摘要：采用雙區(qū)加熱法在線監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)排汽濕度，由于各溫度、壓力傳感器受位置、自身差異、環(huán)境等不可測(cè)因素的影響，使得其測(cè)量數(shù)據(jù)不能完全反映汽輪機(jī)的排汽濕度的真實(shí)狀態(tài)。為此，利用改進(jìn)的硬件和軟件測(cè)量相結(jié)合的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，解決了過多的不確定因

在濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由于各溫度、壓力傳感器所處的方位不同以及受傳感器自身在實(shí)際環(huán)境中一些無法控制的隨機(jī)因素影響，使得測(cè)量數(shù)據(jù)不能完全反映汽輪機(jī)排汽濕度的真實(shí)狀態(tài)。對(duì)此，需要汽輪機(jī)排汽濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)融合對(duì)不同時(shí)間、空間所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，使得所測(cè)信息能夠準(zhǔn)確反映過熱蒸汽的濕度。
數(shù)據(jù)融合(即多傳感器信息融合)[l,2]是對(duì)不同時(shí)間與空間的多傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合、支配和使用，對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性進(jìn)行解釋與描述，其所得數(shù)據(jù)優(yōu)于單個(gè)傳感器數(shù)據(jù)。
采用雙區(qū)加熱法測(cè)量蒸汽濕度[3]，其中蒸汽在經(jīng)過蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)[4-7]加熱后，部分蒸汽并不能達(dá)到過熱狀態(tài)，并且由于在蒸發(fā)段、過熱段對(duì)于蒸汽吸熱量的計(jì)算不準(zhǔn)等諸多因素，使得基于溫度、壓力傳感器測(cè)得并通過數(shù)值計(jì)算得到的濕度值[8]產(chǎn)生誤差。為減小計(jì)算誤差，通常多采用硬測(cè)量的方式，如增加更多的傳感器，對(duì)蒸汽濕度的狀態(tài)進(jìn)行更加精細(xì)的描述。這樣不但增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，而且由于傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)過多會(huì)產(chǎn)生更多的不確定因素，使得蒸汽濕度的計(jì)算值更加不準(zhǔn)確。對(duì)此，本文利用硬件和軟件測(cè)量相結(jié)合的方式，在不同方位布置溫度、壓力、風(fēng)速儀等多個(gè)傳感器對(duì)蒸汽狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，并采用最小二乘法對(duì)多個(gè)傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合，最大限度地模擬出較為準(zhǔn)確的蒸汽濕度。
1 濕度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件
汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)由熱敏電阻、壓力傳感器、I7015(用于采集溫度信號(hào)，每個(gè) I7015可驅(qū)動(dòng)8路TTL電路)、I7024(通過控制電壓傳感器的電壓從而達(dá)到控制加熱棒的功率來改變工況的目的)、I7017R(用于采集0～5V電壓信號(hào)，可驅(qū)8路TTL電路)、I7044(可驅(qū)動(dòng)4路TTL電平開關(guān)量輸入，8路TTL電平開關(guān)量輸出)、I7052(用于將各 17000 系列信號(hào)送至計(jì)算機(jī))、電流傳感器、電壓傳感器等硬件組成。

圖1為汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。將I7015和I7017R采集的溫度信號(hào)和壓力信號(hào)送入I17052，通過串行接口實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的輸入；計(jì)算機(jī)對(duì)于外部電壓、電流的控制由I17024 控制調(diào)壓模塊(EUV)電量傳感器實(shí)現(xiàn)；對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的蒸汽流通閥門的控制以及實(shí)際質(zhì)量流量的測(cè)量均由I7044實(shí)現(xiàn)。
2 濕度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件
汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及其功能為：(1)對(duì)在加熱區(qū)、過熱區(qū)2個(gè)加熱段的進(jìn)汽口和出汽口以及加熱段中段布置的Ptl000鉑電阻和陶瓷壓力傳感器分別編號(hào)為T1，T2，… ，T16，p1, p2，… ， p6; (2)分別按不同的時(shí)間段采集相應(yīng)的溫度、壓力數(shù)據(jù)；(3)進(jìn)行濕度計(jì)算；(4)利用最小二乘法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析；(5)假設(shè)飽和過熱蒸汽狀態(tài)下的溫度和壓力值，并對(duì)照當(dāng)前所測(cè)溫度和壓力值進(jìn)行校驗(yàn)；(6)利用校驗(yàn)結(jié)果及誤差分析結(jié)果近似模擬當(dāng)前狀態(tài)下蒸汽濕度值。汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件工作流程見圖2。

在Delphi7.0軟件環(huán)境下，編譯該軟件程序，由上述方法得出的結(jié)果圖，明顯地改善了濕度測(cè)量結(jié)果。
3 最小二乘法數(shù)學(xué)模型
采用最小二乘法[l0]的設(shè)時(shí)不變單輸入單輸出(SI-SO)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：
A(z-1) z(k)=B(z-1)u(k)+e(k) (l)
式中：u(k)、z(k)為系統(tǒng)輸入、輸出量；e(k)為均值為零的隨機(jī)噪聲；A(z-1)=1+a1 z-1+a2Z-2+…+aaz-a;B(z-1)=b1z-1+b2z-2+…+bbz-b。
首先，將系統(tǒng)模型寫成最小二乘格式：z(k)=hT(k)θ+e(k) (2)
式中：h為樣本集合；θ為辨識(shí)的參數(shù)集合。
h(k)＝[-z(k-1)，…，-z(k-na), u(k-1)，…，u(k-nb)]T (3)
θ＝[a1,a2，…，aa，b1, b2，…，bb]T (4)
然后，取準(zhǔn)則函數(shù)：

使J(θ)=min(θ)的估計(jì)值記作θLs，則有

且J(θ)的二階導(dǎo)數(shù)大于零，所以滿足式(7)的θLs使J(θ)|θLs為唯一的最小值。
4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
表1為探針進(jìn)口蒸發(fā)段、過熱段蒸汽吸熱量計(jì)算失準(zhǔn)對(duì)濕度測(cè)量值的影響。

對(duì)在不同工況下的蒸汽濕度計(jì)算值進(jìn)行分析，并利用最小二乘法進(jìn)行誤差處理可以得到在過熱段蒸汽吸熱量的計(jì)算失準(zhǔn)對(duì)濕度測(cè)量值的影響，將該變化量進(jìn)行程序計(jì)算，從而得出蒸汽質(zhì)量流量與蒸汽濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖3)。

5 結(jié)論
以獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并利用最小二乘法數(shù)學(xué)模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，近似模擬出測(cè)量結(jié)果，提高了該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體試驗(yàn)性能。