用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器的製作方法

2024-03-11 15:12:15 2

專利名稱：用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蒸汽溼度傳感器，可對蒸汽溼度進行精確在線檢測，屬 測試技術領域。
背景技術：
蒸汽溼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 對汽輪機排汽溼度進行在線監測。現有蒸汽溼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，使節流後的蒸汽處於 過熱狀態，根據節流前後焓值不變條件求出抽取試樣蒸汽的溼度值。節流法 的缺點是不宜用來測定低壓區及溼度大於8%的溼蒸汽( 一般凝汽式汽輪機的 排汽壓力較低，溼度在6~12%範圍)。另外，熱損失和溼蒸汽膨脹後不能完金 混合還會影響測量的準確性。
凝結法是將被抽取的溼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溼度。這種方法需要對溼蒸汽 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幹空氣 在絕熱條件下混合，根據質能守恆方程，求出抽取試樣的溼度。測量時，要 求保證溼蒸汽與幹空氣混合後，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溼蒸汽試樣加熱到幹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後試樣熱力參數的變化， 計算出蒸汽的溼度。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，而且測量裝置複雜，測量精度低。
光學法測量蒸汽溼度是建立在光的散射原理基礎上的，當光線通過含有 水滴的溼蒸汽流時，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，因此透射光強小於入射光強，通過測量溼蒸汽對光的散射或衰減從而 求出溼蒸汽中水滴直徑、水滴數量及蒸汽溼度。
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於保持光學窗口的潔淨，目前普遍 採用通暖空氣來保持窗口表面不與油汙和水接觸，如果光學窗口較長時間暴 露在測量汽流中，其表面受到汙染是難以避免的，對測量環境的嚴格要求限 制了其在實際中的應用；第二，光學法測量蒸汽溼度時，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，忽略溼汽中的二次水滴，由於水滴的 質量與直徑成三次方的關係，其測量結果必然低於真實值。即使可以對二次 水滴測量，由於光學測量窗口很小，而二次水滴分布的不均勾性又很大，將 可能由於取樣偏差，使測量結果存在較大誤差。
總之，現有的蒸汽溼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、製造成本低廉、性能優良的蒸汽溼度傳感器， 用以在線檢測蒸汽溼度，對提高汽輪機的安全性和經濟性是十分必要的。 發明內容
本實用新型用於克服現有技術的缺陷、提供一種結構簡單、測量精度高，環 境適應能力強的用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器。
本實用新型所稱問題是以下述技術方案實現的
一種用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，它包括一個兩端開口、中間有微波信號傳輸接口的圓簡形腔體，在圓簡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個與圓簡形腔體同軸的圓筒組成，它們靠近圓 筒形腔體埠的一端與圓簡形腔體連接，圓環分隔器的膨脹係數比圓簡形腔體大。
上述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，所述圓簡形腔體氣流流入 端的壁面為TO結構。
上述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，所述圓環分隔器由金屬細 網構成。
上述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，所述圓簡形腔體由依次通 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 結構，所述調節套簡6與中間圓筒間利用定位螺釘5予以固定。
上賴於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，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l: 0.4,橢圓孔的長軸與諧振腔軸線 方向相同。
本實用新型以圓簡形腔體和圓環分隔器構成微波諧振腔，將蒸汽溼度信號轉 換成易於測量的諧振腔諧振頻率信號，不僅可使測量裝置大大簡化，而且傳感器 對環境的要求不高。圓環分隔器採用金屬細網構成，既可以讓溼蒸汽兩相流在阻
力較小的情況下自由通過諧振腔，又保證了諧振腔具有高的品質因數；圓環分隔
器釆用膨脹係數比圓簡形腔體大的金屬材料製成，通過合理設計圓環分隔器伸入 圓簡形腔體的長度，可使被測溼蒸汽溫度變化時，圓簡形腔體和分隔器的膨脹對
諧振腔諧振頻率的影響相互抵消，從而使測量結果不受蒸汽溫度變化的影響；圓 筒形腔體的氣流流入端壁面為一 結構，可使進入諧振腔的溼蒸汽兩相流參數 與主流參數一致，最大限度地減小取樣偏差。本實用新型結構簡單，使用方便， 對環境的要求低，與微波信號處理電路配合，可以實現流動溼蒸汽溼度的高精度 在線測量。以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。 圖l是本實用新型的結抅示意圖；圖2是^^圓簡的結構示意圖3是圖2的左視圖4是圓環分割器的結構示意圖5是圖4的左視圖6是中間圓筒的結構示意圖7是圖6的左視圖圖8是調節套筒的結構示意圖9是圖8的左視圖，
圖中^號為1、 圓簡，2、圓環分割器，3、中間圓簡，4、矩形波導， 5、定位螺釘，6、調節套筒。
具體實施方式

