摘要：采用雙區(qū)加熱法在線監(jiān)測汽輪機(jī)排汽濕度，由于各溫度,、壓力傳感器受位置,、自身差異、環(huán)境等不可測因素的影響,，使得其測量數(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)的硬件和軟件測量相結(jié)合的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法對測得數(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),。對此,，需要汽輪機(jī)排汽濕度監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)融合對不同時(shí)間,、空間所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理,，使得所測信息能夠準(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]是對不同時(shí)間與空間的多傳感器測量數(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,，對被測對象的一致性進(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，通常多采用硬測量的方式,，如增加更多的傳感器,，對蒸汽濕度的狀態(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。對此,，本文利用硬件和軟件測量相結(jié)合的方式,，在不同方位布置溫度、壓力,、風(fēng)速儀等多個(gè)傳感器對蒸汽狀態(tài)進(jìn)行跟蹤,，并采用最小二乘法對多個(gè)傳感器所測數(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)量流量的測量均由I7044實(shí)現(xiàn),。
2 濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件
汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及其功能為：(1)對在加熱區(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,，并對照當(dāng)前所測溫度和壓力值進(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)對濕度測量值的影響,。

對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)對濕度測量值的影響，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)對汽輪機(jī)排汽濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),，并利用最小二乘法數(shù)學(xué)模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,。通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，近似模擬出測量結(jié)果,，提高了該在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體試驗(yàn)性能,。