專利名稱：一種汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能對(duì)汽輪機(jī)排汽濕度進(jìn)行髙精度在線檢測(cè)的裝置，屬測(cè)試技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蒸汽濕度對(duì)汽輪機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有著重要的影響，因此有必要對(duì)汽輪 機(jī)排汽濕度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。目前，測(cè)量汽輪機(jī)排汽濕度的方法可分為熱力學(xué)法 和光學(xué)法。
熱力學(xué)法的原理是將汽輪機(jī)排汽抽出一定質(zhì)量的試樣，對(duì)試樣進(jìn)行加熱 或冷凝，通過測(cè)量加熱或放熱量計(jì)算出汽輪機(jī)排汽的濕度。所有的熱力學(xué)法， 在進(jìn)行汽輪機(jī)排汽濕度測(cè)量時(shí)都需要從汽輪機(jī)排汽汽流中抽取部分試樣，因 此，其測(cè)量精度不僅取決于對(duì)抽取試樣的測(cè)量環(huán)節(jié)，還受抽吸取樣環(huán)節(jié)的影 響。而且該方法需要測(cè)量的參數(shù)多、測(cè)量過程復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的在 線測(cè)量。
光學(xué)法測(cè)量蒸汽濕度是建立在光的散射原理基礎(chǔ)上的，當(dāng)光線通過含有 水滴的濕蒸汽流時(shí)，受蒸汽中水滴光散射效應(yīng)的影響， 一部分光線產(chǎn)生散射 現(xiàn)象，因此透射光強(qiáng)小于入射光強(qiáng)，通過測(cè)量濕蒸汽對(duì)光的散射或衰減從而 求出濕蒸汽中水滴直徑、水滴數(shù)量及蒸汽濕度。光學(xué)法成功的關(guān)鍵之一在于 保持光學(xué)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，但光學(xué)窗口較長時(shí)間暴露在測(cè)量汽流中，其表面受到污染是難以避免 的，這在很大程度上限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。
總之，現(xiàn)有的蒸汽濕度測(cè)量方法及其測(cè)量裝置都存在著嚴(yán)重不足，設(shè)計(jì)一 種結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、制 本低廉、性能優(yōu)良的蒸汽濕度測(cè)量裝置， 對(duì)提高汽輪機(jī)的安全眭和經(jīng)濟(jì)性是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷、提供一種結(jié)構(gòu)簡單、搡作方便的汽輪機(jī)排 汽濕度在線測(cè)量裝置。
本發(fā)明所稱問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，由微波諧振傳感器Q、諧振頻率檢測(cè)電路、 單片機(jī)U1和顯示器XS組成，所述微波諧振傳感器Q置于汽輪機(jī)排汽缸內(nèi)，其微波信 號(hào)傳輸接口通過波導(dǎo)接諧振頻率檢測(cè)電路，所述諧振頻率檢測(cè)電路的控制端和輸 出端接單片機(jī)U1，顯示器XS接單片機(jī)U1的P0RT1接口。
上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，所述諧振頻率檢測(cè)電路由諧振頻率跟蹤 電路和混頻電路組成，所述混頻電路由晶體振蕩器U5和混頻器U6組成，混頻器 U6的RFin2端接晶體振蕩器U5的Rfout端，Rfout端接單片機(jī)Ul的PO. 0端，所 述諧振頻率跟蹤電路由壓控振蕩器U2、定向耦合器U3、環(huán)形器U4、檢波器D和 直流前S^C大器F組成，壓控振蕩器U2的AFC端接單片機(jī)Ul的PO. 1端，Rfout 端接定向耦合器U3的RFin端,定向耦合器U3的Rfout2端接混頻器U6Rfinl端， 環(huán)形器U4的一個(gè)接口接定向耦合器U3的Rfoutl端， 一個(gè)接口接微波諧振傳感器 Q, —個(gè)接口依次經(jīng)檢波器D和直流前S^C大器F接單片機(jī)U1的PO. 2端。
