Strumenti di gravità superconduttori - Soluzione di controllo della temperatura e della pressione ultra-fine (0,1mK)

La temperatura della piscina di elio liquido deve essere costante nello strumento a bassissima gravità. Per raggiungere un grado di fluttuazione inferiore a 0,1mK, il grado di fluttuazione del controllo della pressione dell'aria deve essere inferiore a 10Pa. Per questo motivo, il presente articolo si concentra su uno schema tecnico corrispondente negli strumenti di gravità superconduttori. Il contenuto principale è il raggiungimento di un controllo preciso della pressione dell'aria del serbatoio tampone. Viene adottata la modalità di controllo bidirezionale e vengono utilizzati il sensore di pressione dell'aria, la valvola a spillo elettronica e il controllore PID con una precisione di 1/10.000.

1. Domanda
Gli strumenti gravitazionali superconduttori comprendono gravimetri e gradiometri gravitazionali superconduttori, entrambi utilizzati per misurare con precisione i segnali gravitazionali.

Gli strumenti gravitazionali superconduttori devono misurare segnali estremamente deboli a bassa temperatura, quindi è necessario che la bassa temperatura sia costante, cioè che la fluttuazione della temperatura della piscina di elio liquido sia compresa entro 0,1 mK.

Il controllo preciso della temperatura della vasca di elio liquido negli strumenti a gravità superconduttiva può essere raggiunto controllando la pressione dell'aria nella vasca di elio liquido, il che richiede la misurazione e il controllo della pressione dell'aria a un livello molto elevato. In questo articolo viene proposta una soluzione corrispondente per il controllo di alta precisione della pressione dell'aria nella cella di elio liquido nello strumento gravitazionale superconduttore. Il vantaggio di questa soluzione è che l'accuratezza del controllo della temperatura della piscina di elio liquido è influenzata principalmente dall'accuratezza del sensore di pressione. È stato scelto un sensore di pressione ad altissima precisione e la modalità di controllo del flusso di pompaggio a valle è stata adottata attraverso una valvola a spillo a controllo numerico preciso e un controllore PID ad alta precisione. La fluttuazione della temperatura dell'elio liquido è stabilmente controllata entro 0,1mK.

2. Schema tecnico
Il principio di controllo preciso della temperatura dell'elio liquido negli strumenti gravitazionali superconduttori si basa sulla relazione tra la pressione di vapore saturo dell'elio liquido e la temperatura corrispondente. In base alla relazione tra la pressione di vapore saturo dell'elio liquido e la temperatura, la temperatura dell'elio liquido deve essere controllata a circa 4K e la fluttuazione della temperatura deve essere inferiore a 0,1mK. Quando la pressione superiore dell'elio liquido deve essere controllata a circa 100kPa, la fluttuazione della pressione deve essere inferiore a 10Pa.

Per raggiungere la suddetta precisione di controllo della pressione dell'aria, la soluzione tecnica proposta in questo articolo, specifica per gli strumenti gravitazionali superconduttori, comprende i seguenti aspetti:

(1) Il controllo della pressione dell'aria nella parte superiore della piscina di elio liquido può essere considerato come il controllo della pressione in un contenitore chiuso. Per il controllo della pressione del contenitore chiuso, è necessario aggiungere un serbatoio tampone, attraverso il controllo della pressione del serbatoio tampone. Il sistema raggiunge il controllo della pressione della piscina di elio liquido e la sua struttura è mostrata nella Figura 1.

(2) Il controllo della pressione del serbatoio tampone adotta la modalità di controllo bidirezionale a monte e a valle, che viene controllata regolando il flusso dell'aria di aspirazione e di scarico.

(3) L'intero sistema di controllo comprende il serbatoio tampone, il sensore di pressione dell'aria, il controllore PID, la valvola a spillo digitale e la pompa del vuoto.

(4) Se la pressione dell'aria è controllata a 100kPa e la fluttuazione deve essere inferiore a 10 Pa, la misurazione e il controllo della pressione dell'aria devono avere una precisione di 10/100k=0,0001 (un decimillesimo), quindi è necessario che il barometro e il controllore PID abbiano una precisione di un decimillesimo.

In breve, la precisione di controllo della soluzione tecnica descritta in questo articolo è limitata principalmente dall'accuratezza del sensore di pressione dell'aria e del controllore PID. In combinazione con la valvola a spillo elettronica a piccolo flusso azionata dal motore passo-passo, il gravimetro superconduttore può essere raggiunto attraverso il sensore e il controllore ad alta precisione. Controllo preciso della temperatura dell'elio liquido, la fluttuazione della temperatura può essere controllata entro 0,1mK e non è influenzata dalle variazioni della temperatura ambiente esterna.
Per ulteriori informazioni sulla valvola di controllo del flusso proporzionale, visitare il sito web
https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm