一种智能的气体流量监测方法与流程

本发明涉及信息，尤其涉及一种智能的气体流量监测方法。

背景技术：

1、在现代工业和科学研究中，气体流量的精确测量是许多关键过程的重要组成部分。它在能源管理、化学工业、环境监测和实验室研究等多个领域都有广泛应用。然而，准确测量气体流量面临着多项技术挑战。气体的物理性质使其在温度变化时发生热膨胀或冷缩，从而影响其体积和流速。这种现象使得在温度波动较大的环境中准确测量流量变得复杂。除了温度外，其他环境参数如压力、湿度也会影响气体的流动特性。在变化的环境条件下，维持测量的准确性和一致性是一项挑战。由于环境条件的变化和设备的长期使用，流量测量设备可能会出现性能偏差，因此需要定期校准。然而，确定何时进行校准以及如何准确执行校准操作是一项技术挑战。随着工业过程的复杂化和对数据准确性要求的提高，单纯依赖传统的测量方法已不能满足需求。如何有效处理和分析测量数据，以及如何准确预测基于环境变化的流量变化，成为了关键问题。在快速发展的工业自动化和智能化趋势下，传统的手动监测和校准方法逐渐显得低效和落后。如何实现流量测量过程的自动化和智能化，提高效率和准确性，是当前的技术难题。因此，气体流量测量领域面临的主要问题是如何在不断变化的环境条件下准确测量和预测气体流量，同时提高测量设备的自动化和智能化水平。这些问题的解决对于保障工业过程的效率、安全性和环境合规性至关重要。

技术实现思路

1、本发明提供了一种智能的气体流量监测方法，主要包括：

2、检测气体的当前温度，构建气体温度预测模型，得出温度变化的具体数值；利用线性回归算法，建立气体热膨胀或冷缩预测模型，基于气体温度变化数据计算气体热膨胀或冷缩的程度；根据实时温度和压力监测，预测气体体积变化；根据气体流速和体积变化数据，建立流速和体积关系模型，基于气体体积变化预测气体流速变化；通过实时的流量测量数据，计算与预测流速的差值；根据流量数据的异常检测和稳定性评估，自动调整和校准流量测量设备；根据历史和实时监测数据，自动调整流量测量设备的校准周期；使用预测数据和实时数据，进行设备的流量测量校准。

3、进一步地，所述检测气体的当前温度，构建气体温度预测模型，得出温度变化的具体数值，包括：

4、通过温度传感器，获取气体的实时温度数据，采用数据采集系统，连续记录传感器提供的气体温度数据；通过传感器数据获取每个温度数据点的时间戳，并对获取到的温度数据进行时间序列整理；根据历史气体温度数据，采用线性回归算法进行模型训练，构建气体温度预测模型，预测气体温度数据的趋势，确定温度数据中的最大、最小值以及平均值，得到温度变化的具体数值；判断温度变化是否超出预设的正常操作范围；若温度变化超出正常范围，则获得异常报告，包括温度变化值和时间戳。

5、进一步地，所述利用线性回归算法，建立气体热膨胀或冷缩预测模型，基于气体温度变化数据计算气体热膨胀或冷缩的程度，包括：

6、通过气体温度传感器，获取实时温度数据；对实时温度数据进行数据预处理，包括去除噪声和异常值；通过线性回归算法，使用处理后的温度数据，建立气体热膨胀或冷缩预测模型；根据当前温度数据，得到气体热膨胀或冷缩的初步预测结果；通过计算预测值与实际观测值的差值，得到每个数据点的预测误差，并采用计算均方误差的方法，计算整个预测结果的总体误差；根据误差的分布情况，确定模型的准确性；若误差值小于预设阈值且分布均匀，则认为模型是准确的，若误差值大于预设阈值或分布不均，则表明模型需要进一步优化；若模型需要调整，则进行参数调整，改进气体热膨胀或冷缩预测模型；根据改进后的气体热膨胀或冷缩预测模型，获得经过优化后的气体热膨胀或冷缩的预测结果。

7、进一步地，所述根据实时温度和压力监测，预测气体体积变化，包括：

8、使用气体温度预测模型，获取未来某一时刻或时间段内气体的温度预测结果；采用理想气体定律pv＝nrt，将预测的温度值代入理想气体定律，计算预期的气体体积变化，其中p是压力，v是体积，n是气体的物质的量，r是理想气体常数，t是温度；通过压力传感器，获取实时测量的气体当前压力数据；将实时测量的压力数据与预测的温度数据结合，重新计算气体体积变化；确定结合温度和压力数据后的气体体积变化的初始预测值；获取同类型气体在类似条件下的历史体积变化数据；将当前的预测结果与历史数据进行对比；基于历史数据的比对，调整和校正当前的体积变化预测；持续监测气体的温度和压力，并实时更新数据，根据最新的监测数据，进一步细化和更新体积变化的预测，确定最终的气体体积变化预测。

9、进一步地，所述根据气体流速和体积变化数据，建立流速和体积关系模型，基于气体体积变化预测气体流速变化，包括：

10、获取历史气体流速和体积变化数据，使用纳维-斯托克斯方程，处理初始的体积变化数据，建立流速和体积关系模型；基于历史数据设定关系模型的初始参数，预测气体的流速变化；将通过流速和体积关系模型得到的流速预测结果与实时测量的体积变化数据进行比较；若预测结果与实际数据之间偏差大于阈值阈值，动态调整算法中的参数；持续监控气体的体积变化和流速变化，若实际测量的体积变化或流速与预测值之间的差异大于预设阈值，使用预设的调整策略对流速预测进行修正；根据气体流速数据，使用自回归模型，评估流速变化预测的稳定性；若流速变化预测出现异常，使用卡尔曼滤波器，对流速预测进行实时动态修正；获取卡尔曼滤波器修正后的流速预测数据，再次进行实时监控以验证修正的有效性；若修正后的流速变化数据仍存在偏差，继续使用纳维-斯托克斯方程动态调整参数，持续调整直到流速变化预测数据稳定；还包括：根据混合流体特性和实时数据调整，计算和预测多相流体的流速。

11、所述根据混合流体特性和实时数据调整，计算和预测多相流体的流速，具体包括：

12、根据多相流体的组合对流速的影响，建立多相流体流速预测模型v＝k×(woil×voil+wwater×vwater+wgas×vgas)，其中v代表总流速，woil是油在混合物中的体积比，wwater是水在混合物中的体积比，wgas是气体在混合物中的体积比，voil是油的基础流速，vwater是水的基础流速，vgas是气体的基础流速，k是一个调整系数。分别在纯油、纯水和纯气体环境下测量基础流速voil，vwater，vgas，记录各相流体在不同压力和温度下的流速数据。通过混合不同比例的油、水、气体，测量混合流体的总流速v。使用非线性回归分析确定多相流体流速预测模型中的系数k。在实际操作场景中，使用传感器实时监测油、水、气体的比例woil，wwater，wgas。根据实时监测到的流体比例，应用调整后的多相流体流速预测模型进行流速预测。根据实时和历史数据分析，动态调整k的值，以应对流体比例的变化。定期比较预测流速和实际测量流速之间的差异，评估多相流体流速预测模型的准确性和可靠性。根据性能评估结果，进一步调整公式中的参数，优化多相流体流速预测模型。实施一个完善的监测系统，持续获取多相流体的流速、比例和环境条件数据。建立一个反馈机制，根据监测数据和预测结果的比较，持续优化预测公式。

13、进一步地，所述通过实时的流量测量数据，计算与预测流速的差值，包括：

14、使用传感器实时记录流体流量，采用滤波和噪声消除技术，处理获取到的流量数据；根据气体体积数据，使用流速和体积关系模型，得到气体流速的预测值；计算实时监测到的流速与通过流速和体积关系模型预测的流速之间的差值；检测流速差值是否超出预设的安全阈值，若差值超过阈值，触发异常检测机制；根据异常检测结果，基于实时流量测量数据和分析算法，自动调整流速和体积关系模型的参数；实时更新流量测量数据，保持数据的实时性和最新状态；对流速差值进行持续的监控和分析，若差值保持在预设范围内，则不用调整模型参数；自动记录和存储所有流量和流速数据；还包括：根据实时环境变量和流速数据，持续优化流体流速的测量和预测过程。

15、所述根据实时环境变量和流速数据，持续优化流体流速的测量和预测过程，具体包括：

16、根据流体的密度、温度、压力，建立流速预测模型，流速预测模型公式为f＝a×db×tc×pd，其中f表示流速，d表示流体密度，t表示温度，p表示压力，a，b，c，d为根据实验数据确定的参数，表示这些变量对流速的影响程度。在不同的环境条件下获取流体的d，t，p和实际流速f的数据。使用回归分析的方法确定公式中的参数a，b，c，d。实时测量d，t，p，并应用公式f＝a×db×tc×pd进行流速预测。记录预测流速fpred与实际测量流速factual之间的差异。根据fpred与factual之间的差异，动态调整a，b，c，d的值。持续监测环境条件及流量数据的变化。定期使用新获取的数据更新流速预测模型参数，确保模型在不断变化的环境中保持准确有效。在极端环境条件下，定期评估预测模型的性能，极端环境条件包括极端温度、高压或低压、异常湿度水平、化学或污染物。根据性能评估结果调整模型参数，以应对极端环境情况。编制综合性能报告，总结模型在不同条件下的表现，提供基于报告的决策支持。

17、进一步地，所述根据流量数据的异常检测和稳定性评估，自动调整和校准流量测量设备，包括：

18、根据流量测量数据与预测流速之间的差值，对流量数据进行分类，包括正常流量数据、异常流量数据，若流量测量数据与预测流速之间的差值超过预定阈值，则判断为异常流量数据；若判断结果为异常流量数据，则通过对比不同时间点的数据或与其他传感器的读数进行对比，判断异常是否由流量测量设备的误差引起；若判断异常由设备误差导致，则获取设备的状态和性能参数，评估其当前的工作状况；通过流量测量设备获取的历史参数数据，包括流速、温度、压力，训练多层感知器模型；通过流量测量设备持续获取到的在不同流量、温度、压力下的读数，利用预训练的多层感知器模型，评估流量测量设备输出的稳定性和准确性；若多层感知器分析显示设备输出不稳定或不准确，设备自动进入校准，自动调整其内部参数以修正输出误差；校准完成后，设备自动返回到正常工作模式，设备继续进行流量测量和数据输出；校准后，使用设备诊断程序再次评估设备的输出数据，判断设备是否已经成功校准，若校准成功，则结束校准流程，若校准未成功，则重新校准；还包括：根据环境变化实施设备性能监测和动态校准调整。

19、所述根据环境变化实施设备性能监测和动态校准调整，具体包括：

20、通过传感器，获取不同温度、不同流体压力、不同流体类型下的流量、温度、压力数据。根据每种环境条件下获取的数据，使用决策树算法进行模型训练，识别该环境特有的数据模式和异常，确定温度和压力变化对流量测量的影响。使用历史和实时数据，建立一个基于多层感知器的深度学习模型，识别不同环境条件下的数据特征和适应适应各种环境条件。根据多层感知器模型的输出，动态调整校准策略，以适应当前的环境条件。根据多层感知器模型的分析结果自动调整设备的校准设置。在不同环境条件下测试校准后的设备，记录设备的性能数据，并与预测模型的输出进行比较，以验证校准效果。持续监测设备在多种环境条件下的性能，定期将实时数据反馈给多层感知器模型，进行模型的迭代优化。根据各种环境下的测试数据，建立一个全面的设备性能评估报告，所述设备性能评估报告包括设备在各种条件下的表现、校准效果、以及任何需要进一步改进的领域。基于性能评估报告，根据报告指出的问题和不足，定期进行设备的维护和软件更新。

21、进一步地，所述根据历史和实时监测数据，自动调整流量测量设备的校准周期，包括：

22、获取设备历史校准记录、流量测量数据，以及环境参数，包括温度、压力；通过自回归模型，分析历史数据中的校准频率和性能波动，识别导致校准需求变化的关键因素，包括环境条件的变化或设备使用频率的增减；根据历史和实时数据，采用多层感知器，构建设备校准预测模型，预测未来的校准需求；输入历史校准数据和实时监测参数，训练设备校准预测模型；根据设备的流量数据和环境参数，使用设备校准预测模型，确定当前设备状态和可能的校准需求；根据设备校准预测模型的输出和实时数据分析，判断设备是否需要校准，并确定校准的最佳时间点；当设备校准预测模型预测到设备需要校准时，自动触发校准流程，并确保校准流程符合设备的校准要求和操作规范；校准完成后，记录设备性能数据，并通过比较校准前后的流量测量准确度评估校准的效果；根据校准的结果和设备的运行数据，定期调整设备校准预测模型的参数。

23、进一步地，所述使用预测数据和实时数据，进行设备的流量测量校准，包括：

24、获取流量测量设备的实时数据，包括流量速度、流体密度、温度；若预测数据在预设误差范围内，根据实时数据，使用循环神经网络算法进行模型训练，构建设备性能变化预测模型，检测设备性能的变化或识别可能的异常；通过循环神经网络算法的分析结果，得到一个初步的数据质量报告，该报告包括对数据一致性的评估、识别的任何异常模式、以及设备性能的整体评估；根据预测未来某段时间内设备的流速、流体密度、温度数据以及从流量测量设备获取的当前实时流速、流体密度、温度数据，通过长短期记忆网络算法，比较预测数据和实时数据在不同时间点的差异，确定差异随时间的变化趋势；得到预测数据和实时数据之间差异的分析结果，包括差异的大小、方向和可能的原因；根据分析结果判断设备是否需要进行校准，若差异超过预定阈值，则确定需要进行校准；若确定需要校准，调用设备的校准程序，该程序根据分析结果自动调整设备设置，以减少预测和实时数据之间的差异；应用确定的校准参数到流量测量设备；完成校准后，再次获取设备的实时流量测量数据，比较校准前后数据，评估校准效果；使用设备性能变化预测模型，根据校准后的实时数据，评估设备校准后的性能，确保所有调整都达到预期效果；持续监测流量测量设备的性能，定期使用设备性能变化预测模型对数据进行分析和优化。

25、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

26、本发明提供了一种智能的气体流量监测方法。显著提升了工业和科学领域中气体流量测量的精确度和效率。它通过集成先进的温度预测模型和流量计算方法，克服了气体在温度变化下热膨胀或冷缩带来的测量挑战，确保在波动的环境条件下测量的准确性和一致性。该方法通过实时监测和数据分析，能够预测气体的体积变化，并据此准确预测气体的流速变化，从而在变化的环境条件下提供可靠的流量数据。此外，本发明通过自动化的异常检测和校准机制，显著降低了设备维护的需要和频率，提高了操作效率。智能化的校准周期调整功能进一步优化了设备的长期性能，减少了人工干预的需求。该方法不仅提高了工业流程的安全性和效率，还有助于实现更高的环境合规性，对于现代工业自动化和智能化转型具有重要意义。