[发明专利]一种基于电弧加热的流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于电弧加热的流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法，包括内套管、外套管及控制与数据处理模块，外套管套接于内套管的外壁上，且内套管与外套管之间设有绝热密封层；内套管的管壁上沿湿蒸汽流动的方向依次设有第一温度传感器、第一组电极、第二温度传感器、第二组电极及第三温度传感器，内套管的管壁上还设有第一压力传感器及第二压力传感器，其中，第一压力传感器及第二压力传感器分别正对第二温度传感器及第三温度传感器，该传感器结构简单、体积小、成本低，该测量方法测量精度高，并且能够适用于各种环境中对流动湿蒸汽湿度进行实时在线测量。

技术领域

本发明涉及一种流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法，具体涉及一种基于电弧加热的流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法。

背景技术

湿蒸汽作为一种工作介质广泛应用于热动力工程领域。例如在汽轮机中，流动湿蒸汽不仅引起机组效率的下降，还对叶片和汽缸造成水蚀。测量汽轮机中流动湿蒸汽的湿度(特别是排汽湿度)是汽轮机热力试验的重要内容，也是评价机组性能以及改进机组设计的重要依据；在机组运行中也希望能实时监控低压级组的湿度，从而为评估叶片水蚀的程度提供依据。

目前，诸多文献公开了数种原理的湿蒸汽湿度测量方法，例如加热法、光学法、电容法、微波法、光纤光栅法、超声波法等。这些方法中相对较为成熟的是光学法和加热法，其他方法大多处于理论或实验室研究阶段。

光学法能兼顾湿度和水滴粒径的测量，但本质上其湿度是对流动湿蒸汽中数量巨大且尺寸差异悬殊的水滴进行统计的结果，一般认为其测量精度低于加热法；另外，光学法测量设备复杂昂贵，目前还仅用于科学实验研究，难以在工程实际中大范围推广；此外，光学法湿度测量装置也无法实现长期在线实时监测。

加热法最早被提出，其基本原理是将湿蒸汽样本加热为过热蒸汽，通过测量加热量以及过热蒸汽的热力学参数和流量，根据热平衡关系即可得到湿度值。加热法的优点是湿度测量装置无需标定，依据能量守恒原理进行测量因而保证具有高精度。其难点体现在三个方面，一是湿蒸汽样本的流量通常非常小，低于绝大部分现有各类流量计的最小量程，因而精确测量流量困难。二是实际流动湿蒸汽的速度很高，例如凝汽式汽轮机的排汽速度达到80～120m/s，在湿蒸汽通过测量装置的极短时间内将其加热为过热蒸汽存在很大的技术难度；同时这也导致了第三方面的难点，即加热段长度和测量装置体积之间存在矛盾：为了扩大应用范围，要求测量装置的体积尽可能小，而采用常规电阻丝加热方法时只能通过延长加热段的实际长度来满足加热的要求(如201310073920.1)。专利201410136475.3采用了微波加热来缩短湿蒸汽中水滴蒸发为蒸汽的时间，但仍然存在结构不够简单、设备比较昂贵的缺点，限制了其大规模工程应用的空间。上述难点导致目前没有任何一种加热法湿度测量装置能够同时满足汽轮机级内和排汽湿度实时在线测量的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于电弧加热的流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法，该传感器结构简单、体积小、成本低，该测量方法测量精度高，并且能够适用于各种环境中对流动湿蒸汽湿度进行实时在线测量。

为达到上述目的，本发明所述的基于电弧加热的流动湿蒸汽湿度传感器包括内套管、外套管及控制与数据处理模块，外套管套接于内套管的外壁上，且内套管与外套管之间设有绝热密封层；

内套管的管壁上沿湿蒸汽流动的方向依次设有第一温度传感器、第一组电极、第二温度传感器、第二组电极及第三温度传感器，内套管的管壁上还设有第一压力传感器及第二压力传感器，其中，第一压力传感器及第二压力传感器分别正对第二温度传感器及第三温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一组电极及第二组电极均与控制与数据处理模块相连接。

湿蒸汽经内套管的进口端进入到内套管中，然后再经内套管的出口端排出，其中，内套管的进口端为楔形结构。

内套管的横截面为圆环形结构、矩形环状结构或类椭圆环状结构。