專利名稱：使用液面探測器測量液態(tài)低溫致冷劑液面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量液態(tài)低溫致冷劑的液面的液面探測器，具體地說，涉及一種包括一段超導(dǎo)材料的液面探測器，及其改進(jìn)的使用方法。
特別是，本發(fā)明涉及控制一種加熱器的控制，該加熱器使得常態(tài)電阻鋒面沿著低溫致冷劑液面探測器的超導(dǎo)材料傳播，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)低溫致冷劑液面的測量。
背景技術(shù)：
圖1示出了一種例如可用于安裝MRI(磁共振成象)系統(tǒng)的磁體線圈的低溫恒溫器。低溫容器1裝有液態(tài)低溫致冷劑(cryogen)2。在低溫容器中位于液態(tài)低溫致冷劑液面上方的空間3可以充滿蒸發(fā)的低溫致冷劑。低溫容器裝在真空外套4的內(nèi)部，該真空外套通過減少低溫容器1的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的可能性從而降低從環(huán)境溫度流向低溫致冷劑2的熱量。在低溫容器1與真空外套4之間的真空空間中設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)隔熱屏5，這些隔熱屏可用來減少從外部傳到低溫容器1的輻射熱量。設(shè)置有一個(gè)允許從外部進(jìn)入低溫容器1的入口頸部6。該頸部可以用來將低溫容器注滿，為電線和其他引線提供通向安裝在低溫容器內(nèi)的與超導(dǎo)線圈的入口，并且為蒸發(fā)成氣態(tài)的低溫致冷劑提供一條逸出通道。
在上述系統(tǒng)中，只要系統(tǒng)還處于運(yùn)行狀態(tài)，就需要經(jīng)常地監(jiān)測液態(tài)低溫致冷劑的液面。需要檢查泄漏(過高的低溫致冷劑消耗量表示出這種泄漏)并且保證在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔內(nèi)低溫致冷劑是充滿的。需要保證磁體線圈或其他物件處于由液態(tài)低溫致冷劑冷卻的狀態(tài)。在低溫致冷劑液面低時(shí)，磁性零件的溫度將比它在低溫致冷劑液面高時(shí)的溫度更高。在超導(dǎo)磁體的情況下，這可能導(dǎo)致磁體失超(quench)，這種失超對(duì)于該系統(tǒng)可能是危險(xiǎn)的并且會(huì)對(duì)該系統(tǒng)造成損害。由于該線圈在其常態(tài)狀態(tài)下的較高電阻所引起的能量損失，使得線圈中的電流減少，其結(jié)果也會(huì)導(dǎo)致磁場破壞。但是，該測量過程應(yīng)該不會(huì)代表對(duì)該系統(tǒng)的過度的熱量輸入。一般認(rèn)為，每天測量一次液態(tài)低溫致冷劑的液面是足夠的。
在低溫室內(nèi)設(shè)置有一個(gè)用來安裝低溫致冷劑液面探測器的導(dǎo)管10。導(dǎo)管10從入口頸部6延伸到接近低溫容器的下端。該導(dǎo)管的末端不封口，而是使得液態(tài)低溫致冷劑加注到低溫室中液態(tài)低溫致冷劑的液面。導(dǎo)管10裝有一低溫致冷劑液面探測器，以便用來測量液態(tài)低溫致冷劑2在低溫容器1內(nèi)的深度。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種低溫致冷劑液面探測器。柔性的保護(hù)承載器20，例如是由不銹鋼，尼龍，玻璃纖維復(fù)合材料，特氟隆或其他合適的材料制成的一套管或一端部開口的穿孔或多孔管，攜帶一超導(dǎo)材料的帶材或線材22。該超導(dǎo)材料的帶材或線材22只沿一方向向下延伸該探測器的長度。