微波諧振腔內介質介電常數的變化將引起諧振腔諧振頻率的改變，通過測量 諧振腔諧振頻率的變化，可以測量諧振腔內介質介電常數或其變化量。 一定壓力 (溫度)下，溼蒸汽的溼度不同其介電常數也就不同，而且兩者一一對應，因此， 可以通過測量微波諧振腔內溼蒸汽的介電常數來檢測溼蒸汽的溼度。
利用微波諧振腔測量蒸汽溼度，是通過測量溼蒸汽兩相流流過微波諧振腔時 諧振腔諧振頻率的變化來實現的，為了使測量具有較髙的準確度和精確度，用於 檢測溼蒸汽兩相流溼度的微波諧振腔傳感器應具有良好的兩相流氣動特性、高頻 電磁特性和低的溫度敏感性，既滿足如下要求(1)進入諧振腔的溼蒸汽兩相流 參數與主流參數一致，取樣偏差小；(2)溼蒸汽兩相流可以自由通過諧振腔，且 汽流在通過諧振腔時流動阻力小，諧振腔具有良好的兩相流氣動特性；(3)諧振 腔具有髙的品質因數；(4)溼蒸汽溫度的變化不會引起諧振腔諧振頻率的改變。
參看

圖1，圓簡形腔體由依次通過螺紋連接的楔形圓簡1、中間圓簡3和調節 套簡6構成。楔形圓簡l進氣端的壁面為楔形結構，氣流進口的圓環分割器固定 於 圓筒1和中間圓筒3之間，氣流出口的圓環分割器固定於調節套筒6上。 具體實施時，圓簡形腔體以及其與圓環分割器的連接方式可以有多種變化。為保 證取樣誤差小，楔形圓簡1和中間圓簡3的內徑應保持一致。參看圖4、圖5，圓環分割器由三個等距離等厚度細網圓環組成，這種圓環形
細網分隔器結構，既可以讓溼蒸汽兩相流自由通過諧振腔，汽流在通過諧振腔時
流動阻力較小，又保證了諧振腔具有髙的品質因數；諧振腔腔體與兩端的圓環分
隔器分別釆用不同膨脹係數的金屬材料，圓簡形諧振腔釆用低膨脹係數材料，兩
端圓環分隔器釆用髙膨脹係數材料，根據釆用的兩種材料膨脹係數的不同，通過
設計兩端圓環分隔器伸入諧振腔的長度，使得當被測溼蒸汽溫度變化時，諧振腔 腔體和兩端分隔器的膨脹對諧振腔諧振頻率的影響相互抵消，從而使得測量不受
蒸汽溫度變化的影響。
參看圖2、圖3，諧振腔的氣流流入端壁面為一楔形結構，這種結構可以使進 入諧振腔的溼蒸汽兩相流參數與主流參數一致，沒有取樣偏差。
參看圖6、圖7，在諧振腔的圓筒形壁面中央開有一橢圓孔，橢圓孔長短軸半 徑比為l: 0.4，橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同，諧振腔通過該橢圓孔與矩 形波導耦合，進行微波信號傳輸。
參看圖8、圖9，調節套簡6用於調節諧振腔的長度，旋轉調節套筒6可以調 節兩個圓環分割器之間的距離，調節諧振頻率，定位螺釘5用於將調節套筒6與 中間圓筒3固定。
測量溼蒸汽溼度時，諧振腔軸線與氣流方向一致,讓溼蒸汽自由流過諧振腔， 通過測量諧振腔諧振頻率的變化得出流過諧振腔的蒸汽溼度。
權利要求1、一種用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，其特徵是，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埠的一端與圓筒形腔體連接，圓環分隔器的膨脹係數比圓筒形腔體大。
2、 根據權利要求1所述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，其特徵 是，所述圓筒形腔體氣流流入端的壁面為楔形結構。
3、 根據權利要求1或2所述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，其 特徵是，所述圓筒形腔體由依次通過螺紋連接的^^圓簡U)、中間圓筒3和調 節套筒(6)構成，所述楔形圓簡(1)的壁面為，結構，所述調節套簡(6)與 中間圓簡間利用定位螺釘(5)予以固定。
4、 根據權利要求3所述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，其特徵 是，所述圓環分隔器由金屬細網構成。
5、 根據權利要求4所述用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，其特徵是，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l: 0.4， 橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同。
專利摘要一種用於蒸汽溼度在線檢測的微波諧振腔傳感器，屬測試技術領域，用於解決蒸汽溼度檢測問題。其技術方案是，它包括一個兩端開口、中間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埠的一端與圓筒形腔體連接，圓環分隔器的膨脹係數比圓筒形腔體大。本實用新型結構簡單，使用方便，對環境的要求低，將其與微波信號處理電路配合，可以實現流動溼蒸汽溼度的高精度在線測量。
文檔編號G01N22/00GK201138333SQ20072013830
公開日2008年10月22日 申請日期2007年12月19日 優先權日2007年12月19日
發明者張淑娥, 楊再旺, 錢江波, 韓中合 申請人:華北電力大學