上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，所述微波諧振傳感器Q為 一個(gè)兩端開口 、 中間設(shè)有微波信號(hào)傳輸接口的圓簡形腔體，在圓筒形腔體內(nèi)部的兩端分別設(shè)置一 個(gè)圓環(huán)分隔器，所述圓環(huán)分隔器由1 4個(gè)與圓簡形腔體同軸的圓簡組成，它們靠 近圓筒形腔體端口的一端與圓簡形腔,接，圓環(huán)分隔器的膨脹系數(shù)比圓簡形腔 體大。
上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，增設(shè)蒸汽溫度傳感器T，所述蒸汽溫度 傳感器T固定于諧振腔的出口端外壁處，其信號(hào)輸出端接單片機(jī)lil的PO. 3端。
上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，所述圓簡形腔體氣流流入端的壁面為楔 形結(jié)構(gòu)。
上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，所述圓環(huán)分隔器由金屬細(xì)網(wǎng)構(gòu)成。 上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，所述圓筒形腔體由依次通過螺紋連接的
楔形圃筒1、中間圓簡3和調(diào)節(jié)套簡6構(gòu)成，所述楔形圓簡1的壁面為楔形結(jié)構(gòu)， 所述調(diào)節(jié)套筒6與中間圓簡間利用定位螺釘5進(jìn)行調(diào)整定位。
上述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，所述連接微波信號(hào)傳輸波導(dǎo)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。
本發(fā)明利用具有一定濕度的汽輪機(jī)排汽通過微波諧振傳感器時(shí)，對(duì)微波諧振 傳感器產(chǎn)生微擾，諧振腔的諧振頻率將隨蒸汽濕度的變化而發(fā)生偏移這一規(guī)律， 用諧振腔將蒸汽濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的諧振腔諧振頻率信號(hào)，通過測(cè)量諧振 腔諧振頻率的偏移，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽濕度的測(cè)量。由于需要測(cè)量的參數(shù)少、不需要 抽取試樣、微波諧振傳感器環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因而同現(xiàn)有測(cè)量裝置相比，本發(fā)明 不僅在結(jié)構(gòu)上大大簡化，制造成本大大降低，而且操作十分簡單，測(cè)量精度高， 特別適合于在工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)汽輪機(jī)排汽濕度進(jìn)行在線檢測(cè)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2是電原理圖3是諧織的結(jié)構(gòu)示意歐
圖4是 圓筒的結(jié)構(gòu)示意圖5是圖4的左視圖6是圓環(huán)分割器的結(jié)構(gòu)示意圖7是圖6的左視圖8是中間圓簡的結(jié)構(gòu)示意圖9是圖8的左視；
圖10是調(diào)節(jié)套簡的結(jié)構(gòu)示意圖11是圖10的左視圖。
圖中##號(hào)為1、搬形圓簡，2、圓環(huán)分割器，3、中間圓簡，4、 波導(dǎo)， 5、定位螺釘，6、調(diào)節(jié)套簡、Ul、單片機(jī)，U2、壓控振蕩器，U3、定向耦合器， U4、環(huán)形器，U5、晶體振蕩器，U6、混頻器，Q、微波諧振傳感器，T、溫度傳感
器，D、檢波器，F(xiàn)、直流前置放大器，XS、顯示器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了 一種基于微波諧振腔微擾的汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量的全 新技術(shù)，該發(fā)明主要基于以下思想
