用于检测空气进入到制冷剂容器内的方法和设备技术

本发明专利技术提供用于检测罩住超导磁体的制冷剂容器中的冻结的沉积物的积聚的传感器，包括张紧的金属丝、可变频率的交变电流源和电压传感器。张紧的金属丝定向为垂直于超导磁体产生的杂散磁场的方向。通过改变施加的电流的频率，张紧的金属丝的共振频率可以检测作为在金属丝两端的电压处于最大值时的频率。所述频率或者共振峰值大小的任何变化可以解释为指示冻结的沉积物妨碍张紧的金属丝的自由振动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检测空气进入到制冷剂容器中的方法和设备。特别地，涉及检测空气进入到用于冷却超导磁体的制冷剂容器中，所述超导磁体用于成像系统例如磁共振成像、 核磁共振成像和核磁能谱法。但是，本专利技术可以应用到检测空气进入到任何制冷剂容器中。
技术介绍
图1示出包括制冷剂容器12的低温恒温器的传统安置。冷却的超导磁体10设置 在制冷剂容器12内，其自身保持在外真空室(0VC) 14内。 一个或多个热辐射防护件16设置 在制冷剂容器12和外真空室14之间的真空空间中。在一些已知的结构中，制冷器17为了 该目的安装在位于塔18中的制冷器袜(refrigerator sock) 15中，塔18在该情形示出为 在低温恒温器的侧面上。制冷器17提供主动制冷以冷却制冷剂容器12中的制冷剂气体， 在一些安置中，这是通过将制冷剂气体再凝结为液体而进行的。制冷器17还可用作冷却辐 射防护件16。如图1所示，制冷器17可以为两级制冷器。第一冷却级热连接到辐射防护件 16，并提供冷却到第一级温度，其典型地在50-100K区域。第二冷却级提供制冷剂气体的冷 却到低很多的温度，典型地在4-10K区域，并可以再凝结气体为液体状态。 负电连接21a通常通过低温恒温器的主体提供到磁体10。正电连接21通常由穿 过通风导管20的导体或者通过塔19的部件的导体提供。 对于固定的电流导引设计，单独的通风路径(辅助通风孔)(在图1中未示出)可 以设置为在通风导管20阻塞的情形下的失效保护通风孔。 制冷剂15典型地为在大约4K温度下的液氦，尽管其它制冷剂也可以使用，例如液 氢、液氖或者液氮。在服务间隔中，必须移除制冷器17，并打开通风导管20。当制冷器移除 时，或者当通风导管20打开时，存在空气可能进入制冷剂容器的风险。而且，实验已经表 明，空气通过传统地分别设置在制冷剂容器上的冷淬阀和通风阀持续地扩散到制冷剂容器 中，尽管制冷剂容器保持在正压力。正压力意味着制冷剂容器内的气体压力大于环境压力， 以使得任何泄漏将基本将制冷剂气体泄漏到制冷剂容器之外，而不是允许空气进入到制冷 剂容器中。 如果空气进入制冷剂容器，其将冻结到最冷表面上。对于更高沸点的制冷剂，例如氮气，仅包含在空气中的水会冻结。这会阻塞制冷器和制冷剂容器之间的通路，或者使得制冷器的性能降级，从而导致制冷剂容器中的温度和压力升高，进而导致增大制冷剂的消耗量。冻结的沉积物同样会在通风导管20周围积聚。通风导管允许沸腾掉的制冷剂气体从制冷剂容器逃出，并且在磁体冷淬的情形下特别重要。在磁体冷淬过程中，超导磁体突然变为有电阻的，并将其存储的所有能量散失到制冷剂。这导致制冷剂非常快速的沸腾掉。如果通风导管收縮，或者甚至阻塞，那么危险的高压会在制冷剂容器中积聚。 从制冷剂容器的内部去除霜沉积物会要求去除所有的制冷剂并允许制冷剂容器和其中的磁体或者其他设备变暖到例如室温。这是耗时且昂贵的工艺，因为去除的制冷剂将需要被补充，并且在超导磁体的情形中，会需要执行磁场补偿操作(shimming)以校正由3于磁体的变暖和再冷却已经产生的磁场均一性中的任何变化。在该整个工艺过程中，在制冷剂容器内冷却的设备及其形成的部分系统是不可用的，这会具有不仅不能为患者成像的后果，并且他们的疾病不能诊断。由于非常昂贵的成像系统在一段非常长的时间内不可用，可能引入进一步的成本消耗。因此，将制冷剂容器及其内容物变暖作为一预防性服务操作是不实际的。但是，通过不执行这样的预防性措施，将存在阻塞和过度的制冷剂压力的危险。
技术实现思路
