智能电气阀门定位器应用于世界上最大粒子加速器中

2013-02-23 09:33:52来源: 21ic
在接近低温极限条件下

大型强子对撞机(LHC)是新一代加速器的代表,为了达到所需力场,该加速器中的磁体必须采用液氦进行冷却。大型强子对撞机配备有总计1,382 个采用Sipart PS2专用型阀门定位器进行控制的低温阀门,该阀门定位器将将冷冻液氦分配到大型强子对撞机蓄能器回路单独磁体上的整个回路中。

在位于法国与瑞士边界线的欧洲粒子物理研究所研究中心,在一条位于地下约110米处、延伸长度超过27公里的隧道中,正在建造世界上最大的、能量最高的粒子加速器。该加速器可达到超过以前试验能级范围内的能级。为了达到这一目的,大型强子对撞机应通过超导磁体进行工作,该超导磁体必须采用液氦冷却至约2K(即,-271℃,接近绝对温度零度)的温度下。

在此种极低的温度下,管道、阀门和管接头等的材质必须采用特殊的耐低温材料。以前从未建造过如此巨大规模的超导系统,而冷却剂供给系统反过来成为大型强子对撞机项目的最大挑战之一。

对机械和电气系统的极端要求

在蓄能器回路的整个长度上,液氦回路中的流量分配通过一套采用专用低温阀门(例如,为低温条件应用专门开发的阀门)的控制系统进行调节。这些低温阀门必须采取高度的绝热措施,以便这些阀门在遭受到极端温度梯度时不会发生冻结。低温阀门采用气动执行机构进行操纵,执行机构的位置通过源自Sipart PS2 系列的电气阀门定位器进行调节。

由于偏转效应与真空管中加速粒子的碰撞所引起的同步加速器辐射,蓄能器回路附近处辐射载荷非常高,使得在此区域中无法使用高度集成的电子器件。高能辐射量子可能造成蓄能器部件和微处理器部件中的微细结构被破坏。由于此种原因,必须开发出“分离型”Sipart PS2智能阀门定位器,所有阀门定位器中的高度集成电子器件将安装在距蓄能器回路有一定距离的隧道专门防辐射段(凹室)中。原机箱中阀门定位器气动输出段和大型耐辐射位置测量部件,将按照通常气动执行机构进行安装。

为了确保信号从凹室无故障传输至现场设备中,必须进行一次仿真测试,此项测试在实验室条件下进行,并采用重达数吨的电缆盘(例如,稍后放置到隧道中的电缆)。处理器面板与回路中现场阀门定位器之间的最大距离约为一公里。

Sipart PS2型智能电气阀门定位器机箱内部配有一种专门开发的模块,该模块配备有适合线形范围远程传输(至主面板)的干扰抑制部件,该模块可确保气动输出级定位指令的传递和定位数值的反馈。阀门定位器通过Profibus PA 标准总线连接到主控制系统中。

象办公楼一样大的检测器

与日常分析中所使用的大多数检测器不同,大型强子对撞机的检测器由数百万个部件构成,重量达数千吨。例如,ATLAS 检测器高22米,与一座五层办公楼一样高。检测器的单独部件必须以百分之一毫米的精度进行连接。为了检测以后可能出现的失调或偏移,所有重要部件均安装有一台光学检测装置。仅在检测器的最里面区域中,就配有一百亿个晶体管。

在所有的测量中-在检测器的设计中,以及在ATLAS 检测器(将在这里确定带电粒子的极性和脉冲)内部巨大超导磁体组的设计中,精度和灵敏度起着重要的作用。在大型强子对撞机回路中其它也使用超导磁体的地方,也通过130分级型Sipart阀门定位器,使冷却剂的流量精确保持控制系统所规定的流量值。

虽然仅为其中一小部分-但仍做出一份贡献在象大型强子对撞机这样的巨大项目中,大多数单独产品和服务均起着非常小的作用。但这个巨大加速器中的每一个部件均必须完美地进行工作,以便能够成功完成寻找希格斯玻色子的任务,并向证实粒子物理标准模型方向迈出一大步。而Sipart型阀门定位器将为此做出贡献。

关键字:SipartPS2  电气阀门  定位器  粒子加速器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0223/article_6902.html
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