[发明专利]测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器及栅格隔离器的设计方法

说明书

本发明公开了一种测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器及栅格隔离器的设计方法，包括一个两端开口、中间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栅格隔离器，所述栅格隔离器由中间直线型金属条和1对以上关于中间直线型金属条对称分布的双曲余弦形金属条组成，它们靠近圆筒形腔体端口的一端与圆筒形腔体连接。本发明与微波信号处理电路配合，可以实现圆柱型金属内表面水膜、液膜厚度的微波测量；结构简单，使用方便，对环境的要求低，测量精度高；栅格隔离器结构开缝较大，可保证良好的流动特性，使取样准确；同时顺着谐振腔端面电流密度方向开口可保证良好的电磁性能和辐射性能。

技术领域

本发明涉及一种测量水膜厚度的谐振腔传感器及栅格隔离器的设计方法，尤其涉及一种测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器及栅格隔离器的设计方法，属于测试技术领域。

背景技术

常规电站中大型冷凝式蒸汽透平的末几级和核电站中透平的全部级都在湿蒸汽状态下工作。蒸汽湿度的大小直接影响汽轮机运行的安全性和经济性，蒸汽湿度增加，一方面会对汽轮机叶片产生强烈的侵蚀与冲击，使叶片变的粗糙，出现凹坑，甚至造成叶片扭曲断裂，严重威胁汽轮机的安全运行；同时还会使汽轮机的热效率降低。在地热电站和核电站中，由于饱和蒸汽的出现而带来的汽轮发电机组经济性和安全性的危害尤为突出。因此，精确测定湿蒸汽的湿度对汽轮机的长期稳定性及其寿命具有重大意义。

自2003年提出采用微波谐振腔微扰技术测量蒸汽湿度的方法以来，微波谐振腔测量蒸汽湿度技术得到了广泛的研究。目前，该领域的研究主要集中在蒸汽湿度定标和测量精度提升方面。微波微扰法采用微波圆柱谐振腔作为湿度传感器，工作频率在微波波段，其设备造价不高，可实现在线测量。与热力学法、光学测量法等测湿方法相比，微波微扰法更适合汽轮机内蒸汽湿度的在线测量。

由于微波微扰法湿度传感器必须长期放置在汽轮机湿蒸汽下，谐振腔内壁表面会沉积一层水膜，若谐振腔内壁沉积水膜厚度为35μm，忽略水膜影响引起的湿度测量偏差为1.262％，所以水膜厚度的准确测量可提高湿度测量精度。此外，水膜厚度的精确测量对汽车尾气、滑靴、路面状况、滑动轴承等都具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器及栅格隔离器的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

技术方案一：

一种测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器，包括谐振腔主体、左端楔形圆筒和右端楔形圆筒；所述谐振腔主体由谐振腔和左栅格隔离器、右栅格隔离器组成，所述谐振腔的左右端分别连通左栅格隔离器、右栅格隔离器，左端栅格隔离器和右端栅格隔离器结构相同，均由直线形中间金属条，1条以上关于中间金属条对称分布的双曲余弦形金属条组成；所述左端隔离器的左端与左端楔形圆筒相连通，右端隔离器与右端楔形圆筒相连通；谐振腔主体的侧壁设有耦合件安装孔；所述谐振腔工作于TE₁₁₁模式下。

谐振腔的半径为20.59mm，左端栅格隔离器和右端栅格隔离器均由中间金属条和左右对称分布的8条双曲余弦形金属条组成，金属条的宽度均为1mm；x轴为过圆的中心点且重合于中间金属条的方向，y轴与x轴正交，沿y轴正方向的4条双曲余弦形金属条依次过点(0,4.511)、(0,7.855)、(0,12.15)、(0，16.9)，相应的函数方程依次为：y₁＝0.011cosh(x/4)+4.5，y₂＝0.055cosh(x/4)+7.8，y₃＝0.35cosh(x/4)+11.8，y₄＝2.1cosh(x/4)+14.8；单位均为mm。式中，x为x轴的变量，y₁、y₂、y₃、y₄为y轴的变量。

所述左端楔形圆筒的气流流入端的壁面和右端楔形圆筒的气流流出端壁面均为楔形结构。