1 引言

常规电站中大型冷凝式蒸汽透平的末几级和核电站中透平的全部级都在湿蒸汽状态下工作。湿蒸汽中的液态水含量对工作介质及其效率影响很大。蒸汽湿度的存在不仅降低透平级的运行效率，而且还会引起严重的叶片水蚀，给电厂中运行机组的经济性和安全性带来隐患，所以精确测定湿蒸汽中液态水的含量即液化程度对气轮机的长期稳定运转及其寿命具有重大意义。

微波谐振腔测湿技术是近几年国内外出现的一项热门技术。腔内介质的介电常数是在一定压力和温度下由流动气体的湿度决定。根据谐振腔中谐振频率随腔内电介质的介电常数变化发生偏移这一特性，若能准确测得谐振频率的变化量，就能测得流动气体的湿度。与目前使用的光学法、热力学法相比，采用该蒸汽湿度测量方法可简化设备，提高测量精度，有利于在线监测，是一种很有发展前景的测湿新方法。在该测量方法中，微波谐振腔的腔体结构、耦合结构和性能是影响测湿精度的重要因素。在此，设计了小体积的同轴线耦合装置用谐振腔。与矩形波导耦合相比，其结构更适合用于汽轮机内流动湿蒸汽湿度的测量。

2 汽轮机内流动湿蒸汽湿度的测量原理

由文献[3]可知，基于测量谐振腔谐振频率偏移理论的蒸汽湿度关系式为：

式中：δf为频偏；f0为谐振腔空腔谐振频率。

由式(1)可见，通过测量谐振腔传感器谐振频率fs的偏移可得到腔体内流通的湿蒸汽湿度。因系统工作频率f=9.6GHz，所以设计的f0=9.6 GHz。图1给出温度为30℃时，压力在0.02 MPa的条件下，由同轴线特性阻抗Z0算出湿度与频偏的关系曲线。可见，两者在小范围内即汽轮机工作湿度范围内近似呈线性。

3 微波谐振腔结构设计

3.1 测量系统

要实现汽轮机内的湿蒸汽测量，谐振腔需要放置在汽轮机腔体内部，以实现湿度的实时数据洲量。测得的实时数据需要通过馈线传人到外处理电路，同时外处理电路也需要通过馈线实时监控谐振腔内的频率偏移。作为传输介质，馈线应满足：①进入汽轮机蒸汽腔时，对其腔体的破坏最小；②作为耦合装置时，与谐振腔的耦合要满足要求；③传输信号时，要使其衰减最小。

3.2 圆柱谐振腔结构尺寸

圆柱形谐振腔以其品质冈数Q较高，结构坚固，易于加工制作等优点而得到广泛应用。圆柱形谐振腔可看作是其两端用导体板封闭起来的一段圆柱波导。