CN107817841B - 一种临液氦温度的精准温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种临液氦温度的精准温度控制系统，包括冷却件及穿过冷却件的氦蒸汽管，冷却件外缠绕有加热丝，加热丝与电源电连接，冷却件侧壁安装有温度传感器，还包括套筒支架、与套筒支架连接的外壳，套筒支架中间设有中心通孔，中心通孔一端设为锥形孔口与外壳内连通，外壳内滑动安装有活塞杆，活塞杆一端指向锥形孔口并连接有锥形活塞，锥形活塞与锥形孔口形状匹配并可堵入锥形孔口，外壳内设有步进电机，步进电机与活塞杆传动连接，活塞杆上还安装有位移传感器，氦蒸汽管一端穿入套筒支架中心通孔并连通至锥形孔口。本发明能够精准地控制核聚变EAST装置上氘弹丸注入系统的氦蒸汽温度，提高了冰冻弹丸注入时弹丸的质量。

Description

一种临液氦温度的精准温度控制系统
技术领域
本发明涉及核聚变温度控制领域，具体是一种临液氦温度的精准温度控制系统。
背景技术
冰冻弹丸注入是一种将气体通过低温技术冷凝成固态弹丸，然后高速注入到等离子体中的技术。它广泛应用于磁约束等离子体核聚变研究中。目前，国内外许多磁约束聚变装置都配备了弹丸注入系统，如JET、ASDEX-U、DIII-D和HL-2A等。最开始该技术主要用于等离子体芯部加料，提高加料效率；经过多年的发展，该技术又有了新的运用，如破裂防护和边界局域模控制等。目前核聚变实验装置EAST已经具有了两套燃料弹丸注入系统。在制备弹丸的过程中，一种非常关键的技术就是冷却氦蒸汽的温度控制技术，它关系到弹丸质量的好坏，温度过高过低都不能获得良好的弹丸。因此，必须要对氦蒸汽的冷却温度进行控制。
发明内容 本发明的目的是提供一种临液氦温度的精准温度控制系统，以实现对核聚变实验装置中氦蒸汽温度的精确控制。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：包括冷却件及穿过冷却件的氦蒸汽管，冷却件外缠绕有加热丝，加热丝两端与电源电连接，冷却件侧壁安装有温度传感器，还包括套筒支架、与套筒支架连接的外壳，套筒支架中间设有中心通孔，中心通孔一端设为锥形孔口与外壳内连通，且锥形孔口口径较大的一端作为中心通孔轴向端，所述外壳一侧设有出气口，外壳内滑动安装有活塞杆，活塞杆与套筒支架的中心通孔共中心轴，活塞杆一端指向锥形孔口，且活塞杆指向锥形孔口的一端连接有锥形活塞，锥形活塞与锥形孔口形状匹配并可随活塞杆运动至堵入锥形孔口，外壳内设有步进电机，所述步进电机与活塞杆传动连接，由步进电机驱动活塞杆运动，活塞杆上还安装有位移传感器，所述氦蒸汽管一端穿入套筒支架中心通孔并连通至锥形孔口，外部蒸汽通过氦蒸汽管进入锥形孔口，并从锥形活塞与锥形孔口之间间隙进入外壳内，最后从外壳一侧的出气口排出。
所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：还包括控制器，所述位移传感器、温度传感器、步进电机控制端、电源控制端分别接入控制器；
当温度传感器测得的温度高于控制器中设定的温度时，控制器控制步进电机驱动活塞杆向远离锥形孔口的方向移动，同时控制器控制电源停止向加热丝供电，使加热丝断电，停止对冷却件加热；当温度传感器测得的温度低于控制器中设定的温度时，控制器控制步进电机驱动活塞杆向靠近锥形孔口的方向移动，同时控制器控制电源向加热丝供电，加热丝通电开始对冷却件加热。
所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：所述套筒支架中心通孔的锥形孔口中设有形状匹配的锥形套筒，所述锥形活塞与锥形套筒内部形状匹配。
所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：所述步进电机为直线步进电机。
所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：所述电源为可控电源。
本发明能够精准地控制核聚变EAST装置中氦蒸汽的温度，精度可达±0.01K，提高了冰冻弹丸注入时弹丸的质量。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种临液氦温度的精准温度控制系统，包括冷却件2及穿过冷却件2的氦蒸汽管11，冷却件2外缠绕有加热丝1，加热丝1两端与电源12电连接，冷却件2侧壁安装有温度传感器10，还包括套筒支架3、与套筒支架3连接的外壳7，套筒支架3中间设有中心通孔，中心通孔一端设为锥形孔口与外壳7内连通，且锥形孔口口径较大的一端作为中心通孔轴向端，外壳7一侧设有出气口13，外壳7内滑动安装有活塞杆5，活塞杆5与套筒支架3的中心通孔共中心轴，活塞杆5一端指向锥形孔口，且活塞杆5指向锥形孔口的一端连接有锥形活塞14，锥形活塞14与锥形孔口形状匹配并可随活塞杆5运动至堵入锥形孔口，外壳7内设有步进电机6，步进电机6与活塞杆5传动连接，由步进电机6驱动活塞杆5运动，活塞杆5上还安装有位移传感器8，氦蒸汽管11一端穿入套筒支架3中心通孔并连通至锥形孔口，外部蒸汽通过氦蒸汽管11进入锥形孔口，并从锥形活塞14与锥形孔口之间间隙进入外壳7内，最后从外壳7一侧的出气口13排出。
还包括控制器9，位移传感器8、温度传感器10、步进电机6控制端、电源12控制端分别接入控制器9；
当温度传感器10测得的温度高于控制器9中设定的温度时，控制器9控制步进电机6驱动活塞杆5向远离锥形孔口的方向移动，同时控制器9控制电源12停止向加热丝1供电，使加热丝1断电，停止对冷却件2加热；当温度传感器10测得的温度低于控制器9中设定的温度时，控制器9控制步进电机6驱动活塞杆5向靠近锥形孔口的方向移动，同时控制器9控制电源12向加热丝1供电，加热丝1通电开始对冷却件2加热。
套筒支架3中心通孔的锥形孔口中设有形状匹配的锥形套筒4，锥形活塞14与锥形套筒4内部形状匹配。
步进电机6为直线步进电机。
电源12为可控电源。

Claims (5)

1.一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：包括冷却件及穿过冷却件的氦蒸汽管，冷却件外缠绕有加热丝，加热丝两端与电源电连接，冷却件侧壁安装有温度传感器，还包括套筒支架、与套筒支架连接的外壳，套筒支架中间设有中心通孔，中心通孔一端设为锥形孔口与外壳内连通，且锥形孔口口径较大的一端作为中心通孔轴向端，所述外壳一侧设有出气口，外壳内滑动安装有活塞杆，活塞杆与套筒支架的中心通孔共中心轴，活塞杆一端指向锥形孔口，且活塞杆指向锥形孔口的一端连接有锥形活塞，锥形活塞与锥形孔口形状匹配并可随活塞杆运动至堵入锥形孔口，外壳内设有步进电机，所述步进电机与活塞杆传动连接，由步进电机驱动活塞杆运动，活塞杆上还安装有位移传感器，所述氦蒸汽管一端穿入套筒支架中心通孔并连通至锥形孔口，外部氦蒸汽通过氦蒸汽管进入锥形孔口，并 从锥形活塞与锥形孔口之间间隙进入外壳内，最后从外壳一侧的出气口排出。
2. 根据权利要求1所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：还包括控 制器，所述位移传感器、温度传感器、步进电机控制端、电源控制端分别接入控制器；
当温度传感器测得的温度高于控制器中设定的温度时，控制器控制步进电机驱动活塞杆向远离锥形孔口的方向移动，同时控制器控制电源停止向加热丝供电，使加热丝断电，停止对冷却件加热；当温度传感器测得的温度低于控制器中设定的温度时，控制器控制步进电机驱动活塞杆向靠近锥形孔口的方向移动，同时控制器控制电源向加热丝供电，加热丝通电开始对冷却件加热。
3. 根据权利要求1所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：所述套筒 支架中心通孔的锥形孔口中设有形状匹配的锥形套筒，所述锥形活塞与锥形套筒内部形状 匹配。
4. 根据权利要求1所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：所述步进 电机为直线步进电机。
5. 根据权利要求1所述的一种临液氦温度的精准温度控制系统，其特征在于：所述电源 为可控电源。
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