【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于溫度場分布建模來補償電導(dǎo)率測量誤差的方法，屬于電導(dǎo)率測量。
技術(shù)介紹
1、在工業(yè)和科研應(yīng)用中，電導(dǎo)率可以反映溶液的電解質(zhì)濃度和類型，然而，電導(dǎo)率的測量往往受到溫度變化的影響，因為溶液的電導(dǎo)率會隨溫度而改變，在傳統(tǒng)的電導(dǎo)率測量過程中通常采用溫度補償?shù)姆椒▉硇Ｕ@一影響，但大多數(shù)補償方法基于假設(shè)測量環(huán)境或介質(zhì)的溫度是均勻的，這種假設(shè)在實際應(yīng)用中往往不成立，尤其是在溫度梯度大或溫度變化快的環(huán)境中，如反應(yīng)釜或生物反應(yīng)器。所以，在現(xiàn)有技術(shù)中，溫度補償通常采用簡單的線性或非線性模型，僅依賴于單一測量點的溫度數(shù)據(jù)來調(diào)整電導(dǎo)率讀數(shù)，忽略了介質(zhì)內(nèi)部可能存在的復(fù)雜溫度分布，因此在實際應(yīng)用中可能導(dǎo)致較大的測量誤差。
2、因此，需要一種新的電導(dǎo)率測量補償方法，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地反映介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜溫度場的變化，以提高電導(dǎo)率測量的準(zhǔn)確性和可靠性，并能動態(tài)地根據(jù)介質(zhì)內(nèi)部的實際溫度分布來調(diào)整電導(dǎo)率補償，從而適應(yīng)快速變化的環(huán)境條件和溫度梯度較大的應(yīng)用場景。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是：在電導(dǎo)率測量過程中，如何結(jié)合介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜溫度場的變化對電導(dǎo)率測量結(jié)果進(jìn)行補償，以提高在復(fù)雜溫度環(huán)境下電導(dǎo)率測量的精度。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，包括以下步驟：
3、1）建立待測介質(zhì)溫度場模型，用于描述介質(zhì)中的溫度分布；
4、2）建立電導(dǎo)率溫度補償模型；
5、3）耦合溫度場模型與電導(dǎo)
6、4）求解電導(dǎo)率測量補償方程，得到補償后的電導(dǎo)率分布；
7、5）實時接收溫度傳感器數(shù)據(jù)，動態(tài)更新溫度場模型的邊界條件和初始條件，并將計算得到的溫度場分布輸入電導(dǎo)率補償模型，實時補償電導(dǎo)率測量結(jié)果。
8、前述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟1)中，所述溫度場模型采用非均勻熱傳導(dǎo)方程：
9、
10、其中，為溫度，為時間，為介質(zhì)密度，為比熱容，為熱傳導(dǎo)系數(shù)，為梯度算子，為內(nèi)熱源項，表示熱源在空間和時間上的分布。
11、前述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟2)中，所述電導(dǎo)率溫度補償模型采用一種改進(jìn)的非線性補償模型：
12、
13、其中，為參考溫度下的電導(dǎo)率，、、分別為溫度系數(shù)一、溫度系數(shù)二、溫度系數(shù)三，為特征溫度差。
14、前述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟2）中，通過測定獲得電導(dǎo)率溫度補償模型中的溫度系數(shù)一、溫度系數(shù)二、溫度系數(shù)三和特征溫度差的值，具體方法包括：
15、在目標(biāo)測量環(huán)境下，配置已知電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在不同溫度條件下進(jìn)行電導(dǎo)率測量，通過數(shù)據(jù)擬合確定溫度系數(shù)一、溫度系數(shù)二、溫度系數(shù)三和特征溫度差?的值，擬合模型如下：
16、其中，?為電導(dǎo)率，為溫度，為參考溫度下的電導(dǎo)率，通過非線性最小二乘法擬合方法，確定溫度系數(shù)一、溫度系數(shù)二、溫度系數(shù)三和特征溫度差的值。
17、前述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟3)中，建立的電導(dǎo)率測量補償方程為：
18、
19、其中，為補償后的電導(dǎo)率，為測量電導(dǎo)率，為參考溫度，為溫度場模型計算得到的局部溫度；
20、前述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟4)中，采用有限元方法離散化溫度場模型和電導(dǎo)率補償方程，得到離散化方程組：
21、
22、其中，為熱容矩陣，為熱傳導(dǎo)矩陣，為熱源向量，為溫度向量，和分別為補償后的電導(dǎo)率值和測量電導(dǎo)率值，表示哈達(dá)瑪積，采用隱式時間積分格式，結(jié)合newton-raphson迭代法求解上述非線性方程組。
