本发明涉及超导体设备测试领域，具体来说是一种超导试件测试时氦压控制系统。
背景技术：
超导磁铁和超导腔装机前需要对其性能进行测试，它们测试需要在低温下进行，工作温度约为-269℃。
液氦在标准气压时饱和温度约为-269℃，所以选择液氦作为超导设备在低温下测试的理想介质。由于液氦的气化潜热较小，易气化，所以盛装液氦是需要特殊的容器。目前一般采用杜瓦作为盛装液氦的容器，该设备垂直地面放置，顶部开口尺寸应比超导设备尺寸大。超导设备在测试时氦压一般维持在1.2bara至1.6bara压强之间(氦压是指杜瓦顶部氦气压强，这里压强指绝对压力)，这个氦压范围是测试过程中必要的一个条件，所以对于液氦所处环境的压力的稳定性要求极高，若压力不稳定，导致测试稳定不稳定，对于测试试件的测试结果影响极大。
当杜瓦内充设定量的液氦后，杜瓦排气阀关闭后，由于系统漏热客观存在，所以液氦必然会气化，液氦变成氦气后，就在杜瓦顶部建立了压强，也就是氦压。在漏热持续保持或漏热温度变化，氦压也在持续增长，为了维持测试压力，现有技术一般采用方法为：
1、排气阀为常开状态，使杜瓦内腔与大气连通，保持杜瓦腔内的氦压维持在1.0bara(这里指环境大气压强)；该方法造成大量氦气浪费，成本浪费大，且液氦温度不可调，测试环境单一，适应性差；
2、采用安全阀，当压力达到一定值之后安全阀自动打开泄压，该方法依然仅仅只能实现单一温度，测试环境单一，适应性差；被动式调节，没有主动控制权；尤其是超导磁体在测试过程中存在失超现象，超导磁体失超时会释放大量的热量，被动式排气量不够的情况下，杜瓦腔内的氦压会瞬间升高，如果压力升高至设备所能承受的最大值时，会对周边人和环境、设备造成较大的伤害，存在极大的安全隐患；
3、采用控制阀，由于气化量跟热源有关，被测试件可以认为是变功率的热源，当被测试件功率大时，液氦的气化量非常大，小口径的控制阀的泄压量与气化量不能够匹配，导致泄压不及时；若选择大口径的控制阀，虽然能够及时泄压，但是压力无法精确控制，无法满足某一测试氦压精度控制的需求。
如申请号为201810810798.4公开的一种列车超导磁体液氦液氮存储液化复合罐，其公开了液氦罐上设有通向外侧的液氦压力检测管，液氦压力检测管上安装有液氦高压泄放阀和液氦压力表。通过压力表显示氦压，根据当前氦压控制泄放阀的启闭。该方法存在上述2、3的问题，更重要的是，该复合罐仅为存储罐，并不能应用在超导试件测试时温度积极变化而导致的液氦气化量急剧变化的复杂环境中。
综上，不同杜瓦以及不同超导设备，它们漏热量是不相同的，因此造成液氦气化量也不相同，气化量不同对氦压控制带来了诸多不便。采用单一被动式气压调节无法实现氦压在一定范围内调节，测试适应性差。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种安全性高、可在一定范围内精确控制氦压的系统。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种超导试件测试时杜瓦内氦压控制系统，所述杜瓦包括用以容纳液氦的内腔；所述内腔具有液氦气化区；控制系统包括压力传感器(4)、控制器、第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)；所述压力传感器(4)、第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)分别与杜瓦固定；所述压力传感器(4)探测杜瓦内气化区氦压，所述第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)分别通过泄压管路与气化区连通；所述压力传感器(4)、第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)分别与控制器通信连接，控制器接收所述压力传感器(4)发送的压力信号，并判断当前氦压与预设值之间的关系，当氦压超过第一预设值时，打开第一泄压阀(51)，当压力降至第二预设值后，关闭第一泄压阀(51)，打开第二泄压阀(52)；
所述第一预设值大于第二预设值，第一泄压阀(51)口径大于第二泄压阀(52)口径。
所以本发明采用两种不同口径的泄压阀，并根据当前氦压值打开对应口径的泄压阀，当当前氦压较大时，打开大口径泄压阀，快速泄压，当氦压降到一定程度后，采用小口径泄压阀泄压，小口径泄压阀更利于控制泄压速度，便于控制氦压的精度。
进一步的，所述第一泄压阀(51)和第二泄压阀(52)均为具有不同开度的自动控制阀；所述控制器根据具体的压力信号，选择第一泄压阀(51)或第二泄压阀(52)的对应开度泄压。
进一步的，所述杜瓦包括杜瓦本体(1)和法兰(2)；所述杜瓦本体(1)内为容纳液氦的腔体，腔体顶部为敞口，所述法兰(2)与杜瓦本体(1)密封配合封堵所述腔体顶部敞口处，形成密封的内腔；所述压力传感器(4)、泄压管路均与法兰(2)固定。
进一步的，所述泄压管路包括排气管(3)，排气管(3)与法兰(2)密封配合，一端伸入杜瓦本体内部至气化区、另一端处于杜瓦本体外；所述排气管(3)位于杜瓦本体外的一端通过三通(31)分别与第一泄压阀(51)和第二泄压阀(52)连接。
进一步的，在所述排气管(3)位于三通(31)上游位置还设置有回热器(8)。
进一步的，法兰(2)上还固定有进气管路(6)；所述进气管路(6)的一端穿过法兰(2)伸入杜瓦本体(1)内，另一端位于法兰(2)外，且在进气管路(6)上安装有手阀(61)。
进一步的，法兰(2)上还固定有安全阀(7)；安全阀(7)的接管穿过法兰(2)伸入杜瓦本体(1)内。
进一步的，位于所述法兰(2)与杜瓦本体(1)的接触面上还安装有密封圈(9)。
本发明的优点在于：
当超导试件功率很大时，测试过程中产生的热量大，液氦快速气化，导致氦压急速上升，小口径的泄压阀的泄压速度与氦压增长速度不匹配，无法满足快速泄压的需求。所以本发明采用两种不同口径的泄压阀，并根据当前氦压值打开对应口径的泄压阀，当当前氦压较大时，打开大口径泄压阀，快速泄压，当氦压降到一定程度后，采用小口径泄压阀泄压，小口径泄压阀更利于控制泄压速度，便于控制氦压的精度。本发明通过两个不同口径的泄压阀，实现阶梯式泄压，适应由于不同功率的测试试件导致的液氦气化速度，实现氦压快速精确控制在一定范围内的目的；氦气损失量少，节约成本，安全系数高。
附图说明
图1为本发明实施例中杜瓦的整体结构示意图；
图2为在图1的基础上加入密封圈的结构示意图。
1、杜瓦本体；2、法兰；3、排气管；31、三通；4、压力传感器；41、压力传感器接管；51、第一泄压阀；52、第二泄压阀；6、进气管路；61、手阀；7、安全阀；71、安全阀接管；8、回热器；9、密封圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
本实施例提供提供一种超导试件测试时氦压控制系统，用于超导试件在检测过程中杜瓦内氦压的稳定控制。
如图1所示，杜瓦包括杜瓦本体1和法兰2；杜瓦本体1内为容纳液氦的腔体，腔体顶部为敞口，法兰2与杜瓦本体1密封配合封堵腔体顶部敞口处，形成密闭腔体，腔体顶部具有液氦气化区。法兰2与杜瓦本体1可通过螺栓固定。为了密闭效果，本实施例在法兰2与杜瓦本体1的装配面上还安装有密封圈9，如图2所示。
本实施例中，控制系统包括压力传感器4、泄压管路、控制器、第一泄压阀51、第二泄压阀52。泄压管路包括排气管3，排气管3一端穿过法兰2伸入杜瓦本体1内部、另一端处于杜瓦外；排气管3位于杜瓦外的一端与回热器8的进口连接，回热器8的出口通过三通31分别与第一泄压阀51和第二泄压阀52连接；第一泄压阀51、第二泄压阀52与控制器通信连接；压力传感器接管41穿过法兰2位于杜瓦本体1内腔，用以探测杜瓦本体顶部气化区的氦压，并与控制器通信连接。控制器根据压力传感器4发送的压力信号控制第一泄压阀51或第二泄压阀52启闭。
本实施例为了进一步的精确控制氦压，第一泄压阀51口径大于第二泄压阀52口径，且均采用具有不同开度的自动控制阀，当前氦压不同值时，控制对应泄压阀开启对应的开度泄压，形成与液氦气化量成比例的泄压能力。
工作原理：当超导试件功率很大时，测试过程中产生的热量大，液氦快速气化，导致氦压急速上升，小口径的泄压阀的泄压速度与氦压增长速度不匹配，无法满足快速泄压的需求。所以本实施例采用两种不同口径的泄压阀，压力传感器4探测杜瓦内氦压压力值，并将压力信号发送给控制器，控制器通过计算和判断，当氦压大于第一设定值，根据当前压力值，开启第一泄压阀51的对应开度进行泄压，当氦压低于第一设定值，但是大于第二设定值时，根据当前压力值，开启第二泄压阀52的对应开度，从而实现杜瓦内氦压的阶梯式调节。本实施例最后采用小口径泄压阀泄压，小口径泄压阀更利于控制泄压速度，便于控制氦压的精度。本实施例通过两个不同口径的泄压阀，实现阶梯式泄压，适应由于不同功率的测试试件导致的液氦气化速度，实现氦压较好地控制在1.2bara至1.6bara范围内。如第一泄压阀51、第二泄压阀52可以实现的阶梯调节量为0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％和100％。阶梯调节的具体方法为：控制器预设不同氦压值匹配不同泄压阀的不同开度，当控制器获得当前氦压值之后，通过后台计算，匹配出对应的泄压阀及泄压阀对应的开度即可，形成当前氦压(气化量)形成对应关系，当气化量越大时，氦压高，阶梯调节量就越大。
本实施例中，回热器8可以将从杜瓦中释放的冷氦温度升高至接近环境温度，符合第一泄压阀51和第二泄压阀52正常工作温度。
本实施例中，法兰上还固定有进气管路6、安全阀7。进气管路6的一端穿过法兰2伸入杜瓦本体1内，另一端位于法兰2外，且在进气管路6上安装有手阀61，便于液氦的加注。安全阀7固定在法兰2上，安全阀接管71穿过法兰2伸入杜瓦本体1内。安全阀7用来保护杜瓦的安全装置，一旦杜瓦中的氦压达到安全阀7排放压力值时，安全阀7便会开启对外进行排放，保护杜瓦的测试压力均在设计压力以下。
在法兰2上开设有用于固定压力传感器4、泄压管路、进气管路6、安全阀7管路的通孔，以上管路与通孔均采用气密性装配结构，本实施例中，杜瓦本体1和法兰2采用不锈钢材质，排气管3、进气管路6、安全阀7管路、压力传感器4接管均采用不锈钢管路，这些管路和法兰2采用焊接的方式，保证它们连接的密封性。
相对应的，本实施例提供一种超导试件测试时氦压控制方法，包括以下步骤：
步骤1.压力传感器4采集杜瓦内氦压，并将压力信息发送给控制器；
步骤2.控制器判断当前氦压与预设值之间的关系，当氦压超过第二预设值时，执行步骤；当氦压超过第一预设值时，打开第一泄压阀51，以第一泄压速度泄压；当压力降至第二预设值后，关闭第一泄压阀51，打开第二泄压阀52，以第二泄压速度泄压；
本实施例中，第一预设值大于第二预设值，所以，采用的第一泄压阀51口径大于第二泄压阀52口径，便于快速泄压，即第一泄压速度大于第二泄压速度。
本实施例为了进一步的精确控制氦压，还采用具有不同开度的自动控制阀作为泄压阀，当前氦压不同值时，控制对应泄压阀开启对应的开度泄压，形成与液氦气化量成比例的泄压能力。具有开度功能的自动控制阀可以为
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种超导试件测试时杜瓦内氦压控制系统，所述杜瓦包括用以容纳液氦的内腔；所述内腔具有液氦气化区；其特征在于：控制系统包括压力传感器(4)、控制器、第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)；所述压力传感器(4)、第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)分别与杜瓦固定；所述压力传感器(4)探测杜瓦内气化区氦压，所述第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)分别通过泄压管路与气化区连通；所述压力传感器(4)、第一泄压阀(51)、第二泄压阀(52)分别与控制器通信连接，控制器接收所述压力传感器(4)发送的压力信号，并判断当前氦压与预设值之间的关系，当氦压超过第一预设值时，打开第一泄压阀(51)，当压力降至第二预设值后，关闭第一泄压阀(51)，打开第二泄压阀(52)；
所述第一预设值大于第二预设值，第一泄压阀(51)口径大于第二泄压阀(52)口径。
2.根据权利要求1所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于：所述第一泄压阀(51)和第二泄压阀(52)均为具有不同开度的自动控制阀；所述控制器根据具体的压力信号，选择第一泄压阀(51)或第二泄压阀(52)的对应开度泄压。
3.根据权利要求1或2所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于，所述杜瓦包括杜瓦本体(1)和法兰(2)；所述杜瓦本体(1)内为容纳液氦的腔体，腔体顶部为敞口，所述法兰(2)与杜瓦本体(1)密封配合封堵所述腔体顶部敞口处，形成密封的内腔；所述压力传感器(4)、泄压管路均与法兰(2)固定。
4.根据权利要求3所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于，所述泄压管路包括排气管(3)，排气管(3)与法兰(2)密封配合，一端伸入杜瓦本体内部至气化区、另一端处于杜瓦本体外；所述排气管(3)位于杜瓦本体外的一端通过三通(31)分别与第一泄压阀(51)和第二泄压阀(52)连接。
5.根据权利要求4所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于，在所述排气管(3)位于三通(31)上游位置还设置有回热器(8)。
6.根据权利要求3所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于，法兰(2)上还固定有进气管路(6)；所述进气管路(6)的一端穿过法兰(2)伸入杜瓦本体(1)内，另一端位于法兰(2)外，且在进气管路(6)上安装有手阀(61)。
7.根据权利要求3所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于，法兰(2)上还固定有安全阀(7)；安全阀(7)的接管穿过法兰(2)伸入杜瓦本体(1)内。
8.根据权利要求3所述的一种超导试件测试时氦压控制系统，其特征在于，位于所述法兰(2)与杜瓦本体(1)的接触面上还安装有密封圈(9)。
技术总结