專利名稱：用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對蒸汽濕度進(jìn)行精確在線檢測的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，屬測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
濕蒸汽是干飽和水蒸汽和飽和水滴兩相共存的汽液混合物?；痣娬灸狡啓C(jī)低壓缸的末幾級和水冷堆核電汽輪機(jī)的全部級都工作在濕蒸汽區(qū)，隨著蒸汽濕度的增加， 濕蒸汽給汽輪機(jī)帶來兩方面的問題一是產(chǎn)生較大的濕汽損失，使?jié)裾羝壍男蚀蟠蟮陀诟烧羝?；二是濕蒸汽中的水分會對汽輪機(jī)動葉產(chǎn)生侵蝕與沖擊，甚至發(fā)生斷裂，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。同時(shí)，蒸汽濕度的準(zhǔn)確測量，也有助于確定汽輪機(jī)低壓缸的運(yùn)行效率，了解濕蒸汽區(qū)級的工作狀態(tài)，為汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供指導(dǎo)以及為汽輪機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供參考。因此，汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽濕度的準(zhǔn)確測量具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。目前，測量蒸汽濕度的方法主要有熱力學(xué)法、光學(xué)法、微波法等，上述方法的檢測機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)簡述如下
熱力學(xué)法包括節(jié)流法、凝結(jié)法、蒸汽-空氣混合法和加熱法，熱力學(xué)法測量蒸汽濕度時(shí)都需要從汽輪機(jī)末級主流中抽取試樣，測量結(jié)果受取樣影響較大，而且測量參數(shù)多，裝置復(fù)雜，累積誤差大，精度不高。光學(xué)法測量蒸汽濕度是建立在光的散射基礎(chǔ)之上的，光束通過含有細(xì)微顆粒的均勻介質(zhì)時(shí)，受到水滴光散射效應(yīng)的影響，一部分會產(chǎn)生散射，另一部分會被顆粒吸收。通過測量濕蒸汽對光的散射或衰減從而求出濕蒸汽中水滴尺寸、數(shù)量和蒸汽濕度。光學(xué)法測量濕度受波長的限制，只能測量直徑較小的一次水滴的數(shù)目和分布特征，測量結(jié)果必然低于真實(shí)值。測量探針的光窗口必須置于氣流中，光窗口不可避免會沉積水膜和污染，所以該方法無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)長期監(jiān)測。微波法測量蒸汽濕度，一定壓力(溫度)下，濕蒸汽的濕度不同其介電常數(shù)也就不同，而且兩者一一對應(yīng)，因此，可以通過測量微波諧振腔內(nèi)濕蒸汽的介電常數(shù)來檢測濕蒸汽的濕度。水分子是一種極性很強(qiáng)的偶極子，在外電場作用下，水的極化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它物質(zhì)。不同形態(tài)的水，其介電常數(shù)差別很大，常溫下干水蒸汽的介電常數(shù)接近1，液態(tài)水的介電常數(shù)約為80。汽輪機(jī)內(nèi)濕蒸汽是由氣態(tài)水和液態(tài)水組成的混合物，液態(tài)水是由均勻散布的細(xì)小水滴組成的。其中，大部分是通過自發(fā)凝結(jié)增長過程形成的直徑為0. 01 μ m 2 μ m 的一次水滴，這部分水滴的數(shù)量巨大(可達(dá)IO7個(gè)/cm3)，占濕蒸汽中液相質(zhì)量的90%以上， 其余水分為直徑較大二次水滴(10 μ m 200 μ m)。在微波頻段，電磁波波長不同，汽液兩相所占的比例不同，混合物表現(xiàn)的介電性質(zhì)也就不同。因此，一定微波頻率和一定壓力(溫度) 的濕蒸汽的等效復(fù)介電常數(shù)的大小也就反映了蒸汽濕度的大小，可以通過測量濕蒸汽的等效復(fù)介電常數(shù)來間接測量蒸汽的濕度。基于此思想，利用微波諧振腔微擾技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽濕度的實(shí)時(shí)測量。
諧振腔一般采用金屬加工而成，諧振腔的諧振頻率由腔體的結(jié)構(gòu)、尺寸和填充介質(zhì)的性質(zhì)決定。蒸汽濕度測量傳感器一般采用易于加工的圓柱形諧振腔。如果諧振腔的結(jié)構(gòu)、尺寸一定，當(dāng)濕蒸汽的壓力(溫度)已知時(shí)，濕蒸汽濕度不同，其介電特性也不同，當(dāng)濕蒸汽流過諧振腔，諧振腔的諧振頻率會發(fā)生相應(yīng)變化，通過監(jiān)測濕蒸汽的壓力(溫度)和諧振腔的諧振頻率的變化，就可以間接得到濕蒸汽的濕度變化。諧振腔結(jié)構(gòu)尺寸的變化同樣會引起諧振頻率的變化，當(dāng)測試環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，由于熱脹冷縮，腔體尺寸會發(fā)生變化，進(jìn)而引起諧振頻率變化，影響蒸汽濕度的測量。如果不采用溫度補(bǔ)償措施，則溫度變化對諧振頻率和濕度測量的影響如圖6所示。(注頻率變化
4/ = /-/0 ；溫度變化Ar = r-rQ。)圖中曲線由上而下依次為采用因瓦合金、不銹鋼、紫
