CN102798779B - 一种用于功率源调试的水负载体及水负载体系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于功率源调试的水负载体及水负载体系统，括：导体和内导体；所述内导体设置在外导体内部，外插头与内导体连接，且内、外导体之间绝缘；内导体设置有电阻溶液进出的通道；射频信号通过外插头及外导体组成的射频馈线馈入，设置在电阻溶液进出的通道中；其中，所述外插头与功率源连接；所述外导体用于接地。本发明的水负载体，通过改变改变电阻溶液浓度即可改变阻值，是一种宽频带、阻值可变的假负载；另外，为防止水负载体阻值随水温的变化而变化，该水负载体还带有PID温度控制器，能精确控制水温，保证阻值的正确。

Description

一种用于功率源调试的水负载体及水负载体系统

技术领域

本发明涉及功率源调试技术领域，特别是涉及一种用于功率源调试的水负载体及水负载体系统。

背景技术

散裂中子源是科学工程之一，快脉冲同步加速器（Rapid CyclingSynchrotron）是散裂中子源的重要组成部分，它将负氢离子H－轰击剥离膜而得到的质子进行积累和加速，提高束流的脉冲流强和能量，并在达到一定的能量后将质子引出并轰击一金属靶，从而得到实验所需的散裂中子。

射频功率源为加速器提供能量，射频功率源功率通常需要达到500kW，为了对500kW射频功率源进行满功率测试和大功率考机验收，便于散列中子源环形加速器用功率源调试，需要一套大功率假负载。常规假负载的阻抗都是固定的，即：阻值固定，不可调整。而环形加速器具有阻抗变化、频带宽等负载特性，为此需要研制一套能够满足上述要求的假负载；

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于功率源调试的水负载体及水负载体系统，用以解决现有技术中假负载阻值固定不可调整的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种用于功率源调试的水负载体，包括：外导体和内导体；所述内导体设置在外导体内部，外插头与内导体连接，且内、外导体之间绝缘；内导体设置有电阻溶液进出的通道；射频信号通过插头及外导体组成的射频馈线馈入，所述外插头与功率源连接；所述外导体用于接地。

进一步，所述外导体包括依次连接的一级圆筒、二级圆筒、三级圆筒、四级圆筒和锥形圆筒。

进一步，所述内导体包括：

外管、内管、半环压板、环、圆管、外插头、内插头、锥形内导体；其中，外管与内管套装在一起；出水组件、入水组件与半环压块连接，并将外管压在两者之间；外管与出水组件、入水组件接触面处放有O型圈；外管上部位于半环压板与环之间，外管与环通过半环压板连接；在外管与环接触面处放有O型圈；内管下部插入出水组件、入水组件入水口处；内管上部插入环的圆柱部分；内管的管内空间、以及外管与内管之间的空间构成了水负载体内部电阻溶液的流动通道，电阻溶液最后从出水口流出；内插头与环连接，环插入圆管内，并与锥形内导体连接；外插头设置在锥形圆筒外部，并与锥形内导体连。

另一方面，本发明还提供一种包括上述水负载体的水负载体系统，包括：

高频子系统，由谐振线圈，谐振电容，水负载体共同构成并联谐振；

水冷子系统，用于对所述水负载体内的电阻溶液和谐振线圈进行冷却；

控制子系统，用于控制整个系统的运行及参数调节。

进一步，所述水冷子系统包括：

板式热交换器，右侧为内循环水路，包括水泵、水箱、水负载体；内循环水路的用于将水负载体产生的热量通过板式热交换器带走；板式热交换器左侧是外循环水路，包括三通阀、执行器、谐振线圈以及外部冷却系统接口；三通阀一个支路用于与右侧的内循环水路进行内热交换，另一个支路的冷却水用于谐振线圈的冷却。

进一步，所述板式热交换器右侧还设置有流量计、电加热器、电导率测试仪、出入水温度探头和流量开关。

进一步，当水负载体内的电阻溶液温度低于设定温度，则启动电加热器；当电阻溶液温度达到设定温度，则关闭电加热器。

进一步，控制子系统根据管路上安装的电导率测试仪的取回值，计算出前水负载体的阻值并显示。

进一步，控制子系统读取流量计的数据，根据流量及出入水温差，计算当前功率源的输入功率值。

进一步，当水负载体内的电阻溶液温度超出设定温度±3℃时，发出声光报警；当超过±5℃时，发出闭锁故障信号，切断功率输入。

本发明有益效果如下：

本发明的水负载体，通过改变改变电阻溶液浓度即可改变阻值，是一种宽频带、阻值可变的假负载；另外，为防止水负载体阻值随水温的变化而变化，该水负载体还带有PID温度控制器，能精确控制水温，保证阻值的正确。

附图说明

图1是本发明实施例中一种用于功率源调试的水负载体的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种用于功率源调试的水负载体系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种环的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图。

具体实施方式

为了解决现有技术中假负载阻值固定不可调整的问题，本发明提供了一种用于功率源调试的水负载体及水负载体系统，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，本发明实施例涉及一种用于功率源调试的水负载体，包括：外导体和内导体；内导体设置在外导体内部，插头与内导体连接，且内、外导体之间绝缘；内导体设置有电阻溶液进出的通道；射频信号通过外插头及外导体组成的射频馈线馈入，设置在电阻溶液进出的通道中；其中，所述插头与功率源连接；所述外导体用于接地。

一级圆筒1、二级圆筒2、三级圆筒3、四级圆筒4以及锥形圆筒5依次连接，形成外导体；PPR外管6、PPR内管7、半环压板15、环14（如图3、4所示）、圆管13、外插头10、内插头12、锥形内导体11构成水负载体的内导体部分，其连接关系为，PPR外管6与PPR内管7套装在一起，出水组件9、入水组件8与半环压块17通过螺栓连接，并将PPR外管6压在两者之间，PPR外管6与出水组件9、入水组件8接触面处放有O型圈18，用于PPR外管6下部密封；PPR外管6上部位于半环压板15与环14之间，PPR外管6与环14通过半环压板15连接，在PPR外管6与环14接触面处放有O型圈16，用于PPR外管6上部密封。PPR内管7下部插入出水组件9、入水组件8入水口19处，PPR内管7上部插入环14的圆柱部分，内插头12与环14通过螺栓连接，环14插入圆管13内，并通过螺栓与锥形内导体11连接；环14的圆柱部分设有通孔，这样，从PPR内管7进入的液体就会通过通孔流入PPR外管6与PPR内管7之间的液体通道内，并最后通过出水口20流出，外插头10设置在锥形圆筒5外部，与锥形内导体11连接构成内导体部分。由于PPR内管7设置在PPR外管6的内部，因此，二者之间的空间构成了水负载体内部电阻溶液21的流出通道，最后从出水口20流出。液体流动通道有两个功能：1、将外部输入的射频功率通过电阻溶液带出，将热量送到水负载体的板式热交换器，并通过外部冷却系统将热量带走；2、通过PPR内管外表面与PPR外管内表面之间的碱溶液（电阻溶液）形成电阻体，通过调节碱溶液电导率来调整水负载体电阻值，从而达到水负载体电阻值可变的目的；水负载体对外的接口为标准馈线接口，保证了水负载体的通用性。

下面介绍一下上述水负载体的具体应用，即一种水负载体系统。根据散裂中子源环线加速器功率源假负载的特殊要求，考虑采用假负载（水负载体）加电感电容谐振的方式可以满足要求。假负载是利用导电溶液（电阻溶液）作为电阻体，通过改变溶液浓度来改变电阻体的阻值，假负载的热量则通过水-水板式热交换器排出。这种假负载对于大范围变阻值的要求极为方便，只要改变电阻溶液浓度即可改变阻值。另外，功率源输出是单导线引出，为了抵消单导线电感的影响，该假负载还加装了谐振电感和谐振电容，即假负载电阻、电感、电容三者并联使谐振在工作频率上。为了测量假负载上射频电压，在射频舱内还安装了电容分压器。

水负载体系统包括高频子系统、控制子系统和水冷子系统，系统组成原理图如图2所示：

高频子系统是由谐振线圈，谐振电容，水负载体共同构成并联谐振。高功率射频信号由水负载体上端插头输入，下端（水负载体的外导体）接地。由于水负载体本身无法实现在整个频带内各个阻值点都保持纯阻性，所以需要用谐振线圈、谐振电容将水负载体及引线中的感抗和容抗谐振掉。线圈电感值的调节采用手动旋柄方式，谐振电容容值调节通过改变电容数量来实现。

水冷子系统包括对谐振电感（谐振线圈）及水负载体电阻溶液进行冷却两部分。当射频功率输入到水负载体，谐振电感和水负载溶液都会发热，其中谐振电感由铜管绕制且发热量较小，用小流量去离子水便可将其冷却。水负载体内的电阻溶液由于是特殊配制（实线不同阻值）的液体，不能直接用去离子水冷却，所以选用高效率的板式热交换器来实现水负载溶液冷却。如图2所示，板式热交换器右侧为内循环水路，其主要包括水泵、水箱、水负载体构成，另外还包括流量计、电加热器、电导率测试仪、出入水温度探头、水流接点（即流量开关）等检测仪表构成。内循环水路的功能是将水负载体产生的热量通过板式热交换器带走。板式热交换器左侧是外循环水路，其主要包括三通阀、执行器、谐振线圈以及外部冷却系统接口构成。为控制水负载溶液的温度，可通过调整三通阀来控制通过板式热交换器的流量，从而达到控制水负载溶液的温度，同时三通阀另一支路的冷却水用于谐振电感的冷却。

控制子系统主要用于控制整个系统的运行及参数调节，由电气控制盒完成。电控箱面板显示工作温度、出入水温差以及温度控制声光报警，当工作温度超过设定温度+/-3度时报警。电控箱还设置了负载闭锁装置，温度超过设定数值或水接点不通，则闭锁断开；为了满足特殊调试的需要，设计了水负载体水温调节手自动切换功能，在机柜面板有切换开关和调节旋钮。电气控制盒的操作面板上有“开机”、“功率”、“电阻”、“升温”、“降温”按钮和两个四位LED显示器。当水负载加电后首先进入自检状态，控制器对各执行机构的性能进行检测，如果某个部分不正常，则设备不允许开机，并在显示器上有故障显示。如果自检正常，显示器上自动显示出入水温度，设备可以正常开机。按“开机”按钮，水泵启动，管路内的流量触点闭合，水负载对外输出的闭锁信号正常，允许功率输入。水负载体的工作温度通过机柜面板设定，为了减小温度对电阻溶液的影响，电控箱采用智能化的单片机控制，通过调节外循环水路的水流量，保证假负载工作于设定温度，为了满足调配溶液浓度时的温度以及初始工作温度达到设定温度，还设置了电加热器。功率输入同时PID温控系统启动，如果水负载内溶液温度低于设定温度，电加热器则会启动。当溶液温度达到设定温度，电加热器自动关闭。水负载体内的电阻溶液温度会被控制在设定温度±1℃以内。为了便于配置所需的（电阻值）电阻溶液，设置了电导率测试仪，通过预先的试验得到水阻表与电阻体阻值的对应关系表，利于溶液的调配。按“电阻”按钮，控制盒根据管路上安装的电导率测试仪取回值，按照预定算法计算出前负载体的阻值并显示出来。为了便于测量水负载的功率，设有水流量计。当功率输入负载体后，按“功率”按钮，控制盒读取涡轮流量计数据，按照流量及出入水温差算出当前输入功率值。按“升温”、“降温”按钮可设定溶液温度的目标值，以满足各种特殊场合的需求。当由于某种原因导致水负载体内的电阻溶液实际温度超出设定温度±3℃时，发出声光报警，当超过±5℃时会给出闭锁故障信号以切断功率输入。

本发明实施例的水负载体系统可以调试功率源频率范围为0.9-3MHz，水负载体阻值变化范围200-3000欧姆，而且阻值稳定精度小于5%。

由上述实施例可以看出，本发明是为方便散列中子源射频功率源调试而设计的，由于该功率源输出的射频信号为扫频信号，而且阻值变化范围较大，故需要一台宽频带，阻值可变的假负载，而本发明实施例地水负载体正好满足上述需求；另外，为防止假负载阻值随水温的变化而变化，该假负载还带有PID温度控制器。能将水温控制在±1度以内。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (8)

1.一种用于功率源调试的水负载体，其特征在于，包括：外导体和内导体；所述内导体设置在外导体内部，外插头与内导体连接，且内、外导体之间绝缘；内导体设置有电阻溶液进出的通道；射频信号通过外插头及外导体组成的射频馈线馈入，设置在电阻溶液进出的通道中；其中，所述外插头与功率源连接；所述外导体用于接地；所述外导体包括依次连接的一级圆筒、二级圆筒、三级圆筒、四级圆筒和锥形圆筒；所述内导体包括：

外管、内管、半环压板、环、圆管、外插头、内插头、锥形内导体；其中，外管与内管套装在一起；出水组件、入水组件与半环压块连接，并将外管压在两者之间；外管与出水组件、入水组件接触面处放有O型圈；外管上部位于半环压板与环之间，外管与环通过半环压板连接；在外管与环接触面处放有O型圈；内管下部插入出水组件、入水组件入水口处；内管上部插入环的圆柱部分；内管的管内空间、以及外管与内管之间的空间构成了水负载体内部电阻溶液的流动通道，电阻溶液最后从出水口流出；内插头与环连接，环插入圆管内，并与锥形内导体连接；外插头设置在锥形圆筒外部，并与锥形内导体连。

2.一种包括权利要求1所述的水负载体的水负载体系统，其特征在于，包括：

高频子系统，由谐振线圈，谐振电容，水负载体共同构成并联谐振；

水冷子系统，用于对所述水负载体内的电阻溶液和谐振线圈进行冷却；

控制子系统，用于控制整个系统的运行及参数调节。

3.如权利要求2所述的水负载体系统，其特征在于，所述水冷子系统包括：

板式热交换器，右侧为内循环水路，包括水泵、水箱、水负载体；内循环水路的用于将水负载体产生的热量通过板式热交换器带走；板式热交换器左侧是外循环水路，包括三通阀、执行器、谐振线圈以及外部冷却系统接口；三通阀一个支路用于与右侧的内循环水路进行内热交换，另一个支路的冷却水用于谐振线圈的冷却。

4.如权利要求3所述的水负载体系统，其特征在于，所述板式热交换器右侧还设置有流量计、电加热器、电导率测试仪、出入水温度探头和流量开关。

5.如权利要求4所述的水负载体系统，其特征在于，当水负载体内的电阻溶液温度低于设定温度，则启动电加热器；当电阻溶液温度达到设定温度，则关闭电加热器。

6.如权利要求4所述的水负载体系统，其特征在于，控制子系统根据管路上安装的电导率测试仪的取回值，计算出前水负载体的阻值并显示。

7.如权利要求4所述的水负载体系统，其特征在于，控制子系统读取流量计的数据，根据流量及出入水温差，计算当前功率源的输入功率值。

8.如权利要求4所述的水负载体系统，其特征在于，当水负载体内的电阻溶液温度超出设定温度±3℃时，发出声光报警；当超过±5℃时，发出闭锁故障信号，切断功率输入。