Способ контроля уровня криогенных жидкостей

 

Изобретение относи ся к измерительной технике и может быть использовано для контроля уровня криогенных жидкостей, находящихся в криостатах из металла, стекла и других материалов. При контроле уровня криогенных жидкостей ток подают на частично погруженный в жидкость резистор из сверхпроводящего материала с температурой критического перехода большей температуры кипения жидкости и измеряют напряжение, линейно пропорциональное длине непогруженной в жидкость части датчика , по величине которого определяют уровень жидкости в криостате. С целью расширения диапазона контролируемых криогенных жидкостей, ток подают равным критическому току сверхпроводящего материала резистора при температуре кипения криогенной жидкости,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 F 23/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М

1(р (Я Ю

,рррр

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778649/10 (22) 08.01.90 (46) 23,05.92. Бюл, ¹ 19 (71) Государственный институт прикладной оптики (72) В.С.Дарьин, А.Н,Фейгельман, В,H.Ðûæков и В.А,Андреев (53) 681,534 (088.8) (56) Патент США ¹ 4566323, кл. G 01 F 23/24, опублик. 1986. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля уровня криогенных жидкостей, наИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля уровня криогенных жидкостей, находящихся в криостатах из металла, стекла или других материалов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ контроля уровня криогенных жидкостей с помощью датчика, выполненного из сверхпроводящего материала (1) с температурой критического перехода Т большей температуры кипения жидкости Тк, на который подают ток и снимают с измерительно-. го устройства показания, линейно пропорциональные длине погруженной в жидкость части датчика. Та часть датчика, которая погружена в жидкость, находится в сверхпроводящем состоянии и имеет нулевое сопротивление. Та часть датчика, которая расположена выше уровня жидкости, » БЫ 1735721 А1 ходящихся в криостатах из металла, стекла и других материалов, При контроле уровня криогенных жидкостей ток подают на частично погруженный в жидкость резистор из сверхпроводящего материала с температурой критического перехода большей температуры кипения жидкости и измеряют напряжение, линейно пропорциональное длине непогруженной в жидкость части датчика, по величине которого определяют уро.вень жидкости в криостате, С целью расширения диапазона контролируемых криогенных жидкостей, ток подают равным критическому току сверхпроводящего материала резистора при температуре кипения криогенной жидкости, находится в нормальном состоянии и ее сопротивление пропорционально ее длине.

Материал датчика выбирают таким, чтобы Тс было как можно ближе к Тк. Если Т материала датчика значительно отличается от температуры кипения жидкости, часть провода, расположенная выше уровня жидкости также будет находиться в сверхпроводящем состоянии и иметь нулевое сопротивление, что приведет к ошибке контроля уровня жидкости, Датчик выполняют в виде токопровода с толщиной 5 — 50 мкм и шириной 0,1 — 5 мм.

Для работы датчика на него достаточно подавать постоянный ток 10 мА, что приводит лишь к незначительному выделению тепла на датчике, менее 10 мВт, Использование данного способа связано со сложностью подбора материала датчика с Т близким к Т» для каждой жидкости.

1735721

Тэк, например, для измерения уровня жидкого кислорода (Тк" 90 К) можно было бы использовать сверхпроводящий материал состава У1ВагСцзОт с Тс = 92 К, а для измерения уровня жидкого азота (Тк = 77 К) или воздуха (Тк = 81К) необходимо подбирать другие сверхпроводящие материалы, иначе, из-за значительного отличия Тк и Тс, часть датчика, расположенная выше уровня жидкости, также будет находиться в сверхпроводящем состоянии и иметь нулевое сопротивление.

Цель изобретения — расширение диапазона контролируемых криогенных жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в жидкость опускают датчик, выполненный из сверхпроводящего материала с температурой критического перехода большей температуры кипения жидкости, на него подают ток и с регистрирующего прибора снимают показания, линейно пропорциональные длине непогруженной в жидкость части датчика, согласно изобретению ток подают равным критическому току сверхпроводящего материала резистора при температуре кипения криогенной жидкости.

Способ поясняется чертежами;

На фиг.1 изображена схема кон роля уровня жидкости в криос ате с помощью сверхпроводящего датчика; на фиг.2 — температурная зависимость сопротивления сверхпроводящей керамики состава

У1Ваг Сиз07.

