后至少有5倍管道直径距离范围内不能存在弯头或者扰流件，即“前10，后5”；
[0014]S3：数据整合，将步骤S1、步骤S2获得的中小口径液体流量标准装置条件S型皮托管实流校准系数集K
实流
、不满直管条件的实流校准系数集K
实流(扰流)
、获得上述校准系数的管道口径、S型皮托管安装位置管道条件、介质温度、介质流速范围、差压计测量准确程度组成六维向量K，其中，六维向量K包括：管道口径、安装位置管道条件、介质温度、介质流速范围、差压计测量准确程度和满足或不满足直管条件的实流校准系数K
实流
/K
实流(扰流)
，记六维向量的前五维为预测模型输入量x
i
，最后一维为预测模型为输出量记为y
i
，其中：
[0015]介质流速范围通过在实验室条件下可精确获得或者通过在现场条件下，基于待测管道实际使用及历史条件下进行估计范围；
[0016]S4：训练集和测试集的建立，将步骤S3获得的六维向量对应的各种输入情况下的输出情况形成六维矩阵，基于10折交叉验证思想，把矩阵的70％作为训练集，矩阵的30％作为测试集；
[0017]S5：开始构建LS
‑
SVM模型，并将训练集用于模型的构建，其中，构建模型的具体流程为：
[0018]将训练集用于模型的构建，构建非线性回归函数在高维空间的表达式：
[0019]f(x)＝(ω.φ(x))+b
[0020]其中，ω为权向量，b为偏差量，引入误差平方项将普通支持向量机转化为最小二乘支持向量机(LS
‑
SVM)；
[0021]构建最优分类超平面对所有样本进行分类，其优化问题可以描述为：
[0022]其中，C为惩罚函数；
[0023]构造拉格朗日函数求解后可以得到最终的LS
‑
SVM模型为为S型皮托管校准系数预测模型的核函数；
[0024]用模型的均方误差作为评价的标准，其中，S
i
为实际S型皮托管校准系数测得值，为输出S型皮托管校准系数预测值，计算获得模型的参数，选取使均方误差最小的参数C和σ,确定最终的LS
‑
SVM模型；
[0025]S6：测试LS
‑
SVM模型，利用步骤S4得到的六维矩阵30％的数据量的测试集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测液体用大口径皮托管校准系数的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：基于现有中小口径液体流量标准装置条件下，S型皮托管实流校准系数集K
实流
的获取，具体为：使用计量技术机构或流量计生产厂商通常建立的DN800以下中小口径液体流量标准装置，对需要预测应用于测量大口径管道液体流速的S型皮托管进行中小口径液体流量标准装置下的系数的校准；其中，DN800以下中小口径液体流量标准装置通过变径控制可获得DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN400、DN500、DN600、DN700、DN800；S2：基于现有中小口径液体流量标准装置条件下，合理位置建立扰流条件，获取S型皮托管在不满足安装直管条件时的S型皮托管K
实流(扰流)
校准系数集，具体为：创造与现场大口径管道流速实际测量中可能遇到的S型皮托管安装位置不满足直管条件要求的情况，其中，满足直管条件要求的情况为：S型皮托管安装位置前至少有10倍管道直径距离范围内不能存在弯头或者扰流件，S型皮托管安装位置后至少有5倍管道直径距离范围内不能存在弯头或者扰流件，即“前10，后5”；S3：数据整合，将步骤S1、步骤S2获得的中小口径液体流量标准装置条件S型皮托管实流校准系数集K
实流
、不满直管条件的实流校准系数集K
实流(扰流)
、获得上述校准系数的管道口径、S型皮托管安装位置管道条件、介质温度、介质流速范围、差压计测量准确程度组成六维向量K，其中，六维向量K包括：管道口径、安装位置管道条件、介质温度、介质流速范围、差压计测量准确程度和满足或不满足直管条件的实流校准系数K
实流
/K
实流(扰流)
，记六维向量的前五维为预测模型输入量x
i
，最后一维为预测模型为输出量记为y
i
，其中：介质流速范围通过在实验室条件下可精确获得或者通过在现场条件下，基于待测管道实际使用及历史条件下进行估计范围；S4：训练集和测试集的建立，将步骤S3获得的六维向量对应的各种输入情况下的输出情况形成六维矩阵，基于10折交叉验证思想，把矩阵的70％作为训练集，矩阵的30％作为测试集；S5：开始构建LS
‑
SVM模型，并将训练集用于模型的构建，其中，构建模型的具体流程为：将训练集用于模型的构建，构建非线性回归函数在高维空间的表达式：f(x)＝(ω.φ(x))+b其中，ω为权向量，b为偏差量，引入误差平方项将普通支持向量机转化为最小二乘支持向量机(LS
‑
SVM)；构建最优分类超平面对所有样本进行分类，其优化问题可以描述为其中C为惩罚函数；构造拉格朗日函数求解后可以得到最终的LS
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SVM模型为K(x
i
,x)为S型皮托管校准系数预测模型的核函数；用模型的均方误差作为评价的标准，其中，Si为实际S型皮托管校准系数测得值，为输出S型皮托管校准系数预测值，计算获得模型的参数，选取使均方误
差最小的参数C和σ,确定最终的LS
‑
SVM模型；S6：测试LS
‑
SVM模型，利用步骤S4得到的六维矩阵30％的数据量的测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海洋，许骏龙，王灿，宋进，陈宇阳，姚新红，王崇愿，朱碧玉，金愿，
申请(专利权)人：上海市计量测试技术研究院中国上海测试中心，华东国家计量测试中心，上海市计量器具强制检定中心，
类型：发明
国别省市：