超声波检测汽轮机的水蒸气湿度传感器超声波检测蒸汽湿度的原理是：声波在气液两相混合物中的传播速度明显小于在纯液与纯气中的传播速度，并且，由于气液两相含量的变化，也会引起声速的变化，这就为超声波检测蒸汽湿度提供了可能。利用这个原理，探讨超声波检测汽轮机中含液量的可行性，以及与微机结合，制成一体化、智能化检测计的可行性。61695

对于汽轮机中的湿蒸气两相流可以用均质模型描述，并作以下假设：（1）两相流气液等温，不可压缩；（2）两相流中各处压力相等；（3）超声波在两相流中传播设为绝热过程。由以上假设，汽水混合物的声速采用Wood绝热声速公式从中解出液态水的体积组分，进而求出蒸汽湿度[7]。

为了便于测量汽轮机中争气湿度，采用脉冲时差法测量声速不仅能得到湿蒸气中的声速，同时还能得到湿蒸气两相流的流速，同时也大大减少了温度对测量的影响，这对于现场测量是十分有利的。其原理是通过测量超声脉冲沿两相流顺向和逆向传播的声速差来求得流速和声速[8]。

2  超声波检测两相流若干问题研究：

    （1）颗粒两相流介质中声速理论预测：超声波在颗粒两相流介质中传播，介质的声速、衰减等超声量都与介质的特性及状态有关。相对声衰减而言，声速更易测量，精度也能保证[9]。对于颗粒两相流介质中的声速的预测，由于涉及到颗粒相和连续相的不同物性参数和状态参数的影响，理论分析上更显困难。最早提出颗粒两相流介质中超声传播模型的Urick给出了独立的超声声速方程和超声衰减方程。但是Urick声速模型实际上是一个简化模型，它并没有考虑声速与声频率，颗粒尺寸和形状，热损失，以及散射因素的影响[10].

    奠定超声测粒基础的是ECAH模型。1953年Epstein在他的文章中提出了一个不仅考虑液体介质粘性和固体弹性效应，同时还考虑到热传导影响的数学模型。Epstein和Carhart还通过一个详细的理论解推导出热损失对声衰减的影响。在此基础上，Allegra和Hawleyl21发展了该模型。使其适用于悬浊液。所以这一模型被称为ECAH模型(或AH模型)。这一模型以球形、各向同性的单分散颗粒悬浊液为研究对象．通过考虑质量、动量和能量的守恒方程，推导出一个相速度和衰减的复波动方程。通过微体积元中质量、动量、能量守恒定律出发，精确地描述了球形颗粒两相流中声波动行为，声衰减和声速的方程最终归结为一6阶线性方程组的求解问题[11][12]。

此后超声测粒理论中又发展出Harker和Temple模型、BLBL模型、McClements模型。ECAH模型中考虑了在绝大多数情况下起主要作用的3种声衰减的机制：粘性、热传导和声散射，而H&T模型中并没有考虑热损失机制对超声波衰减的影响，McClements模型适合长波长模型,BLBL模型用于描述稀释的悬浊液中的消声效应，类似于光学方法中的全散射法[13]。

随着颗粒技术的发展，颗粒粒度测试技术获得了广泛关注与重视，尤其是超细颗粒的测量方法正成为当前的研究热点，其中，超细颗粒的超声波测量方法因其可进行实时在线的高浓度测量而日益获得关注[14]。超声法测量颗粒粒度主要通过测量颗粒两相介质中的声衰减与声速，并通过与严格数学模型的预测结果相比较和反演计算来获得颗粒相的粒度和浓度。因此，精确获得两相流介质的声衰减与声速，对保证测量结果的准确性具有至关重要的作用[15]。常见的测量颗粒两相介质声衰减与声速方法主要通过发射并获取连续波、猝发波、脉冲波，快速建立起时域和频域信号的联系，但是该技术却存在频率分辨率差、可能的频谱信息泄漏和不能同时提供时域信息等缺点。为获得更准确的超声检测结果，采用脉冲反射波变声程测量方法，分别获取声反射板在超声探头声轴线不同位置的超声反射回波，通过短时傅里叶变换进行时频分析，发展出一种快速、准确获取超细颗粒两相介质中超声波衰减谱与声速谱方法[16]。