[发明专利]用于蒸汽湿度检测的微波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸汽湿度传感器，可对蒸汽湿度进行精确在线检测，属测试技术领域。

背景技术

蒸汽湿度对汽轮机的安全性能和经济运行性能都有着重要影响，因此有必要对汽轮机排汽湿度进行在线监测。现有蒸汽湿度测量方法主要分为两类，既热力学法和光学法。其中，热力学法又分为节流法、凝结法、蒸汽-空气混合法和加热法，各种方法的监测机理及优缺点如下：

节流法的原理是将抽取的试样节流到较低的压力，使节流后的蒸汽处于过热状态，根据节流前后焓值不变条件求出抽取试样蒸汽的湿度值。节流法的缺点是不宜用来测定低压区及湿度大于8％的湿蒸汽(一般凝汽式汽轮机的排汽压力较低，湿度在6～12％范围)。另外，热损失和湿蒸汽膨胀后不能完全混合还会影响测量的准确性。

凝结法是将被抽取的湿蒸汽试样在冷凝器中凝结成水，根据冷凝器中冷却水吸收的蒸汽凝结热量计算出所抽取试样的湿度。这种方法需要对湿蒸汽的取样流量、冷却水量、水温等多个参数进行测量，可能会产生较大的测量累积误差，同时散热损失也会影响测量的准确性，故测量精度较低。

蒸汽-空气混合法是将被抽取的试样在一混合室中与外界引入的干空气在绝热条件下混合，根据质能守恒方程，求出抽取试样的湿度。测量时，要求保证湿蒸汽与干空气混合后，空气中的水分含量尚未达到饱和，因此需要大量的热空气，这就要求在测量现场配置一台容量很大的真空泵，因此限制了在现场的应用。

加热法是将抽取的饱和湿蒸汽试样加热到干饱和状态或过热状态，测量出蒸汽试样的流量，根据试样的吸热量以及加热前后试样热力参数的变化，计算出蒸汽的湿度。加热法需要对取样流量、加热量、蒸汽参数等多个参数进行测量，测量累积误差和散热损失会影响测量精度。

总而言之，上述各种热力学法，测量时都需要从汽轮机内的主汽流中抽取部分试样，不仅测量环节多，而且测量装置复杂，测量精度低。

光学法测量蒸汽湿度是建立在光的散射原理基础上的，当光线通过含有水滴的湿蒸汽流时，受蒸汽中水滴光散射效应的影响，一部分光线产生散射现象，因此透射光强小于入射光强，通过测量湿蒸汽对光的散射或衰减从而求出湿蒸汽中水滴直径、水滴数量及蒸汽湿度。

光学测量法不需抽吸取样，需要测量的参数也少，操作较简便。其缺点有两个：第一，光学法成功的关键之一在于保持光学窗口的洁净，目前普遍采用通暖空气来保持窗口表面不与油污和水接触，如果光学窗口较长时间暴露在测量汽流中，其表面受到污染是难以避免的，对测量环境的严格要求限制了其在实际中的应用；第二，光学法测量蒸汽湿度时，需要对一次水滴和二次水滴分别测量，一次水滴的测量技术已较成熟，但对二次水滴还没有成熟的测量技术。如仅对一次水滴测量，忽略湿汽中的二次水滴，由于水滴的质量与直径成三次方的关系，其测量结果必然低于真实值。即使可以对二次水滴测量，由于光学测量窗口很小，而二次水滴分布的不均匀性又很大，将可能由于取样偏差，使测量结果存在较大误差。

总之，现有的蒸汽湿度测量方法及其测量装置都存在着严重不足，设计一种结构简单、环境适应能力强、制造成本低廉、性能优良的蒸汽湿度传感器，用以检测蒸汽湿度，对提高汽轮机的安全性和经济性是十分必要的。

发明内容

本发明用于克服现有技术的缺陷、提供一种结构简单、测量精度高，环境适应能力强的用于蒸汽湿度检测的微波传感器。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种用于蒸汽湿度检测的微波传感器，它包括一个两端开口、中间设有微波信号传输接口的圆筒形腔体，在圆筒形腔体内部的两端分别设置一个圆环分隔器，所述圆环分隔器由1～4个与圆筒形腔体同轴的圆筒组成，它们靠近圆筒形腔体端口的一端与圆筒形腔体连接，圆环分隔器的膨胀系数比圆筒形腔体大。

上述用于蒸汽湿度检测的微波传感器，所述圆筒形腔体气流流入端的壁面为楔形结构。

上述用于蒸汽湿度检测的微波传感器，所述圆环分隔器由金属细网构成。

上述用于蒸汽湿度检测的微波传感器，所述圆筒形腔体由依次通过螺纹连接的楔形圆筒1、中间圆筒3和调节套筒6构成，所述楔形圆筒1的壁面为楔形结构，所述调节套筒6与中间圆筒间利用定位螺钉5予以固定。

上述用于蒸汽湿度检测的微波传感器，所述连接微波信号传输波导的接口为椭圆孔，椭圆孔长短轴半径比为1∶0.4，椭圆孔的长轴与谐振腔轴线方向相同。