CN113110637B - 一种固定式电流引线的温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定式电流引线的温度控制装置与方法，涉及电流引线领域，所述温度控制装置包括电脑控制系统、温度控制系统、MMU控制盒、报警系统、ZBO加热电源、开关加热电源、励磁电源、励磁电缆、电流引线、温度传感器一、温度传感器二、超导线圈、开关加热器、ZBO加热器、液位计；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在超导磁体升降场过程中固定式电流引线的温度能有效控制，防止烧坏FCL和其他电子电路；固定式电流引线升降场过程中最高温度可以控制在300K以下；固定式电流引线升降场过程中只使用液氦蒸发的低温冷氦气进行降温冷却，使降温介质单一化；整个固定式电流引线的温度控制系统可以实现智能化；整个温度控制方法简单、安全。

Description

一种固定式电流引线的温度控制装置

技术领域

本发明涉及电流引线领域，具体是一种固定式电流引线的温度控制装置。

背景技术

低温超导磁体（MRI）的电流引线可以是插拔式的也可以是固定式的。插拔式电流引线是与超导磁体分离的，只有在升降场过程中才会将插拔式电流引线的正负极分别与超导磁体线圈的正负极机械连接，以形成电流回路，超导磁体正常工作时该插拔式电流引线是不与超导磁体连接的；而固定式电流引线（FCL）是作为超导磁体的一部分封闭在超导磁体内部，在外部只留出电流引线的正负极端子，升降场过程中只需要将外部电源的正负极与该固定式电流引线的裸露端子机械连接即可。

固定式电流引线在超导磁体中是从4K温区到300K温区的贯穿体，一般来说随温度的升高金属导体的电阻会增大，这种增大的电阻在磁体升降场过程中会使固定式电流引线本身的温度逐步升高，在五六百安的升降场电流作用下固定式电流引线的发热温度从4K温区段到300K温区段差异非常大，如果不考虑冷却介质的作用在300K温区段其温度最高可以超过800K甚至更高，这对固定式电流引线本身来说是不利的，可能损坏其结构或烧坏诊断线路，同时会使整个超导磁体的低温系统失去平衡，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固定式电流引线的温度控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固定式电流引线的温度控制装置，所述温度控制装置包括电脑控制系统、温度控制系统、内存管理单元（MMU）控制盒、报警系统、硼氧化锌（ZBO）加热电源、开关加热电源、励磁电源、励磁电缆、电流引线、温度传感器一、温度传感器二、超导线圈、开关加热器、ZBO加热器、液位计；

所述电脑控制系统通过第一节点连接MMU控制盒第一端、温度传感器二第一端，MMU控制盒第二端通过第二节点连接温度控制系统、报警系统，MMU控制盒第三端通过第三节点连接ZBO加热电源第一端、液位计，MMU控制盒第四端通过第四节点连接开关加热电源第一端、电流引线第一端、温度传感器一第一端、超导线圈第一端，温度传感器一第二端连接超导线圈的第二端，开关加热电源第二端连接开关加热器，ZBO加热电源第二端连接ZBO加热器，电流引线第二端连接温度传感器二的第二端，电流引线的第三端连接励磁电缆的第一端，励磁电缆的第二端连接励磁电源；

该固定式电流引线的温度控制装置还包括控制方法，具体包含以下步骤：步骤一，超导磁体升场过程中，对开关加热器和ZBO加热器在不同温度下的输出电流进行控制，进而控制低温介质液氦挥发降温；步骤二，超导磁体降场过程中，对开关加热器和ZBO加热器在不同温度下的输出电流进行控制，进而控制低温介质液氦挥发降温。

作为本发明再进一步的方案：低温介质液氦，超导线圈，温度传感器一，液位计和开关加热器与ZBO加热器位于超导磁体内部,开关加热器和ZBO加热器在通电的情况下会发热，其产生的热量可以使液氦蒸发变成温度非常低的冷氦气，冷氦气在超导磁体升降场过程中可以充分冷却固定式电流引线，使其保持在300K安全温度范围内。

