基于布拉格光纤光栅测量湿蒸汽湿度的基础理论与前期试验研究

提出一种基于布拉格光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)传感技术测量湿蒸汽湿度的新方法。在理论推导FBG测量湿度模型的研究基础上,利用FBG涂敷湿膨胀材料的技术,把测量湿度的问题转换为FBG测量微应变的技术问题。建立悬臂梁振动频率测量装置,采用FBG精确地测出了前4阶振动频率,与加速度传感器(AT)和振动及动态信号采集分析系统(CRAS)等不同方法进行了对比试验,测量结果吻合。对FBG的粘贴位置、激励位置等也进行了试验研究。试验结果证明FBG对悬臂梁微应变(振动)测量有很高的精度和动态特性,且试验的可重复性很好,为下一步测量湿度的试验研究奠定基础。     

一种基于布拉格光纤光栅测量湿蒸汽两相流湿度场的新方法

在论述Bragg光纤光栅传感测试技术独特性能的基础上，提出了一种基于Bragg光纤光栅传感技术测量湿蒸汽两相流湿度场的新方法。重点对光纤光栅测量湿蒸汽两相流湿度场以及温度场的机理进行研究，对实验系统装置的构建作了详尽的描述。讨论光纤光栅的湿增敏机理、湿敏材料的选择和涂覆方法，并对测量的影响因素和误差进行分析。该测试新方法将能解决湿蒸汽两相流中湿度的动态、准分布测量的技术难题。     

布拉格光纤光栅测量湿蒸汽两相流温/湿度的理论数学模型

基于布拉格(Bragg)光纤光删(FBG)测量湿蒸汽两相流温度和湿度的物理模型,推导测量湿蒸汽两相流温度和湿度的数学模型,设计了新颖的测量结构和实验系统,并进行了分析。在同一光纤两段区域上写入不同中心反射波长的FBG,在一处FBG外面涂覆了湿敏材料(如PI材料),增强其感湿能力,把湿敏材料吸湿后发生湿膨胀引起的膨胀量当作产生湿应变来处理,同时还引入了湿敏材料与FBG的界面粘接系数,得出由于温度和湿度变化湿敏材料产生的应变使FBG波长发生漂移;把另一处FBG封装在温敏材料(如铝材料)中,只感受温度的响应,通过热应变对FBG作用,波长发生漂移,从而推导出测量的理论数学模型。     

电容法测量湿蒸汽湿度的可行性研究

由于在同温度、同压力下,水和水蒸气的相对介电常数存在很大差异,当一定压力的湿蒸汽通过电容传感器时,湿度的变化会引起传感器电容的变化,且相对变化只与湿度有关,与电容器的结构无关。以平板电容器为例,计算湿蒸汽通过时由于湿度变化引起的电容相对变化量,并探讨了含盐量的影响。蒸汽压力小于15 MPa范围内的计算结果显示：在同一湿度下,电容传感器电容量相对于湿度的变化率随着饱和蒸汽压力的增大而增大;在同一压力下,电容传感器电容量相对于湿度的变化率随湿度的增大而增大。根据计算结果并结合湿度测量的具体应用,分析了电容传感器用于测量湿蒸汽湿度的可行性。     

蒸汽湿度的测量

一、节流式湿度计的工作原理测量蒸汽湿度的方法很多,我们所研制的是节流式湿度计。节流式湿度计的工作原理为,     

蒸汽湿度测量系统的研究与设计

根据谐振腔的谐振频率随腔内空气介电常数变化发生偏移这一特性,研制了基于微波谐振腔的汽轮机蒸汽湿度测量系统。设计了自动频率跟踪模块,利用单片机来控制压控振荡器VCO的输出频率。保证了VCO的输出频率与谐振腔的谐振频率一致,减小了频率跟踪的时延,从而提高了整个测湿系统的测量精度。在频率测量模块中,采用多周期同步测量与量化延迟法相结合的高精度频率测量方法,使测量分辨率达到了0．1Hz,满足系统的要求。利用此系统对湿空气环境进行了测量,分析了测量结果和理论结果间的误差,二者表现出较好的一致性．     

基于加热法的蒸汽湿度在线测量装置研究

汽轮机末级排汽湿度测量技术的研究与应用越来越受重视,研究设计了两种基于加热法的缸内在线测量汽轮机排汽湿度装置,分析了湿度测量的原理和能量损失,分析了湿度测量的误差.对于第一种改进方案所示的测量装置,计算过程比较复杂,要通过反复的叠加计算,耗时较多,但是计算结果更加接近实际值.对于第二种改进方案所示的测量装置,为保证蒸汽稳定流动,装置前后的压差的数值采用数值模拟的数据,计算中误差比较大,但其优点在于测量装置简单,容易操作,易于控制.     

