本發(fā)明涉及氣體流量檢測(cè)，具體是涉及一種改進(jìn)的氣體流量控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)要求的提高，工業(yè)排放管理成為現(xiàn)代制造業(yè)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，在許多工業(yè)應(yīng)用中，氣體流量的精確測(cè)量對(duì)于排放監(jiān)控、能源管理，以及碳排放控制至關(guān)重要，然而，由于大管道系統(tǒng)內(nèi)部氣流分布的不均勻性、復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)特性以及測(cè)量設(shè)備本身的誤差，傳統(tǒng)的氣體流量檢測(cè)方法往往難以達(dá)到高精度、高可靠性的要求。

2、傳統(tǒng)的氣體流量計(jì)存在一些局限性，例如容易受到管道形狀、流體狀態(tài)、溫度、壓力等因素的影響，測(cè)量誤差較大，此外，大型工業(yè)管道中氣體流量的分布往往是復(fù)雜且不均勻的，因此無(wú)法通過(guò)單一位置的流量測(cè)量來(lái)準(zhǔn)確反映整個(gè)管道系統(tǒng)的流量狀況，這些問(wèn)題使得傳統(tǒng)的流量控制方法在精度和可靠性方面難以滿(mǎn)足工業(yè)排放監(jiān)控的需求，為了提高流量測(cè)量精度，并有效補(bǔ)償各種誤差，近幾年發(fā)展出了一些新的技術(shù)，如蜂窩相陣技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、流體動(dòng)力學(xué)模擬分析等，通過(guò)這些先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更為精確和穩(wěn)定的氣體流量監(jiān)測(cè)，進(jìn)而改善工業(yè)氣體排放監(jiān)控系統(tǒng)，提高能源管理水平，助力工業(yè)企業(yè)減少碳排放，達(dá)成綠色發(fā)展目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種改進(jìn)的氣體流量控制方法及系統(tǒng)，本技術(shù)方案解決了上述的問(wèn)題。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種改進(jìn)的氣體流量控制方法及系統(tǒng)，包括：

4、基于蜂窩相陣技術(shù)的氣體流量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)大管道內(nèi)氣體流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

5、基于流體動(dòng)力學(xué)模擬分析大管道內(nèi)的氣流分布，依據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度；

6、基于檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合大管道氣體流速和溫度以及壓力工況參數(shù)，建立關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行流量值修正；

7、基于流量檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用多傳感器融合技術(shù)對(duì)各類(lèi)誤差進(jìn)行補(bǔ)償；

8、將測(cè)量數(shù)據(jù)與碳排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心，控制工業(yè)企業(yè)的氣體排放量和二氧化碳排放因子的變化。

9、優(yōu)選地，所述基于蜂窩相陣技術(shù)的氣體流量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)大管道內(nèi)氣體流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具體包括：

10、根據(jù)待測(cè)管道的直徑、形狀、氣流狀態(tài)、氣體成分、溫度和壓力參數(shù)，設(shè)計(jì)流速檢測(cè)單元的布置和規(guī)格；

11、將多點(diǎn)檢測(cè)的傳感器，包括差壓式流量計(jì)、電磁流量計(jì)與超聲波流量計(jì)嵌入蜂窩結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元，在不同的管道位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體流速，并采集數(shù)據(jù)；

12、通過(guò)多點(diǎn)檢測(cè)的方式，傳感器實(shí)時(shí)采集不同位置的氣流數(shù)據(jù)，包括流速、壓力以及溫度；

13、對(duì)收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑和歸一化處理；

14、其中，數(shù)據(jù)平滑公式為：

15、

16、式中，sn是平滑后的信號(hào)，xk是原始信號(hào)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)，σ是標(biāo)準(zhǔn)差，為高斯權(quán)重函數(shù)。

17、優(yōu)選地，所述基于流體動(dòng)力學(xué)模擬分析大管道內(nèi)的氣流分布，依據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度具體包括：

