[发明专利]一种精确控制的碱金属注入设备

说明书

本发明公开了一种精确控制的碱金属注入设备，包括碱金属注入系统、抽真空系统、电气控制系统，所述电气控制系统用于控制碱金属注入系统和抽真空系统，所述碱金属注入系统包括氩气储罐、金属铯储罐、氧气储罐以及精密喷雾阀、混合反应室和气体质量流量计。铯注入精度控制由微流量喷雾阀配合可编程控制器实现注入量的精确控制。本发明中精密喷雾阀的最小喷射量可满足系统最小注入量精度要求，通过开启喷射阀频率来实现不同注入流量，喷雾阀通过通讯接口与PLC控制器连接，然后就可以用触发信号来控制喷雾阀的开启。根据设定好喷吐量和流量速度关系计算出开启脉冲频率，PLC控制器发出信号完成设定注入量。

技术领域

本发明涉及碱金属设备技术领域，具体是指一种精确控制的碱金属注入设备。

背景技术

碱金属注入系统是服务于等离子体风洞，开展电子数密度提升实验的配套设备，碱金属注入系统在等离子体风洞中定量注入碱金属，并与流动工质充分混合，促进等离子体放电，实现提高电子密度的目标，探索高温条件下，外部条件(温度、碱金属注入量、混合均匀度等)对等离子体电子密度、电子温度等参数的影响。

金属铯是一种熔点低的活泼金属，在空气中极易被氧化，能与水剧烈反应生成氢气且爆炸。碱金属铯注入工作必须在真空条件下进行，在碱金属铯注入工作进行前必须对系统进行抽真空和换气处理，以保证系统中没有氧分子和水的存在。目前针对碱金属铯注入的设备不完善，无法定量精确的控制注入量，亟待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术缺点，提供一种精确控制的碱金属注入设备。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种精确控制的碱金属注入设备，包括碱金属注入系统、抽真空系统、电气控制系统，所述电气控制系统用于控制碱金属注入系统和抽真空系统，所述碱金属注入系统包括氩气储罐、金属铯储罐、氧气储罐以及精密喷雾阀、混合反应室和气体质量流量计，所述气体质量流量计包括气体流量计V11和气体流量计V12，所述抽真空系统包括真空泵，所述氩气储罐上进口端管路上设有电磁阀V1，所述氧气储罐上进口端管路上设有电磁阀V2，所述金属铯储罐和真空泵之间连接管路上设有电磁阀V3，所述金属铯储罐出口端和精密喷雾阀进口端之间连接管路上设有电磁阀V4，所述氩气储罐出口端和精密喷雾阀出口端之间连接管路上设有电磁阀V5，所述电磁阀V5的出口端和精密喷雾阀进口端通过管路连接，所述混合反应室出口端连接喷嘴，所述喷嘴上设有电磁阀V6，所述金属铯储罐上进口端管路上设有电磁阀V7，所述氩气储罐出口端和金属铯储罐进口端之间连接管路上依次设有电磁阀V8和气体流量计V11，所述氧气储罐出口端和混合反应室进口端之间连接管路上依次设有电磁阀V9和气体流量计V12，所述氩气储罐出口端和混合反应室进口端之间连接有电磁阀V10。

作为改进，所述电气控制系统由中央控制器完成，所述中央控制器包括上位机和下位机，所述上位机为触摸屏，所述下位机为PLC可编程控制器，所述氩气储罐、氧气储罐、金属铯储罐和混合反应室内分别设有压力传感器P1、压力传感器P2、压力传感器P3和压力传感器P4，所述PLC可编程控制器实现碱金属注入系统和其内压力的测量控制。

作为改进，所述碱金属注入系统、抽真空系统、电气控制系统均通过主电源连接供电，系统供电由主电源开关和各分路电源开关组成。

作为改进，所述金属铯储罐、精密喷雾阀、混合反应室和碱金属注入系统内过过铯管路上设有加热器和保温材料，加热温度控制在40-60℃，所述加热器包括电热套和电热带，所述保温材料选用内高温、阻燃材料的石棉保温毯，所述金属铯储罐内设有温度传感器T1，所述金属铯储罐出口端和精密喷雾阀之间管路上设有温度传感器T2。

作为改进，所述精密喷雾阀采用撞针型高精密喷雾阀门。

作为改进，所述碱金属注入系统中碱金属或其氧化物或其碱金属盐的控制定量在20-2000mg/s，控制精度为质量流量20mg/s，所述碱金属注入系统中工作气体压力范围为≤1Mpa。