光纤光栅测量技术的应用研究

分析了高压输电线路覆冰的危害,介绍了变电站电气设备温度测量的意义。利用光纤既是传感材料又是传输材料以及抗电磁干扰等优点,引出了光纤光栅温度和应变测量系统。通过对光纤光栅传感原理的研究,结合高压输电线路和变电站电气设备的特点,设计了波分复用传感系统和C/S模式的监测系统网路结构模型,对大范围的高压输电线路和其他电气设备进行温度和应力的同时监测有参考价值。     

湿蒸汽两相流湿度测量方法研究进展

总结了汽轮机中湿蒸汽两相流湿度测量的研究方法。介绍了传统的热力学法、光学法等测量方法及研究进展情况,并对目前湿度测量的一些新的方法,新型加热法、显微视频技术和微粒图像速度仪测量法、微波测量法、光纤光栅测量法等,进行了分析和研究。     

汽轮机内湿蒸汽测量系统研究

火电厂汽轮机内湿蒸汽的存在对汽轮机经济、安全、可靠运行造成了严重的影响。以汽轮机内蒸汽湿度的准确测量为目的,设计了以微处理器MSP430为处理核心的测量系统,包括自动频率跟踪系统和等精度频率测量系统。自动频率跟踪系统的跟踪频率达到2.44 kHz,等精度频率测量系统在标准频率为10 MHz时,分辨率可达到10-7,通过仿真验证,这两部分的设计能够使湿蒸汽测量的精度达到0.4%,甚至更小,证明方案具有可行性,满足系统需要。     

流动湿蒸汽湿度的加热法测量方法及其装置

由于测量湿蒸汽湿度的光学法和热力法的缺点，提出了一种对湿蒸汽湿度探针内管与外管同时加热，并保持它们的温度相同，以避免湿蒸汽试样加热期间引起的对外散热损失的加热方法；设计并制成了一套采用这种新型加热方法的湿度测量装置。     

光纤式湿度测量系统的设计与实现

实现了基于光纤式湿度测量设计的嵌入式系统的开发。在WinCE系统下,详细论述了通过从光纤光谱仪得到的测量数据,运用光纤湿度传感器普遍使用的波长解调方法得到相对湿度值。运用了多层的小波变换和比较精确的曲线插值方法来提高计算的湿度值的精确度,而且为了减少仪器测量产生的偏差在计算前进行校准。系统还加入了多种显示方法和数据的处理存储等人性化功能,具有准确度高、稳定性强、易于携带、能在恶劣环境使用等优点。并且,测试结果已达到比较高的精度,可以用来实际测量。     

双层套管直接加热式流动湿蒸汽湿度测量仪

提出了一种以能量守恒定律为基础,用于加热法测量流动湿蒸汽湿度的计算表达式,并以此设计了一种彼此同心、相互绝热和绝缘的双层套管直接加热的实现流动湿蒸汽湿度测量的仪器。在该仪器中,双层套管的内、外层加热管均直接作为电加热元件。内层管用来加热湿蒸汽取样,使之变成过热蒸汽;外层管加热以维持内外层管壁具有相同的温度,实现内层管对湿蒸汽加热时的零散热损失。测出内层管对流动湿蒸汽取样的加热量、流动湿蒸汽的压力、湿蒸汽取样加热后得到的过热蒸汽的压力和温度以及湿蒸汽取样的流量,按照所提出的流动湿蒸汽湿度的计算表达式,可准确地测出流动湿蒸汽的湿度。     

基于微波谐振腔微扰法的汽轮机蒸汽湿度测量

汽轮机内蒸汽湿度的大小和分布状况直接影响汽轮机运行的经济性和安全性。以汽轮机内蒸汽湿度的准确测量为目的,设计了基于微波谐振腔微扰法的蒸汽湿度测量系统:自动频率跟踪系统和等精度频率测量系统。经实验测试,自动频率跟踪系统能够在9.6 GHz基础上检测出千赫兹的频率变化;等精度频率测量系统在标准频率为10 MHz时,分辨率可达到10-7,对于1～10 MHz的测量信号,能分辨出的频率范围为0.1～1 Hz。     

湿蒸汽两相流流量的测量研究

该文通过用高温高压度验条件下导出的汽水两相流通过节流元件的压降与流量和干度关系式的计算分析，发现了在一定的干度范围内，湿蒸汽两相流的载热量与通过节流元件的压降间存在着单值函数关系，因而提出了可用一个节流元件进行湿蒸汽两相流载热量与折算干饱和蒸汽流量测量的新方法，并通过现场测试与标定，证明了此种方法具有较高的测量精度，很好的实用价值及广阔的应用前景．表２参２     

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。     

湿敏电容式传感器测量SF6气体湿度的研究

高分子湿度电容传感器是唯一可以实现从0％～100％RH全程监测气体相对湿度的传感器。研究了使用高分子湿度电容在线测量SF6气体湿度的方法,提出了基于径向基函数(RBF)神经网络的湿度电容传感器的温度补偿和曲线拟合的方法,并提出了一种实现在线监测的电路。实验结果证明,此种方法可以实现对任意温度下测量的湿度进行有效补偿,为实现在线监测提供了理论基础。