Instruments à gravité supraconducteurs Solution ultra-fine de contrôle de la température et de la pression

Instruments gravitationnels supraconducteurs -Solution ultra fine de contrôle de la température (0,1 mK) et de la pression

La température du pool d’hélium liquide doit être constante dans l’instrument à très faible gravité. Afin d'atteindre un degré de fluctuation inférieur à 0,1 mK, le degré de fluctuation du contrôle de la pression atmosphérique doit être inférieur à 10 Pa. Pour cette raison, cet article se concentre sur un schéma technique correspondant aux instruments gravitationnels supraconducteurs. Le contenu principal est d’atteindre le contrôle précis de la pression atmosphérique du réservoir tampon. Le mode de contrôle bidirectionnel est adopté et le capteur de pression d'air, la vanne à pointeau électronique et le contrôleur PID avec une précision de 1/10 000 sont utilisés.

1. Question
Les instruments gravimétriques supraconducteurs comprennent des gravimètres supraconducteurs et des gradiomètres gravimétriques supraconducteurs, tous deux utilisés pour mesurer avec précision les signaux gravitationnels.

Les instruments gravitationnels supraconducteurs doivent mesurer des signaux extrêmement faibles à basse température, il existe donc une exigence élevée d'une température basse constante, c'est-à-dire que la fluctuation de température du pool d'hélium liquide doit être inférieure à 0,1 mK.

Le contrôle précis de la température du pool d'hélium liquide dans les instruments gravitationnels supraconducteurs peut être obtenu en contrôlant la pression de l'air dans le pool d'hélium liquide, ce qui nécessite la mesure et le contrôle de la pression de l'air pour atteindre un niveau très élevé. Dans cet article, une solution correspondante est proposée pour le contrôle de haute précision de la pression de l’air dans la cellule à hélium liquide de l’instrument gravitationnel supraconducteur. L'avantage de cette solution est que la précision du contrôle de la température du pool d'hélium liquide est principalement affectée par la précision du capteur de pression. Le capteur de pression de très haute précision est sélectionné et le mode de contrôle du débit de pompage en aval est adopté via la vanne à pointeau à commande numérique précise et le contrôleur PID de haute précision. La fluctuation de la température de l'hélium liquide est contrôlée de manière stable à moins de 0,1 mK.

2. Schéma technique
Le principe de contrôle précis de la température de l'hélium liquide dans les instruments gravitationnels supraconducteurs est basé sur la relation entre la pression de vapeur saturée de l'hélium liquide et la température correspondante. Selon la relation correspondante entre la pression de vapeur saturée de l'hélium liquide et la température, la température de l'hélium liquide doit être contrôlée à environ 4K et la fluctuation de température doit être inférieure à 0,1 mK. Lorsque la pression supérieure de l'hélium liquide doit être contrôlée à environ 100 kPa, la fluctuation de pression doit être inférieure à 10 Pa.

Afin d'atteindre la précision de contrôle de la pression atmosphérique ci-dessus, la solution technique proposée dans cet article spécifiquement dans les instruments gravitationnels supraconducteurs comprend les aspects suivants :

(1) Le contrôle de la pression de l'air dans la partie supérieure du bassin d'hélium liquide peut être résumé comme le contrôle de la pression dans un récipient fermé. Pour le contrôle de la pression du récipient fermé, il est nécessaire d'ajouter un réservoir tampon, via le contrôle de la pression du réservoir tampon..Le système atteint le contrôle de pression du pool d'hélium liquide et la structure est illustrée à la figure 1.

(2) Le contrôle de pression du réservoir tampon adopte le mode de contrôle bidirectionnel en amont et en aval, qui est contrôlé en ajustant le débit d'admission et d'échappement d'air.

(3) L'ensemble du système de contrôle comprend un réservoir tampon, un capteur de pression atmosphérique, un contrôleur PID, une vanne à pointeau numérique et une pompe à vide.

(4) Si la pression atmosphérique est contrôlée à 100 kPa et que la fluctuation doit être inférieure à 10 Pa, la mesure et le contrôle de la pression atmosphérique doivent avoir une précision de 10/100k=0,0001 (un dix millième), donc il faut être équipé d'un baromètre et d'un contrôleur PID d'une précision au dix millième.

En bref, la précision du contrôle de la solution technique décrite dans cet article est principalement limitée par la précision du capteur de pression atmosphérique et du contrôleur PID. Combiné avec la vanne à pointeau électronique à petit débit entraînée par le moteur pas à pas, le gravimètre supraconducteur peut être atteint via le capteur et le contrôleur de haute précision. Contrôle précis de la température de l'hélium liquide, la fluctuation de température peut être contrôlée dans une plage de 0,1 mK et n'est pas affectée par les changements de température ambiante externe.
Pour plus d'informations sur la vanne de régulation de débit proportionnelle, veuillez visiter
https://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm