[实用新型]湿度测量探针

说明书

本实用新型涉及湿度测量探针的改进，特别是涉及用过热法测量湿蒸汽两相流的湿度测量探针的改进。

英国中央电业研究实验室(CERL)和比利时冯卡门流体力学研究所编的《透平和分离器中的两相流》(机械工业出版社，1983，1，北京)第256页公开了一种CERL湿度探针，该湿度探针前端为等动能取样器，对蒸汽加热的电加热器和其后面的混合段置于真空夹层内，末端设导管通冷凝取样装置，由于设置了真空夹层，对流散热损失明显减少。但是，辐射热损失不可避免，真空度10^-4bar的夹层内只是减少而不能全部避免对流热损失，因而降低了湿度测量的精度，《中国电力》1997年第10期16至19页公开了一种新的湿度探针，由探针本体和辅助系统两部分组成，探针本体有探针头部、工作段和排汽段组成，工作段包括加热段和混合段组成，由内管和外管组成，在加热段内管和外管分别绕有电阻薄膜，在内外管的管壁均等距设置四对对称布置的热电偶，内外管之间的连接部分为绝热性能良好的绝缘体。在排汽段的汽室有联接管通向凝汽器，辅助系统主要包括冷凝系统和真空系统。工作时，调节内管壁的加热功率，使湿蒸汽试样在工作段出口处达到干饱和或过热状态，调节外管壁加热功率使外管壁与内管壁温度一致，如果内外管壁温度一致，则完全避免了内外管间的对流散热和辐射散热损失，因此测量精度比CERL湿度探针显著提高。该湿度探针尚存在不足：首先，采用冷凝法测蒸汽流量，容器壁上总是要有少量凝结水收集不起来，因此所测蒸汽流量的精确度不高；其次，控制外管温度与内管温度一致，在实验室条件下可以实现，但在现场不易实现，加之调节有个过程，所谓一致也还存在允许误差，另外还存在轴向传热损失；第三，探针置于被测的高速蒸汽流中，高速蒸汽流在入口处受到干扰，即受到探针的阻力，压力可能降低，在绝热情况下，可能有部分水滴变成蒸汽，即所取之样较蒸汽流湿度减小(干扰了被测状态的真实性)；综上所述，该探针测量蒸汽湿度的精确度仍不够高，而且有辅助系统，结构复杂。

本实用新型的任务是提供一种测量精确度高、结构简单的湿度测量探针。

本实用新型的任务是通过下述技术方案完成的。湿度测量探针包括探针头部、工作段和尾部，工作段包括内管、外管、加热器、导压管和温度测量元件，工作段分为蒸发段和过热段两个区，内管为分开而串接的两段等截面管，位于前面(即湿蒸汽入口)的与探针头部相连接的为蒸发段内管，后面的与尾部连接的为过热段内管，两段内管之间为绝热材料的中间接头，从探针头部到尾部其内部呈等截面通道，在外管与内管之间是绝热材料层，蒸发段内管设有蒸发加热器，在蒸发段的绝热材料层中有至少一个蒸发段散热量测量元件，过热段内管设有过热加热器，在过热段的绝热材料层有至少一个过热段散热量测量元件(注：当散热量测量元件是温度测量元件时，至少一个即指至少一对)。在中间接头的同一横截面内设有中间导压管和中间温度测量元件，在尾部同一横截面内设有尾部导压管和尾部温度测量元件，在探针头部设有入口温度测量元件，各温度测量元件和散热量测量元件的信号引线、导压管的信号引线、加热器的电源线均引到探针外部。

探针内部的等截面通道(包括探针头部、蒸发段、中间接头、过热段和尾部)的横截面的形状为圆形、椭圆形、有较大圆角的矩形、矩形的两短边改为半圆的图形中的任一种；当探针内通道横截面为圆形时，蒸发加热器和过热加热器为内置式(在内管之内)或外置式(在内管之外)中的任一种，当探针内通道横截面为圆形以外的扁形时，蒸发加热器和过热加热器为外置式；蒸发段散热量测量元件和过热段散热量测量元件为单一的热流密度计或沿辐向布置的两个(即成对)温度测量元件中的任一种。

蒸发加热器和过热加热器可以是螺旋线圈、电阻薄膜或电热涂料中的任一种。

蒸发段散热量测量元件和过热段散热量测量元件分别是至少一组热流密度计，每组包括在同一横截面的至少一个热流密度计，当其为多个时各热流密度计与内管表面距离相等且沿周向均布。

蒸发段散热量测量元件和过热段散热量测量元件分别可以是至少一组温差测量元件，每组包括位于同一横截面内的至少一对温度测量元件，每对元件布置在同一辐射线上，当其为多对时沿周向均布，各对温度测量元件中靠内的元件与内管表面的距离相等，靠外的元件与内管表面的距离相等，绝热材料层是导热系数为已知的绝热材料。

所说的温度测量元件为热电偶或热电阻中的任一种。

当探针内部通道横截面为椭圆形时，其椭圆的短轴与长轴之比为0.25～0.5。可依探针长度最短或换热效果最好为目标函数确定，其使换热效果最好的最佳比值为0.28～0.31。