一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)由信號(hào)處理及控制器、TE111模模塊、TE011模模塊、壓力計(jì)和溫度計(jì)組成；TE111模模塊和TE011模塊結(jié)構(gòu)相同，分別在TE111模式和TE011模式下工作；壓力計(jì)和溫度計(jì)的輸出端接信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)輸入端，信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)控制輸出端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應(yīng)輸入端，其輸入端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應(yīng)輸出端。本實(shí)用新型采用四通道雙模諧振模式工作，快速、準(zhǔn)確測量濕蒸汽濕度，消除水膜厚度及環(huán)境溫度引起的測量誤差，提高濕度測量精度。
【專利說明】
一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，尤其是一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕 度測量系統(tǒng)，屬于汽輪機(jī)蒸汽濕度在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于汽輪機(jī)末幾級(jí)的濕蒸汽狀態(tài)，濕度過大會(huì)腐蝕葉片表面，濕度不同，造成的這 種水蝕程度也就不同。所以從汽輪機(jī)運(yùn)行效率的角度，以及從葉片水蝕程度的角度，在線精 確測定濕蒸汽的濕度對(duì)汽輪機(jī)的長期穩(wěn)定性及其壽命具有重大意義。目前國內(nèi)外用于汽輪 機(jī)內(nèi)流動(dòng)濕蒸汽濕度的測量方法主要是熱力學(xué)法、光學(xué)法、CCD成像法及微波金屬圓柱波導(dǎo) 微擾法。
[0003] 熱力學(xué)法是從汽輪機(jī)的排汽中抽取部分汽體樣本，引向測量段進(jìn)行處理，由于熱 力學(xué)濕度法濕度測量裝置的體積較大，只適用于在測量汽輪機(jī)排汽濕度等具有較大蒸汽空 間的場合使用，不能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽濕度的在線測量。
[0004] 光學(xué)法濕度測量依據(jù)的原理是當(dāng)光線通過含有細(xì)微顆?；蜢F滴的介質(zhì)時(shí)將產(chǎn)生 散射現(xiàn)象?？芍苯訙y出蒸汽中水滴的粒徑分布，裝置的外形尺寸小，對(duì)被測汽流的狀態(tài)無干 擾等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)用中要保證光學(xué)窗口的潔凈、不結(jié)露，測量結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)高。
[0005] CCD成像法采用圖像處理技術(shù)，顯微視頻技術(shù)和微粒圖像速度儀測量汽輪機(jī)中蒸 汽濕度和水滴直徑，但設(shè)備造價(jià)高，在準(zhǔn)確度等方面需進(jìn)一步的提高。
[0006] 微波金屬圓柱波導(dǎo)微擾法是微波諧振腔的微擾，其工作原理是:微波諧振腔內(nèi)介 質(zhì)介電常數(shù)的微小變化，將對(duì)諧振腔產(chǎn)生微擾，引起諧振腔諧振頻率的改變，通過測量諧振 腔諧振頻率的變化，可以測量諧振腔內(nèi)介質(zhì)介電常數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽濕度的在線測量。
[0007] 汽輪機(jī)濕蒸汽是由干飽和蒸汽和大量的細(xì)小霧滴組成的汽-水混合物，由于氣態(tài) 水和液態(tài)水的介電常數(shù)差別很大，因此汽輪機(jī)排汽的濕度不同，其介電常數(shù)也就不同。對(duì)于 一定頻率的微波場，在壓力、溫度一定的情況下，汽輪機(jī)濕蒸汽的介電常數(shù)只決定于濕蒸汽 的濕度，因此，可以通過測量汽輪機(jī)濕蒸汽的介電常數(shù)來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)濕蒸汽濕度的測量。
[0008] 濕蒸汽濕度傳感器采用的是圓柱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，為了讓濕蒸汽流過諧振腔，諧振腔兩 端開有圓環(huán)縫隙。諧振腔采用全金屬結(jié)構(gòu)，長時(shí)間工作在濕蒸汽狀態(tài)，諧振腔內(nèi)表面會(huì)形成 一層水膜，使諧振腔諧振頻率發(fā)生偏移，從而使測量結(jié)果產(chǎn)生偏差?？梢姡?duì)蒸汽濕度 測量系統(tǒng)的精確度會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此有必要對(duì)水膜厚度進(jìn)行測量，消除水膜厚度對(duì) 測量結(jié)果帶來的測量誤差，提高濕度測量精度。
[0009] 目前，國內(nèi)外對(duì)諧振腔內(nèi)表面形成的水膜層厚度測量還未見文獻(xiàn)報(bào)道，目前微波 諧振腔濕度測量中大多使用一個(gè)諧振腔作為濕度傳感器，稱為單腔測量系統(tǒng)，單腔測量系 統(tǒng)對(duì)微波源的頻率穩(wěn)定度要求較高，而且無法消除諧振腔體熱膨脹因素的影響;個(gè)別學(xué)位 論文報(bào)道使用兩個(gè)諧振腔作為濕度傳感器，稱為雙腔測量系統(tǒng)，雙腔測量系統(tǒng)對(duì)微波源的 頻率穩(wěn)定度要求不是很高，而且消除了諧振腔體熱膨脹因素的影響，但目前的雙腔測量系 統(tǒng)沒有考慮諧振腔內(nèi)表面形成的一層水膜對(duì)測量結(jié)果帶來的測量誤差，影響了測量精度； 因此，迫切需要研究一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠消除水膜厚度引起的測量誤差的測量方法，提高濕 度測量精度，滿足在線監(jiān)測汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽濕度測量的要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本實(shí)用新型提出一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕 度測量系統(tǒng)。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0012] 一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，包括信號(hào)處理器及控制器、TEm模式 模塊、TEqii模式模塊;所述TEm模式模塊、TEqii模式模塊結(jié)構(gòu)相同，分別在TEm模式和TEon 模式下工作;所述信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)控制輸出端分別接TEm模式模塊、TEqii模式模 塊的相應(yīng)輸入端，其輸入端分別接TEm模式模塊、TEqii模式模塊的相應(yīng)輸出端；
[0013]所述TEm模式模塊由第一掃頻信號(hào)源、第一隔離器、第一功率分配器、第一測量諧 振腔、第一參考諧振腔、第一參考通道和第一測量通道組成;所述第一掃頻信號(hào)源的輸入端 接信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)輸出端，在信號(hào)處理及控制器控制下生成掃頻信號(hào)，掃頻信號(hào) 經(jīng)第一隔離器輸入第一功率分配器，所述第一功率分配器輸出的第一路信號(hào)和第二路信號(hào) 分別經(jīng)第一測量通道和第一參考通道輸出至信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)輸入端；
[0014]所述第一測量通道由第一環(huán)形器、第一檢波器組成；所述第一功率分配器輸出的 一路信號(hào)依次經(jīng)第一環(huán)形器、第一檢波器輸出至信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)輸入端，另一路 信號(hào)輸出至第一微波測量諧振腔;所述第一參考通道由第二環(huán)形器、第二檢波器組成;所述 第二環(huán)形器的相應(yīng)輸出端與第一參考諧振腔連接；
[0015] 所述第一參考諧振腔與第一測量諧振腔為尺寸相同的圓柱波導(dǎo)諧振腔，所述第一 參考諧振腔為封閉腔，充滿干飽和蒸汽;所述第一測量諧振腔為非封閉腔，允許待測蒸汽自 由通過;所述第一掃頻信號(hào)源的頻率掃描范圍由第一測量諧振腔的諧振頻率決定，所述第 一測量諧振腔的諧振頻率f〇 2為：
[0016]
( 1 )
[0017] 式中，c為光速，a為第一測量諧振腔的半徑，1為諧振腔的長度，&"為濕蒸汽的相 對(duì)介電常數(shù)均值；
[0018] 所述TEm模式模塊由第二掃頻信號(hào)源、第二隔離器、第二功率分配器、第三環(huán)形 器、第三檢波器、第四環(huán)形器、第四檢波器、第二測量諧振腔、第二參考諧振腔組成;所述第 二掃頻信號(hào)源的頻率掃描范圍由的諧振頻率決定，所述第二測量諧振腔(15)的諧振頻率f 04 為：
[0019； ( 2 )
[0020] 式中，c，a，1，^^的取值與（1)式相同。
[0021]進(jìn)一步，所述的雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)還包括壓力計(jì)和溫度計(jì);所 述壓力計(jì)和溫度計(jì)的輸出端接信號(hào)處理及控制器的相應(yīng)輸入端。
[0022] 進(jìn)一步，所述第一掃頻信號(hào)源和第二掃頻信號(hào)源均為DDS掃頻信號(hào)源，其頻率掃描 范圍分別為5.3G-5.7G和9.3G-9.7G。本實(shí)用新型的有益效果在于：
[0023] 1、本實(shí)用新型圓柱波導(dǎo)諧振腔雙模諧振四通道模式工作，使每個(gè)微波元器件工作 在窄帶情況下，成本低；
[0024] 2、本實(shí)用新型采用四通道模式工作，有效抵消蒸汽溫度引起的金屬熱膨脹。利用 圓柱波導(dǎo)諧振腔在一個(gè)工作模式下諧振頻率的偏移與水膜厚度成線性變化的規(guī)律，在另一 個(gè)工作模式下諧振頻率的偏移與水膜厚度成三次多項(xiàng)式的變化規(guī)律，通過多項(xiàng)式擬合技 術(shù)，解決了解析表達(dá)式需要求解含有貝塞爾函數(shù)積分的方程，難于求解、計(jì)算復(fù)雜且計(jì)算量 大的問題；
[0025] 3、本實(shí)用新型實(shí)際測試時(shí)，根據(jù)存儲(chǔ)的擬合公式，快速、準(zhǔn)確測量濕蒸汽濕度傳感 器內(nèi)壁水膜厚度，進(jìn)而快速、準(zhǔn)確測量水膜對(duì)濕度測量引入的誤差，使用方便；
[0026] 4、本實(shí)用新型解決了濕度傳感器內(nèi)表面水膜厚度及環(huán)境溫度變化對(duì)汽輪機(jī)濕蒸 汽濕度的測量影響，快速、準(zhǔn)確測量濕蒸汽濕度傳感器內(nèi)壁水膜厚度，消除水膜厚度及金屬 熱膨脹對(duì)測量結(jié)果帶來的測量誤差，提高了濕度測量精度。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型中測量系統(tǒng)的原理框圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型中測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0029]圖3是TEm模式下水膜厚度與諧振頻率偏移的關(guān)系圖；
[0030]圖4是TEon模式下諧振頻率偏移與水膜厚度的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】 [0031] 實(shí)施例1:
[0032]如圖1所示，一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，由信號(hào)處理器及控制器1、 TEm模式模塊、TEm模式模塊、壓力計(jì)20和溫度計(jì)21組成;所述TEm模式模塊、TEm模式模 塊結(jié)構(gòu)相同，分別在TEm模式和TEm模式下工作;所述壓力計(jì)20和溫度計(jì)21的輸出端接信 號(hào)處理及控制器1的相應(yīng)輸入端，所述信號(hào)處理及控制器1的相應(yīng)控制輸出端分別接TEm模 式模塊、TEm模式模塊的相應(yīng)輸入端，其輸入端分別接TEm模式模塊、TEm模式模塊的相應(yīng) 輸出端；
[0033]所述TEm模式模塊由第一掃頻信號(hào)源2、第一隔離器3、第一功率分配器4、第一測 量諧振腔6、第一參考諧振腔9、第一參考通道和第一測量通道組成;所述掃頻信號(hào)源2的輸 入端接信號(hào)處理及控制器1的相應(yīng)輸出端，在信號(hào)處理及控制器1控制下生成掃頻信號(hào)，掃 頻信號(hào)經(jīng)第一隔離器3輸入第一功率分配器4,所述第一功率分配器4輸出的第一路信號(hào)經(jīng) 第一測量通路輸出至信號(hào)處理及控制器1的相應(yīng)輸入端，第二路信號(hào)經(jīng)第一參考通路輸出 至信號(hào)處理及控制器1的相應(yīng)輸入端；
[0034] 所述第一測量通道和第一參考通道結(jié)構(gòu)相同；所述第一測量通道由第一環(huán)形器5、 第一檢波器7組成;所述第一功率分配器4輸出的第一路信號(hào)依次經(jīng)第一環(huán)形器5、第一測量 諧振腔6、第一檢波器7輸出至信號(hào)處理及控制器1的相應(yīng)輸入端;所述第一參考通路由第二 環(huán)形器8、第二檢波器10組成;所述第一環(huán)形器5的相應(yīng)端口與所述第一測量諧振腔6連接； 所述第二環(huán)形器8與第一參考諧振腔9連接;所述第一微波參考諧振腔9與第一微波測量諧 振腔6為尺寸相同的圓柱波導(dǎo)諧振腔，所述第一微波參考諧振腔9為封閉腔，充滿干飽和蒸 汽;所述第一微波測量諧振腔6兩端開縫，待測蒸汽自由通過所述第一微波測量諧振腔6;所 述TEm模式模塊由第二掃頻信號(hào)源11、第二隔離器12、第二功率分配器13、第三環(huán)形器14、 第三檢波器16、第四環(huán)形器17、第四檢波器19、第二測量諧振腔15、第二參考諧振腔18組成； 所述第一掃頻信號(hào)源2的頻率掃描范圍由第一測量諧振腔6的諧振頻率決定，所述第一測量 諧振腔6的丨皆振頗惠 fn?為：
[0035]
( 1 )
[0036] 式中，c為光速，a為第一測量諧振腔(6)的半徑，1為諧振腔的長度，巧."為濕蒸汽的 相對(duì)介電常數(shù)均值;所述第二掃頻信號(hào)源的頻率掃描范圍由的諧振頻率決定，所述第二測 量諧振腔15的諧振頻率f〇4為：
[0037]
.( 2 )
[0038] 式中，c，a，1，心,的取值與（1)式相問。
[0039] 所述第一掃頻信號(hào)源2和第二掃頻信號(hào)源11均為DDS掃頻信號(hào)源，其頻率掃描范圍 分別為5 · 3G-5 · 7G和9 · 3G-9 · 7G。
[0040]本實(shí)用新型應(yīng)用諧振腔微擾理論，分析由水膜引起的TEm模式、TEm模式的諧振 頻率偏移。分為2個(gè)模式分別測量，1個(gè)模式為TEm模式，另一個(gè)模式為TEqii模式。第一參考 諧振腔9和第二參考諧振腔18是封閉腔，腔內(nèi)充滿干飽和蒸汽。第一測量諧振腔6和第二測 量諧振腔15兩端開縫，讓待測蒸汽自由通過，腔內(nèi)充滿待測蒸汽。通過測量得到的4個(gè)微波 諧振頻率，求得水膜厚度帶來的諧振頻率偏移，進(jìn)而消除水膜厚度對(duì)測量結(jié)果帶來的測量 誤差，提高濕度測量精度。在本實(shí)施例中，第一測量諧振腔6和第二測量諧振腔15采用授權(quán) 公告號(hào)CN101183081B的發(fā)明專利〃用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器〃中描述的微波傳感器。 第一掃頻信號(hào)源的型號(hào)2為MW88-C，第二掃頻信號(hào)源11的型號(hào)為MW88-X。第一隔離器3的型 號(hào)為CTP-4080A，第二隔離器12的型號(hào)為ΧΤΡ-8016Α。第一功率分配器4和第二功率分配器13 的型號(hào)均為ZFSC-2-10G。第一檢波器7、第二檢波器10、第三檢波器16、第四檢波器19的型號(hào) 均為MW68-SKU。第一環(huán)形器5和第二環(huán)形器8的型號(hào)均為CTP-4080H，第三環(huán)形器14和第四環(huán) 形器17的型號(hào)均為ΧΤΡ-8016ΑΗ。
[0041]第一測量諧振腔6、第一參考諧振腔9、第二測量諧振腔15、第二參考諧振腔18用支 架支撐置于汽輪機(jī)排氣缸內(nèi)，其軸線上下平行。第一測量諧振腔6、第一參考諧振腔9、第二 測量諧振腔15、第二參考諧振腔18的微波信號(hào)傳輸接口分別通過矩形波導(dǎo)和波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換 器連接到第一環(huán)形器5、第二環(huán)形器8、第三環(huán)形器14、第四環(huán)形器17的相應(yīng)端口，各矩形波 導(dǎo)穿過汽輪機(jī)排氣缸外殼進(jìn)入汽輪機(jī)排氣缸內(nèi)，溫度計(jì)21和壓力計(jì)20固定在第二測量諧振 腔15的外壁上，測量濕蒸汽濕度時(shí)。第一測量諧振腔6和第二測量諧振腔15的軸線均與汽輪 機(jī)排汽氣流方向平行，讓濕蒸汽自由流過腔體。
[0042]圓柱波導(dǎo)諧振腔以TEm模式工作時(shí)，圓柱坐標(biāo)系下的圓柱波導(dǎo)諧振腔的電場方程 為：
[0043] (3 )
[0044] t Λ 、 (.4 )
[0045] 式中，Kc2 = 1.841/a，Am為腔內(nèi)電場強(qiáng)度在r方向的幅值。a為圓柱波導(dǎo)諧振腔的半 徑，1為圓柱波導(dǎo)諧振腔的長度，r為半徑方向變量，z為長度方向變量，f為橫截面上角度變 量，^3 1分別為腔內(nèi)電場強(qiáng)度分布，J1,心'分別為1階貝塞爾函數(shù)和1階貝塞爾函數(shù)的1階 導(dǎo)數(shù)。
[0046] 設(shè)圓柱波導(dǎo)諧振腔內(nèi)為充滿相對(duì)介電常數(shù)erm的濕蒸汽，沒有水膜時(shí)，諧振頻率為
f〇2 ：
[0047] ( 5 )
[0048] 式中，c為光速，a為圓柱波導(dǎo)諧振腔的半徑，1為圓柱波導(dǎo)諧振腔的長度。
[0049] 產(chǎn)生厚度為h水膜后，諧振頻率由f〇2變?yōu)閔，諧振頻率的改變量Δ = f ^fo2，應(yīng) 用微擾法，得諧振頻率的改變量A f2滿足：
[0050]
[0051]
[0052] 式中，er是水的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，erm為濕蒸汽的相對(duì)介電常數(shù)，a為諧振腔 的半徑，h為水膜厚度，1(。 2 = 1.841/&，上為0階貝塞爾函數(shù)，11為1階貝塞爾函數(shù)，12為2階貝塞 爾函數(shù)。
[0053]圓柱波導(dǎo)諧振腔以TEm模式工作時(shí)，工作原理類似，在圓柱坐標(biāo)系下的電場方程 為：
[0054] (7)
[0055] 其中，Kca = 3.832/a，a為圓柱波導(dǎo)諧振腔的半徑，1為圓柱波導(dǎo)諧振腔的長度，A幅 值，r為半徑方向變量，z為長度方向變量，#為橫截面上角度變量，為腔內(nèi)電場強(qiáng)度分 布，Ji，Jo '分別為1階貝塞爾函數(shù)和0階貝塞爾函數(shù)的1階導(dǎo)數(shù)。
[0056] 設(shè)圓柱波導(dǎo)諧振腔內(nèi)充滿相對(duì)介電常數(shù)為erm的濕蒸汽，沒有水膜時(shí)，諧振頻率為 f〇4：
[0057]
( 8 )
[0058] 式中，c為光速，a為圓柱波導(dǎo)諧振腔的半徑，1為圓柱波導(dǎo)諧振腔的長度。
[0059] 產(chǎn)生水膜后，第一和第二測量諧振腔內(nèi)壁水膜使腔內(nèi)介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化， 使得諧振頻率降低，應(yīng)用微擾法計(jì)算諧振頻率的偏移。設(shè)水膜均勻分布于第一和第二測量 諧振腔內(nèi)壁表面，厚度為h，第二測量諧振腔頻率由f 04變?yōu)閒 3，應(yīng)用微擾法，得諧振頻率的改 變量Afw-O滿足：
[0060]
[0061]
[0062] 式中，er是水的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，erm為濕蒸汽的相對(duì)介電常數(shù)，a為諧振腔 的半徑，h為水膜厚度，1(。 1 = 3.832/&，11為1階貝塞爾函數(shù)。
[0063] 由于式(6)、式(9)比較復(fù)雜，需經(jīng)過多次迭代運(yùn)算才能通過頻率偏移求得水膜厚 度，進(jìn)而通過水膜厚度求得TEm模式下的頻率偏移。為了使用方便，可對(duì)式(6)、式(9)進(jìn)行 簡化處理：即令水膜厚度h從0~200μπι變化，實(shí)際水膜厚度h在此范圍變化，代入式（6)、式 (9)可求得頻率偏移△ ，△ fw-Q，對(duì)h和△ △ fw-Q和h分別進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)h和Δ fd擬合結(jié)果為線性，BP
[0064] h = ai · Δ fw-i+ao (10)