汽輪機(jī)排汽是由干飽和蒸汽和大量的細(xì)小霧滴組成的汽-水混合物，由于 氣態(tài)水和液態(tài)水的介電常數(shù)差別很大，因此汽輪機(jī)排汽的濕度不同，其介電 常數(shù)也就不同。對(duì)于一定頻率的微波，在壓力、溫度一定的情況下，汽輪機(jī)排 汽的介電常數(shù)只決定于排汽的濕度，因此，可以通過測(cè)量汽輪機(jī)排汽的介電 常數(shù)來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)排汽濕度的測(cè)量。
微波諧振傳感器內(nèi)介質(zhì)介電常數(shù)的微小變化，將對(duì)諧振腔產(chǎn)生微擾，引起諧 振腔諧振頻率的改變，通過測(cè)量諧振腔諧振頻率的變化，可以測(cè)量諧振腔內(nèi)介質(zhì) 介電常數(shù)或其變化量。
在汽輪機(jī)正常運(yùn)行工況下，汽輪機(jī)排汽的濕度值及變化范圍不大，其介 電常數(shù)及變化很小，對(duì)于充滿汽輪機(jī)排汽的微波諧振傳感器，諧振腔內(nèi)排汽 濕度的變化將對(duì)微波諧振傳感器產(chǎn)生微擾。
本發(fā)明是利用具有一定濕度的汽輪機(jī)排汽通過微波諧振傳感器時(shí)，對(duì)微波諧 振傳感器產(chǎn)生微擾，諧振腔的諧振頻率將隨蒸汽濕度的不同發(fā)生偏移，通過測(cè)量 諧振腔諧振頻率的偏移，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽濕度的測(cè)量。
參看圖2，由單片機(jī)UIPO. 1端輸出的電壓控制信號(hào)送入壓控振蕩器U2的輸 入端RFin,控制壓控振蕩器U2發(fā)生的微波頻率，壓控振蕩器U2產(chǎn)生的微波 信號(hào)從其信號(hào)輸出端RFout經(jīng)同軸波導(dǎo)(UT250-50 )輸入定向耦合器U3，該 信號(hào)經(jīng)定向耦合器U3后分為兩路， 一路輸出信號(hào)由輸出端Rfoutl輸出，經(jīng) 過環(huán)行器U4、同軸波導(dǎo)、矩形同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器、矩形波導(dǎo)進(jìn)入兩端開口圓柱 形諧振腔Q，圓柱形諧振腔Q的反射微波信號(hào)再通過矩形波導(dǎo)、矩形同軸波導(dǎo) 轉(zhuǎn)換器、同軸波導(dǎo)返回環(huán)行器U4 (環(huán)形器的作用是使壓控振蕩器來的微波信號(hào) 不直接通往檢波器，該信號(hào)經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入波導(dǎo)輸入諧振腔，經(jīng)過諧振腔選頻 后，微波信號(hào)再返回環(huán)形器，進(jìn)入檢波器)后送入檢波器，檢波器的輸出信號(hào)
經(jīng)過直流放大器輸入單片機(jī)Ul (微波信號(hào)源的信號(hào)處理控制與控制器)的PO. 2 端，諧振腔Q的諧振頻率隨蒸汽濕度不同而變化，輸入單片機(jī)U1P0.2端的信 號(hào)隨蒸汽濕度變化，單片機(jī)輸入壓控振蕩器U2的電壓信號(hào)隨蒸汽濕度變化，使 壓控振蕩器U2產(chǎn)生的微波頻率隨蒸汽濕度(諧振腔Q的諧振頻率)變化。定 向耦合器U3的另一路輸出信號(hào)從其輸出端Rfout2送出，與高穩(wěn)晶體振蕩器 U5產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率混頻，混頻器U6Rfout端輸出的差頻信號(hào)(由于壓控振蕩器 U2的頻率與諧振腔Q的諧振頻率相同，該差頻信號(hào)的頻率實(shí)際上是高穩(wěn)晶體 振蕩器U5的振蕩頻率與諧振腔Q諧振頻率的差值，高穩(wěn)晶體振蕩器U5產(chǎn)生 的信號(hào)頻率不變，而諧振腔的諧振頻率隨蒸汽濕度變化，因此該差頻信號(hào)的 大小也就反映了通過諧振腔蒸汽濕度的大小，該差頻信號(hào)是作為反映蒸汽濕 度大小的測(cè)量信號(hào)輸入單片機(jī)的。)與蒸汽溫度傳感器T輸出的蒸汽溫度信號(hào) 一起送到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理，計(jì)算結(jié)果由顯示器XS輸出。
