PEV压电晶体阀流量率标定试验(2)

LARGE_INTEGER litmp;
LONGLONG QPart1,QPart2;
double dfMinus, dfFreq, dfTim;
Query Performance Frequency(&litmp);
dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 获得计数器的时钟频率
Query Performance Counter(&litmp);
QPart1 = litmp.QuadPart;// 获得初始值
do
{ Query Performance Counter(&litmp);
QPart2 = litmp.QuadPart;// 获得中止值
dfMinus = (double)(QPart2- QPart1);
dfTim = dfMinus / dfFreq;// 获得对应的时间值，单位为秒}
while(dfTim<0.05);// 0.05=50ms/1000ms，即要将定时时间转化为秒级

　　在进行定时之前， 先调用( QueryPerformance Frequency ) 函数获得机器内部定时器的时钟频率，然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用(QueryPerformance Counter )函数，利用两次获得的计数之差及时钟频率， 计算出事件经历的精确时间。其定时误差不超过1 微秒，精度与CPU 等机器配置有关。脉冲发出后，以1000 Hz 的采样率采样小罐压强对应的电压值如图4。

图4 阀门关闭后压强对应电压采样图

　　可见，要经过40ms后，小罐的压强才达到稳定，即气体达到平衡，若阀门关闭后立即采集小罐的压强，则会出现采集值大于真实值的情况。为了取得小罐压强的准确值，必须要有40ms以上的延时后才能采集小罐的压强, 为确保采集的精确度，本试验延时50ms (同样的道理，大罐的压强采集延时更长，因为大罐的体积是小罐的377.36 倍)。延时结束后，和第一次采集压强同样的方法得到小罐和大罐的压强，算得两次压差ΔP，运用公式一，即可求得在脉宽50ms脉幅100V对应的PEV阀门流量率。运用同样的方法，重复以上的步骤，只需要把脉幅每次减少0.2V （即脉幅4.8 V、4.6 V、4.4 V、4.2 V……0 V），其他参数都不变，即可得到在阀门开启时间为50ms， 电压从0~100 V的流量率数据。程序流程如图5。

图5 试验程序流程图

4、实验结果

　　运用以上模拟EAST聚变反应真空试验环境，通过向阀门发不同的设定工作脉冲，可以得到不同脉冲工作条件下阀门对H2的气体流量率。其实，对不同种工作气体如D2、T2以及以后进一步需要研究的对聚变反应有重要影响的杂质气体的气体流量率，与以上方法都是类似的。本实验共做了三组试验，即以脉宽分别为50ms、100ms及150ms， 脉幅从0V 逐渐增加到5V（实际施加在PEV压电阀上的电压为0~100V），以0.2V为步长。下图为不同脉宽条件下，由试验测得的三组曲线。

图6 不同脉宽条件流量率与输出电压关系

5、试验结论

　　(1) 从上图我们很清楚地看到，PEV压电晶体阀具有一个电压死区，而且这个电压死区不是固定不变的，它随着工作电压脉宽的变化而变化。从趋势上看，电压脉宽越窄，电压死区越大。认清存在这个死区电压，对研究聚变反应中等离子体密度的实时可调反馈控制系统显的尤为重要。如设定等离子体密度大于实际等离子体密度，这时该略开启阀门，这时如果只发出1.8 V工作电压（实际加在阀门上的电压为36V），实际上阀门是没有打开的，反而使设定等离子体密度更大于实际等离子体密度。另一方面，有了这个死区电压，如果计算机及其他电子原件受到聚变反应时强磁场及辐射等噪声的影响有噪声电压的输出，只要电压不大于30V，一般来说，对阀门还是很安全的，因为这个电压克服不了其本身的电压死区。

　　(2) PEV阀在克服死区电压后，进入一个相对线性区。如上图，在这个区域，其流量率随电压的增大而增大，且表现出一定线性关系。在刚克服死区电压后的一段电压区域内，流量率与电压有比较明显的非线性关系，即在这段电压范围内阀门的开启大小并非与施加电压成正比关系。

　　(3) 流量率与阀门的开启时间有关。从上图我们能看出，在50ms、100ms、150ms 这三个阀门开启时间内计算得出的流量率（在相同工作电压下）是不同的。虽然三者的总体趋势是相同的，但流量率相差也较大，也并非开启阀门的时间越长，计算得出的流量率越大，其内部的机理有待进一步研究。

　　(4) 本实验得到的结果是在小罐压强为1.3ATM，大罐为真空的条件下得到的，是在特定压强环境下得到的结果，不同的大罐和小罐的压强会有不同的流量率结果。