在該實(shí)施例中，回行電流通路導(dǎo)體23與超導(dǎo)材料的帶材或線材22的遠(yuǎn)端24相連接。該導(dǎo)體是常態(tài)的電阻材料如銅。其他不同形式的探測器包括將超導(dǎo)材料的帶材或線材22本身向后彎成U-形的低溫致冷劑液面探測器。在該實(shí)施例中，在探測器的遠(yuǎn)端24處不需要另外的接線。小電阻絲加熱器26與超導(dǎo)材料的帶材或線材22的一端相連接，并與其形成緊密的熱觸點(diǎn)。該加熱器具有約4Ω的電阻，并且必須是由在所關(guān)心的溫度范圍內(nèi)是電阻性的材料制成。例如鎳-鉻，或康銅絲等甚至在大約4K的絕對(duì)溫度下都能保持高電阻的材料。
在使用時(shí)，所設(shè)置的電源28提供通過加熱器26、超導(dǎo)的帶材或線材22、以及回行電流通路導(dǎo)體23的串聯(lián)組合的電流i。差動(dòng)放大器30或其他適合的檢測器通過電壓感測導(dǎo)線25，27分別與正好位于加熱器26下面的超導(dǎo)的帶材或線材22以及超導(dǎo)的帶材或線材22的遠(yuǎn)端相連接。差動(dòng)放大器30或其他適合的檢測器對(duì)于跨接在位于電壓感測導(dǎo)線的各個(gè)連接點(diǎn)之間的這部分超導(dǎo)的帶材或線材22上的電壓是否存在進(jìn)行檢測。在某些探測器中，電壓檢測器與超導(dǎo)材料的帶材或線材22上的不同位置相連接。在所示類型的實(shí)施例中，超導(dǎo)材料的帶材或線材22只沿一個(gè)方向從探測器的頂部向底部延伸，電壓感測導(dǎo)線可以與超導(dǎo)材料的帶材或線材22的端部相連接。另一個(gè)方案是，上面的電壓感測導(dǎo)線25可以連接在加熱器下面的某個(gè)距離的位置上，以便當(dāng)?shù)蜏睾銣仄饔幂^少的氦灌注時(shí)，能提供一種可以給出滿液面(100％)的低溫致冷劑液面探測器。
在使用時(shí)，將低溫致冷劑液面探測器是浸入待測量的液態(tài)低溫致冷劑中，例如將它輕輕地滑入圖1所示的導(dǎo)管10中。當(dāng)電流i流動(dòng)時(shí)，加熱器26將與超導(dǎo)的帶材或線材22相鄰的部分加熱到臨界溫度以上，因而這部分就變成有電阻的。在超導(dǎo)材料的帶材或線材22被彎成U-形的某些實(shí)施例中，超導(dǎo)材料的帶材或線材22的兩端都可以被加熱，因而都變成有電阻的。加熱器和由超導(dǎo)材料的帶材或線材22的電阻部分所提供的任何其他熱量都會(huì)導(dǎo)致常態(tài)電阻鋒面(normalresistive front)沿超導(dǎo)的帶材或線材22向下傳播，直至該鋒面達(dá)到低溫致冷劑液面為止。低于該位置，低溫致冷劑將保持該超導(dǎo)的帶材或線材22低于它的臨界溫度。
由于超導(dǎo)的帶材或線材22在超導(dǎo)狀態(tài)下是沒有電阻的，而超導(dǎo)的帶材或線材電阻部分的電阻與其長度成比例，因此，電阻部分的長度以及低溫致冷劑的液面就可以通過提供流過超導(dǎo)材料的帶材或線材22的電流i并測量跨接電阻部分兩端所得到的電壓來確定。由差動(dòng)放大器30或其他適合的檢測器的輸出所表示的這個(gè)電壓與超導(dǎo)的帶材或線材22的電阻部分的(總)長度成比例，由此就表示出超導(dǎo)的帶材或線材22高出液態(tài)低溫致冷劑的液面的量，因而也就表示出液態(tài)低溫致冷劑的液面。這種裝置已經(jīng)在例如美國專利3,496,773，和3,943,767中進(jìn)行了描述。
