一種利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針及方法，包括硬同軸線外導(dǎo)體、取樣頭、端部連接件、外套管、后端蓋、導(dǎo)流管、調(diào)節(jié)閥、抽真空設(shè)備、T型定位支架、陶瓷套管、硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體、微波源、微波功率計、多孔剛玉棒、硬同軸線終端電阻及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明可以準(zhǔn)確的測量濕蒸汽的濕度。
【專利說明】一種利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種濕蒸汽濕度測量探針及方法，具體涉及一種利用微波硬同軸線的 濕蒸汽濕度測量探針及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 濕蒸汽作為一種工作介質(zhì)廣泛應(yīng)用于各種工程實踐中，特別是動力工程領(lǐng)域。例 如在汽輪機(jī)中，流動濕蒸汽不僅引起機(jī)組效率的下降，還對汽缸和葉片造成水蝕。測量汽輪 機(jī)中流動濕蒸汽的濕度（特別是排汽濕度）是汽輪機(jī)熱力試驗的重要內(nèi)容，也是評價機(jī)組 性能以及改進(jìn)機(jī)組設(shè)計的重要依據(jù)。
[0003] 汽輪機(jī)中濕度測量的方法主要是熱力法和光學(xué)法。熱力法無法測量流動濕蒸汽中 水滴的粒徑，但其依據(jù)熱平衡計算得到的濕度測量結(jié)果具有較高的精度，且測量裝置無需 標(biāo)定。光學(xué)法雖然能夠兼顧濕度和水滴粒徑的測量，但其本質(zhì)上是對流動濕蒸汽中數(shù)量巨 大且尺寸差異懸殊的水滴進(jìn)行統(tǒng)計得出的結(jié)果，一般認(rèn)為其測量精度低于熱力法。熱力法 和光學(xué)法各有優(yōu)缺點，目前都在發(fā)展中。
[0004] 各類熱力法測量方法中最有發(fā)展前途的是加熱法。目前公布的各種加熱法濕度測 量探針專利（如 85103642, 200410011148. 1，200420012591. 6, 201310073920. 1)，無一例外 均采用了電加熱的方式。采用電加熱方式加熱流動濕蒸汽只能憑借傳導(dǎo)、對流和輻射三種 熱能的傳播方式將熱量由電加熱體傳遞至蒸汽及蒸汽中攜帶的水滴；采用外加熱方式時還 需首先加熱管體，再將熱量傳遞到管體內(nèi)的濕蒸汽中。采用電加熱方式存在傳熱效率低、加 熱段長、產(chǎn)生熱耗散和熱慣性的環(huán)節(jié)多、加熱量的精確測量困難以及加熱元件易損壞等不 足，從而不能準(zhǔn)確地測量濕蒸汽的濕度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種利用微波硬同軸線的濕 蒸汽濕度測量探針及方法，該測量探針及方法可以準(zhǔn)確的測量濕蒸汽的濕度。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，其特 征在于，包括硬同軸線外導(dǎo)體、取樣頭、端部連接件、外套管、后端蓋、導(dǎo)流管、調(diào)節(jié)閥、抽真 空設(shè)備、T型定位支架、陶瓷套管、硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體、微波源、微波功率計、多孔剛玉棒、硬同 軸線終端電阻及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0007] 所述硬同軸線外導(dǎo)體的一端及取樣頭的一端均套接于端部連接件內(nèi)，且取樣頭 與硬同軸線外導(dǎo)體相連接，外套管的兩端分別套接于端部連接件上及后端蓋上，硬同軸線 外導(dǎo)體的另一端穿過后端蓋并通過密封填料密封，外套管與硬同軸線外導(dǎo)體之間設(shè)有保溫 層，導(dǎo)流管固定于硬同軸線外導(dǎo)體的側(cè)面，硬同軸線外導(dǎo)體的側(cè)面開設(shè)有若干通流孔，且硬 同軸線外導(dǎo)體的內(nèi)部通過所述通流孔與導(dǎo)流管的一端相連通，導(dǎo)流管的另一端通過調(diào)節(jié)閥 與抽真空設(shè)備相連接，T型定位支架由橫桿及豎桿組成，其中，豎桿的兩端分別與硬同軸線 外導(dǎo)體的內(nèi)壁相連接，橫桿套接于硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體一端內(nèi)，且陶瓷套管位于橫桿與硬同軸 線內(nèi)導(dǎo)體之間，硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體的另一端固定于密封填料上且與微波源及微波功率計相連 接，硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體與硬同軸線外導(dǎo)體之間形成了一個蒸汽流動通道，多孔剛玉棒位于硬 同軸線內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)，硬同軸線終端電阻為絲狀結(jié)構(gòu)，且硬同軸線終端電阻繞至于多孔剛玉棒 內(nèi)，硬同軸線終端電阻的兩端分別固定于硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體及硬同軸線外導(dǎo)體上，取樣頭另 一端的入口處及導(dǎo)流管內(nèi)均安裝有插入式溫度傳感器，導(dǎo)流管內(nèi)還安裝有總壓傳感器、靜 壓傳感器，外套管的內(nèi)壁面上與硬同軸線外導(dǎo)體的外壁面上均均勻設(shè)置有若干片形溫度傳 感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入端與總壓傳感器的輸出端、靜壓傳感器的輸出端、插入式溫度傳 感器的輸出端及片形溫度傳感器的輸出端相連接。
[0008] 所述豎桿的兩端與硬同軸線外導(dǎo)體的內(nèi)壁過盈配合連接；
[0009] 所述密封填料與硬同軸線外導(dǎo)體之間過盈配合連接。
[0010] 所述密封填料為聚四氟乙烯。
[0011] 所述硬同軸線終端電阻的電阻為50D。
[0012] 所述通流孔的數(shù)量為49個。
[0013] 本發(fā)明所述的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量方法包括以下步驟：
[0014] 微波源產(chǎn)生的微波在蒸汽流動通道內(nèi)傳播，待測量的濕蒸汽經(jīng)取樣頭進(jìn)入到蒸汽 流動通道內(nèi)并被微波加熱，未被濕蒸汽吸收的微波能量經(jīng)由硬同軸線終端電阻變?yōu)闊崃浚?并通過硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體對濕蒸汽加熱，經(jīng)加熱后的濕蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽，并通過通流孔進(jìn) 入到導(dǎo)流管內(nèi)，插入式溫度傳感器分別測量取樣頭入口處濕蒸汽的靜溫^及導(dǎo)流管內(nèi)過熱 蒸汽的靜溫t2，總壓傳感器與靜壓傳感器分別測量導(dǎo)流管內(nèi)過熱蒸汽的總壓g與靜壓p2， 微波功率計測量濕蒸汽吸收的熱量q;
[0015] 則蒸汽流動通道內(nèi)的能量平衡方程為：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，包括硬同軸線外導(dǎo)體 (8)、取樣頭（21)、端部連接件（1)、外套管（7)、后端蓋（23)、導(dǎo)流管（22)、調(diào)節(jié)閥（18)、抽 真空設(shè)備、T型定位支架（11)、陶瓷套管（12)、硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9)、微波源（5)、微波功率 計（4)、多孔剛玉棒（10)、硬同軸線終端電阻（13)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（3); 所述硬同軸線外導(dǎo)體（8)的一端及取樣頭（21)的一端均套接于端部連接件（1)內(nèi)，且 取樣頭（21)與硬同軸線外導(dǎo)體（8)相連接，外套管（7)的兩端分別套接于端部連接件（1) 上及后端蓋（23)上，硬同軸線外導(dǎo)體（8)的另一端穿過后端蓋（23)并通過密封填料（19) 密封，外套管（7)與硬同軸線外導(dǎo)體（8)之間設(shè)有保溫層（6)，導(dǎo)流管（22)固定于硬同軸線 外導(dǎo)體（8)的側(cè)面，硬同軸線外導(dǎo)體（8)的側(cè)面開設(shè)有若干通流孔（20)，且硬同軸線外導(dǎo)體 (8)的內(nèi)部通過所述通流孔（20)與導(dǎo)流管（22)的一端相連通，導(dǎo)流管（22)的另一端通過 調(diào)節(jié)閥（18)與抽真空設(shè)備相連接，T型定位支架（11)由橫桿及豎桿組成，其中，豎桿的兩 端分別與硬同軸線外導(dǎo)體（8)的內(nèi)壁相連接，橫桿套接于硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9) 一端內(nèi)，且陶 瓷套管（12)位于橫桿與硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9)之間，硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9)的另一端固定于密 