[发明专利]一种基于动态加热的流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法

摘要

本发明公开了一种基于动态加热的流动湿蒸汽湿度传感器及测量方法，内套管套接于外套管的一侧内，内套管与外套管之间设有绝热密封层，外套管另一侧的内壁上设有湿蒸汽温度传感器，各对电极沿周向分布，湿蒸汽温度传感器、电极、过热蒸汽温度传感器及过热蒸汽压力传感器沿蒸汽流动的方向依次设置，且过热蒸汽压力传感器与过热蒸汽温度传感器位于垂直于流动方向的同一横截面内；通过在相邻两个时间间隔内分别将流入湿度传感器的湿蒸汽动态加热为过热度不同的过热蒸汽，再利用相邻两个时间间隔内的热平衡关系完成湿度的测量；可以适用于各种狭窄空间内流动湿蒸汽湿度的在线实时测量。

主权项

1.一种基于动态加热的流动湿蒸汽湿度的测量方法，其特征在于，基于基于动态加热的流动湿蒸汽湿度传感器，所述基于动态加热的流动湿蒸汽湿度传感器包括湿度传感器本体及控制及数据处理器(9)，其中，湿度传感器本体包括内套管(2)及外套管(1)；内套管(2)及外套管(1)均为中空结构，内套管(2)套接于外套管(1)的一侧内，内套管(2)与外套管(1)之间设有绝热密封层(3)，外套管(1)另一侧的内壁上设有湿蒸汽温度传感器(4)，内套管(2)的内壁上设有过热蒸汽温度传感器(6)、过热蒸汽压力传感器(7)及若干对电极(5)，各对电极(5)沿周向分布，湿蒸汽温度传感器(4)、电极(5)、过热蒸汽温度传感器(6)及过热蒸汽压力传感器(7)沿蒸汽流动的方向依次设置，且过热蒸汽压力传感器(7)与过热蒸汽温度传感器(6)位于垂直于流动方向的同一横截面内，湿蒸汽温度传感器(4)的输出端、过热蒸汽温度传感器(6)的输出端、过热蒸汽压力传感器(7)的输出端及各对电极(5)的控制端均与控制及数据处理器(9)相连接；包括以下步骤：将所述的湿度传感器本体放置于待测湿蒸汽的流动空间内，其中，湿蒸汽传感器本体的轴线与湿蒸汽流动的方向一致，待测湿蒸汽连续进入到湿蒸汽传感器本体中，通过各对电极(5)对待测湿蒸汽进行动态加热，使待测湿蒸汽加热为过热蒸汽，然后再流出湿蒸汽传感器本体，其中，通过各对电极(5)对待测湿蒸汽进行动态加热的具体操作为：控制及数据处理器(9)控制各对电极(5)以连续的时间间隔对待测湿蒸汽进行加热，其中，同一时间间隔内对湿蒸汽的加热量不变，不同时间间隔内对湿蒸汽的加热量不同，在时间间隔Δt_i内，对湿蒸汽的加热量q_i将温度为T_1,i的待测湿蒸汽加热为过热蒸汽，在时间间隔Δt_i内过热蒸汽温度传感器(6)所在截面上过热蒸汽的温度为T_2,i，在时间间隔Δt_i内过热蒸汽压力传感器(7)所在截面上过热蒸汽的压力为P_2,i；在时间间隔Δt_i+1内，对湿蒸汽的加热量q_i+1将温度为T_1,i+1的湿蒸汽加热为过热蒸汽，其中，时间间隔Δt_i+1内过热蒸汽温度传感器(6)所在截面上过热蒸汽的温度为T_2,i+1，在时间间隔Δt_i+1内过热蒸汽压力传感器(7)所在截面上过热蒸汽的压力为P_2,i+1，其中，T_1,i及T_1,i+1通过湿蒸汽温度传感器(4)测量得到，T_2,i及T_2,i+1通过过热蒸汽温度传感器(6)测量得到，P_2,i及P_2,i+1通过过热蒸汽压力传感器(7)测量得到；根据时间间隔Δt_i内过热蒸汽的温度T_2,i及压力P_2,i得时间间隔Δt_i内过热蒸汽的焓h_2,i及密度ρ_2,i；根据时间间隔Δt_i+1内过热蒸汽的温度T_2,i+1及压力P_2,i+1得时间间隔Δt_i+1内过热蒸汽的焓h_2,i+1及密度ρ_2,i+1；则时间间隔Δt_i内湿蒸汽的能量守恒方程及时间间隔Δt_i+1内湿蒸汽的能量守恒方程分别为：其中，h_1,i、u_1,i、u_2,i、m_i及分别为时间间隔Δt_i内湿蒸汽温度传感器(4)所在截面上湿蒸汽的焓、湿蒸汽温度传感器(4)所在截面上湿蒸汽的速度、过热蒸汽温度传感器(6)所在截面上过热蒸汽的速度、流经湿度传感器本体的湿蒸汽流量、电极(5)与过热蒸汽温度传感器(6)之间过热蒸汽的散热量；h_1,i+1、u_1,i+1、u_2,i+1、m_i+1及分别为时间间隔Δt_i+1内湿蒸汽温度传感器(4)所在截面上湿蒸汽的焓、湿蒸汽温度传感器(4) 所在截面上湿蒸汽的速度、过热蒸汽温度传感器(6)所在截面上过热蒸汽的速度、流经湿度传感器本体的湿蒸汽流量、电极(5)与过热蒸汽温度传感器(6)之间过热蒸汽的散热量；设时间间隔Δt_i与时间间隔Δt_i+1内外套管(1)入口处湿蒸汽的参数恒定，则有h_1,i＝h_1,i+1，u_1,i＝u_1,i+1，m_i＝m_i+1，同时忽略及则有：时间间隔Δt_i与时间间隔Δt_i+1内湿蒸汽的质量守恒方程为：m_i＝ρ_2，iA₂u_2，i     (4)m_i+1＝ρ_2，i+1A₂u_2，i+1   (5)其中，A₂为过热蒸汽温度传感器(6)所在横截面上过热蒸汽的流动面积，由式(3)、式(4)及式(5)得：求解式(6)得流经湿度传感器本体的湿蒸汽流量m_i，再由式(4)得过热蒸汽温度传感器(6)所在截面上过热蒸汽的速度u_2,i；由式(1)得利用迭代法求解式(7)，得时间间隔Δt_i内湿蒸汽温度传感器(4)所在截面上湿蒸汽的焓h_1,i，然后根据时间间隔Δt_i内湿蒸汽温度传感器(4)所在截面上湿蒸汽的焓h_1,i及待测湿蒸汽的温度T_1,i得待测湿蒸汽的湿度y_i。