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

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Donde , son la constante dieléctrica relativa y la frecuencia de resonancia de la cavidad de referencia respectivamente. es el valor de la diferencia entre las constantes dieléctricas relativas de los gases en la medición y la cavidad de referencia, y es el valor de la diferencia entre las frecuencias de resonancia de las dos cavidades. , , , , son las constantes dieléctricas relativas y la frecuencia de resonancia de la cavidad respectivamente.[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]

Hacer la impedancia de entrada del resonador equivalente al circuito paralelo de RLC, para:[pic 19]

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Donde, Y0 es la impedancia característica del sistema y Y es la impedancia de entrada. La parte imaginaria de la formula (5) es [7]:

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Donde Γ’’ es la parte imaginaria del coeficiente de reflexión Γ, G es la conductancia de resonancia, Y0 es la impedancia característica del sistema, Q es el factor de calidad y f es la frecuencia de trabajo del sistema. Al combinar la fórmula (6) con (4), podemos obtener:[pic 23]

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se revela que el valor de la diferencia entre partes imaginarias del coeficiente de reflexión ΔΓ’’ es relevante para el valor de diferencia de la constante dieléctrica relativa Δεref. Si la frecuencia de trabajo del sistema f se ajusta para ser igual a fref, entonces G=Y0, entonces:[pic 25]

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- La relación entre la constante dieléctrica relativa εm y humedad Y

Vapor en la turbina es una sustancia mezclada de vapor saturado seco y gotas de agua. La mayor parte de las gotas de agua formadas a través del crecimiento espontáneo de la condensación es perla discreta con diámetro de 1 ~ 2 μm la cual es tan pequeña que la gota de agua puede fluir con el vapor sin deslizamiento. Otro 2% del agua total es agua "áspera" cuyo tamaño típico de diámetro bajo una turbina de baja presión está en el rango de 20μm ~200μm [4]. El agua rugosa está formada por una capa de agua o una corriente pequeña que se rasga periódicamente en el borde de salida de la hoja. Por lo que es razonable creer que en el rango de pequeño volumen el vapor húmedo está compuesto de vapor saturado seco y pequeñas gotitas esféricas de agua que se mezclan uniformemente.

Si el vapor de agua se considera como una matriz con εg siendo la constante dieléctrica relativa, y la constante dieléctrica de las gotas de agua es ε1, lo siguiente puede obtenerse de acuerdo con la fórmula del medio mixto dependiente de la estructura y la fórmula del coeficiente de despolarización de la esfera [8]:[pic 27]

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En la formula, εrm, εrl, Yi son valores unitarios de la constante dieléctrica relativa del vapor εg, el valor unitario de la constante dieléctrica relativa de las gotas de agua εg de la matriz y el porcentaje de volumen de las gotas de agua respectivamente, es decir, εm= εrm x εg, εl= εrl x εg. En el rango de un pequeño volumen, el porcentaje de volumen de las gotas de agua Yi y el porcentaje de calidad Y pueden ser expresados como sigue:

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Dentro de los cuales, Vl, Vg, ρl, ρg son el volumen de agua saturada, el volumen de vapor seco saturado, la densidad de agua saturada y la densidad de vapor seco saturado respectivamente. De la formula (9) a la (11), podemos obtener:

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que describe la relación entre la humedad del vapor y la constante dieléctrica relativa como εl, εg, ρl, ρg son todas las cantidades conocidas, la humedad se puede obtener a través de la formula (12) si solo la constante dieléctrica es medida. Con respecto a cada parámetro de agua y vapor bajo la situación dada, podemos referirnos a la literatura [9].[pic 34]

- SISTEMA DE MEDIDA

- Diagrama del principio del sistema

El sistema de medición de la diferencia de coeficientes de reflexión se muestra en la figura 1. El resonador de referencia esta está lleno de gas de humedad constante, mientras que el resonador de medición el cual tiene la misma estructura con el resonador de referencia es usado para que el vapor fluya libremente. La diferencia del coeficiente de reflexión puede obtenerse por puente eléctrico de anillo y el correspondiente voltaje de la constante dieléctrica εm del vapor que se puede obtener después del módulo de post-procesamiento.

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Fig. 1 Diagrama esquemático del sistema de diferencias

Como la constante dieléctrica relativa ε’r del gas en el resonador de referencia es conocido, la constante dieléctrica del gas que queda por medir se puede obtener de acuerdo con la fórmula (8) después de que ΔΓ’’ ha sido obtenido. Entonces el vapor de humedad puede ser determinado a través de la formula (12) la cual describe la relación entre el vapor de humedad y la constante dieléctrica bajo una temperatura y presión correspondiente.

- Análisis del principio de funcionamiento del sistema

Las señales de entrada de los dos resonadores son generadas por la misma fuente de señal, teniendo garantía que las frecuencias de las señales de entrada son consistentes y evita la asincronía de fase causado por utilizar varias fuentes de señal. La diferencia de la señal puede ser obtenido en el puerto diferencial del puente eléctrico de anillo y la frecuencia de la señal original puede ser filtrada después del post-procesamiento. Después de pasar a través del divisor de potencia, la señal Vs=Aej(wt+φ) el cual es generado por la fuente de la señal y es dividida en dos partes iguales V1=(Aej(wt+φ))/2.

La señal V1 entra en el puerto A del puente eléctrico de anillo y ahí hay una onda de V’1 con la misma amplitud y la misma fase en el puerto B y C [6].[pic 36]

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De acuerdo con la teoría de línea de transmisión, la reflexión de ondas Vc, Vt de referencia y la cavidad de medida son respectivamente: