[發(fā)明專利]一種基于電弧加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611192830.4
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106706707B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李亮;鄒佳生
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N25/60
• 分類號: G01N25/60
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發(fā)明公開了一種基于電弧加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法，包括內(nèi)套管、外套管及控制與數(shù)據(jù)處理模塊，外套管套接于內(nèi)套管的外壁上，且內(nèi)套管與外套管之間設(shè)有絕熱密封層；內(nèi)套管的管壁上沿濕蒸汽流動的方向依次設(shè)有第一溫度傳感器、第一組電極、第二溫度傳感器、第二組電極及第三溫度傳感器，內(nèi)套管的管壁上還設(shè)有第一壓力傳感器及第二壓力傳感器，其中，第一壓力傳感器及第二壓力傳感器分別正對第二溫度傳感器及第三溫度傳感器，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，該測量方法測量精度高，并且能夠適用于各種環(huán)境中對流動濕蒸汽濕度進行實時在線測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法，具體涉及一種基于電弧加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法。

背景技術(shù)

濕蒸汽作為一種工作介質(zhì)廣泛應(yīng)用于熱動力工程領(lǐng)域。例如在汽輪機中，流動濕蒸汽不僅引起機組效率的下降，還對葉片和汽缸造成水蝕。測量汽輪機中流動濕蒸汽的濕度(特別是排汽濕度)是汽輪機熱力試驗的重要內(nèi)容，也是評價機組性能以及改進機組設(shè)計的重要依據(jù)；在機組運行中也希望能實時監(jiān)控低壓級組的濕度，從而為評估葉片水蝕的程度提供依據(jù)。

目前，諸多文獻公開了數(shù)種原理的濕蒸汽濕度測量方法，例如加熱法、光學(xué)法、電容法、微波法、光纖光柵法、超聲波法等。這些方法中相對較為成熟的是光學(xué)法和加熱法，其他方法大多處于理論或?qū)嶒炇已芯侩A段。

光學(xué)法能兼顧濕度和水滴粒徑的測量，但本質(zhì)上其濕度是對流動濕蒸汽中數(shù)量巨大且尺寸差異懸殊的水滴進行統(tǒng)計的結(jié)果，一般認為其測量精度低于加熱法；另外，光學(xué)法測量設(shè)備復(fù)雜昂貴，目前還僅用于科學(xué)實驗研究，難以在工程實際中大范圍推廣；此外，光學(xué)法濕度測量裝置也無法實現(xiàn)長期在線實時監(jiān)測。

加熱法最早被提出，其基本原理是將濕蒸汽樣本加熱為過熱蒸汽，通過測量加熱量以及過熱蒸汽的熱力學(xué)參數(shù)和流量，根據(jù)熱平衡關(guān)系即可得到濕度值。加熱法的優(yōu)點是濕度測量裝置無需標(biāo)定，依據(jù)能量守恒原理進行測量因而保證具有高精度。其難點體現(xiàn)在三個方面，一是濕蒸汽樣本的流量通常非常小，低于絕大部分現(xiàn)有各類流量計的最小量程，因而精確測量流量困難。二是實際流動濕蒸汽的速度很高，例如凝汽式汽輪機的排汽速度達到80～120m/s，在濕蒸汽通過測量裝置的極短時間內(nèi)將其加熱為過熱蒸汽存在很大的技術(shù)難度；同時這也導(dǎo)致了第三方面的難點，即加熱段長度和測量裝置體積之間存在矛盾：為了擴大應(yīng)用范圍，要求測量裝置的體積盡可能小，而采用常規(guī)電阻絲加熱方法時只能通過延長加熱段的實際長度來滿足加熱的要求(如201310073920.1)。專利201410136475.3采用了微波加熱來縮短濕蒸汽中水滴蒸發(fā)為蒸汽的時間，但仍然存在結(jié)構(gòu)不夠簡單、設(shè)備比較昂貴的缺點，限制了其大規(guī)模工程應(yīng)用的空間。上述難點導(dǎo)致目前沒有任何一種加熱法濕度測量裝置能夠同時滿足汽輪機級內(nèi)和排汽濕度實時在線測量的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種基于電弧加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，該測量方法測量精度高，并且能夠適用于各種環(huán)境中對流動濕蒸汽濕度進行實時在線測量。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的基于電弧加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器包括內(nèi)套管、外套管及控制與數(shù)據(jù)處理模塊，外套管套接于內(nèi)套管的外壁上，且內(nèi)套管與外套管之間設(shè)有絕熱密封層；

內(nèi)套管的管壁上沿濕蒸汽流動的方向依次設(shè)有第一溫度傳感器、第一組電極、第二溫度傳感器、第二組電極及第三溫度傳感器，內(nèi)套管的管壁上還設(shè)有第一壓力傳感器及第二壓力傳感器，其中，第一壓力傳感器及第二壓力傳感器分別正對第二溫度傳感器及第三溫度傳感器，第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一組電極及第二組電極均與控制與數(shù)據(jù)處理模塊相連接。

濕蒸汽經(jīng)內(nèi)套管的進口端進入到內(nèi)套管中，然后再經(jīng)內(nèi)套管的出口端排出，其中，內(nèi)套管的進口端為楔形結(jié)構(gòu)。

內(nèi)套管的橫截面為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)、矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)或類橢圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)。