銅、硬鋁材料加工的諧振腔的溫度頻率特性，由于溫度變化引起材料熱膨脹，腔體尺寸變化引起的頻率波動要比蒸汽濕度變化引起的頻率變化大很多。而且，汽輪機(jī)排汽溫度是隨著環(huán)境溫度、運(yùn)行負(fù)荷變化而波動的，幅度可以達(dá)到5-10°C。因此，需要對諧振腔進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則濕度測量結(jié)果是沒有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述已有技術(shù)之缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、成本低廉的用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器。本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的
一種用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，其特別之處是它由氣流入口螺母、 前端隔離器、諧振腔腔體、彈性件、后端隔離器、高熱膨脹率環(huán)和后端調(diào)節(jié)筒組成，其中，氣流入口螺母、后端調(diào)節(jié)筒分別與諧振腔腔體的兩端螺紋旋合形成筒形結(jié)構(gòu)，所述前端隔離器、后端隔離器分別位于上述筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩側(cè)，前端隔離器、后端隔離器內(nèi)部設(shè)置格柵、 外部設(shè)有環(huán)形凸臺，所述彈性件位于后端隔離器與諧振腔腔體之間、其兩端分別觸壓兩件， 所述高膨脹率環(huán)位于后端隔離器環(huán)形凸臺與后端調(diào)節(jié)筒之間。上述用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，所述氣流入口螺母、前端隔離器、諧振腔腔體、后端隔離器、后端調(diào)節(jié)筒為熱膨脹系數(shù)相同的材料，高熱膨脹率環(huán)的熱膨脹系數(shù)比上述部件的熱膨脹系數(shù)大10倍以上。上述用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，所述氣流入口螺母前部外表面
為一曲面，該曲面與軸向平面交線為反正切函數(shù)曲線，其規(guī)律滿足
權(quán)利要求
1.一種用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，其特征在于它由氣流入口螺母 (1)、前端隔離器(2)、諧振腔腔體(3)、彈性件(4)、后端隔離器(5)、高熱膨脹率環(huán)(6)和后端調(diào)節(jié)筒(7)組成，其中，氣流入口螺母(1)、后端調(diào)節(jié)筒(7)分別與諧振腔腔體(3)的兩端螺紋旋合形成筒形結(jié)構(gòu)，所述前端隔離器(2)、后端隔離器(5)分別位于上述筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩側(cè)，前端隔離器、后端隔離器內(nèi)部設(shè)置格柵、外部設(shè)有環(huán)形凸臺，所述彈性件(4)位于后端隔離器與諧振腔腔體之間、其兩端分別觸壓兩件，所述高膨脹率環(huán)(6)位于后端隔離器環(huán)形凸臺與后端調(diào)節(jié)筒之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，其特征在于 所述氣流入口螺母(1)、前端隔離器(2)、諧振腔腔體(3)、后端隔離器(5)、后端調(diào)節(jié)筒(7) 為熱膨脹系數(shù)相同的材料，高熱膨脹率環(huán)(6)的熱膨脹系數(shù)比上述部件的熱膨脹系數(shù)大10 倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，其特征在于 所述氣流入口螺母(1)前部外表面為一曲面，所述曲面與軸向平面交線為反正切函數(shù)曲線； 其規(guī)律滿足SS Xy = ~ ar Ctan ( χ J * π其中，Cr，y)為曲線上的點(diǎn)，δ為入口螺母壁厚，ζ的取值范圍為[-a，a]，其中a的取值為5“S(5/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，其特征在于所述彈性件(4)為彈簧或彈性墊圈。
全文摘要
一種用于蒸汽濕度測量的溫度自補(bǔ)償微波傳感器，它由氣流入口螺母、前端隔離器、諧振腔腔體、彈性件、后端隔離器、高熱膨脹率環(huán)和后端調(diào)節(jié)筒組成，氣流入口螺母、后端調(diào)節(jié)筒分別與諧振腔腔體的兩端螺紋旋合形成筒形結(jié)構(gòu)，前端隔離器、后端隔離器分別位于上述筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩側(cè)，前端隔離器、后端隔離器內(nèi)部設(shè)置格柵、外部設(shè)有環(huán)形凸臺，彈性件位于后端隔離器與諧振腔腔體之間、其兩端分別觸壓兩件，高膨脹率環(huán)位于后端隔離器環(huán)形凸臺與后端調(diào)節(jié)筒之間。本發(fā)明當(dāng)測試環(huán)境溫度變化時(shí)，利用不同部件的熱膨脹系數(shù)差異，保證諧振頻率基本不變，使得濕度測量不受蒸汽溫度變化的影響。
文檔編號G01N22/04GK102253059SQ20111016953
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者錢江波, 韓中合 申請人:華北電力大學(xué)(保定)