封填料（19)上且與微波源（5)及微波功率計（4)相連接，硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9)與硬同軸線 夕卜導(dǎo)體⑶之間形成了一個蒸汽流動通道（2)，多孔剛玉棒（10)位于硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9) 內(nèi)，硬同軸線終端電阻（13)為絲狀結(jié)構(gòu)，且硬同軸線終端電阻（13)繞至于多孔剛玉棒（10) 內(nèi)，硬同軸線終端電阻（13)的兩端分別固定于硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9)及硬同軸線外導(dǎo)體（8) 上，取樣頭（21)另一端的入口處及導(dǎo)流管（22)內(nèi)均安裝有插入式溫度傳感器（17)，導(dǎo)流管 (22)內(nèi)還安裝有總壓傳感器（15)、靜壓傳感器（16)，外套管（7)的內(nèi)壁面上與硬同軸線外 導(dǎo)體（8)的外壁面上均均勻設(shè)置有若干片形溫度傳感器（14)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（3)的輸入端 與總壓傳感器（15)的輸出端、靜壓傳感器（16)的輸出端、插入式溫度傳感器（17)的輸出 端及片形溫度傳感器（14)的輸出端相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于， 所述豎桿的兩端與硬同軸線外導(dǎo)體（8)的內(nèi)壁過盈配合連接； 所述密封填料（19)與硬同軸線外導(dǎo)體（8)之間過盈配合連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，所 述密封填料（19)為聚四氟乙烯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，所 述硬同軸線終端電阻（13)的電阻為50Ω。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，所 述通流孔（20)的數(shù)量為49個。
6. -種利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1所述 的利用微波硬同軸線的濕蒸汽濕度測量探針，包括以下步驟： 微波源（5)產(chǎn)生的微波在蒸汽流動通道（2)內(nèi)傳播，待測量的濕蒸汽經(jīng)取樣頭（21)進(jìn) 入到蒸汽流動通道（2)內(nèi)并被微波加熱，未被濕蒸汽吸收的微波能量經(jīng)由硬同軸線終端電 阻（13)變?yōu)闊崃浚⑼ㄟ^硬同軸線內(nèi)導(dǎo)體（9)對濕蒸汽加熱，經(jīng)加熱后的濕蒸汽變?yōu)檫^熱 蒸汽，并通過通流孔（20)進(jìn)入到導(dǎo)流管（22)內(nèi)，插入式溫度傳感器（17)分別測量取樣頭 (21)入口處濕蒸汽的靜溫&及導(dǎo)流管（22)內(nèi)過熱蒸汽的靜溫t2，總壓傳感器（15)與靜壓 傳感器（16)分別測量導(dǎo)流管（22)內(nèi)過熱蒸汽的總壓S與靜壓p2，微波功率計（4)測量濕 蒸汽吸收的熱量q; 則蒸汽流動通道（2)內(nèi)的能量平衡方程為：
其中，qd為蒸汽在蒸汽流動通道⑵內(nèi)散失的熱量，u^u2分別為蒸汽流動通道（2) 的入口處及出口處蒸汽的流速，分別為蒸汽流動通道（2)入口處及出口處蒸汽的焓 值，m為蒸汽流動通道（2)中蒸汽的流量，則由式⑴得：
其中，蒸汽流動通道（2)出口處過熱蒸汽的焓h2根據(jù)導(dǎo)流管（22)內(nèi)過熱蒸汽的靜 壓P2及靜溫t2得到，根據(jù)導(dǎo)流管（22)內(nèi)過熱蒸汽的靜壓p2及靜溫七2得過熱蒸汽的密 度p2,W2=^2{ρ*2 -P2)/ρ2，U1=u2,m=p2u2A2,六2為導(dǎo)流管（22)的橫截面積，qd= 2πAL(Vt。)/In(CltZdi),L為蒸汽流動通道⑵的長度，d。為保溫層（6)的外徑，（Ii為保 溫層（6)的內(nèi)徑，M5Pt。分別為保溫層（6)內(nèi)壁及外壁的靜溫，λ為保溫層（6)所填充的 保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)； 由式（2)得蒸汽流動通道（2)入口處過熱蒸汽的焓Ill，根據(jù)過熱蒸汽的焓匕及取樣頭 (21)入口處濕蒸汽的靜溫^得取樣頭（21)入口處濕蒸汽的濕度。
【文檔編號】G01N25/62GK104458808SQ201410686897
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】李亮, 吳昕, 張安學(xué) 申請人:西安交通大學(xué)