摘要：采用雙區加熱法在線監測汽輪機排汽濕度，由于各溫度、壓力傳感器受位置、自身差異、環境等不可測因素的影響，使得其測量數據不能完全反映汽輪機的排汽濕度的真實狀態。為此，利用改進的硬件和軟件測量相結合的多傳感器數據融合算法對測得數據進行處理，解決了過多的不確定因
在濕度監測系統中，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際環境中一些無法控制的隨機因素影響，使得測量數據不能完全反映汽輪機排汽濕度的真實狀態。對此，需要汽輪機排汽濕度監測系統通過數據融合對不同時間、空間所測數據進行分析、處理，使得所測信息能夠準確反映過熱蒸汽的濕度。
數據融合(即多傳感器信息融合)[l,2]是對不同時間與空間的多傳感器測量數據采用計算機技術在一定準則下加以自動分析、綜合、支配和使用，對被測對象的一致性進行解釋與描述，其所得數據優于單個傳感器數據。
采用雙區加熱法測量蒸汽濕度[3]，其中蒸汽在經過蒸發區、過熱區[4-7]加熱后，部分蒸汽并不能達到過熱狀態，并且由于在蒸發段、過熱段對于蒸汽吸熱量的計算不準等諸多因素，使得基于溫度、壓力傳感器測得并通過數值計算得到的濕度值[8]產生誤差。為減小計算誤差，通常多采用硬測量的方式，如增加更多的傳感器，對蒸汽濕度的狀態進行更加精細的描述。這樣不但增加了整個系統的成本，而且由于傳感器測量數據過多會產生更多的不確定因素，使得蒸汽濕度的計算值更加不準確。對此，本文利用硬件和軟件測量相結合的方式，在不同方位布置溫度、壓力、風速儀等多個傳感器對蒸汽狀態進行跟蹤，并采用最小二乘法對多個傳感器所測數據進行分析、綜合，最大限度地模擬出較為準確的蒸汽濕度。
1 濕度在線監測系統硬件
汽輪機排汽濕度在線監控系統由熱敏電阻、壓力傳感器、I7015(用于采集溫度信號，每個 I7015可驅動8路TTL電路)、I7024(通過控制電壓傳感器的電壓從而達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，可驅8路TTL電路)、I7044(可驅動4路TTL電平開關量輸入，8路TTL電平開關量輸出)、I7052(用于將各 17000 系列信號送至計算機)、電流傳感器、電壓傳感器等硬件組成。
圖1為汽輪機排汽濕度在線監測系統硬件結構。將I7015和I7017R采集的溫度信號和壓力信號送入I17052，通過串行接口實現采集數據的輸入；計算機對于外部電壓、電流的控制由I17024 控制調壓模塊(EUV)電量傳感器實現；對于整個系統的蒸汽流通閥門的控制以及實際質量流量的測量均由I7044實現。
2 濕度在線監測系統軟件
汽輪機排汽濕度在線監測系統軟件設計及其功能為：(1)對在加熱區、過熱區2個加熱段的進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為T1，T2，… ，T16，p1, p2，… ， p6; (2)分別按不同的時間段采集相應的溫度、壓力數據；(3)進行濕度計算；(4)利用最小二乘法對試驗數據進行誤差分析；(5)假設飽和過熱蒸汽狀態下的溫度和壓力值，并對照當前所測溫度和壓力值進行校驗；(6)利用校驗結果及誤差分析結果近似模擬當前狀態下蒸汽濕度值。汽輪機排汽濕度在線監測系統軟件工作流程見圖2。
在Delphi7.0軟件環境下，編譯該軟件程序，由上述方法得出的結果圖，明顯地改善了濕度測量結果。
3 最小二乘法數學模型
采用最小二乘法[l0]的設時不變單輸入單輸出(SI-SO)系統的數學模型為：
A(z-1) z(k)=B(z-1)u(k)+e(k) (l)
式中：u(k)、z(k)為系統輸入、輸出量；e(k)為均值為零的隨機噪聲；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為辨識的參數集合。
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，取準則函數：
使J(θ)=min(θ)的估計值記作θLs，則有
且J(θ)的二階導數大于零，所以滿足式(7)的θLs使J(θ)|θLs為唯一的最小值。
4 試驗數據處理
表1為探針進口蒸發段、過熱段蒸汽吸熱量計算失準對濕度測量值的影響。
對在不同工況下的蒸汽濕度計算值進行分析，并利用最小二乘法進行誤差處理可以得到在過熱段蒸汽吸熱量的計算失準對濕度測量值的影響，將該變化量進行程序計算，從而得出蒸汽質量流量與蒸汽濕度的對應關系(圖3)。
5 結論
以獲取的試驗數據為基礎，利用數據融合技術對汽輪機排汽濕度在線監測系統進行改進，并利用最小二乘法數學模型對試驗數據進行分析處理。通過計算機運算，近似模擬出測量結果，提高了該在線監測系統的整體試驗性能。
