[發明專利]用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器

無效

• 申請號: 200710185428.8
• 申請日: 2007-12-19
• 公開（公告）號: CN101183081A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 韓中合;錢江波;張淑娥;楊再旺
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司
• 代理人: 李羨民;雷秋芬

技術領域

本發明涉及一種蒸汽濕度傳感器，可對蒸汽濕度進行精確在線檢測，屬測試技術領域。

背景技術

蒸汽濕度對汽輪機的安全性能和經濟運行性能都有著重要影響，因此有必要對汽輪機排汽濕度進行在線監測。現有蒸汽濕度測量方法主要分為兩類，既熱力學法和光學法。其中，熱力學法又分為節流法、凝結法、蒸汽-空氣混合法和加熱法，各種方法的監測機理及優缺點如下：

節流法的原理是將抽取的試樣節流到較低的壓力，使節流后的蒸汽處于過熱狀態，根據節流前后焓值不變條件求出抽取試樣蒸汽的濕度值。節流法的缺點是不宜用來測定低壓區及濕度大于8％的濕蒸汽(一般凝汽式汽輪機的排汽壓力較低，濕度在6～12％范圍)。另外，熱損失和濕蒸汽膨脹后不能完全混合還會影響測量的準確性。

凝結法是將被抽取的濕蒸汽試樣在冷凝器中凝結成水，根據冷凝器中冷卻水吸收的蒸汽凝結熱量計算出所抽取試樣的濕度。這種方法需要對濕蒸汽的取樣流量、冷卻水量、水溫等多個參數進行測量，可能會產生較大的測量累積誤差，同時散熱損失也會影響測量的準確性，故測量精度較低。

蒸汽-空氣混合法是將被抽取的試樣在一混合室中與外界引入的干空氣在絕熱條件下混合，根據質能守恒方程，求出抽取試樣的濕度。測量時，要求保證濕蒸汽與干空氣混合后，空氣中的水分含量尚未達到飽和，因此需要大量的熱空氣，這就要求在測量現場配置一臺容量很大的真空泵，因此限制了在現場的應用。

加熱法是將抽取的飽和濕蒸汽試樣加熱到干飽和狀態或過熱狀態，測量出蒸汽試樣的流量，根據試樣的吸熱量以及加熱前后試樣熱力參數的變化，計算出蒸汽的濕度。加熱法需要對取樣流量、加熱量、蒸汽參數等多個參數進行測量，測量累積誤差和散熱損失會影響測量精度。

總而言之，上述各種熱力學法，測量時都需要從汽輪機內的主汽流中抽取部分試樣，不僅測量環節多，而且測量裝置復雜，測量精度低。

光學法測量蒸汽濕度是建立在光的散射原理基礎上的，當光線通過含有水滴的濕蒸汽流時，受蒸汽中水滴光散射效應的影響，一部分光線產生散射現象，因此透射光強小于入射光強，通過測量濕蒸汽對光的散射或衰減從而求出濕蒸汽中水滴直徑、水滴數量及蒸汽濕度。

光學測量法不需抽吸取樣，需要測量的參數也少，操作較簡便。其缺點有兩個：第一，光學法成功的關鍵之一在于保持光學窗口的潔凈，目前普遍采用通暖空氣來保持窗口表面不與油污和水接觸，如果光學窗口較長時間暴露在測量汽流中，其表面受到污染是難以避免的，對測量環境的嚴格要求限制了其在實際中的應用；第二，光學法測量蒸汽濕度時，需要對一次水滴和二次水滴分別測量，一次水滴的測量技術已較成熟，但對二次水滴還沒有成熟的測量技術。如僅對一次水滴測量，忽略濕汽中的二次水滴，由于水滴的質量與直徑成三次方的關系，其測量結果必然低于真實值。即使可以對二次水滴測量，由于光學測量窗口很小，而二次水滴分布的不均勻性又很大，將可能由于取樣偏差，使測量結果存在較大誤差。

總之，現有的蒸汽濕度測量方法及其測量裝置都存在著嚴重不足，設計一種結構簡單、環境適應能力強、制造成本低廉、性能優良的蒸汽濕度傳感器，用以檢測蒸汽濕度，對提高汽輪機的安全性和經濟性是十分必要的。

發明內容

本發明用于克服現有技術的缺陷、提供一種結構簡單、測量精度高，環境適應能力強的用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器。

本發明所稱問題是以下述技術方案實現的：

一種用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，它包括一個兩端開口、中間設有微波信號傳輸接口的圓筒形腔體，在圓筒形腔體內部的兩端分別設置一個圓環分隔器，所述圓環分隔器由1～4個與圓筒形腔體同軸的圓筒組成，它們靠近圓筒形腔體端口的一端與圓筒形腔體連接，圓環分隔器的膨脹系數比圓筒形腔體大。

上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述圓筒形腔體氣流流入端的壁面為楔形結構。

上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述圓環分隔器由金屬細網構成。

上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述圓筒形腔體由依次通過螺紋連接的楔形圓筒1、中間圓筒3和調節套筒6構成，所述楔形圓筒1的壁面為楔形結構，所述調節套筒6與中間圓筒間利用定位螺釘5予以固定。

上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述連接微波信號傳輸波導的接口為橢圓孔，橢圓孔長短軸半徑比為1∶0.4，橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同。