23、前述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟5）中，具體步驟如下：
24、使用高精度溫度傳感器，實時采集測量環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)；
25、將實時溫度數(shù)據(jù)代入電導(dǎo)率溫度補償模型，計算電導(dǎo)率補償值：
26、將計算得到的電導(dǎo)率補償值與測量電導(dǎo)率值進(jìn)行比較，得到補償后的電導(dǎo)率值：
27、?。
28、一種計算機裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)上述方法的步驟。
29、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述方法的步驟。
30、一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述方法的步驟。
31、本專利技術(shù)達(dá)到的有益效果：本專利技術(shù)的電導(dǎo)率測量補償方法，綜合考慮了介質(zhì)內(nèi)部溫度分布的非均勻性和溫度對電導(dǎo)率的非線性影響，通過耦合溫度場模型和改進(jìn)的非線性電導(dǎo)率補償模型，可以在復(fù)雜溫度環(huán)境下實現(xiàn)高精度的電導(dǎo)率測量補償，同時，采用有限元方法進(jìn)行數(shù)值求解，可以處理任意形狀的區(qū)域和復(fù)雜的邊界條件，具有很強的適用性和靈活性。本專利技術(shù)的方法可以顯著提高在非均勻溫度分布環(huán)境中的電導(dǎo)率測量精度，通過模擬介質(zhì)的溫度分布，更準(zhǔn)確地補償溫度變化對電導(dǎo)率的影響，適應(yīng)快速變化的環(huán)境條件，在溫度梯度較大或快速變化的場景中可以明顯提高電導(dǎo)率的測量精度，適用于化工、環(huán)境監(jiān)測和生物工程等需要精確電導(dǎo)率測量的場合。
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1.一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟1)中，所述溫度場模型采用非均勻熱傳導(dǎo)方程：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟2)中，所述電導(dǎo)率溫度補償模型采用一種改進(jìn)的非線性補償模型：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟2）中，通過測定獲得電導(dǎo)率溫度補償模型中的溫度系數(shù)一、溫度系數(shù)二、溫度系數(shù)三和特征溫度差的值，具體方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟3)中，建立的電導(dǎo)率測量補償方程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟4)中，采用有限元方法離散化溫度場模型和電導(dǎo)率補償方程，得到離散化方程組：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟5）中，具
8.一種計算機裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)權(quán)利要求?1-7任項所述方法的步驟。
9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序/指令，其特征在于，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求?1?-7任一項所述方法的步驟。
10.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，其特征在于，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求?1?-7任一項所述方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟1)中，所述溫度場模型采用非均勻熱傳導(dǎo)方程：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，在步驟2)中，所述電導(dǎo)率溫度補償模型采用一種改進(jìn)的非線性補償模型：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟2）中，通過測定獲得電導(dǎo)率溫度補償模型中的溫度系數(shù)一、溫度系數(shù)二、溫度系數(shù)三和特征溫度差的值，具體方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于溫度場分布建模的電導(dǎo)率測量補償方法，其特征在于，在步驟3)中，建立的電導(dǎo)率測量補償方程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱啟文，李建林，鄭凱城，高海琴，周亞鳳，
申請(專利權(quán))人：南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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