一種測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器及方法技術

本發明專利技術公開了一種測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器及方法，包括支架、內管、外管、總壓傳感器、測量電路，數據采集系統及若干靜壓傳感器；內管的一端沿軸向分布于外管內，內管的另一端穿過外管的側面伸出到外管外，且內管與外管之間固定連接，外管與內管的內壁及外壁上均設有絕緣層，支架套接于外管的外壁上，各靜壓傳感器沿周向設置于外管的內壁上，總壓傳感器設置于內管的內壁上，內管及外管與測量電路的輸入端相連接，數據采集系統的輸入端與總壓傳感器的輸出端、測量電路的輸出端與各靜壓傳感器的輸出端相連接。本發明專利技術可連續測量流動濕蒸汽的濕度、壓力及速度，成本低，結構緊湊，安裝方便，適用于各種環境下流動濕蒸汽的測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種傳感器及測量方法，具體涉及一種測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器及方法。
技術介紹
濕蒸汽作為一種工作介質廣泛應用于各種工程實踐中，特別是動力工程領域。例如在汽輪機中，流動濕蒸汽不僅引起機組效率的下降，還對汽缸和葉片造成水蝕。測量汽輪機中流動濕蒸汽的濕度(特別是排汽濕度)是汽輪機熱力試驗的重要內容，也是評價機組性能以及改進機組設計的重要依據。汽輪機中濕度測量方法主要有熱力法、光學法和電容法等。熱力法通過對流動濕蒸汽進行取樣，將其加熱為過熱蒸汽，測量加熱量以及過熱蒸汽的熱力學參數，然后根據熱平衡計算得到濕度的測量結果。依據熱力法設計的濕度測量裝置的優點是無需標定，缺點是無法對流動濕蒸汽實現實時在線的連續測量。光學法基于濕蒸汽中的微小水滴對光的散射與吸收原理來實現濕度和水滴粒徑的測量，其本質是對流動濕蒸汽中數量巨大且尺寸差異懸殊的水滴進行統計得出的結果，一般認為其測量精度低于熱力法。光學法的優點是可以實時在線測量流動濕蒸汽的濕度以及水滴粒徑，缺點是測量條件較為苛刻，測量設備復雜昂貴，目前還僅用于科學實驗研究，難以在工業生產中大范圍推廣。電容法是對傳感器的電容量進行實時在線測量，電容量由固定的電容器結構以及變化的流動濕蒸汽的介電常數決定，而濕蒸汽的介電常數與濕度之間存在著對應關系，由此通過測量電容器內濕蒸汽流過時電容量的變化就可以測出濕蒸汽的濕度。目前公布的電容式濕蒸汽濕度傳感器(如專利200520021459.6)的尺寸較大，傳感器安裝固定過程繁瑣，并且只能測量管道內的濕蒸汽濕度，無法對汽輪機內部的濕蒸汽濕度進行測量。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器及方法，該傳感器及方法可以實時連續的對流動濕蒸汽的濕度、壓力及速度進行測量，并且該傳感器的成本低，結構緊湊，安裝方便，適用于各種環境下流動濕蒸汽的測量。為達到上述目的，本專利技術所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器包括支架、內管、外管、總壓傳感器、測量電路，數據采集系統及若干靜壓傳感器；所述內管的一端沿軸向分布于外管內，內管的另一端穿過外管的側面伸出到外管外，且內管與外管之間固定連接，外管與內管的內壁及外壁上均設有絕緣層，支架套接于外管的外壁上，各靜壓傳感器沿周向設置于外管的內壁上，總壓傳感器設置于內管的內壁上，內管及外管與測量電路的輸入端相連接，數據采集系統的輸入端與總壓傳感器的輸出端、測量電路的輸出端與各靜壓傳感器的輸出端相連接。所述內管為L型結構。所述內管通過固定部件與外管固定連接，固定部件包括第一定位桿及若干第二定位桿，第一定位桿沿軸向分布于外管內，第一定位桿的一端與內管的外壁相連接，各第二定位桿的一端與第一定位桿的側面相連接，外管的側面開設有若干定位孔，第二定位桿的另一端穿過定位孔伸出到外管外，且第二定位桿與外管之間固定連接。所述固定部件還包括箍絲，箍絲穿過第二定位桿的側面將第二定位桿與外管固定連接，箍絲的表面包覆有絕緣膠帶。所述定位孔的數量為3-5個；相鄰兩個第二定位桿之間的夾角為90°。所述絕緣層為聚四氟乙烯層。所述外管的內徑小于25mm。所述靜壓傳感器的數量為4個。所述測量電路為基于CAV444集成電路的電容/電壓轉換電路。相應的，本專利技術所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的方法包括以下步驟：先將測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器放置到待測的區域，濕蒸汽流經外管及內管，調整支架的位置，使各靜壓傳感器測量的結果相同，然后固定支架，此時靜壓傳感器測量的濕蒸汽的靜壓為P，測量電路測量內管與外管之間的電容量，然后將內管與外管之間的電容量轉換為電壓信號，并將所述電壓信號轉發至數據采集系統中，數據采集系統根據所述電壓信號得濕蒸汽的濕度Y，同時總壓傳感器采集濕蒸汽的總壓P*，數據采集系統根據濕蒸汽的總壓P*、濕蒸汽的濕度Y及濕蒸汽的靜壓P得濕蒸汽的速度u，其中，ρ為濕蒸汽的密度，濕蒸汽的密度ρ通過濕蒸汽的靜壓P及濕蒸汽的濕度Y得到。本專利技術具有以下有益效果：本專利技術所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器及方法在測量時，只需將測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器放到待測的區域，然后調整支架的位置，使各靜壓傳感器測量的結果相同，再固定支架，即可完成測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器的安裝，操作簡單、方便，測量時，無需對濕蒸汽進行取樣就可以在線連續測量濕蒸汽的濕度、壓力和速度，并且本專利技術采用一體化設計，將濕度、壓力和速度的測量集成于一體，結構緊湊，成本低，可適用于各中環境下流動濕蒸汽的測量。進一步，固定部件包括第一定位桿及若干第二定位桿，第一定位桿沿軸向分布于外管內，各第二定位桿的一端與第一定位桿的側面相連接，第二定位桿的另一端穿過定位孔伸出到外管外，且相鄰兩個第二定位桿之間的夾角為90°，可以將內管有效的固定在外管上，從而提高測量的準確性。附圖說明圖1為本專利技術的機構示意圖；圖2為圖1中A-A方向的截面圖；圖3為本專利技術中測量電路10的結構示意圖。其中，1為支架、2為內管、3為外管、4為靜壓傳感器、5為總壓傳感器、6為箍絲、7為絕緣層、8為絕緣膠帶、9為導線、10為測量電路、11為數據采集系統。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步詳細描述：參考圖1及圖2，本專利技術所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器包括支架1、內管2、外管3、總壓傳感器5、測量電路10，數據采集系統11及若干靜壓傳感器4；所述內管2的一端沿軸向分布于外管3內，內管2的另一端穿過外管3的側面伸出到外管3外，且內管2與外管3之間固定連接，外管3與內管2的內壁及外壁上均設有絕緣層7，支架1套接于外管3的外壁上，各靜壓傳感器4沿周向設置于外管3的內壁上，總壓傳感器5設置于內管2的內壁上，內管2及外管3與測量電路10的輸入端相連接，數據采集系統11的輸入端與總壓傳感器5的輸出端、測量電路10的輸出端與各靜壓傳感器4的輸出端相連接。另外，外管3與內管2通過導線9與測量電路10相連接。需要說明的是，所述內管2為L型結構，內管2通過固定部件與外管3固定連接，固定部件包括第一定位桿及若干第二定位桿，第一定位桿沿軸向分布于外管3內，第一定位桿的一端與內管2的外壁相連接，各第二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器，其特征在于，包括支架(1)、內管(2)、外管(3)、總壓傳感器(5)、測量電路(10)，數據采集系統(11)及若干靜壓傳感器(4)；所述內管(2)的一端沿軸向分布于外管(3)內，內管(2)的另一端穿過外管(3)的側面伸出到外管(3)外，且內管(2)與外管(3)之間固定連接，外管(3)與內管(2)的內壁及外壁上均設有絕緣層(7)，支架(1)套接于外管(3)的外壁上，各靜壓傳感器(4)沿周向設置于外管(3)的內壁上，總壓傳感器(5)設置于內管(2)的內壁上，內管(2)及外管(3)與測量電路(10)的輸入端相連接，數據采集系統(11)的輸入端與總壓傳感器(5)的輸出端、測量電路(10)的輸出端與各靜壓傳感器(4)的輸出端相連接。

