在我国公共事业及基础性产业发展过程中,电力行业中煤电机组的大幅增加为此前经济发展作出了巨大贡献,而汽轮机作为火电和核电机组的主要能量转换装置,其安全经济运行有着重要意义。当常规火电机组或核电机组参与调峰变工况运行时,负荷波动会引起汽轮机最末几级的湿度发生变化,而湿度的存在严重影响机组的运行以及叶片的安全性。基于微波微扰理论的谐振腔传感器测量蒸汽湿度的方法可实现对湿蒸汽实时、连续、高精度的测量,本文在原有腔体传感器设计基础上,进一步对传感器及其配套测量系统进行开发、设计以及优化,同时对测量系统的误差、上位机软件的编写以及温度变化对腔体的影响进行了分析研究。1.湿蒸汽湿度测量谐振腔传感器选择易加工、装配简单的圆柱形谐振腔,其工作模式选用TE₀₁₁模式。基于工作模式确定腔体的结构尺寸及其谐振频率等,从理论上确定了空载频率为12GHz的高频传感器设计。耦合结构选择环耦合,应用HFSS电磁仿真软件对谐振腔等比例建模,通过仿真优化得到了能量耦合性最佳的腔体侧壁开孔厚度、开孔孔径、开孔间距以及耦合环伸入长度等参数。仿真结果具有良好的电气特性和品质因数,可满足实际测量需要。2.为实现谐振腔的工业应用,进行了湿度测量系统设计,并根据所设计的测量系统进行各测量元器件选型。由于系统误差由系统的各个部件的误差累计而来且不可避免,通过对测量系统的分析,对误差进行优化或修正,确定了系统标准不确定度最大为0.004%,拓展不确定度最大为0.008%,测量系统整体综合不确定度最大为0.764%。3.应用Labview软件编写与单片机通信的上位机软件,此配套软件接收单片机传来的数据,采取一定方法对数据进行多项式拟合,通过分析得到高频谐振腔的谐振频率,进而得到腔内的蒸汽湿度。4.通过理论分析了谐振频率与温度变化的关系,并进行谐振腔温度特性实验,实验结果显示由于温度变化引起的频率偏移约为206.47kHz。通过进行谐振腔动态温度特性实验发现,当空气温度发生较大变化时,谐振腔达到平衡时间超过30min,这会影响蒸汽湿度测量的实时性,因此提出了相应的解决方案。最后定性分析了腔体材质氧化、环境空气成分变化等因素对温度特性实验的影响。