[發明專利]一種液氮液面計

無效

• 申請號: 201310028049.3
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103090925A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 李毅;王秋良;胡新寧;陳順中
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01F23/24
• 分類號: G01F23/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于測量液氮液面的裝置。

背景技術

液氮制冷作為一項低溫技術廣泛應用于國民經濟、科學實驗以及國防軍工等各個領域。以應用在超導磁體領域為例，低溫超導磁體的運行需要超導磁體的溫度降低到液氦溫區，即4.2K。從室溫到4.2K超導磁體系統需要釋放大量的熱能，這些熱能如果全部用液氦來吸收則會消耗太多液氦，而液氦又是非常昂貴的工業原料，因此在利用液氦降溫前，一般先用液氮來進行預冷處理，即現將超導磁體從室溫降低到77K液氮溫區，再輸入液氦將超導磁體冷卻至4.2K溫區。由于液氮在60K溫區即變為固態，固態氮會堵塞輸液管道同時含有大量的熱容消耗過多的液氦，因此在輸完液氮給磁體預冷后，需要先將液氮排出杜瓦才能再輸入液氦而進行進一步冷卻工作。

在用液氮對超導磁體系統進行預冷時，將輸液管插入超導磁體杜瓦容器的底部，打開液氮儲液灌的開關，使液氮緩緩流入超導磁體內。由于超導磁體杜瓦等低溫容器常用不銹鋼等材料做成較為封閉的系統，因此流入杜瓦容器內的液體是無法直接看到的，容器內是否已經存有輸入的低溫液體，低溫液體的液面有多高都是無法直接測量的。對于灌輸液氮來講，現在一般是憑借經驗觀察低溫容器出氣孔氣流的顏色和形狀，或者估算所需輸滿容器所需的時間來判斷液氮液面的大致位置。實際上這種憑借經驗的方法常常會帶來較大錯誤，液氮經常會輸入過多而直接從出氣孔噴出，造成較大的浪費，而更嚴重的問題是，在預冷步驟完成后的排液氮工作中，經常會遇到液氮沒有排除干凈而造成后續液氦輸入時固氮降溫消耗過多液氦甚至輸液管被固氮堵塞的現象，造成液氦的浪費乃至輸液系統失效。

因此在給低溫杜瓦容器輸入液氮時，需要液氮液面計來檢測和監控液氮的輸入情況，提高低溫液體的利用率以及避免輸液系統的失效。液面計的使用和種類多樣豐富，但是大多數液面計都不是為低溫液體設計的，常規的液面計很難直接應用到低溫液體液面的檢測中。比如傳統的靠機械浮力來判斷液面的液面計，由于低溫系統在制冷時會有結冰現象，同時低溫下各種材料的機械性能甚至體積都會發生不同變化，那么機械裝置會有發生卡殼等現象而無法工作的可能。對于液氮等低溫液體的液面檢測，常用的方法是電容傳感器來檢測，電容傳感器具安裝制造簡易，可測范圍大等特點，但是電容傳感器精度較差，一般為10cm左右，對于大型液氮存儲來講是可以接受的，但是對于超導磁體預冷系統需要將液氮盡可能排盡，液氮液面應低于1cm以下，因此電容法的精度達不到。此外還有用傳統熱電偶及目測來探測液氮液面的，這些方法的測量精度就更差了。

近年來，高溫超導技術得到快速發展和越來越多的應用。高溫超導體具有非常獨特的電、熱特性，高溫超導體一般是陶瓷材料制成，具有非常低的熱導率，因此超導體不同部位的溫度基本取決于該部位所在的低溫環境而受其他部位溫度的影響較小，高溫超導體一般在冷卻至110K以下時即顯示出超導態，其電阻率接近為0，而在非超導態其電阻率又非常高，超過絕大多數金屬材料。利用高溫超導體獨特的熱學及電學特性，可以開發很多應用于低溫系統的裝置和設備。

發明內容

本發明的目的是克服現有常規液面計很難應用到低溫液體液面檢測，現有液氮液面檢測設備精度較低的問題，提出一種新的利用高溫超導體特殊的熱學及電學特性制造的用于檢測液氮液面的裝置。

本發明所述的液氮液面計由高溫超導帶、加熱器、支撐底板、支撐蓋板、主電源、加熱器電源、測量引線及電流引線組成。

所述的高溫超導帶的一端通過電流引線與主電源的正極相連，高溫超導帶的另一端通過電流引線與主電源的負極相連。高溫超導帶的兩端還連接一對測量引線。所述的加熱器通過電流引線與加熱器電源的正負兩極相連。所述的主電源和加熱器電源均為直流電源。

所述的高溫超導帶的一面粘附于支撐底板上，高溫超導帶的另一面粘貼有加熱器。支撐蓋板的兩端固定在支撐底板上，加熱器和高溫超導帶位于支撐底板與支撐蓋板之間。所述的支撐底板的寬度略大于高溫超導帶，支撐底板的長度略長于高溫超導帶，厚度為3毫米以上，以保持一定機械強度。所述的支撐蓋板與支撐底板等寬等長，厚度可以幾毫米以保持一定機械強度，支撐底板與支撐蓋板主要起保護高溫超導帶材和便于移動安裝的作用，可以用絕緣材料制成，如四氟聚氯乙烯、環氧樹脂或經過絕緣噴漆處理的不銹鋼等。

所述的高溫超導帶可由Bi2223等高溫超導帶材制造，高溫超導帶表面包有絕緣層，高溫超導帶在室溫非超導態下單位長度的電阻須事先測定。