在現(xiàn)有技術(shù)中，將一小的讀出電流(通常是恒定電流)施加在加熱器和超導(dǎo)的帶材或線材22上。加熱器可以加熱(或不加熱)到足以使超導(dǎo)的帶材或線材22的相鄰部分失超的溫度，這取決于該測量過程開始時(shí)該部分的溫度。如果讀出電流過小，失超過程就不會(huì)開始，也不會(huì)傳播常態(tài)電阻(失超)鋒面。如果讀出電流過大，由超導(dǎo)的帶材或線材22所產(chǎn)生的熱量將形成一圍繞超導(dǎo)的帶材或線材22且位于液態(tài)低溫致冷劑表面下的氣體層，此時(shí)顯示的液面將低于液態(tài)低溫致冷劑的實(shí)際液面。在極端情況下，如果讀出電流足以在超導(dǎo)的帶材或線材22周圍產(chǎn)生一足以一直達(dá)到其下端的氣體層，就可能顯示出“零液面”。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3來討論圖2所示的液態(tài)低溫致冷劑液面探測器的另一已知的操作方法。圖3示出了由電源2施加在加熱器26和超導(dǎo)的帶材或線材22的串聯(lián)組合上的脈沖電流。該電流i先急劇地上升到一短暫的峰值，然后降到一穩(wěn)定值并保持一相當(dāng)長的時(shí)間段。該相當(dāng)長的穩(wěn)定期所顯示的電流為250mA，時(shí)間周期約為10秒，而短暫的峰值所顯示的電流為400mA，持續(xù)時(shí)間約為20毫秒。該液面探測器的預(yù)定操作如下。短暫的高峰值電流是用來將超導(dǎo)的帶材或線材22的相鄰部分加熱，使它高于其臨界溫度。然后該部分就變成有電阻的。由電阻器26所產(chǎn)生的熱量和由測量電流流過超導(dǎo)的帶材或線材22的電阻部分所產(chǎn)生的附加熱量將把常態(tài)電阻(失超)鋒面?zhèn)鞑サ揭簯B(tài)低溫致冷劑的表面，由于超導(dǎo)的帶材或線材22的剩余部分被液態(tài)低溫致冷劑保持在它的臨界溫度以下，所以電阻鋒面的傳播到此處停止。在適當(dāng)長的一段時(shí)間以后(但是仍然在穩(wěn)定期)，用差動(dòng)放大器30或其他合適的檢測器將跨接在超導(dǎo)的帶材或線材22上檢測的電壓記錄下來。低溫致冷劑容器內(nèi)的低溫致冷劑的深度就可以由這個(gè)檢測出的電壓計(jì)算出來。
美國專利3,943,767描述了一種如圖2所示的這種液態(tài)低溫致冷劑液面探測器的操作方法。按照該專利，在超導(dǎo)的帶材或線材22上施加一恒定的讀出電流，并且監(jiān)測該檢測電壓的上升速度。當(dāng)該電壓的上升速度降到接近零時(shí)，通常即可認(rèn)為常態(tài)電阻(失超)鋒面已經(jīng)到達(dá)該液態(tài)低溫致冷劑的上表面，即可用該電壓來確定液面，并且將讀出電流中斷。
美國專利4,118,984和3,496,773描述了某些相類似的裝置，如同歐洲專利申請(qǐng)EP0076120所描述的那樣。
上述低溫致冷劑液面的顯示方法和裝置是常規(guī)的，在這些常規(guī)的裝置和方法中，存在以下問題。
在圖3中示出的這種操作方法不是非?？煽康?。短暫的初始峰值可能不足以可靠地在超導(dǎo)的帶材或線材22中引發(fā)失超。如果該短暫的初始峰值的數(shù)值或持續(xù)時(shí)間增大，那么就存在過度加熱該超導(dǎo)線材的風(fēng)險(xiǎn)，使得常態(tài)(失超)的鋒面在液態(tài)低溫致冷劑表面下傳播，從而給出一個(gè)低溫致冷劑深度的不真實(shí)的較小的讀數(shù)。
在空間3中存在著汽化低溫致冷劑的情況下，低溫致冷劑液面探測器被汽化的低溫致冷劑所冷卻，這意味著，將電阻的失超鋒面一直傳播到液態(tài)低溫致冷劑的表面上是困難的。這種困難在過去已經(jīng)通過增加供給加熱器的電流i，從而增加供給超導(dǎo)的帶材或線材22的熱量，以及改進(jìn)電阻的失超傳播而得到克服。但這樣做又引起另外的一些問題。特別是(但不是唯一的)，當(dāng)?shù)蜏刂吕鋭┤萜鞅容^空時(shí)，由加熱器26和超導(dǎo)的帶材或線材22的電阻部分所提供的熱量可以把超導(dǎo)的帶材或線材22加熱到這樣的程度，以至使失超鋒面被傳播到在液態(tài)低溫致冷劑表面以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于圖2所示的液態(tài)低溫致冷劑液面探測器的改進(jìn)的操作方法，以便以這種方式來解決已知操作方法中至少某些問題。
