本發(fā)明涉及托卡馬克核聚變裝置用高壓充氣閥氣體自動(dòng)補(bǔ)給及氣量精確測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體破裂防護(hù)專用高壓氣體自動(dòng)補(bǔ)給及氣量測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在托卡馬克放電試驗(yàn)中，由于等離子體控制、磁流體不穩(wěn)定性、雜質(zhì)、高能逃逸粒子等原因，使得等離子體的破裂難以避免。特別是在實(shí)現(xiàn)托卡馬克聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的主要研究內(nèi)容——維持穩(wěn)態(tài)高參數(shù)等離子體的放電中，等離子體破裂放電會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的破壞作用，如第一壁大的熱負(fù)載，強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力，大的逃逸電流等，甚至對偏慮器靶板、第一壁部件甚至裝置造成嚴(yán)重?fù)p傷。雖然現(xiàn)有托卡馬克放電的不同參數(shù)的運(yùn)行極限已經(jīng)有了深入的研究，并且可以控制托卡馬克在“安全運(yùn)行”區(qū)域而避免破裂發(fā)生，但是總有一些破裂難以避免，因此，為在高參數(shù)條件下避免或減小破裂對大裝置造成的危害，開展等離子體破裂緩解的研究是很有必要而且是很重要的，也是當(dāng)前托卡馬卡等離子體物理研究的重點(diǎn)之一。
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在破裂發(fā)生前如果能迅速的（幾個(gè)毫秒以內(nèi)）向等離子體內(nèi)部注入一定量的高壓雜質(zhì)氣體（主要為惰性氣體），則可以把等離子體破裂的危害性降低到最低的程度以起到保護(hù)裝置安全的效果。
靠渦流驅(qū)動(dòng)的高壓快速充氣閥（專利號：201110090285）已經(jīng)在EAST裝置上研發(fā)成功且已經(jīng)成功的應(yīng)用于等離子體破裂防護(hù)實(shí)驗(yàn)研究工作，并取得了很好的緩解效果。為了更好了滿足在EAST裝置上開展高壓氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究，我們又成功研發(fā)了該套高壓氣體自動(dòng)補(bǔ)給及氣量精確測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過控制程序?qū)崟r(shí)并精確地給出快速充氣閥每次的出氣量，并可以實(shí)時(shí)反饋控制高壓電磁閥關(guān)斷，以保護(hù)壓差傳感器和維持快速充氣閥腔體內(nèi)部的氣壓穩(wěn)定。該系統(tǒng)的成功研發(fā)極大地方便了在EAST托卡馬克裝置上開展定量的高壓氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究。
EAST作為在世界上第一個(gè)類ITER的全超導(dǎo)偏濾器裝置，在其上進(jìn)行定量的高壓氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究，也可以為ITER聚變裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)參考與積累。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種等離子體破裂防護(hù)專用高壓氣體自動(dòng)補(bǔ)給及氣量測量系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種等離子體破裂防護(hù)專用高壓氣體自動(dòng)補(bǔ)給及氣量測量系統(tǒng)，包括有：
高壓儲(chǔ)氣罐B1和高壓儲(chǔ)氣罐B2，高壓儲(chǔ)氣罐B1的容量大于高壓儲(chǔ)氣罐B2的容量；
四個(gè)高壓手動(dòng)球閥V1、V2、V3、V4，其中高壓手動(dòng)球閥V1一端與高壓儲(chǔ)氣罐B1的出氣口相連通；高壓手動(dòng)球閥V2的一端與高壓儲(chǔ)氣罐B2連通；高壓手動(dòng)球閥V3及V4的一端通過三通與外部的快速充氣閥腔體相連通，高壓手動(dòng)球閥V3的另外一端與高壓儲(chǔ)氣罐B2連通，高壓手動(dòng)球閥V4的另外一端為抽氣口，用來對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行真空抽氣；