作为本发明再进一步的方案：电流引线和温度传感器二构成FCL，励磁电源通过励磁电缆和FCL为超导磁体的超导线圈供电，形成电流回路，励磁电源给超导线圈通电进行升降场。

作为本发明再进一步的方案：温度传感器一测量超导线圈的环境温度，温度传感器二测量电流引线的环境温度，温度传感器一和温度传感器二将测量的温度信号转化为电压信号输出给MMU控制盒。

作为本发明再进一步的方案：MMU控制盒在通过控制开关加热电源和ZBO加热电源进一步控制开关加热器和ZBO加热器工作。

作为本发明再进一步的方案：MMU控制盒通过温度传感器一和温度传感器二，检测到电流引线和超导线圈温度超出阈值时，MMU控制盒控制报警系统工作，使得报警系统发出鸣叫；当MMU控制盒检测到液位计的液位低于阈值时，报警系统发出鸣叫；报警系统鸣叫提醒工作人员，装置温度较高，比较危险。

作为本发明再进一步的方案：电脑控制系统和温度控制系统可通过以太网、CAN、USB、RS485通讯接口其中一种与MMU控制盒连接；电脑控制系统远程控制MMU控制盒，进一步控制开关加热电源输出电流和ZBO加热电源输出电流；温度控制系统，可以远程观察MMU控制盒接收到的温度传感器一、温度传感器二的电压信号，温度传感器一和温度传感器二将温度信号转化为电压信号，温度控制系统再将电压信号转化为温度信号，温度控制系统远程观测该装置的温度变化。

作为本发明再进一步的方案：该固定式电流引线的温度控制装置的控制方法步骤一中：

开关加热器在升场开始时输出0.5A电流并保持；

当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度大于160K时，ZBO加热电源将向ZBO加热器提供0.1A电流并保持；

在160K到240K温度范围内，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高20K，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流增大0.1A；

在240K到270K温度范围，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高10K，ZBO加热电源将使ZBO加热器电流增大0.1A，ZBO加热器最大电流不超过0.8A；

当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度在270K到300K温度范围，开关加热电源将增大开关加热器的电流，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高10K，开关加热电源将使开关加热器电流增大0.1A，开关加热器最大电流不能超过0.8A；

升场完成闭环后，保持5min后关闭开关加热器和ZBO加热器。

作为本发明再进一步的方案：该固定式电流引线的温度控制装置的控制方法步骤二中：

开关加热器在降场过程中一直保持输出0.5A电流；降场初始时刻ZBO加热器通电电流为0.8A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于270K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于250K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于200K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于180K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小为0。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在超导磁体升降场过程中固定式电流引线的温度能有效控制，防止烧坏FCL和其他电子电路；固定式电流引线升降场过程中最高温度可以控制在300K以下，一般为280K左右；固定式电流引线升降场过程中只使用液氦蒸发的低温冷氦气进行降温冷却，使得降温介质单一化；整个固定式电流引线的温度控制系统可以实现智能化；整个温度控制方法简单、安全、方便。

附图说明

图1为一种固定式电流引线的温度控制装置的原理图。

图2为升场过程开关加热器和ZBO加热器的电流控制表。

图3为降场过程开关加热器和ZBO加热器的电流控制表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1，一种固定式电流引线的温度控制装置，所述温度控制装置包括电脑控制系统10、温度控制系统12、MMU控制盒13、报警系统15、ZBO加热电源19、开关加热电源18、励磁电源21、励磁电缆22、电流引线23、温度传感器一27、温度传感器二24、超导线圈26、开关加热器20、ZBO加热器28、液位计29；