壓控振蕩器U2、定向耦合器U3、環(huán)行器U4、檢波器D、直流放大器F、 單片機(jī)U1、高穩(wěn)晶體振蕩器U5、混頻器U6布置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，兩端開口圓柱 形諧振腔Q、矩形波導(dǎo)、矩形同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器在機(jī)箱外，圓柱形諧振腔Q和環(huán) 行器U4由一穿過機(jī)箱的同軸波導(dǎo)連接。蒸汽溫度傳感器T固定于諧振腔Q的 出口端外壁處。
測(cè)量濕蒸汽濕度時(shí)，兩端開口圓柱形諧振腔Q的軸線與汽輪機(jī)排汽氣流方 向一致，讓濕蒸汽自由流過諧振腔。
各電路元器件的型號(hào)是Ul釆用常用單片機(jī)，U2采用MDR3100， 1)3采用 XB-DCL-90-10D， U4采用BQBIO， U5采用MDR6100， U6采用BHB7518，同軸波導(dǎo) 釆用UT250-50。
參看圖3，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(diào)節(jié) 套筒6構(gòu)成。楔形圓筒1進(jìn)氣端的壁面為楔形結(jié)構(gòu)，氣流進(jìn)口的圓環(huán)分割器固定 于娜圓簡1和中間圓簡3之間，氣流出口的圓環(huán)分割器固定于調(diào)節(jié)套簡6上。 具體實(shí)施時(shí)，圓簡形腔體以及其與圓環(huán)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(nèi)徑應(yīng)保持一致。
參看圖6、圖7,圓環(huán)分割器由三個(gè)等距離等厚度細(xì)網(wǎng)圓環(huán)組成，這種圓環(huán)形 細(xì)網(wǎng)分隔器結(jié)構(gòu)，既可以讓濕蒸汽兩相流自由通過諧振腔，汽流在通過諧振腔時(shí)
流動(dòng)阻力較小，又保證了諧振腔具有髙的品質(zhì)因數(shù)；諧振腔腔體與兩端的圓環(huán)分 隔器分別釆用不同膨脹系數(shù)的金屬材料，圓簡形諧振腔采用低膨脹系數(shù)材料，兩 端圓環(huán)分隔器釆用髙膨脹系數(shù)材料，根據(jù)釆用的兩種材料膨脹系數(shù)的不同，通過 設(shè)計(jì)兩端圓環(huán)分隔器伸入諧振腔的長度，使得當(dāng)被測(cè)濕蒸汽溫度變化時(shí)，諧振腔 腔體和兩端分隔器的膨脹對(duì)諧振腔諧振頻率的影響相互抵消，從而使得測(cè)量不受 蒸汽溫度變化的影響。
參看圖4、圖5，諧振腔的氣流流入端壁面為一 結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以使進(jìn) 入諧振腔的濕蒸汽兩相流參數(shù)與主流參數(shù)一致，沒有取樣偏差。
參看圖8、圖9,在諧振腔的圓簡形壁面中央開有一橢圓孔，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，諧振腔通過該橢圓孔與矩 形波導(dǎo)耦合，進(jìn)行微波信號(hào)傳輸。
參看圖10、圖11，調(diào)節(jié)套筒6用于調(diào)節(jié)諧振腔的長度，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套簡6可以 調(diào)節(jié)兩個(gè)圓環(huán)分割器之間的距離，調(diào)節(jié)諧振頻率，定位螺釘5用于將調(diào)節(jié)套簡6 與中間圓筒3固定。
測(cè)量濕蒸汽濕度時(shí)，諧振腔軸線與氣流方向一致，讓濕蒸汽自由流過諧振腔， 通過測(cè)量諧振腔諧振頻率的變化得出流過諧振腔的蒸汽濕度。
該裝置不需要抽吸取樣，也不需要對(duì)測(cè)量試樣加熱和對(duì)試纟M凝，減少了測(cè) 量環(huán)節(jié)提高了測(cè)量精度；測(cè)量裝置中的微波部分由環(huán)行波導(dǎo)混合電路組成的微帶 電路、具有匹配和偏壓電路的表面安裝檢測(cè)器二級(jí)管以及微帶傳導(dǎo)波導(dǎo)組成，系 統(tǒng)簡單。該裝置不怕污染，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，制造成本低，可以在線髙精度測(cè)量 汽輪機(jī)排汽濕度傻及其變化。
權(quán)利要求
