基于声表面波的电站锅炉高温受热面测温方法的研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:bbshisegui
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炉内受热面管壁温度的实时监测,对避免运行超温和保障高参数大容量机组安全有重要的意义。超临界电站锅炉高温受热面管壁温度较高,传统的测温手段如热电偶等,在复杂空间下布线困难,测点数量有限,安装不易。基于声表面波的无线无源测量技术,无需布线,体积较小,空间结构限制较小,可在传统测温手段无法安装的位置进行高温测量。因此,本文以电站锅炉高温受热面的测温方法为研究背景,开展了高温环境下的声表面波温度传感器的研究。首先,建立了声表面波温度传感器的有限元模型。研究了不同高温电极材料对传感器的特征频率以及对称模态振型中最大质点位移的影响。研究了高温电极保护层材料氮化铝AlN对传感器的特征频率、声表面波传播速度、机电耦合系数、反射系数以及对称模态振型中最大质点位移的影响。获得了适用于高温的芯片材料对声表面波温度传感器指标参数的影响规律。其中,电极材料的质量是影响声表面波高温温度传感器的重要因素。AlN保护层材料是声表面波的传播的重要影响因素。然后,设计制备了以硅酸镓镧为基底材料,以Au作为电极材料的声表面波高温温度传感器,并搭建了高温测试试验平台,对高温传感器的性能进行实验研究。得到传感器谐振频率和相速度值的测试结果,与模拟结果接近。对高温传感器在25℃到300℃温度进行测试,得到了不同温度下的频率,TCF值和机电耦合系数。其中,TCF值绝对值从室温的-12.76ppm/℃降低至300℃时的-45.46 ppm/℃,机电耦合系数在250℃左右开始明显下降。最后,针对声表面波温度传感器无线温度信号的传输特性这一关键性能参数,建立了无线无源传感系统中不同天线结构的信号传输有限元模型。通过实验验证了模型的可靠性。分析了不同传输天线结构的增益和方向性。得到了声表面波高温传感系统中不同天线结构无线信号的传输特性。
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