智能化水蒸汽溼度測量儀的製作方法

2024-01-29 03:07:15

專利名稱：智能化水蒸汽溼度測量儀的製作方法
技術領域：
本發明是一種由微型計算機控制的，可以連續測量流動或靜止水蒸汽溼度的裝置、用於電力、化工等行業的熱力設備上。
目前，溼度測量技術所依據的原理多達十餘種，而測量水蒸汽溼度的原理只有加熱法、冷凝法和節流法有限的幾種，參見「Two-Phase Steam Flow in Turblnes and Seperaters/Moore，M.J and Siverding，C.H//Hemisphere Publishing C O./P217-236(1976)一書，在水蒸汽溼度測量技術中，一般都是使蒸汽流過採樣器的通道，然後進行加熱、冷凝或節流，由於流動阻力的存在，蒸汽在流動過程中的狀態必然要發生變化，因而使轉變為過熱蒸汽(加熱法和節流法)或冷凝液(冷凝法)的溼蒸汽初始狀態帶來了一定的誤差，另外在加熱法中採用的定壓加熱，需要測量使溼蒸汽轉變為過熱蒸汽的熱量，由於散熱損失不容易準確估計而必然引入誤差，節流法中的絕熱也是近似的，而且需要一個比所測蒸汽壓力低得多的容器，這對測量高真空度下的溼蒸汽來說是一件不容易辦到的事，冷凝法中的冷凝液的收集，由於液體與固體壁面的附著力的存在，不可避免地產生一定誤差。由於現有的水蒸汽溼度測量技術都是通過溼蒸汽的相變而吸熱或放熱的大小推算溼度的，因此，不僅散熱損失不容易估計，就是熱量本身也是一個不容易準確測量的量。
本發明的任務是提出一種基於定容加熱法的溼度測量技術，設計一種新型的水蒸汽採樣探針，以期儘可能減小對被測溼蒸汽狀態的擾動。
實現本發明任務的辦法是採用微型計算機的數據採集、處理和顯示列印功能以及數/模、模/數轉換等過程通道的現有技術結合本發明的水蒸汽採樣探針來構成可以連續測量流動或靜止水蒸汽溼度的智能化水蒸汽溼度測量儀。
水蒸汽採樣探針是由採樣室〔8〕、定容鎖〔9〕、密封擋板〔10〕、密封測壓頭〔11、12〕和電磁驅動器〔28〕構成。採樣室〔8〕是一側開口的圓筒形容器，圓筒內外壁之間有一夾層，夾層中安裝有電加熱器〔27〕。採樣室〔8〕是採用非導磁性的金屬材料加工製成，通過定容鎖〔9〕和以螺紋方式固定在定容鎖〔9〕上的密封擋板〔10〕支持在殼體〔18〕內。
定容鎖〔9〕是由至少兩組碰珠〔20〕、鎖杆套筒〔21〕、鎖杆彈簧〔22〕、鎖杆〔23〕以及碰珠定位套筒〔26〕和定容鎖輔助鐵芯〔7〕構成，每組鎖杆套筒〔21〕的前端都利用公差配合鑲嵌至少兩個碰珠〔20〕，鎖杆凸端〔24〕的直徑加上兩個碰珠〔20〕的直徑比鎖杆套筒〔21〕的直徑大一個碰珠〔20〕的半徑尺寸，鎖杆凸端〔24〕前的細杆〔25〕的直徑加上兩個碰珠〔21〕的直徑小於鎖杆凸端〔24〕的直徑。鎖杆套筒〔21〕的頂端以螺紋方式固定在密封擋板〔10〕上，鎖杆套筒〔21〕的尾端以螺紋方式固定在託板〔15〕上，定容鎖輔助鐵蕊〔7〕以頂絲方式固定在鎖杆〔23〕的尾端，用於採樣室〔8〕在鎖杆套筒〔21〕上滑動的碰珠定位套筒〔26〕以螺紋方式固定在採樣室〔8〕底部。鎖杆套筒〔21〕、鎖杆〔23〕、碰珠定位套筒均採用黃銅材料加工製成。
為防止採樣後對溼蒸汽加熱時，採樣室〔8〕內壓力增高而引起洩漏和採樣室〔8〕高速滑動時所引起的剛體硬性碰撞，在密封測壓頭墊圈槽內安裝有「∏」型密封墊圈〔12〕，在密封擋板〔10〕墊圈槽內安裝有擋板密封墊圈〔17〕，在採樣室〔8〕內底部安裝有壓力密封墊圈〔16〕。「∏」型密封墊圈〔12〕是一種自緊式雙唇形密封圈，擋板密封墊圈〔17〕是一種自緊式單唇形密封圈，壓力密封墊圈〔16〕是一種普通形式的壓力膠圈，三種密封墊圈〔12、16、17〕均採用耐高溫、彈性強的橡膠，利用模具注塑製成。
電磁驅動器〔28〕是由三個相同的螺旋管電磁線圈〔2、4、6〕在同一軸向上並列安裝在殼體〔18〕內，在三個螺旋管電磁線圈〔2、4、6〕的空心導磁骨架內，同一軸向上安裝有定容鎖驅動鐵蕊〔3〕和採樣室驅動鐵蕊〔5〕。定容鎖驅動鐵蕊〔3〕帶有一驅動套筒〔13〕，安裝在驅動套筒〔13〕內的採樣驅動鐵蕊〔5〕帶有一驅動杆〔14〕，驅動套筒〔13〕頂端與鎖杆〔23〕尾端連接，驅動杆〔14〕頂端與採樣室〔8〕的外底部連接。三個相同的螺旋管電磁線圈組成了兩組雙向對極繞組，驅動鐵蕊〔3、5〕行程選在磁場強度遞增的前半波，以獲得最大的吸力。
採樣開始前，帶有測量蒸汽溫度測點的密封擋板〔10〕處於採樣室〔8〕的開口端，採樣開始時，採樣室〔8〕在螺旋管電磁線圈〔6〕的驅動下，以極高的速度向前滑動，直至於密封測壓頭的「∏」型密封墊圈〔12〕相接觸，這時採樣室〔8〕在滑動過程中通過透汽窗口〔19〕捕捉了部分溼蒸汽，密封擋板處於採樣室〔8〕的內底部閉口端，定容鎖〔9〕在採樣過程中，由螺旋管電磁線圈〔2〕驅動鎖杆〔23〕向後移動，使碰珠〔20〕從鎖杆凸端〔24〕滑入細杆〔25〕部位，碰珠定位套筒〔26〕隨採樣室〔8〕滑動就位在鎖杆套筒〔21〕前端，在鎖杆彈簧〔22〕的作用下碰珠〔20〕復位、完成了一個鎖定過程，同時在三種密封墊圈〔12、16、17〕的密封保護作用下，保證了溼蒸汽在加熱過程中壓力升高時，採樣室〔8〕內的蒸汽量和容積都保持不變，從而滿足了定容加熱測量溼度的要求。在完成一個測量過程後，定容鎖〔9〕在螺旋管電磁線圈〔2〕的驅動下解鎖，採樣室〔8〕在螺旋管電磁線圈〔4〕的驅動下復位。
本發明由於採用了現有技術中的微型計算機的數據採集、處理和顯示列印功能以及數/模、模/數轉換等過程通道技術，使整個測量過程是在微型計算機控制下完全自動進行，可以在線監測，可與自動控制系統配合使用。具有自動控制採樣室採樣和復位功能;自動控制定容鎖的就位和解鎖功能;實時自動採集壓力、溫度的數據功能;計算壓力對應的飽和溫度、判斷蒸汽是否已達到過熱狀態的功能;根據溼蒸汽的定容加熱過程計算溼度功能;越限自動報警和保護功能;控制水蒸汽採樣探針的電加熱器的功能。本實用新型的結構和採樣方式，使對被測蒸汽的狀態的擾動比現有技術小，被測蒸汽在固定容積的採樣室內，沒有流動壓力損失，採用定容加熱法，避免了熱平衡式所使用的蒸汽流量和熱量這兩個不容易測量的量，而決定蒸汽溼度值的原始數據只有溼蒸汽的壓力溫度和過熱蒸汽的溫度和壓力這三個容易準確測量的量，本發明測量準確度高，響應特性好，運行穩定可靠。
下面結合圖對本發明做進一步說明。


圖1.水蒸汽溼度採樣探針結構示意圖;
圖2.水蒸汽溼度採樣探針殼體示意圖;
圖3.(A-A)採樣室局部示意圖;
圖4.定容鎖結構和電加熱器示意圖;
圖5.三種密封墊圈結構示意圖，a.「∏」型密封墊圈結構示意圖，b.擋板密封墊圈結構示意圖，c.壓力密封墊圈結構示意圖;
圖6.電磁驅動器結構示意圖。
參見圖1、圖2、圖3，水蒸汽採樣探針是由採樣室〔8〕、定容鎖〔9〕、密封擋板〔10〕、密封測壓頭〔11、12〕和電磁驅動器〔28〕構成。採樣室〔8〕是一側開口(開口處為前端)的圓筒形容器，圓筒內外壁之間有一0.1毫米的夾層，夾層中安裝有一薄膜型鉑式加熱器〔27〕(見圖4)，功率為1千瓦，採用10至20伏交流電源，在採樣室〔8〕尺寸一定時，一個測量過程的時間長短，取決於採樣室〔8〕的電加熱器的功率大小，加大電加熱器〔27〕的功率，即可縮短測量時間，調整電加熱器〔27〕的電壓，即可調整本實用新型的測量時間。採樣室〔8〕採用不鏽鋼材料加工製成，通過定容鎖〔9〕和以螺紋方式固定在定容鎖〔9〕上的密封擋板〔10〕支持在殼體〔18〕內，殼體〔18〕上的透汽窗口〔19〕用於採樣室〔8〕捕捉溼蒸汽，殼體〔18〕可以用不鏽鋼、合金鋁、耐高溫的硬質塑料製成，本實用新型的殼體〔18〕採用45＃鋼加工製成。
參見圖3、圖4，定容鎖〔9〕是由至少兩組碰珠〔20〕、鎖杆套筒〔21〕、鎖杆彈簧〔22〕、鎖杆〔23〕以及碰珠定位套筒〔26〕和定容鎖輔助鐵蕊(見圖1)構成，每組鎖杆套筒〔21〕的前端都利用公差配合鑲嵌兩個普通鋼珠作為碰珠〔20〕，鎖杆凸端〔24〕的直徑加上兩個碰珠〔20〕的直徑比鎖杆套筒〔21〕的直徑大一個碰珠〔20〕的半徑尺寸，鎖杆凸端前的細杆〔25〕的直徑加上兩個碰珠〔20〕的直徑小於鎖杆凸端〔24〕的直徑。鎖杆套筒〔21〕的頂端以螺紋方式固定在密封擋板〔10〕上，尾端以螺紋方式固定在託板〔15〕(見圖1)，定容鎖輔助鐵蕊〔7〕以頂絲方式固定在鎖杆〔23〕的尾端，用於採樣室〔8〕在鎖杆套筒〔21〕上滑動的碰珠定位套筒〔26〕以螺紋方式固定在採樣室〔8〕底部。為減小採樣室〔8〕的滑動阻力，防止定容鎖的腐蝕，鎖杆套筒〔21〕、鎖杆〔23〕、碰珠定位套筒均採用黃銅材料加工製成。鎖杆彈簧〔22〕壓力小於螺旋管電磁線圈的吸力。
參見圖5，為防止採樣後對溼蒸汽加熱時，採樣室〔8〕內壓力增高而引起洩漏和採樣室〔8〕高速滑動時所引起的剛體硬性碰撞，在密封測壓頭墊圈槽內安裝有「∏」型密封墊圈〔12〕(見圖1)，在密封擋板〔10〕墊圈槽內安裝有擋板密封墊圈〔17〕(見圖1)在採樣室〔8〕內底部安裝有壓力密封墊圈〔16〕(見圖1)，「∏」密封墊圈〔12〕是一種自緊式雙唇形密封墊圈(見圖5a)，擋板密封墊圈〔17〕是一種自緊式單唇形密封墊圈(見圖5b)，壓力密封墊圈〔16〕是一種普通形式的壓力膠圈(見圖5c)，三種密封墊圈〔12、16、17〕均採用硫化矽橡膠，利用模具注塑製成。
參見圖6.電磁驅動器〔28〕是由三個相同的螺旋管電磁線圈〔2、4、6〕在同一軸向上並列安裝在殼體〔18〕內，採用125伏至150伏的交流電源，三個螺旋管電磁線圈均採用直徑為0.34毫米的銅線，550匝繞制在內徑為8毫米，外徑為8.5毫米的空心鐵管骨架上，在空心骨架內同一軸向上安裝有定容鎖驅動鐵蕊〔3〕和採樣室驅動鐵蕊〔5〕，定容鎖驅動鐵蕊〔3〕帶有一驅動套筒〔13〕，安裝在驅動套筒〔13〕內的採樣室驅動鐵蕊〔5〕帶有一驅動杆〔14〕，驅動套筒〔13〕頂端固定在定容鎖的鎖杆〔23〕的尾端，驅動杆〔14〕的頂端軸向加工一圈孔與採樣室〔8〕外底部中心處的軸杆插接，並在插接處徑向加工一圓孔，採用鉚釘將驅動杆〔14〕與採樣室〔8〕連接起來。定容鎖驅動鐵蕊〔3〕和採樣室驅動鐵蕊〔5〕採用軟鐵加工或鑄鐵整體加工製成。端蓋極靴〔1〕用於增大電磁吸力，採用軟鐵製成。
在密封擋板〔10〕上加工有兩個直徑為3毫米的圓孔，鑲嵌有兩個微型高靈敏度點式溫度傳感器，其中之一為備用，型號為TS202，測量溫度範圍是攝氏負50度至正150度，直徑為3毫米，高為2毫米。壓力傳感器〔11〕採用6301(SY-1)型壓力傳感器，壓力範圍6MPa，採用壓力傳感器〔11〕本身的螺絲杆和螺絲母，以螺紋方式固定在密封測壓頭上。
權利要求
1.一種由微型計算機、過程通道和水蒸汽採樣探針構成的，可以連續測量流動或靜止水蒸汽溼度的裝置，其特徵在於水蒸汽採樣探針是由採樣室[8]、定容鎖[9]、密封擋板[10]、密封測壓頭[11、12]和電磁驅動器[28]構成。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於採樣探針的採樣室〔8〕是一側開口的圓筒形容器，圓筒內外壁之間有一夾層，夾層中安裝有電加熱器〔27〕。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於採樣探針的採樣室〔8〕是採用非導磁性金屬材料加工製成，通過定容鎖〔9〕和以螺紋方式固定在定容鎖〔9〕上的密封擋板〔10〕支持在殼體〔18〕內。
4.根據權利要求1或權利要求3所述的裝置，其特徵在於採樣探針的定容鎖〔9〕是由至少兩組碰珠〔20〕、鎖杆套筒〔21〕鎖杆彈簧〔22〕、鎖杆〔23〕以及碰珠定位套筒〔26〕和定容鎖輔助鐵蕊〔7〕構成，每組鎖杆套筒〔21〕的前端都利用公差配合鑲嵌兩個碰珠〔20〕，鎖杆凸端〔24〕的直徑加上兩個碰珠〔20〕的直徑比鎖杆套筒〔21〕的直徑大一個碰珠〔20〕的半徑尺寸，鎖杆凸端〔24〕前的細杆〔25〕直徑加上兩個碰珠〔20〕的直徑小於鐵桿凸端〔24〕的直徑。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於採樣探針的鎖杆套筒〔21〕的頂端以螺紋方式固定在密封擋板〔10〕上，鎖杆套筒〔21〕的尾端以螺紋方式固定在託板〔15〕上，定容鎖輔助鐵蕊〔7〕以頂絲方式固定在鎖杆〔23〕的尾端，用於採樣室〔8〕在鎖杆套筒〔21〕上滑動的碰珠定位套筒〔26〕以螺紋方式固定在採樣室〔8〕的底部。
6.根據權利要求4或權利要求5所述的裝置，其特徵在於採樣探針的鎖杆套筒〔21〕、鎖杆〔23〕、碰珠定位套筒〔26〕均採用黃銅材料加工製成，
7.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於為防止採樣探針採樣後對溼蒸汽加熱時，採樣室〔8〕內壓力增高而引起洩漏和採樣室〔8〕高速滑動時所引起的剛體硬性碰撞，在密封測壓頭墊圈槽內安裝有「∏」型密封墊圈〔12〕，在密封擋板〔10〕墊圈槽內安裝有密封墊圈〔17〕，在採樣室〔8〕內底部安裝有壓力密封墊圈〔16〕。
8.根據權利要求〔7〕所述的裝置，其特徵在於採樣探針的「∏」型密封墊圈〔12〕是一種自緊式雙唇形密封圈，擋板密封墊圈〔17〕是一種自緊式單唇形密封圈，壓力密封墊圈〔16〕是一種普通形式的壓力膠圈，三種密封墊圈〔12、16、17〕均採用耐高溫、彈性強的橡膠，利用模具注塑製成。
9.根據權利要求1所述的採樣探針，其特徵在於電磁驅動器〔28〕是由三個相同的螺旋管電磁線圈〔2、4、6〕在同一軸向上並列安裝在殼體〔18〕內，在三個螺旋管電磁線圈〔2、4、6〕的空心導磁骨架內，同一軸向上安裝有定容鎖驅動鐵蕊〔3〕和採樣室驅動鐵蕊〔5〕。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於採樣探針的電磁驅動器〔28〕的定容鎖驅動鐵蕊〔3〕帶有一驅動套筒〔13〕，安裝在驅動套筒〔13〕內的採樣室驅動鐵蕊〔5〕帶有一驅動杆〔14〕，驅動套筒〔13〕頂端與鎖杆〔23〕尾端連接，驅動杆〔14〕頂端與採樣室〔8〕的外底部連接。
全文摘要
智能化水蒸汽溼度測量儀是一種由微型計算機控制的，可以連續測量流動或靜止水蒸汽溼度的裝置，用於電力、化工等行業的熱力設備上，提出了一種定容加熱法的溫度測量技術，由此設計出一種新型的由採樣室、定容鎖、密封擋板、密封測壓頭和電磁驅動器構成的水蒸汽採樣探針，解決了現有技術中散熱損失不易估計，熱量不易準確測量，擾動大的問題，只測量溼蒸汽的壓力和過熱蒸汽的溫度和壓力，測量準確度高，運行穩定可靠。
文檔編號G01N25/60GK1051790SQ8910865
公開日1991年5月29日 申請日期1989年11月16日 優先權日1989年11月16日
發明者楊善讓, 陳福, 王錦橋, 張傳江 申請人:東北電力學院