所述电脑控制系统10通过第一节点11连接MMU控制盒13第一端、温度传感器二24第一端，MMU控制盒13第二端通过第二节点14连接温度控制系统12、报警系统15，MMU控制盒13第三端通过第三节点16连接ZBO加热电源19第一端、液位计29，MMU控制盒13第四端通过第四节点17连接开关加热电源18第一端、电流引线23第一端、温度传感器一27第一端、超导线圈26第一端，温度传感器一27第二端连接超导线圈26的第二端，开关加热电源18第二端连接开关加热器20，ZBO加热电源19第二端连接ZBO加热器28，电流引线23第二端连接温度传感器二24的第二端，电流引线23的第三端连接励磁电缆22的第一端，励磁电缆22的第二端连接励磁电源21。

进一步地，FCL由电流引线23和温度传感器二24所构成；

进一步地，超导磁体内部包括低温介质液氦，超导线圈26，温度传感器一27，液位计29和开关加热器20与ZBO加热器28；

进一步地，温度传感器一27和温度传感器二24分别检测超导线圈26和电流引线23的环境温度，将温度信号转化为电压信号输出给MMU控制盒13，温度传感器采集温度的时间间隔在5~15秒之间最优；

进一步地，励磁电源21通过励磁电缆22、电流引线23对超导线圈26供电，来进行升降场；

MMU控制盒13是整个固定式电流引线23温度控制方法的核心部件；

进一步地，MMU控制盒13与其它测试系统和控制系统相连接，接收测试系统的信号并进行处理，通过与目标函数进行比较，再将处理结果反馈给控制系统（电脑控制系统10、温度控制系统12），控制系统得到指令后发出调整指令给各个测试系统；

进一步地，MMU控制盒13通过温度传感器所检测到的电流引线23和超导线圈26上的温度值若超过它们的安全预设值时将会向报警系统15发出报警指令，报警系统15获得报警指令时将发出相应警报动作；

进一步地，MMU控制盒13可以存储相关的控制参数和测试数据，并能拷贝出来进行数据处理；

进一步地，MMU控制盒13中的所有数据参数均可以在电脑控制系统10中显示出来；

进一步地,MMU控制盒13控制开关加热电源18和ZBO加热电源19的输出电压，以此来控制开关加热器20和ZBO加热器28的工作电压；

进一步地，开关加热器20和ZBO加热器28加热低温介质液氦，低温介质液氦蒸发，吸收周围环境的温度，达到物理降温；

如表2和表3所示，本发明可选实施例提供的固定式电流引线的温度控制方法，应用于如上所述的固定式电流引线的温度控制装置，所述方法包括：

步骤一：

开关加热器在升场开始时输出0.5A电流并保持；

当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度大于160K时，ZBO加热电源将向ZBO加热器提供0.1A电流并保持；

在160K到240K温度范围内，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高20K，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流增大0.1A；

在240K到270K温度范围，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高10K，ZBO加热电源将使ZBO加热器电流增大0.1A，ZBO加热器最大电流不超过0.8A；

当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度在270K到300K温度范围，开关加热电源将增大开关加热器的电流，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高10K，开关加热电源将使开关加热器电流增大0.1A，开关加热器最大电流不能超过0.8A；

升场完成闭环后，保持5min后关闭开关加热器和ZBO加热器。

步骤二：开关加热器在降场过程中一直保持输出0.5A电流；降场初始时刻ZBO加热器通电电流为0.8A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于270K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于250K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于200K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于180K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小为0。

通过对固定式电流引线在升场和降场过程中控制低温介质液氦的挥发，使得固定式电流引线的最高温度可以控制在300K以下，一般为280K左右，防止损坏其结构或烧坏诊断线路。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置包括电脑控制系统、温度控制系统、MMU控制盒、报警系统、ZBO加热电源、开关加热电源、励磁电源、励磁电缆、电流引线、温度传感器一、温度传感器二、超导线圈、开关加热器、ZBO加热器、液位计；