18、使用cfd軟件建立管道的流動(dòng)模型，輸入管道的幾何形狀、流體類(lèi)型、入口速度以及壓力邊界條件，設(shè)定湍流模型；

19、其中，流體運(yùn)動(dòng)公式為：

20、

21、式中，是流體的對(duì)流項(xiàng)，是壓力梯度項(xiàng)，是粘性項(xiàng)，f是外部力項(xiàng)，u是流體的速度場(chǎng)，是梯度算子，ρ是流體的密度，v是流體的運(yùn)動(dòng)粘度；

22、通過(guò)cfd模擬，得到管道內(nèi)氣流的速度分布、湍流情況和壓力分布；

23、獲取氣流速度分布的變化區(qū)域，分析不同位置的氣流特性；

24、根據(jù)模擬結(jié)果，選擇氣流穩(wěn)定、流速分布均勻的位置安裝流量計(jì)，通過(guò)cfd分析流量計(jì)周?chē)牧鲌?chǎng)，進(jìn)一步優(yōu)化流量計(jì)的測(cè)量范圍和靈敏度；

25、對(duì)照實(shí)際流量測(cè)量結(jié)果與cfd模擬結(jié)果，評(píng)估流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度，根據(jù)差異調(diào)整測(cè)量位置。

26、優(yōu)選地，所述基于流體動(dòng)力學(xué)模擬分析大管道內(nèi)的氣流分布，依據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度具體包括：

27、根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)采集到的流速數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，補(bǔ)償因管道形狀與流場(chǎng)不均勻性因素造成的誤差，獲取準(zhǔn)確的流量值；

28、基于多傳感器融合技術(shù)，將來(lái)自不同類(lèi)型傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過(guò)卡爾曼濾波算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和誤差修正；

29、將測(cè)量得到的氣體流量數(shù)據(jù)、溫度與壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳送至中央控制中心；

30、流量數(shù)據(jù)與碳排放監(jiān)控系統(tǒng)連接，通過(guò)對(duì)氣體流量和氣體成分的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的碳排放量的精確計(jì)算與監(jiān)控；

31、數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心后，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程。

32、優(yōu)選地，所述基于多傳感器融合技術(shù)，將來(lái)自不同類(lèi)型傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過(guò)卡爾曼濾波算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和誤差修正具體包括：

33、基于當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)基于預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)，預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差，其中，預(yù)測(cè)公式為：

34、

35、式中，是當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值，a是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，是上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)，b是控制輸入矩陣，uk是控制輸入，pk|k-1是當(dāng)前時(shí)刻的誤差協(xié)方差矩陣的預(yù)測(cè)值，pk-1|k-1是上一時(shí)刻的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，q是過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣，at是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)置；

36、根據(jù)傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)修正預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算卡爾曼增益，通過(guò)卡爾曼增益和測(cè)量值修正預(yù)測(cè)值，更新誤差協(xié)方差矩陣；

37、其中，修正公式為：

38、

39、式中，kk是卡爾曼增益，h是觀測(cè)矩陣，r是觀測(cè)噪聲協(xié)方差矩陣，pk|k-1是預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差矩陣，是當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)，是預(yù)測(cè)狀態(tài)估計(jì)，zk是來(lái)自傳感器的觀測(cè)值，是觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的殘差，pk|k是修正后的誤差協(xié)方差矩陣，i是單位矩陣，kkh為結(jié)合了卡爾曼增益和觀測(cè)矩陣，pk|k-1預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差矩陣。

40、一種改進(jìn)的氣體流量控制系統(tǒng)，包括：

41、氣體流量檢測(cè)模塊：基于流速檢測(cè)元件采集流量數(shù)據(jù)；

42、計(jì)算處理模塊：計(jì)算處理模塊與氣體流量檢測(cè)模塊電性連接，所述計(jì)算處理模塊用于接收氣體流量檢測(cè)單元的測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，實(shí)時(shí)計(jì)算氣體流量并進(jìn)行誤差修正；