一個(gè)高壓減壓閥V5，用于調(diào)節(jié)工作氣壓，進(jìn)氣端與高壓手動(dòng)球閥V1的另外一端相連通；
一個(gè)高壓電磁閥V6，一端與高壓減壓閥V5的出氣端相連通，其另外一端與高壓儲(chǔ)氣罐B2相連通；
壓差傳感器G1，用來測量高壓減壓閥V5的出氣端壓力與高壓儲(chǔ)氣罐B2之間的氣體壓力差,其一測量端與高壓減壓閥V5的出氣端相連通，另外一測量端與高壓儲(chǔ)氣罐B2相連通；
壓力傳感器G2，與高壓儲(chǔ)氣罐B2連接，用于測量高壓儲(chǔ)氣罐B2內(nèi)壓力；
所述的高壓電磁閥V6、壓差傳感器G1、高壓手動(dòng)球閥V2三者并聯(lián)連接，其一合路端連接高壓減壓閥V5的出氣端，另一合路端連接到高壓儲(chǔ)氣罐B2；
板卡及預(yù)設(shè)在板卡中的控制程序，其中板卡分別與高壓電磁閥V6、壓差傳感器G1、壓力傳感器G2連接，實(shí)現(xiàn)對高壓電磁閥V6的遠(yuǎn)程控制、對高壓儲(chǔ)氣罐B2內(nèi)部氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測、對高壓儲(chǔ)氣罐B2與高壓減壓閥V5的出氣端壓力差的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
所述的控制程序?qū)崟r(shí)給出外部快速充氣閥每次的出氣量，并實(shí)時(shí)反饋控制高壓電磁閥V6的關(guān)斷，以保護(hù)壓差傳感器G1和維持高壓儲(chǔ)氣罐B2中的氣壓穩(wěn)定。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明可以實(shí)時(shí)并精確地給出快速充氣閥每次的出氣量，并可以反饋控制高壓電磁閥V6的關(guān)斷，以保護(hù)壓差傳感器G1和維持高壓儲(chǔ)氣罐B2中的氣壓，它與渦流驅(qū)動(dòng)高壓充氣閥配套使用，可以很方便的在EAST上進(jìn)行定量的等離子體破裂防護(hù)充氣實(shí)驗(yàn)研究。EAST作為在世界上第一個(gè)類ITER的全超導(dǎo)偏濾器裝置，在其上進(jìn)行高壓氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究，也可以為ITER聚變裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)參考與積累。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種等離子體破裂防護(hù)專用高壓氣體自動(dòng)補(bǔ)給及氣量測量系統(tǒng)，包括有：
高壓儲(chǔ)氣罐B1和高壓儲(chǔ)氣罐B2，高壓儲(chǔ)氣罐B1的容量大于高壓儲(chǔ)氣罐B2的容量；
四個(gè)高壓手動(dòng)球閥V1、V2、V3、V4，其中高壓手動(dòng)球閥V1一端與高壓儲(chǔ)氣罐B1的出氣口相連通；高壓手動(dòng)球閥V2的一端與高壓儲(chǔ)氣罐B2連通；高壓手動(dòng)球閥V3及V4的一端通過三通與外部的快速充氣閥腔體相連通，高壓手動(dòng)球閥V3的另外一端與高壓儲(chǔ)氣罐B2連通，高壓手動(dòng)球閥V4的另外一端為抽氣口，用來對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行真空抽氣；
一個(gè)高壓減壓閥V5，用于調(diào)節(jié)工作氣壓，進(jìn)氣端與高壓手動(dòng)球閥V1的另外一端相連通；
一個(gè)高壓電磁閥V6，一端與高壓減壓閥V5的出氣端相連通，其另外一端與高壓儲(chǔ)氣罐B2相連通；
壓差傳感器G1，用來測量高壓減壓閥V5的出氣端壓力與高壓儲(chǔ)氣罐B2之間的氣體壓力差,其一測量端與高壓減壓閥V5的出氣端相連通，另外一測量端與高壓儲(chǔ)氣罐B2相連通；
壓力傳感器G2，與高壓儲(chǔ)氣罐B2連接，用于測量高壓儲(chǔ)氣罐B2內(nèi)壓力；
所述的高壓電磁閥V6、壓差傳感器G1、高壓手動(dòng)球閥V2三者并聯(lián)連接，其一合路端連接高壓減壓閥V5的出氣端，另一合路端連接到高壓儲(chǔ)氣罐B2；
板卡及預(yù)設(shè)在板卡中的控制程序，其中板卡分別與高壓電磁閥V6、壓差傳感器G1、壓力傳感器G2連接，實(shí)現(xiàn)對高壓電磁閥V6的遠(yuǎn)程控制、對高壓儲(chǔ)氣罐B2內(nèi)部氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測、對高壓儲(chǔ)氣罐B2與高壓減壓閥V5的出氣端壓力差的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