本专利技术致力于提供用于检测制冷剂容器内部的霜的存在的设备和方法。霜的存在然后可以给用户或者服务技术人员信号，校正动作可以计划在方便的时间以为了通过使得制冷剂容器变暖而除霜。 相应地，本专利技术提供一种用于检测空气进入到制冷剂容器中的设备，包括冻结沉积物传感器，其自身包括垂直于磁场保持的张紧的金属丝，交变电流通过该金属丝，以在所述金属丝中引起机械共振。 另外，本专利技术提供了一种用于检测空气进入制冷剂容器中的方法，包括以下步骤 a)提供上述设备，所述冻结沉积物传感器定位在所述制冷剂容器内的关注位置； b)将第一频率的交变电流施加到张紧的金属丝，并测量在所述金属丝两端产生的电压； c)改变交变电流的频率通过所述金属丝的预期的共振频率，同时测量在金属丝两端产生的电压； d)确定金属丝的共振频率作为施加的电流的频率，在该频率在金属丝两端的电压最大； e)重复步骤(b)至(d)，响应确定的共振频率不同于初始确定的共振频率，发出存在冻结沉积物的信号，从而指示有空气进入到制冷剂容器中。 另外，本专利技术还提供了一种用于检测空气进入制冷剂容器内的方法，包括以下步骤 a)提供上述设备，冻结沉积物传感器定位在制冷剂容器内的关注位置； b)施加第一频率的交变电流到张紧的金属丝，并测量在金属丝两端产生的电压； c)改变交变电流的频率通过金属丝的预期的共振频率，同时测量在金属丝两端产生的电压； d)确定金属丝的共振频率作为施加的电流的频率，在该频率在金属丝两端的电压最大； e)围绕初始确定的共振频率改变通过金属丝的交变电流的频率，同时测量在金属丝两端产生的电压，从而检测确定的共振频率从初始确定的共振频率的变化，并且响应于此，发出存在冻结沉积物的信号，从而指示空气进入到制冷剂容器中。附图说明 本专利技术的上面的以及其它的目的和特征可以从其某些实施例的以下描述，连同下4面的描述，而确定，其中 图1示出包括制冷剂容器的低温恒温器的传统结构； 图2示出根据本专利技术的一方面的用于检测冻结的沉积物的电气示意图； 图3示意性地示出共振曲线，从而示出随着施加的电流的频率扫过金属丝的共振频率时在图2的振动金属丝两端的电压变动； 图4示出根据本专利技术的实施例的振动金属丝传感器的示例性布置； 图5示出根据本专利技术的实施例的振动金属丝传感器的另一示例性布置； 图6示出可用于本专利技术的一实施例的张紧金属丝传感器的例子；以及 图7示出用于布置张紧金属丝传感器的可能的位置。具体实施例方式本专利技术提供用于检测制冷剂容器中的冻结的沉积物的存在的设备，其是通过利用这样的物理效应，即，当交变电流通过张紧的金属丝时，如果电流的频率与金属丝的自然频率匹配，在存在静态磁场的情形下，一定长度的张紧金属丝将共振。对于给定的金属丝材料，该频率将主要取决于金属丝的自由长度的倒数。 在背景磁场中振动的承载电流的金属丝的该原理已经广泛用于黏度计设计。本专利技术应用该效应以检测超导磁体的低温容器中的冻结的沉积物。在操作中，超导磁体的杂散磁场提供恒定的背景磁场用于振动的金属丝传感器。 图2示意性地示出本专利技术的实施例的电路。金属丝22在张力下保持在两固定点24之间。频率f的交变电流I(f)由电源26提供并通过金属丝22施加。由超导磁体提供的背景磁场垂直于绘图平面。在金属丝两端的电压V可以被监测以为了检测共振。响应交变电流和背景磁场的相互作用，金属丝将开始振动。振动的幅值d在图中大大地夸大了。 图3示出响应交变电流I (f)的频率f的典型电压V的例子。共振频率示出为fr。如图所示，当施加电流I(f)的频率f接近张紧金属丝的自然(共振)频率fr时，电压被由于金属丝在磁场内的运动所致的在金属丝中引起的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测空气进入到制冷剂容器中的设备，包括：　　冻结沉积物传感器，其自身包括垂直于磁场保持的张紧的金属丝，交变电流通过该金属丝，以在所述金属丝中引起机械共振。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克W莱茨，
申请(专利权)人：英国西门子公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]