因此，本發(fā)明提供了如后附權(quán)利要求書中所限定的方法。


本發(fā)明上述的和其他目的，特征和優(yōu)點(diǎn)通過研究只作為例子給出的本發(fā)明的某些實(shí)施例，連同參考附圖將一清二楚，其中圖1示出了從本發(fā)明的應(yīng)用中獲益的低溫恒溫器；圖2示出了可按照本發(fā)明操作的液態(tài)低溫致冷劑液面探測器；圖3示出了一電流脈沖，該脈沖先急劇地上升到一短暫的峰值，然后降到一穩(wěn)定值，并且保持相當(dāng)長的時(shí)間段；圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置；圖5示出了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一方面的電流脈沖。
具體實(shí)施例方式
如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，控制電路40設(shè)置用來接受差動(dòng)放大器30或其他電壓檢測器的輸出。根據(jù)從差動(dòng)放大器30或其他電壓檢測器所接受的輸出，該控制電路沿著反饋路徑42向電源28產(chǎn)生一控制信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，該低溫致冷劑液面探測器的操作如下。根據(jù)控制電路40的指令，首先使得一個(gè)數(shù)值較高的傳送電流通過加熱器26、超導(dǎo)的帶材或線材22、和回行電流通路23加到電源28上。由于超導(dǎo)的帶材或線材22至少最初還處于超導(dǎo)狀態(tài)，檢測器30將測不到電壓?？刂齐娐?0將保持電流i處于其相當(dāng)高的傳送水平。由于電流i處于這樣的高值，超導(dǎo)的帶材或線材22的相鄰部分將失超，并進(jìn)入電阻狀態(tài)。一個(gè)相應(yīng)檢測電壓將會(huì)在跨接在超導(dǎo)的帶材或線材22的對(duì)應(yīng)部分上產(chǎn)生。該電壓可由檢測器30測出并且將被提供給控制電路40。該檢測電壓表示超導(dǎo)的帶材或線材22的那個(gè)部分已經(jīng)被失超并且處于導(dǎo)體的常態(tài)電阻傳導(dǎo)模式。
配置控制電路40的目的是，一旦某一電壓水平由檢測器30測出時(shí)，就停止由電源28提供的傳送電流。在一實(shí)例中，如果檢測器30測出的最大電壓為約27V，它只可能是在測量出低溫容器是空的并且整個(gè)超導(dǎo)的帶材或線材22處于常態(tài)模式時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果，因而只要測出的電壓是0.5V，控制電路40就停止傳送脈沖。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于關(guān)閉傳送電流的閾電壓可以設(shè)定為與液態(tài)低溫致冷劑的“充滿”液面相對(duì)應(yīng)的電壓。當(dāng)然其他值和比例也可以被選擇和確定，以便基于日常的試驗(yàn)和誤差為基礎(chǔ)提供最佳的性能。一旦處于傳送電流被停止的情況下，電源28將提供一測量電流，以便把常態(tài)電阻(失超)鋒面?zhèn)鞑サ揭簯B(tài)低溫致冷劑的表面，并且測量該液態(tài)低溫致冷劑的液面。傳送電流和測量電流的數(shù)值可以分別是，例如，400mA和250mA.
由于只是在跨接超導(dǎo)的帶材或線材22時(shí)所測出的電壓為預(yù)定電壓的情況下才停止傳送電流的，該傳送電流就只是在失超確實(shí)開始的情況下才被停止，從而避免了超導(dǎo)的帶材或線材22實(shí)際上沒有被失超的可能性。同樣地，應(yīng)當(dāng)盡可能快地停止該傳送電流，以便減少超導(dǎo)的帶材或線材22過熱的可能性。
傳送電流的持續(xù)時(shí)間取決于超導(dǎo)的帶材或線材22的初始溫度，也適應(yīng)于每次測量時(shí)探測器的溫度。此外，本發(fā)明所述的方法適應(yīng)于探測器特性方面的變化。例如，為了引發(fā)失超，不同的探測器可能需要不同程度的加熱，并且不同的加熱器可以為相同的外加電流提供不同的熱量輸出。
在標(biāo)稱相同的探測器之間的一個(gè)典型的變化是焊接接頭引入的變化，這些焊接接頭通常用來在超導(dǎo)的帶材或線材22與加熱器26之間或者在電壓感測導(dǎo)線25，27與超導(dǎo)的帶材或線材22之間提供電氣的相互連接。沒有兩個(gè)焊接接頭是相同的，并且為了克服每個(gè)焊接接頭的熱阻抗將需要不同的加熱水平。
使得檢測器30與超導(dǎo)的帶材或線材22相連接的電壓感測導(dǎo)線25，27也提供了對(duì)于加熱器的一熱排出口。
圖1中所示的導(dǎo)管10具有一定的導(dǎo)熱性，它將在某些位置上與液面探測器相接觸。因此，這樣將存在一個(gè)不可預(yù)見的熱載荷，并且可能阻止失超在已知裝置中的發(fā)生。
在低溫容器1內(nèi)的氣態(tài)低溫致冷劑可能是分層的，這意味著加熱器所處的周圍溫度高于低溫致冷劑的沸點(diǎn)。在這種情況下，開始失超所需要的熱量將比從較低沸點(diǎn)開始失超所需要的熱量減少，這可能是所期望的。
在已知系統(tǒng)中，需要限定傳送電流和傳送持續(xù)時(shí)間，以便克服這些變化給出相當(dāng)可靠的失超引發(fā)。但是這將在某些探測器中產(chǎn)生常態(tài)電阻鋒面的過度傳播的缺點(diǎn)，同時(shí)在某些其他探測器中還可能停止引發(fā)失超。通過使用跨接在超導(dǎo)的帶材或線材22上所測定的電壓的反饋，本發(fā)明可以保證失超傳播開始，并使加熱盡可能快地停止，以便避免由于超導(dǎo)的帶材或線材22的過熱而產(chǎn)生測量誤差，并且可以使由于測量過程所產(chǎn)生的低溫致冷劑汽化減少到最低水平。
在一個(gè)實(shí)施例中，超導(dǎo)材料具有銅鎳合金包層。這樣，在超導(dǎo)件處于常態(tài)狀態(tài)時(shí)可以使該線材在單位長度上具有已知的電阻，并且可以使該線材具有較小的電阻溫度系數(shù)。超導(dǎo)材料本身可以是其轉(zhuǎn)變溫度在該液態(tài)低溫致冷劑的沸點(diǎn)以上的任何超導(dǎo)材料。對(duì)于使用液氦作為低溫致冷劑的系統(tǒng)來說，具有臨界溫度為9K的鈮鈦(Nb-Ti)超導(dǎo)合金對(duì)于該系統(tǒng)是適合的。
在對(duì)本發(fā)明方法的一個(gè)改進(jìn)措施中，可以將例如±10％變化的波動(dòng)引入測量電流中。如果探測器30顯示的測量電壓也波動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的±10％，這樣就可以確定，電阻失超鋒面已經(jīng)傳播到液態(tài)低溫致冷劑的表面上。如果常態(tài)(失超)鋒面沒有傳播到液態(tài)低溫致冷劑的表面，測量電流仍然會(huì)幫助該鋒面的傳播。在這種情況下，測量電流中±10％的變化將不會(huì)在由探測器30測出的電壓中產(chǎn)生相應(yīng)的變化。由于不存在相應(yīng)的波動(dòng)檢測，測量電流將繼續(xù)作用，直到檢測到該相應(yīng)的波動(dòng)為止。
對(duì)本發(fā)明方法的另一個(gè)改進(jìn)措施是，當(dāng)探測器的超導(dǎo)的帶材或線材具有一個(gè)已經(jīng)傳播到低溫致冷劑的液面上的常態(tài)鋒面并且測量電流正在用來確定液態(tài)低溫致冷劑液面時(shí)，檢測出在所檢測電壓中的變化。電壓由于隨著局部的氣體運(yùn)動(dòng)(并由此實(shí)際液面發(fā)生了改變)而改變的液面的變化而發(fā)生波動(dòng)。在探測器的超導(dǎo)的帶材或線材具有一已經(jīng)傳播的常態(tài)鋒面從而使該常態(tài)電阻鋒面沿該超導(dǎo)的帶材或線材22向下移動(dòng)的情況下，電壓檢測器30將給出一個(gè)顯示特定的低溫致冷劑液面的恒定的電壓讀數(shù)。如果超導(dǎo)的帶材或線材22與其他器材(例如一個(gè)導(dǎo)管或氦探測器殼體)處于相當(dāng)良好的熱接觸狀態(tài)，由該探測器的恒定的電壓輸出所顯示的液面就可能是虛假的，它不代表液態(tài)低溫致冷劑的液面，而是表示在該探測器上的熱載荷的位置。為了確定是否已經(jīng)到達(dá)液態(tài)低溫致冷劑液面，需要檢查探測器30的電壓。當(dāng)測量電流流過超導(dǎo)的帶材或線材22的電阻(失超)部分時(shí)，熱量將會(huì)產(chǎn)生。該熱量將會(huì)至少在超導(dǎo)的帶材或線材22與液態(tài)低溫致冷劑相接觸處的附近引起液態(tài)低溫致冷劑表面的汽化。這種汽化作用將使液態(tài)低溫致冷劑的液面產(chǎn)生小的變化，并由此使測量電壓產(chǎn)生小的變化。如果可以測出由該汽化表面引起的電壓波動(dòng)，該電壓水平就可以用來給出正確的液態(tài)低溫致冷劑的充填液面。如果不能測出電壓波動(dòng)，在超導(dǎo)的帶材或線材22上的常態(tài)傳播鋒面就可能發(fā)生“卡住”。如果使得引起常態(tài)鋒面沿超導(dǎo)的帶材或線材22向下傳播的熱量由于它與其他器材相接觸而從超導(dǎo)的帶材或線材22傳導(dǎo)出去時(shí)，這種情況發(fā)生。這樣就需要在超導(dǎo)的帶材或線材22中產(chǎn)生附加的熱量，以便該電阻鋒面可以進(jìn)一步傳播。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)增加來自恒定電源的電流，以便能測出液面，該液面可以通過測出在另一測得的電壓水平上的電壓波動(dòng)來證實(shí)。
在本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)措施中，施加在加熱器上的傳播電流可以不是一恒定的電流而可以是一直線上升的電流。例如，施加在加熱器26和超導(dǎo)的帶材或線材22上的傳送電流i可以具有如圖5中所示的時(shí)間曲線。該施加的傳送電流i開始時(shí)快速上升，隨著傳送電流i數(shù)值的增加，其增加的速度逐漸變慢。使該電流先快速增加到預(yù)期能使加熱器引起常態(tài)鋒面?zhèn)鞑サ臄?shù)值。然后在該位置上使電流變化速度減少，以便一測出常態(tài)電阻線材就立即關(guān)閉加熱器傳送電流。