所述电脑控制系统通过第一节点连接MMU控制盒第一端、温度传感器二第一端，MMU控制盒第二端通过第二节点连接温度控制系统、报警系统，MMU控制盒第三端通过第三节点连接ZBO加热电源第一端、液位计，MMU控制盒第四端通过第四节点连接开关加热电源第一端、电流引线第一端、温度传感器一第一端、超导线圈第一端，温度传感器一第二端连接超导线圈的第二端，开关加热电源第二端连接开关加热器，ZBO加热电源第二端连接ZBO加热器，电流引线第二端连接温度传感器二的第二端，电流引线的第三端连接励磁电缆的第一端，励磁电缆的第二端连接励磁电源；

该固定式电流引线的温度控制装置还包括控制方法，具体包含以下步骤：步骤一，超导磁体升场过程中，对开关加热器和ZBO加热器在不同温度下的输出电流进行控制，进而控制低温介质液氦挥发降温；步骤二，超导磁体降场过程中，对开关加热器和ZBO加热器在不同温度下的输出电流进行控制，进而控制低温介质液氦挥发降温。

2.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，低温介质液氦，超导线圈，温度传感器一，液位计和开关加热器与ZBO加热器位于超导磁体内部,开关加热器和ZBO加热器在通电的情况下会发热，其产生的热量可以使液氦蒸发变成温度非常低的冷氦气，冷氦气在超导磁体升降场过程中可以充分冷却固定式电流引线，使其保持在300K安全温度范围内。

3.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，电流引线和温度传感器二构成FCL，励磁电源通过励磁电缆和FCL为超导磁体的超导线圈供电，形成电流回路，励磁电源给超导线圈通电进行升降场。

4.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，温度传感器一测量超导线圈的环境温度，温度传感器二测量电流引线的环境温度，温度传感器一和温度传感器二将测量的温度信号转化为电压信号输出给MMU控制盒。

5.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，MMU控制盒在通过控制开关加热电源和ZBO加热电源进一步控制开关加热器和ZBO加热器工作。

6.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，MMU控制盒通过温度传感器一和温度传感器二，检测到电流引线和超导线圈温度超出阈值时，MMU控制盒控制报警系统工作，使得报警系统发出鸣叫；当MMU控制盒检测到液位计的液位低于阈值时，报警系统发出鸣叫；报警系统鸣叫提醒工作人员，装置温度较高，比较危险。

7.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，电脑控制系统和温度控制系统通过以太网、CAN、USB、RS485通讯接口其中一种与MMU控制盒连接；电脑控制系统远程控制MMU控制盒，进一步控制开关加热电源输出电流和ZBO加热电源输出电流；温度控制系统，远程观察MMU控制盒接收到的温度传感器一、温度传感器二的电压信号，温度传感器一和温度传感器二将温度信号转化为电压信号，温度控制系统再将电压信号转化为温度信号，温度控制系统远程观测该装置的温度变化。

8.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，步骤一中：

开关加热器在升场开始时输出0.5A电流并保持；

当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度大于160K时，ZBO加热电源将向ZBO加热器提供0.1A电流并保持；

在160K到240K温度范围内，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高20K，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流增大0.1A；

在240K到270K温度范围，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高10K，ZBO加热电源将使ZBO加热器电流增大0.1A，ZBO加热器最大电流不超过0.8A；

当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度在270K到300K温度范围，开关加热电源将增大开关加热器的电流，当温度传感器一或者温度传感器二有一个所测温度每升高10K，开关加热电源将使开关加热器电流增大0.1A，开关加热器最大电流不能超过0.8A；

升场完成闭环后，保持5min后关闭开关加热器和ZBO加热器。

9.根据权利要求1所述的固定式电流引线的温度控制装置，其特征在于，步骤二中：

开关加热器在降场过程中一直保持输出0.5A电流；降场初始时刻ZBO加热器通电电流为0.8A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于270K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于250K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于200K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小0.2A；

当温度传感器一和温度传感器二检测温度都低于180K时，ZBO加热电源将使ZBO加热器的电流减小为0。

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