LA gran Teoría de la medición de la humedad basada en la técnica diferencial de microondas

Teoría de la medición de la humedad basada en la técnica diferencial de microondas

Shu-e Zhang, Qiuyue Xia, Hua Xiong, Zhonghe Han

Departamento de ingeniería electrónica y comunicación

Universidad de la energía eléctrica del norte de Baoding, provincia de Hebei, China

Email: Zhang_shu_@sina.com

Resumen - Un método de medición de la humedad del vapor húmedo basado en la técnica diferencial de microondas se presenta en este trabajo. El modelo de cálculo de la constante dieléctrica equivalente del vapor húmedo a diferentes temperaturas y presiones está establecido. El sistema de medición es diseñado, que sustituye instrumentos adicionales para integrar un módulo y usar dos resonadores para contrarrestar el error del sistema. Se deduce el principio de sistema, y se da la relación de variación de la humedad del vapor y la salida del sistema. El sistema se simula utilizando el parámetro S de resonador práctico. Los datos muestran que la humedad y la salida del sistema tienen alta relación lineal. La consistencia de la teoría y datos simulados muestran la validez de esta teoría y pueden utilizarse para la medición en línea del flujo de vapor húmedo. La exactitud del sistema en este papel puede alcanzar ± 0,1% cerca de la temperatura 30 ℃.

Palabras clave - microondas, medición de humedad, técnica diferencial, turbina de vapor, resonador.

1. INTRODUCCIÓN

En la central eléctrica, la existencia de humedad es la razón principal de la erosión hídrica de las hojas. Las gotas de agua transportadas por el vapor causan la pérdida de energía cinética del vapor, mientras tanto, El hecho de que la dirección donde la gota de agua entra en ausencia es inconsistente con la dirección en la que los flujos de vapor también contribuyen a la erosión de las hojas [1]. La erosión hídrica de las hojas amenaza el funcionamiento seguro de la turbina y también reduce la eficiencia del paso del flujo [2]. Además, la pérdida de humedad disminuye la eficiencia de la turbina, lo que trae consigo una gran cantidad de daños a la economía y a la seguridad de la turbina. En la central geotérmica y nuclear, el daño causado por el vapor saturado es especialmente sobresaliente [3]. Por lo tanto, el estudio del flujo de condensación de dos fases de vapor en la turbina y especialmente la medición en línea de flujo de dos fases son de gran importancia [4]. Hay cuatro maneras de medir la humedad del vapor que fluye en la turbina, que son: método termodinámico, método óptico y métodos recientemente presentados de ultrasonido y microondas.

Las precisiones de la medición del método termodinámico y del método ultrasónico aún deben mejorarse y el método óptico requiere más hacia el medio ambiente. Habiendo compensado las desventajas mencionadas anteriormente, el método de microondas también tiene ventajas de ser rápido y poder llevar a cabo la medición en línea, lo que hace que valga la pena estudiar.

El método de microondas consiste en determinar la humedad del vapor según las relaciones correspondientes entre la humedad y la constante dieléctrica obtenida mediante la medición de la frecuencia de resonancia. La mayoría de los métodos de microondas presentados en la actualidad utilizan sólo una resonancia como sensor, requiriendo mayor estabilidad de frecuencia de la fuente de microondas y dificultando la eliminación de la influencia negativa causada por la expansión térmica y el cambio de temperatura. A partir del cálculo teórico, sabemos que para un solo resonador el cambio de frecuencia causado por el cambio de temperatura puede llegar a ser MHz / ° C, mientras que en la misma condición el desplazamiento de frecuencia es sólo al nivel de KHz cuando la humedad cambia un por ciento. Por lo tanto, el mecanismo de compensación de la temperatura tiene que ser introducido en el sistema de medición de una sola cavidad, habiendo reducido la precisión y la sensibilidad del sistema.

La técnica diferencial de microondas [5] presentada por J. F. Rouleau es obtener la constante dieléctrica del vapor a través de la medición de la diferencia de coeficientes de reflexión ΔΓ de la señal de microondas en dos resonadores, habiendo cancelado la interferencia de expansión térmica del sistema y filtrado efectivamente la influencia de condiciones externas tales como deformación del sensor. En vista de las ventajas de la técnica diferencial, este trabajo presenta un tipo de método diferencial para medir la humedad del vapor de escape de la turbina. En comparación con los métodos normales, el método tiene mayor precisión y sensibilidad además de la reacción rápida y la medición en línea.

1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS

1. La relación entre el coeficiente de reflexión Γ y la constante dieléctrica relativa εr del vapor.

La forma de medir la humedad del vapor de escape debe usar el resonador como sensor para recolectar información de humedad con el vapor que fluye en la turbina. La relación entre la frecuencia de resonancia de la cavidad f0 y el número de onda k del modo resonante en la cavidad es [6]:

[pic 1]

[pic 2]

Donde c es la velocidad de la luz en el vacío,  y  son dieléctricos de vacío y permeabilidad respectivamente. Cuando el vapor húmedo fluye a través de la cavidad, la relación entre la frecuencia de resonancia fr y el número de onda k del modo resonante es:[pic 5][pic 3][pic 4]

[pic 6]

Donde μr es la permeabilidad diferencial del equipo húmedo. Consciente de que la permeabilidad μr del vapor húmedo de un material no magnético apenas cambia, podemos obtener de la comparación de la fórmula (1) con la (2) que:

[pic 7]

[pic 8]

Como la constante dieléctrica relativa εr de diferente vapor húmedo que fluye a través del resonador varía poco, la frecuencia de resonancia fr también varía poco. El principio de la medición diferencial de microondas utiliza dos resonadores, uno de los cuales se utiliza como cavidad de referencia con gas de humedad constante en el mismo, el otro como cavidad de medición donde se supone que fluye el gas durante el período de trabajo del sistema, podemos considerar que: [pic 9]

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