43、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊與計(jì)算處理模塊電性連接，所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將測(cè)量數(shù)據(jù)和氣體排放相關(guān)信息實(shí)時(shí)傳送至控制中心，進(jìn)行排放監(jiān)測(cè)、調(diào)峰調(diào)頻和能源管理。

44、優(yōu)選地，所述氣體流量檢測(cè)模塊具體包括：

45、流速傳感器單元：用于直接測(cè)量氣體的流速，包括熱式流速計(jì)、超聲波流速計(jì)與渦輪流量計(jì)；

46、溫度傳感器單元：用于監(jiān)測(cè)氣體溫度，溫度變化會(huì)影響氣體的密度；

47、壓力傳感器單元：用于測(cè)量管道內(nèi)的氣體壓力；

48、流量傳感器單元：基于流速和溫度與壓力計(jì)算氣體流量；

49、信號(hào)調(diào)理模塊單元：對(duì)傳感器的原始信號(hào)進(jìn)行放大、過(guò)濾和轉(zhuǎn)換；

50、數(shù)據(jù)采集接口單元：用于接收傳感器數(shù)據(jù)并將其傳輸給計(jì)算處理模塊。

51、優(yōu)選地，所述計(jì)算處理模塊具體包括：

52、數(shù)據(jù)接收單元：從氣體流量檢測(cè)模塊接收流量測(cè)量數(shù)據(jù)；

53、信號(hào)處理與濾波單元：對(duì)接收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)放大、去噪、濾波和校正；

54、流量計(jì)算單元：基于流速、壓力與溫度輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)公式實(shí)時(shí)計(jì)算氣體流量；

55、誤差修正單元：對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行誤差修正；

56、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元：實(shí)時(shí)處理采集到的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算和分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存與存儲(chǔ)。

57、優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元具體包括：

58、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份：對(duì)計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；

59、輸出接口：將經(jīng)過(guò)處理和修正的數(shù)據(jù)輸出到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊；

60、算法優(yōu)化與自適應(yīng)調(diào)整單元：基于機(jī)器學(xué)習(xí)，自動(dòng)優(yōu)化流量計(jì)算模型。

61、優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊具體包括：

62、遠(yuǎn)程控制與命令接收單元：控制中心通過(guò)此單元向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送遠(yuǎn)程命令，進(jìn)行設(shè)備參數(shù)調(diào)整、遠(yuǎn)程故障診斷以及配置更新；

63、遠(yuǎn)程監(jiān)控與告警單元：對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)設(shè)定的閾值對(duì)排放與流量指標(biāo)進(jìn)行告警。

64、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

65、本發(fā)明提出通過(guò)結(jié)合蜂窩相陣技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、流體動(dòng)力學(xué)模擬分析和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)葎?chuàng)新方法，提供了一種精確、可靠、智能化的氣體流量控制方法與系統(tǒng)，其不僅能夠提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和控制工業(yè)排放，有效助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳排放減排和能源優(yōu)化目標(biāo)，具有顯著的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)基于流體動(dòng)力學(xué)模擬的分析，對(duì)大管道內(nèi)的氣流分布進(jìn)行精確建模，結(jié)合模擬結(jié)果優(yōu)化流量檢測(cè)系統(tǒng)的布置，選擇合適的流量計(jì)安裝位置，避免了因流場(chǎng)不均勻性帶來(lái)的測(cè)量誤差，通過(guò)多傳感器融合技術(shù)，綜合分析來(lái)自不同類(lèi)型傳感器的數(shù)據(jù)，能夠有效修正各類(lèi)誤差，從而提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，基于改進(jìn)的氣體流量檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大管道內(nèi)的氣流、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)企業(yè)氣體排放量的精準(zhǔn)控制，避免了排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。