專利名稱：電容式濕蒸汽濕度測量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電容式濕蒸汽濕度測量傳感器，與測量電路連接后，可用于鍋爐、汽輪機或其它蒸汽發(fā)生器中處于流動狀態(tài)下的濕蒸汽濕度的在線測量。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中常常需要測量水蒸氣的濕度。目前常用的測量方法主要有氯根法、熱力學法、光學法和示蹤劑法。
氯根法是一種化學方法，需要配制標準試劑，并分別對鍋水和蒸汽進行采樣、滴定、計算；熱力學法所包括的節(jié)流法、凝結(jié)法、加熱法、蒸汽-空氣混合法等，也要求對濕蒸汽的主汽流采樣，然后基于熱力學理論進行分析；上述兩大類方法均不能實現(xiàn)在線測量，耗時長，測量精度不但取決于測量環(huán)節(jié)，還受到試樣采集環(huán)節(jié)的影響。
光學測量法是基于光的散射原理，即光線通過含有細微顆粒的均勻介質(zhì)時，一部分光被散射，另一部分光被顆粒吸收。瑞士、美國、英國的一些公司均研制出了全散射式光學探針，用來測量蒸汽濕度。盡管實現(xiàn)了在線實時測量，但由于濕蒸汽流中水滴的大小不同，分布不均勻，致使測量結(jié)果具有很強的隨機性，往往低于真實值，而且對測量環(huán)境的要求十分嚴格(如，確保持光學窗口的潔凈，不能與油污和水接觸——這在實際測量中是很難實現(xiàn))，測量設備的造價也較高。
示蹤劑法需要在給水中添加示蹤劑，有些示蹤劑具有放射性；并要求在設備的多處相關(guān)部位間斷、重復采樣，離線分析，分析處理程序復雜；所用儀器(如原子吸收光譜分析儀)昂貴，操作過程復雜。對于具有放射性的示蹤劑，運輸、配置、注入和取樣都需要專門的人員和設備，運行成本昂貴。
利用電容的電容量取決于極板面積、極板間距和介質(zhì)的介電常數(shù)等物理特性制作的電容式傳感器在許多領(lǐng)域有著廣泛的應用，但未見用于蒸汽濕度的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于公開一種結(jié)構(gòu)簡單、測量結(jié)果準確、使用方便、價格低廉的電容式濕蒸汽濕度測量傳感器，與專用的測量電路配合使用可在線測定流動狀態(tài)下的濕蒸汽的濕度。
一種電容式濕蒸汽濕度測量傳感器，其主要結(jié)構(gòu)包括外筒體、內(nèi)筒體、定位絕緣隔板、接地極導線、測量極導線和法蘭盤。其中，外筒體的兩端焊接有法蘭盤，以便與待測濕蒸汽處的主管道連接；同軸線套裝的(4-8個)內(nèi)筒體的兩端插裝在2窄條長度與外筒內(nèi)徑相等的定位絕緣隔板(如酚醛層壓板)內(nèi)側(cè)的平行豁口中，以確保各層內(nèi)筒體壁具有相等的間距；內(nèi)、外筒體均由導電材料(例如不銹鋼)制作；接地極導線將外筒體和“相間”的內(nèi)筒體連接起來作為電容器的一個極板，測量極導線將另外的內(nèi)筒體連接起來作為電容器的另一個極板；接地極導線與測量極導線的引出部分與測量電路相連。
內(nèi)筒體(即電容極板)的個數(shù)、壁厚、筒的長度、直徑和筒壁間距以及連接法蘭盤的大小取決于流動濕蒸汽的溫度、壓力、速度、測量精度以及蒸汽管道直徑。
測量電路采用可調(diào)脈沖振蕩電路，由直流穩(wěn)壓電源、NE555芯片、電阻、電位器、濾波電容器組成。調(diào)節(jié)電位器阻值的大小，可調(diào)整電路輸出頻率的范圍。
電容式濕蒸汽濕度測量傳感器是利用不同濕度的蒸汽具有不同的介電常數(shù)，進而改變電容器的電容量等物理原理，并借助測量電路產(chǎn)生變化的頻率輸出，于是，建立起了輸出頻率與蒸汽濕度的單值對應關(guān)系。
使用本實用新型時需借助電容式濕蒸汽濕度測量傳感器兩端的法蘭盤與待測濕蒸汽主管道連接，讓濕蒸汽作為電容器的介質(zhì)從內(nèi)、外筒形成的間隙中流過，且將電容式濕蒸汽濕度測量傳感器的接地極導線接地，另一測量極導線與測量電路的觸發(fā)端相連，測量電路所需的電壓由直流穩(wěn)壓電源供給，而測量電路的輸出端與頻率計數(shù)器相連，即測量電路輸出的頻率值由頻率計數(shù)器顯示。
與現(xiàn)有的蒸汽濕度測量裝置相比，該測量系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(1)無需對蒸汽流進行采樣，實現(xiàn)了蒸汽濕度的在線測量；(2)可對高溫、高壓的蒸汽進行濕度測量；(3)對使用環(huán)境條件要求不高，測量過程穩(wěn)定可靠，測量結(jié)果精度高；(4)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，便于制造；(5)外部測量電路簡單，易于制作；(6)操作過程簡便，容易掌握；(7)設備造價較低；(8)測量成本較低；(9)安全、環(huán)保性好。