所述的控制程序?qū)崟r(shí)給出外部快速充氣閥每次的出氣量，并實(shí)時(shí)反饋控制高壓電磁閥V6的關(guān)斷，以保護(hù)壓差傳感器G1和維持高壓儲(chǔ)氣罐B2中的氣壓穩(wěn)定。
本發(fā)明包括（1）一個(gè)8L的高壓儲(chǔ)氣罐B1；（2）一個(gè)500mL的高壓儲(chǔ)氣罐B2; (3)1個(gè)壓差傳感器G1; (4)一個(gè)壓力傳感器G2,(5) 四個(gè)高壓手動(dòng)球閥V1,V2,V3,V4; (6) 一個(gè)高壓電磁閥V6；(7)一個(gè)高壓減壓閥V5；(8)板卡及控制程序等部分組成。8L的高壓儲(chǔ)氣罐B1注滿200大氣壓左右的高壓惰性氣體，,其通過高壓手動(dòng)球閥V1與高壓減壓閥V5的進(jìn)氣端連接；高壓電磁閥V6、壓差傳感器G1、高壓手動(dòng)球閥V2三者并聯(lián)連接，其一合路端連接高壓減壓閥V5的出氣端，另一合路端連接到高壓儲(chǔ)氣罐B2，高壓儲(chǔ)氣罐B2通過高壓手動(dòng)球閥V3與外部的高壓快速充氣閥的腔體相連接；高壓手動(dòng)球閥V4一端通過三通連接在高壓手動(dòng)球閥V3與外部的高壓快速充氣閥之間，高壓手動(dòng)球閥V4的另外一端為抽氣口；板卡及控制程序分別與高壓電磁閥V6、壓差傳感器G1、壓力傳感器G2連接，實(shí)現(xiàn)對高壓電磁閥V6的遠(yuǎn)程控制、對高壓儲(chǔ)氣罐B2內(nèi)部氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測、對高壓儲(chǔ)氣罐B2與高壓減壓閥V5的出口壓力差的實(shí)時(shí)監(jiān)測；控制程序可以實(shí)時(shí)并精確地給出外部的高壓快速充氣閥每次的出氣量，并可以反饋控制高壓電磁閥V6關(guān)斷，以保護(hù)壓差傳感器G1和維持高壓儲(chǔ)氣罐B2中的氣壓穩(wěn)定。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
該套系統(tǒng)在使用之前要對系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理，以保證氣體的純度，在抽真空之前要把關(guān)掉高壓手動(dòng)球閥V1，同時(shí)把高壓手動(dòng)球閥V2，V3、V4和高壓減壓閥V5打開，然后用真空泵通過高壓手動(dòng)球閥V4的出氣口對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理，當(dāng)達(dá)到較好的真空時(shí)，關(guān)閉高壓手動(dòng)球閥V4,再關(guān)閉高壓減壓閥V5，然后打開高壓手動(dòng)球閥V1，接著慢慢調(diào)節(jié)高壓減壓閥V5,使減壓氣壓達(dá)到目標(biāo)氣壓，此時(shí)可以通過壓力傳感器G2來觀察系統(tǒng)內(nèi)部的壓力, 待內(nèi)部壓力穩(wěn)定到目標(biāo)氣壓時(shí)關(guān)閉高壓手動(dòng)球閥V2，此時(shí)壓差傳感器G1的讀數(shù)應(yīng)在零附近且穩(wěn)定，如果數(shù)值慢慢增加，則應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行檢漏，檢查并解決漏點(diǎn)。
當(dāng)外接的高壓快速充氣閥工作時(shí)，就會(huì)向外噴出一定量的氣體，快速充氣閥及高壓儲(chǔ)氣罐B2內(nèi)部的氣壓就會(huì)降低，此時(shí)壓差傳感器的示數(shù)就會(huì)增加，該值即為壓差傳感器G1兩端的壓差P，由于事先已經(jīng)標(biāo)定了高壓儲(chǔ)氣罐、快速充氣閥及相連管道的容積為V, 因此通過氣量計(jì)算公式Q＝PV就可以很簡單的計(jì)算出快速充氣閥每次的出氣量，該數(shù)值在控制程序界面上實(shí)時(shí)的顯示?？刂瞥绦蚶镞€設(shè)置了保護(hù)壓差傳感器G1的保護(hù)開關(guān)，當(dāng)壓差傳感器G1兩端的壓差大于所設(shè)置的安全閾值時(shí)，控制程序就會(huì)打開高壓電磁閥V6，高壓氣體就會(huì)從高壓減壓閥V5出氣端通過高壓電磁閥V6進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐B2，從而使壓差傳感器G1兩端的壓差恢復(fù)為0以保護(hù)壓差傳感器G1，同時(shí)向高壓儲(chǔ)氣罐B2中補(bǔ)氣，以保持其內(nèi)部壓力的穩(wěn)定。