用于 ATLAS 硅径迹探测器的组合式超声波流量计与二元蒸汽混合物分析仪
摘要
ATLAS 硅径迹探测器冷却控制系统的升级可能需要将蒸发冷却剂从 C3F8（八氟丙烷）改为含有 10-25% C2F6（六氟乙烷）的混合物。此类改变将降低蒸发温度，以确保在 LHC 全亮度下累积辐射损伤后的热稳定性。此次升级的核心是一种新型超声波仪器，该仪器在已知温度和压力的流动气体中连续测量相反方向的声波传播时间，从而推导 C3F8/C2F6 的流速和混合物成分。本文描述了该仪器及其监控、控制和数据采集（SCADA）软件。目前已有多种仪器几何构型在使用或评估中。一种旨在分析和测量中等流速的缩颈轴向几何构型仪器，对于含 20% C2F6 的 C3F8/C2F6 摩尔混合物，展示了 3.10-3 的混合物分辨率，以及对于高达 30gs-1 的质量流量展示了满量程 2% 的流量分辨率。在分子量（mw）差异巨大的混合物中，可实现更高的混合物精度：已观察到对 C3F8 泄漏到 ATLAS 径迹探测器部分氮气包层（分子量差 160）的灵敏度 <5.10-5。一种具有倾斜声程几何构型的仪器已开发用于约 1.2 kgs-1 的高氟碳化合物质量流量，这对应于正在为 ATLAS 硅径迹探测器建造的新型 60kW 热虹吸再循环器的全流量。进行了广泛的计算流体动力学研究，以确定首选几何构型（超声波换能器间距和放置位置，以及声波穿越角度相对于蒸汽流动方向）。具有 45 度穿越角度的原型机在高达 15 ms-1 的线性流速下，展示了满量程 1.9% 的流量分辨率。该仪器具有许多潜在应用。
引用
@article{arxiv.1210.4835,
title = {A combined ultrasonic flow meter and binary vapour mixture analyzer for the ATLAS silicon tracker},
author = {R. Bates and M. Battistin and S. Berry and J. Berthoud and A. Bitadze and P. Bonneau and J. Botelho-Direito and N. Bousson and G. Boyd and G. Bozza and E. Da Riva and C. Degeorge and B. DiGirolamo and M. Doubek and D. Giugni and J. Godlewski and G. Hallewell and S. Katunin and D. Lombard and M. Mathieu and S. McMahon and K. Nagai and E. Perez-Rodriguez and C. Rossi and A. Rozanov and V. Vacek and M. Vitek and L. Zwalinski},
journal= {arXiv preprint arXiv:1210.4835},
year = {2015}
}
备注
30 pages, 24 figures, 3 tables KEYWORDS: Sonar; Saturated fluorocarbons; Flowmetry; Sound velocity, Gas mixture analysis