[发明专利]一种失超触发加热器的过热保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对触发超导磁体失超的加热器进行过热保护的装置。

背景技术

超导体从超导态转变为正常态称为失超，超导磁体的失超通常开始于某个线圈的局部。局部失超的超导体转变成带有一定电阻的正常区域，电流流经此正常区域产生焦耳热将进一步升高正常区域的温度和增加正常区域的大小。

超导磁体可能储存有兆焦耳数量级的能量，在失超后，这些能量将在超导磁体的电阻体积中被消耗。为了得到MRI或NMR成像系统中所需要的磁场均匀性，超导磁体被划分成多个子线圈，这些子线圈围绕超导磁体轴线且在空间隔开，以使它们之间没有热连接。如果不适当地处理失超过程，就会在失超的子线圈中消耗整个超导磁体的能量，从而引起局部温度上升。严重的局部过热可能烧焦绝缘或熔化导体，同时失超也可能产生高电压击穿绝缘。因此必须采取有效的措施对超导磁体的失超进行保护。

最有效的保护方法就是通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，使热量尽可能均匀消耗在整个超导磁体上。如果超导磁体在某一线圈的局部发生失超后，迅速扩展到整个超导磁体，导致全部失超，就意味着没有一个部分会达到危险温度。在用于MRI或NMR成像系统中的超导磁体中，一般通过向与超导线圈紧密热接触的加热器施加电流来实现有意的失超启动。一般每个超导线圈将配备有一个或多个加热器。

通常，用于有意启动所有超导线圈失超的加热器电气串联在一起，其供电源取自某个线圈或几个线圈在失超后产生的端电压。加热器开始工作时，先加热自己，然后温度高于线圈表面，于是传递热量给线圈，加热线圈，加热器一边加热自身一边传递热量给线圈，当线圈失超后，一般加热器还将继续加热，加热器继续加热温度则继续升高.如果加热器温度升高则会产生热应力造成线圈裂化，温度过高甚至发生炭化烧坏线圈绝缘以及线圈外的环氧包裹层。因此设计加热器电路时需要采取保护措施来防止加热器温度过高。

传统的方法就是在加热器两端并联若干个二极管，当流经加热器的电流超过某一值时，增长的电流就分流到二极管中，降低加热器的发热功率。但是二极管的阈值电压在低温下具有离散性，并且随流经电流的变化而变化，这样就很难确定加热器两端需要并联二极管的数量，如果并联二极管的数量多了就难以起到保护加热器过热的目的，并联二极管的数量少了，就会导致加热器中流通的电流过小而不能及时触发超导线圈失超。

发明内容

本发明的目的是克服现有失超触发加热器过热保护方法的上述缺点，提出一种新的失超触发加热器过热保护装置。本发明利用负温度系数热敏电阻直接感应加热器的温度，根据加热器温度的高低来分流电流，从而更加精确可靠地保护加热器，防止其出现过热。

本发明提出的加热器过热保护装置主要利用负温度系数热敏电阻的电阻率随温度上升而呈指数关系减小的特性。根据国标(GB/T 13189-91)的规定，负温度系数热敏电阻在基准温度25℃时测得的电阻值称为此负温度系数热敏电阻的标称电阻值。当温度高于基准温度25℃时，负温度系数热敏电阻的阻值在标称电阻值基础上呈指数关系减少，而当温度低于基准温度25℃时，负温度系数热敏电阻的阻值在标称电阻值基础上呈指数关系增大。

本发明采用的技术方案为：将多个负温度系数热敏电阻通过电气并联组成过热分流电阻。通常，在基准温度25℃时，所述的过热分流电阻的阻值选择为所保护加热器电阻的十分之一或者更小。过热分流电阻放置在加热器的上表面并通过电气并联在加热器的两端，当加热器处于低温时，过热分流电阻中的负温度系数热敏电阻的阻值几乎为无穷大，过热分流电阻相当于开路，对加热器中的电流没有分流作用；过热分流电阻温度随加热器温度升高而升高，当接近25℃时过热分流电阻的阻值只有加热器电阻的十分之一或者更小，加热器中的电流绝大部分分流到过热分流电阻中，加热器发热将迅速减少。