[0065] 式中，ajPao為擬合系數(shù)；
[0066]根據(jù)式（10)即可快速求出水膜厚度h。
[0067] Δ fw-〇和h的擬合結(jié)果為三次多項(xiàng)式：
[0068] Δ fw-o = b3 · h3+b2 · h2+bi · h+bo (11)
[0069] 式中，^匕和以為擬合系數(shù)；
[0070] 根據(jù)式(11)即可快速求出TEon模式下由水膜厚度引起的頻率偏移Afw-o。
[0071 ]汽輪機(jī)中流動(dòng)濕蒸汽濕度一般為6 %~15 %，在0.007MPa壓力環(huán)境下，其相對(duì)介電 常數(shù)erm為1.0006~1.00062。取濕度1 %~70%，其相對(duì)介電常數(shù)erm為1.0005~1.0009。對(duì) erm在1.0005~1.0009范圍內(nèi)取不同的值，式（10)及式（11)中的系數(shù)變化微小，所以可采用 ε?的均值^帶入式(6)、式(9)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，得到式(10)、式(11)。
[0072]在TEon模式下由蒸汽濕度引起的諧振頻率偏移Δ f:
[0073] Δ f = -(f4~f3+ Δ fw-〇) (12)
[0074] 進(jìn)而求得蒸汽濕度Y (13)
[0075]
[0076] 式中：^ v、^ #Pe〃f分別為工作條件下的干飽和蒸汽的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部、飽和水 的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部和虛部;Pf和Pv分別為工作條件下的飽和水、飽和水蒸氣的密度。溫度 確定后，關(guān)系式中的參數(shù)ε' V、ε' f、ε〃 f、pf和Pv均可計(jì)算確定。
[0077] 本實(shí)施例中，各測量諧振腔和參考諧振腔均為圓柱波導(dǎo)諧振腔，尺寸相同，半徑為 20.598mm，長度為41.196mm，在圓柱波導(dǎo)諧振腔長度中點(diǎn)位置采用矩形波導(dǎo)磁耦合激勵(lì)方 式激勵(lì)起TEm和TEm模式，第一掃頻信號(hào)源2在5.4GHz~5.61GHz頻率范圍工作，第一測量 諧振腔6和第一參考諧振腔9激勵(lì)起TEm模式;第二掃頻信號(hào)源11在9.4~9.6GHz頻率范圍 工作，第二測量諧振腔15和第二參考諧振腔18激勵(lì)起TEm模式?？諝馓畛鋾r(shí)各圓柱波導(dǎo)諧 振腔的TEo 11模式、TEm模式的諧振頻率分別為9.599GHz、5.609GHz。取濕蒸汽的相對(duì)介電常 數(shù)' =_ 1..〇0〇_β，水的相對(duì)介電常數(shù)εr = 81，讓h從0~200μηι變化，對(duì)式（15)、式（18)進(jìn)行計(jì) 算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，擬合曲線如圖3,圖4所示。擬合結(jié)果為：
[0078] h = -0.653375 Δ fw-i+〇. 409942 (14)
[0079] Δ fw-〇 = I · 〇e-〇5 * (-0 · 042941h3+0 · 198522h2-0 · 073515h-2 · 097006) (15)
[0080] 本實(shí)施例中，第一掃頻信號(hào)源2從低到高輸出頻率范圍為5.4GHz~5.61GHz頻段的 微波信號(hào)，第二掃頻信號(hào)源11從低到高輸出頻率范圍為9.4~9.6GHz頻段的微波信號(hào)。干飽 和蒸汽的相對(duì)介電常數(shù)1.0005，TEm模式下，第一測量諧振腔6的諧振頻率fl = 5.531911004GHz，第一參考諧振9腔的諧振頻率f 2 = 5.609732574GHz。TEm模式下，第二測 量諧振腔15的諧振頻率f3 = 9.59707GHz，第二參考諧振腔18的諧振頻率f4 = 9.59755GHz。 erm=(f4/f3)2erv=i.oo〇6;./; : =./:?=5·60804983 GHz ;由水膜厚度引起的第一 測量諧振腔6的諧振頻率偏移Δ ^: = ^-^2 = -0.07613861^ = -76.138MHz。由式（14)有h = -0.653375Δ f w-#〇. 409942可得到水膜厚度 h = 50μπι。由式（15)當(dāng) h = 50μπι 時(shí)，TEon 模式下 由水膜厚度h引起的第二測量諧振腔15的諧振頻率偏移△ fw-〇 = -50ΚΗζ。蒸汽濕度引起的第 二測量諧振腔15的諧振頻率偏移Δ f = -(f4-f 3+ Δ fw-〇) = -430KHZ。進(jìn)而由式（13)可求得蒸 汽濕度為20 %。
[0081] 需要說明的是，在未脫離本實(shí)用新型構(gòu)思前提下，對(duì)本實(shí)用新型所做的任何微小 變化與修飾均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，其特征在于：包括信號(hào)處理器及控制器 (1)、TEiii模式模塊、TEoii模式模塊;所述TEm模式模塊、TEoii模式模塊結(jié)構(gòu)相同，分別在 TEm模式和TEoii模式下工作;所述信號(hào)處理及控制器（1)的相應(yīng)控制輸出端分別接TEm模 式模塊、TEoii模式模塊的相應(yīng)輸入端，其輸入端分別接TEm模式模塊、TEoii模式模塊的相應(yīng) 輸出端； 所述TEm模式模塊由第一掃頻信號(hào)源(2)、第一隔離器(3)、第一功率分配器(4)、第一 測量諧振腔(6)、第一參考諧振腔(9)、第一參考通道和第一測量通道組成;所述第一掃頻信 號(hào)源(2)的輸入端接信號(hào)處理及控制器（1)的相應(yīng)輸出端，在信號(hào)處理及控制器（1)控制下 生成掃頻信號(hào)，掃頻信號(hào)經(jīng)第一隔離器(3)輸入第一功率分配器(4)，所述第一功率分配器 (4)輸出的第一路信號(hào)和第二路信號(hào)分別經(jīng)第一測量通道和第一參考通道輸出至信號(hào)處理 及控制器(1)的相應(yīng)輸入端； 所述第一測量通道由第一環(huán)形器(5)、第一檢波器(7)組成;所述第一功率分配器(4)輸 出的一路信號(hào)依次經(jīng)第一環(huán)形器(5)、第一檢波器(7)輸出至信號(hào)處理及控制器（1)的相應(yīng) 輸入端，另一路信號(hào)輸出至第一微波測量諧振腔(6);所述第一參考通道由第二環(huán)形器(8)、 第二檢波器(10)組成;所述第二環(huán)形器(8)的相應(yīng)輸出端與第一參考諧振腔(9)連接； 所述第一參考諧振腔(9)與第一測量諧振腔(6)為尺寸相同的圓柱波導(dǎo)諧振腔，所述第 一參考諧振腔(9)為封閉腔，充滿干飽和蒸汽;所述第一測量諧振腔(6)為非封閉腔，允許待 測蒸汽自由通過;所述第一掃頻信號(hào)源(2)的頻率掃描范圍由第一測量諧振腔(6)的諧振頻率決定，所述笠一；mil縣i墜庶腔frfti墜庶麻態(tài)f。。為. (1) 式中，C為光速，a為第一測量諧振腔(6)的半徑，1為諧振腔的長度，為濕蒸汽的相對(duì) 介電常數(shù)均值； 所述TEoii模式模塊由第二掃頻信號(hào)源（11)、第二隔離器（12)、第二功率分配器(13)、第 =環(huán)形器（14)、第=檢波器（16)、第四環(huán)形器（17)、第四檢波器（19)、第二測量諧振腔（15)、 第二參考諧振腔（18)組成;所述第二掃頻信號(hào)源的頻率掃描范圍由的諧振頻率決定，所述 第二測量諧振腔(15 )的諧振頻率f 04為：(2) 式中，C，曰，1 .的取值與（1)式相同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，其特征在于:還包括壓 力計(jì)(20)和溫度計(jì)（21);所述壓力計(jì)（20)和溫度計(jì)（21)的輸出端接信號(hào)處理及控制器（1) 的相應(yīng)輸入端。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模四通道汽輪機(jī)蒸汽濕度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述第一 掃頻信號(hào)源(2)和第二掃頻信號(hào)源（11)均為DDS掃頻信號(hào)源，其頻率掃描范圍分別為5.3G- 5.76和9.36-9.76。
【文檔編號(hào)】G01N22/04GK205538743SQ201620391200
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】張淑娥, 曹曉亞, 楊再旺
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）