[发明专利]一种湿蒸汽干度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿蒸汽干度测量方法，尤其是一种基于表面等离子体共振的湿蒸汽干度测量方法。

背景技术

现有的流动湿蒸汽干度测量方法有氯根法、热力学法、光学法、示踪剂法、微波法、超声波法、电容法等。氯根法测定原理是在中性溶液中，氯化物与硝酸银作用生成氯化银白色沉淀，而过量的硝酸银与铬酸钾作用会生成红色铬酸银沉淀，使溶液显橙色，此时可以作为滴定的终点。滴入的硝酸银量可以表示出溶液中的氯化物含量，用该方法测得蒸汽和锅炉水的氯化物含量之比即为饱和蒸汽湿度。使用该方法时需要配制标准试剂，分别对锅炉水和蒸汽进行采样、滴定和计算，测量过程复杂，耗时长且误差较大。

热力学法是根据热力学理论测量蒸汽湿度的一系列方法。主要包括：节流法、凝结法、加热法、蒸汽-空气混合法等。热力学法都需要从湿蒸汽的主汽流中抽取部分试样，然后引向测量段进行测量，故不能实现在线测量，测量过程耗时长。由于蒸汽试样的抽取要能充分代表主汽流的状态，所以热力学法的测量精度不但取决于测量环节，还要受到试样抽取环节的影响。

光学测量法是建立在光的散射原理基础上的，其基本原理是光通过含有细微颗粒的均匀介质时，一部分光产生散射现象，另一部分光被颗粒吸收。光学测量法主要分为两类：角散射法和全散射法(或称消光法)。光学法对测量环境的要求十分严格，必须保持光学窗口的洁净，这一点在实际测量中是很难实现的。

示踪剂法测量蒸汽湿度的基本原理是借助于一种易溶于水而不挥发的示踪剂，通过测定蒸汽发生器内部的示踪剂浓度和饱和蒸汽中水滴带走的示踪剂的量就可以确定蒸汽发生器出口的蒸汽湿度。应用示踪剂法时要重复多次取样，不能实现在线测量，并且在多份取样时，还要保证取样时间的一致性，对试样的分析处理程序复杂。

超声波检测蒸汽湿度的原理是声波在气液两相流混合物中的传播速度明显小于在纯液体和纯气体中的传播速度，并且气液两相含量的不同，也会引起声速的变化，根据这一原理，可以利用超声波检测蒸汽湿度。

微波法测量蒸汽湿度的原理是在微波频段，水的介电常数要明显大于一般材料。材料湿度的变化可以明显改变材料的介电性能，通过测量一些与介电常数密切相关的物理量，如功率衰减、相位变化和谐振频率等，就能够判断材料的含水量。

电容法测量蒸汽湿度是利用电容器在极板面积和极板间距不变的情况下，电容量的大小只与电容器内电介质的介电常数大小有关的性质来测量蒸汽湿度。

目前国内外用于流动蒸汽湿度测量的方法都具有各自的优势，但也都存在着较大的应用局限性。主要表现为对实时在线测量的不支持和测量过程过于繁琐。

因此有必要寻找一种新的湿蒸汽干度测量方法，该测量方法能够实现实时的在线测量以及简单有效的测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种湿蒸汽干度的测量方法，该测量方法依靠表面等离子体共振原理，能够实现对湿蒸汽干度的实时在线测量，并且测量过程简单有效。

根据本发明的目的提出的一种湿蒸汽干度测量方法，该测量方法通过测量湿蒸汽的温度、压力以及介电常数，计算得出湿蒸汽的干度，所述测量湿蒸汽的介电常数的方法利用表面等离子体共振原理实现，该方法包括步骤：

1.1将一侧面上镀有金属膜的棱镜置于待测湿蒸汽上，使金属膜与所述湿蒸汽保持接触；

1.2将一束光射入所述棱镜中，并经过所述镀有金属膜的侧面全反射后，射出该棱镜；

1.3利用一光电接收装置接收所述从棱镜中射出的反射光，并对该反射光进行分析；以及

1.4根据表面等离子体共振条件，测出所述湿蒸汽的介电常数。

优选的，所述步骤1.4是利用角度调制方法实现，该角度调制方法包括选定步骤1.1中棱镜的材料、金属膜的厚度和种类，以及步骤1.2中射入棱镜的光波长；改变光的入射角度；观察步骤1.3中所述光谱中的反射率，当反射率达到最小值时，该光的入射角度即为符合表面等离子体共振条件的共振角；利用该共振角计算得出所述湿蒸汽的介电常数。

优选的，所述步骤1.4是利用波长调制方法实现，该波长调制方法包括选定步骤1.1中棱镜的材料、金属膜的厚度和种类；在步骤1.2中以一束具有多波段的混合光射入棱镜，并固定该混合光的入射角度；观察步骤1.3中所述光谱中各个波长的光的反射率，当反射率达到最小时，该光波对应的波长即为符合表面等离子体共振条件的共振波长；利用该共振波长计算得出所述湿蒸汽的介电常数。

优选的，所述棱镜的材料为熔石英、BK7玻璃或蓝宝石中的一种。

优选的，所述金属膜的材料为金、银或铝中的一种。