Схема содержит датчик 1 из сверхпроводящего материала, соединенной с помощью проводов 2 с источником тока 3 и измерительным прибором 4, в качестве которого используется вольтметр. Датчик установлен в криостате 5 перпендикулярно уровню жидкости.6, Ка фиг.2 показана температурная зависимость сопротивления сверхпроводящей керамики состава

Y>Ba2CuaOz при различных значениях тока, проходящего через нее, Материал переходит в сверхпроводящее состояние при 92 к (l = О). При токе I> материал переходит в сверхпроводящее состояние при 84 К, то есть ток l > является критическим для данного материала при температуре 84 К.

При протекании через датчик тока равного критическому часть датчика, расположенная ниже уровня жидкости, находится в сверхпроводящем:остоянии и имеет нулевое сопротивление, а часть датчика, расположенная выше уровня жидкости, переходит в нормальное состояние, несмотря на значительное различие Т, и Т,. В этом случае показания нэ лзмерительном приборе, например, напряжение U на вольтметре будет

0=1ср I1/S, (11 где p — удельное сопротивленле сверхпро5 водящего материала датчика в нормальном

СОСТОЯНии;

l> — длина непогруженной в жидкость части датчика;

S — площадь сечения датчика.

10 Таким образом, показания на измерительном приборе будут линейно пропорционально длине непогруженной в жидкость части датчика, При этом, тепловыделение Q на датчике

15 будет

Q— - 1с Рl S, (2) где jc — критическая плотность тока сверхпроводящего материала датчика при температуре кипения жидкости, 20 Контроль уровня жидкости ведут следующим образом: датчик 1 выполняют из сверхпроводящего материала с температурой критического перехода большей температуры кипения жидкости, устанавливают в

25 криостат 5 перпендикулярно уровню жидкости 6, С источником тока 3 на датчик 1 подают ток, равный критическому при температуре кипения жидкости 6 и с измерительного прибора 4 снимают показания, 30 пропорциональные длине непогруженной в жидкость части датчика 1, из которых определяют уровень кидкости 6 в криостате 5, Для определения величи Ibl 1С датчик полностью опускают в жидкость и увеличи35 вают ток до появления на измерительном приборе нулевого сигнала, что свидетельствует о том, что ток равен критическому току сверхпроводящего материала датчика при температуре кипения жидкости.

40 Пример. Для контроля уровня жидкого азота (Тк = 77 К) в криостате высотой l00 мм датчик выполняют из сверхпроводящсй керамики состава У1ВагСщ07, имеющей тс

= 92 K и характеризующейся параметрами: j

45 = 10 А/см при Т = 77 К, р= 2 10 Ом см при

Т = 100 К. Датчик выполняют длиной 10 см и сечения 0,2 мм . Сопротивление датчика в

2 нормальном состоянии (Т = 100 К) составит

10 Ом, а сигнал на вольтметре при этом

50 будет 200 мВ согласно (1), то есть в качестве измерительного прибора используют милливольтметр. Датчик полностью окунают в азот и устанавливают ток таким, чтобы сигнал на вольтметре был 1 мВ, что соответст55 вует току lc Датчик устанавливают в криостат перпендикулярно уровню азота и снимают показания с вольтметра. По мере выкипания азота длина непогруженной в азот части датчика будет увеличиваться и

1735721

Фиг.? перпендикулярно ей будут расти показания на вольтметре. Если показания составляют

50 мВ, это означает, что четверть датчика находится выше уровня азота, а его уровень составляет 7,5 см.

В данном примере тепловыделение на датчике в соответствии с (2) составит 4 м Вт.

Данный пример показывает возможность использования материала датчика с

Т значительно превышающий Тк, а также возможность использования данного датчика для контроля уровня жидкого воздуха (Т»

= 81 К). аргона (Тк = 87 К), кислорода (Тк = 90

К), что расширяет функциональные возможности способа.

Расширение функциональных возможностей способа позволит упростить выбор сверхпроводящего материала для изготовления датчика, уменьшить количество датчиков путем использования одного датчика для различных жидкостей.

5 Формула изобретен ия

Способ контроля уровня криогенных жидкостей, при котором подают ток на частично погруженный в жидкость резистор из сверхпроводящего материала с температу10 рой критического перехода большей температуры кипения жидкости и измеряют напряжение, по величине которого судят об уровнежидкости, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью расширения диапазона контро15 лируемых криогенных жидкостей, ток подают равным критическому току сверхпроводящего материала резистора при температуре кипения криогенной жидкости.

1735721

8М 92/(Фиг. 2

35

45

Составитель В.Рыжков

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор А.Зробок

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1810 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5