CN102520752B - 一种失超触发加热器的过热保护装置 - Google Patents

Abstract

一种失超触发加热器的过热保护装置，由过热分流电阻(1)和安装护栏(9)组成。过热分流电阻(1)由多个负温度系数热敏电阻(RT)并联连接组成。安装护栏(9)放置在所保护的加热器(J)上表面且不超出加热器(J)外沿，多个负温度系数热敏电阻(RT)放置于安装护栏(9)中由相邻的上导电齿(7)和下导电齿(8)组成的安装槽内。过热分流电阻(1)随加热器(J)温度升高而升高，当接近25℃时过热分流电阻(1)的阻值只有加热器(J)电阻的十分之一或者更小，加热器(J)中的电流绝大部分都分流到过热分流电阻(1)中，加热器(J)发热将迅速减少。

Description

一种失超触发加热器的过热保护装置

技术领域

本发明涉及一种针对触发超导磁体失超的加热器进行过热保护的装置。

背景技术

超导体从超导态转变为正常态称为失超，超导磁体的失超通常开始于某个线圈的局部。局部失超的超导体转变成带有一定电阻的正常区域，电流流经此正常区域产生焦耳热将进一步升高正常区域的温度和增加正常区域的大小。

超导磁体可能储存有兆焦耳数量级的能量，在失超后，这些能量将在超导磁体的电阻体积中被消耗。为了得到MRI或NMR成像系统中所需要的磁场均匀性，超导磁体被划分成多个子线圈，这些子线圈围绕超导磁体轴线且在空间隔开，以使它们之间没有热连接。如果不适当地处理失超过程，就会在失超的子线圈中消耗整个超导磁体的能量，从而引起局部温度上升。严重的局部过热可能烧焦绝缘或熔化导体，同时失超也可能产生高电压击穿绝缘。因此必须采取有效的措施对超导磁体的失超进行保护。

最有效的保护方法就是通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，使热量尽可能均匀消耗在整个超导磁体上。如果超导磁体在某一线圈的局部发生失超后，迅速扩展到整个超导磁体，导致全部失超，就意味着没有一个部分会达到危险温度。在用于MRI或NMR成像系统中的超导磁体中，一般通过向与超导线圈紧密热接触的加热器施加电流来实现有意的失超启动。一般每个超导线圈将配备有一个或多个加热器。

通常，用于有意启动所有超导线圈失超的加热器电气串联在一起，其供电源取自某个线圈或几个线圈在失超后产生的端电压。加热器开始工作时，先加热自己，然后温度高于线圈表面，于是传递热量给线圈，加热线圈，加热器一边加热自身一边传递热量给线圈，当线圈失超后，一般加热器还将继续加热，加热器继续加热温度则继续升高.如果加热器温度升高则会产生热应力造成线圈裂化，温度过高甚至发生炭化烧坏线圈绝缘以及线圈外的环氧包裹层。因此设计加热器电路时需要采取保护措施来防止加热器温度过高。

传统的方法就是在加热器两端并联若干个二极管，当流经加热器的电流超过某一值时，增长的电流就分流到二极管中，降低加热器的发热功率。但是二极管的阈值电压在低温下具有离散性，并且随流经电流的变化而变化，这样就很难确定加热器两端需要并联二极管的数量，如果并联二极管的数量多了就难以起到保护加热器过热的目的，并联二极管的数量少了，就会导致加热器中流通的电流过小而不能及时触发超导线圈失超。

发明内容

本发明的目的是克服现有失超触发加热器过热保护方法的上述缺点，提出一种新的失超触发加热器过热保护装置。本发明利用负温度系数热敏电阻直接感应加热器的温度，根据加热器温度的高低来分流电流，从而更加精确可靠地保护加热器，防止其出现过热。

本发明提出的加热器过热保护装置主要利用负温度系数热敏电阻的电阻率随温度上升而呈指数关系减小的特性。根据国标(GB/T 13189-91)的规定，负温度系数热敏电阻在基准温度25℃时测得的电阻值称为此负温度系数热敏电阻的标称电阻值。当温度高于基准温度25℃时，负温度系数热敏电阻的阻值在标称电阻值基础上呈指数关系减少，而当温度低于基准温度25℃时，负温度系数热敏电阻的阻值在标称电阻值基础上呈指数关系增大。

本发明采用的技术方案为：将多个负温度系数热敏电阻通过电气并联组成过热分流电阻。通常，在基准温度25℃时，所述的过热分流电阻的阻值选择为所保护加热器电阻的十分之一或者更小。过热分流电阻放置在加热器的上表面并通过电气并联在加热器的两端，当加热器处于低温时，过热分流电阻中的负温度系数热敏电阻的阻值几乎为无穷大，过热分流电阻相当于开路，对加热器中的电流没有分流作用；过热分流电阻温度随加热器温度升高而升高，当接近25℃时过热分流电阻的阻值只有加热器电阻的十分之一或者更小，加热器中的电流绝大部分分流到过热分流电阻中，加热器发热将迅速减少。

本发明的过热保护装置由过热分流电阻和安装护栏组成。过热分流电阻由多个负温度系数热敏电阻并联连接组成，通过选择合适的负温度系数热敏电阻的数量使得过热分流电阻的阻值在基准温度25℃时为加热器电阻的十分之一或者更小。所有负温度系数热敏电阻采用市场上可购买的成品，其外形尺寸相同且都为长方体，长方体的左右两端为负温度系数热敏电阻导电电极。过热分流电阻并联在所需要保护的加热器两端。安装护栏用来安装固定过热分流电阻中的负温度系数热敏电阻，安装护栏主要由上导电轨、下导电轨、左支撑杆、右支撑杆、多个上导电齿及多个下导电齿组成。其中上导电轨、下导电轨、上导电齿和下导电齿都由金属导电材料制成，而左支撑杆和右支撑杆由非金属绝缘材料制成。上导电轨和下导电轨平行且水平放置，左支撑杆的上端和上导电轨的一端固定在一起，左支撑杆的下端和下导电轨的一端固定在一起，右支撑杆的上端和上导电轨的另一端固定在一起，右支撑杆的下端和下导电轨的另一端固定在一起，这样共同组成安装护栏外的矩形框架。上导电齿和下导电齿的长度相同，并且约小于上导电轨与下导电轨之间的水平间距；上导电齿水平垂直于上导电轨且上端与上导电轨焊接，下导电齿水平垂直于下导电轨且下端与下导电轨焊接。上导电齿和下导电齿均匀相间排布，使得相邻的上导电齿和下导电齿之间的垂直间距正好为负温度系数热敏电阻长度。

本发明的安装护栏放置在所保护的加热器上表面且不超出加热器的外沿，加热器上表面需要粘贴一层绝缘薄膜来防止安装护栏和加热器之间短路。负温度系数热敏电阻整齐放置于安装护栏中由相邻的上导电齿和下导电齿组成的安装槽内，负温度系数热敏电阻左右端的导电电极正好分别与上导电齿和下导电齿电气接触，这样安装固定在安装护栏中的所有负温度系数热敏电阻都并联在一起。最后采用环氧树脂填充安装护栏内以及安装护栏与加热器之间的空隙，这样环氧树脂固化后加热器、安装护栏及过热分流电阻就结合成一个整体。

附图说明

图1是本发明实施例的加热器过热保护电路原理图，图中：1过热分流电阻、J加热器、RT负温度系数热敏电阻；

图2是负温度系数热敏电阻外形示意图，图中：2导电电极；

图3是本发明实施例的安装护栏俯视图，图中：3上导电轨、4下导电轨、5左支撑杆、6右支撑杆、7上导电齿、8下导电齿；

图4是本发明实施例的过热保护装置安装示意图，图中：9安装护栏。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图4所示，本发明的过热保护装置由过热分流电阻1和安装护栏9组成，过热分流电阻1安装固定在安装护栏9内。

如图1和2所示，过热分流电阻1由多个负温度系数热敏电阻RT并联连接组成，通过选择合适的负温度系数热敏电阻RT的数量使得过热分流电阻1的阻值在基准温度25℃时为加热器J电阻的十分之一或者更小。所有负温度系数热敏电阻RT采用市场上可购买的成品，其外形尺寸相同且都为长方体，长方体的左右两端为负温度系数热敏电阻RT导电电极2。过热分流电阻1并联在所需要保护的加热器J的两端。当加热器J处于低温时，过热分流电阻1中的负温度系数热敏电阻RT的阻值几乎为无穷大，过热分流电阻1相当于开路，对加热器J中的电流没有分流作用；过热分流电阻1的温度随加热器J的温度升高而升高，当接近25℃时过热分流电阻1的阻值只有加热器J电阻的十分之一或者更小，加热器J中的电流绝大部分都分流到过热分流电阻1中，加热器J发热将迅速减少。

如图3所示，本发明的安装护栏9主要由上导电轨3、下导电轨4、左支撑杆5、右支撑杆6、多个上导电齿7及多个下导电齿8组成。其中上导电轨3、下导电轨4、上导电齿7和下导电齿8都由金属导电材料制成，而左支撑杆5和右支撑杆6由非金属绝缘材料制成。上导电轨3和下导电轨4平行且水平放置，左支撑杆5的上端和上导电轨3的一端固定在一起，左支撑杆5的下端和下导电轨4的一端固定在一起，右支撑杆6的上端和上导电轨3的另一端固定在一起，右支撑杆6的下端和下导电轨4的另一端固定在一起，这样共同组成安装护栏9外面的矩形框架。上导电齿7和下导电齿8的长度相同，并且约小于上导电轨3与下导电轨4之间的水平间距；上导电齿7水平垂直于上导电轨3，且上导电齿7的上端与上导电轨3焊接，下导电齿8水平垂直于下导电轨4，且下导电齿8的下端与下导电轨4焊接。上导电齿7和下导电齿8均匀相间排布，使得相邻的上导电齿7和下导电齿8之间的垂直间距与为负温度系数热敏电阻RT长度相等。

如图4所示，本发明的安装护栏9放置在所保护的加热器J上表面，且不超出加热器J的外沿，加热器J上表面粘贴一层绝缘薄膜以防止安装护栏9和加热器J之间短路。过热分流电阻1中的负温度系数热敏电阻RT整齐排列，放置于安装护栏9中由相邻的上导电齿7和下导电齿8组成的安装槽内，负温度系数热敏电阻RT左右两端的导电电极2分别与上导电齿7和下导电齿8电气接触，这样安装固定在安装护栏9中的所有的多个负温度系数热敏电阻RT都并联在一起。最后采用环氧树脂填充安装护栏9内以及安装护栏9与加热器J之间的空隙，这样环氧树脂固化后加热器J、安装护栏9及过热分流电阻1就结合成一个整体。

Claims (3)

1.一种失超触发加热器的过热保护装置，其特征在于，所述的过热保护装置由过热分流电阻（1）和安装护栏（9）组成，过热分流电阻（1）固定安装在安装护栏（9）内，所述的安装护栏（9）放置在所保护的加热器（J）上表面且不超出加热器（J）的外沿；加热器（J）上表面粘贴一层绝缘薄膜以防止安装护栏（9）和加热器（J）之间短路；安装护栏（9）与加热器（J）之间的空隙采用环氧树脂填充；过热分流电阻（1）并联在所需要保护的加热器（J）的两端；所述的过热分流电阻（1）的阻值在基准温度25℃时为加热器（J）电阻的十分之一或者更小；

所述的过热分流电阻（1）由多个负温度系数热敏电阻（RT）并联连接组成；所述的负温度系数热敏电阻（RT）的数量由过热分流电阻（1）的阻值确定；所述的负温度系数热敏电阻（RT）的外形尺寸相同且都为长方体，长方体的左右两端为负温度系数热敏电阻（RT）导电电极（2）。

2.按照权利要求1所述的失超触发加热器的过热保护装置，其特征在于，所述的安装护栏（9）由上导电轨（3）、下导电轨（4）、左支撑杆（5）、右支撑杆（6）、多个上导电齿（7）及多个下导电齿（8）组成，其中上导电轨（3）、下导电轨（4）、上导电齿（7）和下导电齿（8）由金属导电材料制成，左支撑杆（5）和右支撑杆（6）由非金属绝缘材料制成；上导电轨（3）和下导电轨（4）平行且水平放置，左支撑杆（5）的上端和上导电轨（3）的一端固定在一起，左支撑杆（5）的下端和下导电轨（4）的一端固定在一起，右支撑杆（6）的上端和上导电轨（3）的另一端固定在一起，右支撑杆（6）的下端和下导电轨（4）的另一端固定在一起，上导电轨（3）、下导电轨（4）、左支撑杆（5）、右支撑杆（6）共同组成安装护栏（9）外的矩形框架；上导电齿（7）和下导电齿（8）的长度相同，其长度小于上导电轨（3）与下导电轨（4）之间的水平间距；上导电齿（7）水平垂直于上导电轨（3）且上导电齿（7）的上端与上导电轨（3）焊接，下导电齿（8）水平垂直于下导电轨（4）且下导电齿（8）的下端与下导电轨（4）焊接；上导电齿（7）和下导电齿（8）均匀相间排布，相邻的上导电齿（7）和下导电齿（8）之间的垂直间距与负温度系数热敏电阻（RT）的长度相等。

3.按照权利要求1所述的失超触发加热器的过热保护装置，其特征在于，所述的过热分流电阻（1）中的多个负温度系数热敏电阻（RT）并联排列放置于安装护栏（9）中由相邻的上导电齿（7）和下导电齿（8）组成的安装槽内，负温度系数热敏电阻（RT）左右两端的导电电极（2）分别与上导电齿（7）和下导电齿（8）电气接触。

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