【技術特征摘要】
1.一種測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感器，其特征在于，
包括支架(1)、內管(2)、外管(3)、總壓傳感器(5)、測量電路(10)，
數據采集系統(11)及若干靜壓傳感器(4)；
所述內管(2)的一端沿軸向分布于外管(3)內，內管(2)的另一
端穿過外管(3)的側面伸出到外管(3)外，且內管(2)與外管(3)之
間固定連接，外管(3)與內管(2)的內壁及外壁上均設有絕緣層(7)，
支架(1)套接于外管(3)的外壁上，各靜壓傳感器(4)沿周向設置于
外管(3)的內壁上，總壓傳感器(5)設置于內管(2)的內壁上，內管
(2)及外管(3)與測量電路(10)的輸入端相連接，數據采集系統(11)
的輸入端與總壓傳感器(5)的輸出端、測量電路(10)的輸出端與各靜
壓傳感器(4)的輸出端相連接。
2.根據權利要求1所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感
器，其特征在于，所述內管(2)為L型結構。
3.根據權利要求1所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感
器，其特征在于，所述內管(2)通過固定部件與外管(3)固定連接，固
定部件包括第一定位桿及若干第二定位桿，第一定位桿沿軸向分布于外管
(3)內，第一定位桿的一端與內管(2)的外壁相連接，各第二定位桿的
一端與第一定位桿的側面相連接，外管(3)的側面開設有若干定位孔，
第二定位桿的另一端穿過定位孔伸出到外管(3)外，且第二定位桿與外
管(3)之間固定連接。
4.根據權利要求3所述的測量流動濕蒸汽濕度、壓力和速度的傳感
器，其特征在于，所述固定部件還包括箍絲(6)，箍絲(6)穿過第二定
位桿的側面將第二定位桿與外管(3)固定連接，箍絲(6)的表面包覆有

\t絕緣膠帶(8)。
5....

【專利技術屬性】
技術研發人員：李亮，吳昕，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61