圖1電容式濕蒸汽濕度測量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖(主視圖)圖2電容式濕蒸汽濕度測量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖)圖3接入電容式濕蒸汽濕度測量傳感器的測量電路示意圖圖4蒸汽濕度測量系統(tǒng)框圖具體實施方式
下面給出本實用新型的優(yōu)選設計方案，并結(jié)合附圖加以說明。
如圖1、2所示，電容式濕蒸汽濕度測量傳感器的主要結(jié)構(gòu)包括外筒體1、內(nèi)筒體2、定位絕緣隔板3、接地極導線4、測量極導線5和法蘭盤6。其中，外筒體1的兩端焊接有法蘭盤6，以便連接在待測濕蒸汽處的主管道中；同軸線套裝的8個內(nèi)筒體2的兩端插裝在兩窄條長度與外筒體內(nèi)徑相等的定位絕緣隔板3(如，酚醛層壓板等)內(nèi)側(cè)的平行豁口中，以確保各層內(nèi)筒體2的壁具有相等的間距；內(nèi)、外筒體2、1均由導電材料(例如不銹鋼等)制作；接地極導線4將外筒體1和“相間”的內(nèi)筒體2連接起來作為電容器的一個極板，測量極導線5將另外的內(nèi)筒體2連接起來作為電容器的另一個極板；接地極導線4與測量極導線5的引出部分分別與大地和測量電路相連(參見圖3、4)。
內(nèi)筒體2的個數(shù)、壁厚、筒的長度、直徑和筒壁間距以及連接法蘭盤6的大小取決于流動濕蒸汽的溫度、壓力、速度、測量精度以及蒸汽主管道直徑。
如圖3所示，測量電路為可調(diào)脈沖振蕩電路，由直流穩(wěn)壓電源、NE555芯片9、電阻7、電位器8、濾波電容器10組成。調(diào)節(jié)電位器8的阻值大小，可調(diào)整電路輸出頻率的范圍。
如圖4所示，使用本實用新型時需借助電容式濕蒸汽濕度測量傳感器01兩端的法蘭盤與待測濕蒸汽主管道00連接，讓濕蒸汽作為電容器的介質(zhì)從內(nèi)、外筒形成的間隙中流過，且將電容式濕蒸汽濕度測量傳感器01的接地極導線4接地，另一測量極導線5端部與測量電路02的觸發(fā)端相連，測量電路02所需的電壓由直流穩(wěn)壓電源04供給，而測量電路02的輸出端與頻率計數(shù)器03相連，即測量電路02的輸出頻率值由頻率計數(shù)器03顯示。
與現(xiàn)有的蒸汽濕度測量裝置相比，該測量系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(1)無需對蒸汽流進行采樣，實現(xiàn)了蒸汽濕度的在線測量；(2)可對高溫、高壓的蒸汽進行濕度測量；(3)對使用環(huán)境條件要求不高，測量過程穩(wěn)定可靠，測量結(jié)果精度高；(4)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，便于制造；(5)外部測量電路簡單，易于制作；(6)操作過程簡便，容易掌握；(7)設備造價較低；(8)測量成本較低；(9)安全、環(huán)保性好。
權(quán)利要求1.一種電容式濕蒸汽濕度測量傳感器，其特征在于它包括外筒體(1)、內(nèi)筒體(2)、定位絕緣隔板(3)、接地極導線(4)、測量極導線(5)和法蘭盤(6)；其中，外筒體(1)的兩端焊接有法蘭盤(6)；同軸線套裝的內(nèi)筒體(2)的兩端插裝在兩窄條長度與外筒體(1)內(nèi)徑相等的定位絕緣隔板(3)內(nèi)側(cè)的平行豁口中；接地極導線(4)將外筒體(1)和相間的內(nèi)筒體(2)連接起來，測量極導線(5)將另外的內(nèi)筒體(2)連接起來。
專利摘要一種電容式濕蒸汽濕度測量傳感器，與專用的測量電路連接后，可用于鍋爐、汽輪機或其它蒸汽發(fā)生器中處于流動狀態(tài)下的濕蒸汽濕度的在線測量。它兩端的法蘭盤用于與待測濕蒸汽處的主管道連接；內(nèi)筒體同軸線套裝，2窄條定位絕緣隔板用于確保各層內(nèi)筒體壁具有相等的間距；接地極導線將外筒體和“相間”的內(nèi)簡體連接起來作為電容器的一個極板，測量極導線將另外的內(nèi)筒體連接起來作為電容器的另一個極板。與現(xiàn)有的蒸汽濕度測量裝置相比，使用本實用新型和專用的測量系統(tǒng)具有可在線測量、對使用環(huán)境條件要求不高、測量過程穩(wěn)定可靠、測量結(jié)果精度高、結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、操作簡便、測量成本較低、安全、環(huán)保性好等諸多優(yōu)點。
文檔編號G01N27/22GK2811996SQ200520021459
公開日2006年8月30日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者龐鳳閣, 寧德亮, 田瑞峰, 譚思超 申請人:哈爾濱工程大學