1、一種汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，它由微波諧振傳感器(Q)、諧振頻率檢測(cè)電路、單片機(jī)(U1)和顯示器(XS)組成；所述微波諧振傳感器Q置于汽輪機(jī)排汽缸內(nèi)，其微波信號(hào)傳輸接口通過波導(dǎo)接諧振頻率檢測(cè)電路；所述諧振頻率檢測(cè)電路的控制端和輸出端接單片機(jī)(U1)，顯示器(XS)接單片機(jī)(U1)的PORT1接口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，所述諧振 頻率檢測(cè)電路由諧振頻率跟蹤電路和混頻電路組成，所述混頻電路由晶體振蕩器 (U5)和混頻器(U6)組成，混頻器(U6)的RFin2端接晶體振蕩器(U5)的Rfout端， Rfout端接單片機(jī)(Ul)的PO.O端，所述諧振頻率跟蹤電路由壓控振蕩器(U2)、定 向耦合器(U3)、環(huán)形器(U4)、檢波器(D)和直流前置放大器(F)組成，壓控振蕩器 (U2)的AFC端接單片機(jī)肌)的PO. 1端，Rfout端接定向耦合器(U3)的RFin端， 定向耦合器(U3)的Rfout2端接混頻器(U6)Rfinl端，環(huán)形器(U4)的一個(gè)接口接定 向耦合器(U3)的Rfoutl端， 一個(gè)接口接微波諧振傳感器(Q)， 一個(gè)接口依次經(jīng)檢 波器(D)和直流前，大器(F)接單片機(jī)(Ul)的PO. 2端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，所述微 波諧振傳感器(Q)為一個(gè)兩端開口、中間設(shè)有微波信號(hào)傳輸接口的圓簡形腔體，在 圓簡形腔體內(nèi)部的兩端分別設(shè)置一個(gè)圓環(huán)分隔器，所述圓環(huán)分隔器由l ~4個(gè)與圓 簡形腔體同軸的圓簡組成，其靠近圓簡形腔體端口的一端與圓簡形腔體連接，圓 環(huán)分隔器的膨脹系數(shù)比圓簡形腔體大。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，增設(shè)蒸 汽溫度傳感器(T)，所述蒸汽溫度傳感器(T)固定于諧振腔的出口端外壁處，其 信號(hào)輸出端接單片機(jī)(U1)的PO. 3端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，所述圓筒 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(diào)節(jié)套簡(6 )構(gòu)成， 所述楔形圓簡(1)的壁面為楔形結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)套簡(6)與中間圓簡間利用定 位螺釘(5 )進(jìn)行調(diào)整定位。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，所述圓環(huán) 分隔器由金屬細(xì)網(wǎng)構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，其特征是，所述連接 微波信號(hào)傳輸波導(dǎo)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。
全文摘要
一種汽輪機(jī)排汽濕度在線測(cè)量裝置，屬測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，用于解決蒸汽濕度在線檢測(cè)問題。其技術(shù)方案是，它由微波諧振傳感器、諧振頻率檢測(cè)電路、單片機(jī)和顯示器組成，所述微波諧振傳感器置于汽輪機(jī)排汽缸內(nèi)，其微波信號(hào)傳輸接口通過波導(dǎo)接諧振頻率檢測(cè)電路，所述諧振頻率檢測(cè)電路的控制端和輸出端接單片機(jī)的不同引腳，顯示器接單片機(jī)的PORT1接口。同現(xiàn)有測(cè)量裝置相比，本發(fā)明不僅在結(jié)構(gòu)上大大簡化，制造成本大大降低，而且操作十分簡單，測(cè)量精度高，特別適合于在工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)汽輪機(jī)排汽濕度進(jìn)行在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)F01D25/00GK101182787SQ200710185429
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者張淑娥, 楊再旺, 錢江波, 韓中合 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)