一旦當(dāng)超導(dǎo)的帶材或線材22的一部分已經(jīng)失超并且進(jìn)入其常態(tài)電阻狀態(tài)時(shí)，電壓檢測器30將可檢測出一個(gè)相應(yīng)的電壓，該電壓是超導(dǎo)的帶材或線材22的失超部分的電阻與該電流i的數(shù)值的乘積。當(dāng)常態(tài)的電阻(失超)鋒面向著液態(tài)低溫致冷劑的表面?zhèn)鞑r(shí)，該電壓的數(shù)值將隨著電流數(shù)值的增加而增加，并且也隨著超導(dǎo)的帶材或線材22電阻的增加而增加。當(dāng)測出的電壓符合根據(jù)控制電路40所確定的閾值(圖5中的時(shí)間tt處)時(shí)，一個(gè)信號(hào)就沿著反饋通路42送出，以便用來控制電源28，以便將電流i減少到其測量值。允許有一確定的延遲周期，以便保證常態(tài)的電阻(失超)鋒面?zhèn)鞑サ揭簯B(tài)低溫致冷劑的表面上，然后將探測器30在時(shí)間tm處測出的電壓例如通過控制電路40記錄下來，并且使用該電壓來確定液態(tài)低溫致冷劑的液面。
本發(fā)明的方法還可以用于例如在圖2和圖4中示出的探測器中，其中，超導(dǎo)的帶材或線材22只沿著該探測器的長度的一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還可以用于具有彎成U形的超導(dǎo)的帶材或線材的探測器。
在本發(fā)明的可供選擇的實(shí)施例中，在超導(dǎo)的帶材或線材22的加熱器端的電壓感測導(dǎo)線25可以處于不同位置。這種連接可以如圖4中所示的那樣，位于在超導(dǎo)的帶材或線材22與加熱器之間的超導(dǎo)的帶材或線材22的頂部，或者在加熱器的另一端。用來關(guān)閉流向加熱器的傳送電流的閾電壓也可以是不同的。該電壓可以這樣設(shè)定，使得在加熱器下面的超導(dǎo)的帶材或線材22轉(zhuǎn)變成常態(tài)狀態(tài)。兩個(gè)位置都可以與不同的閾電壓一起使用，以便在實(shí)現(xiàn)讀出電流以前，能夠獲得在失超引發(fā)中的相同的改進(jìn)。然后對(duì)于任何探測器結(jié)構(gòu)來說，都可以改變100％的充填液面和比例。
上面已經(jīng)參照幾個(gè)特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，其中，將加熱器和超導(dǎo)的帶材或線材設(shè)置成串聯(lián)形式，并且使用一個(gè)單獨(dú)的電源通過該串聯(lián)的結(jié)構(gòu)來提供電流i。在另外一些可供選擇的實(shí)施例中，電流可以分別地施加于加熱器和超導(dǎo)的帶材或線材，使得傳送電流只施加于加熱器中，而測量電流只施加于超導(dǎo)的帶材或線材。
權(quán)利要求
1.一種用來測量液態(tài)低溫致冷劑的液面的方法，包括以下步驟-提供一低溫致冷劑液面探測器，該探測器包括一段長度的超導(dǎo)材料(22)、用于將電流施加于該超導(dǎo)材料的裝置(28)、用來加熱該超導(dǎo)材料的加熱器(26)、以及用來測量該超導(dǎo)材料兩端的電壓的裝置(30)；-把該液態(tài)低溫致冷劑液面探測器浸入液態(tài)低溫致冷劑內(nèi)；-使得傳送電流施加于該加熱器，以便使該超導(dǎo)材料的一部分加熱到臨界溫度以上，由此使得一常態(tài)的電阻鋒面沿著該超導(dǎo)材料傳播到該液態(tài)低溫致冷劑的液面上；-將該傳送電流從加熱器上除去；-向該超導(dǎo)材料施加一測量電流；-測出在該超導(dǎo)材料兩端的電壓，由此確定液態(tài)低溫致冷劑的液面；其特征在于，該方法包括以下步驟-當(dāng)施加該傳送電流時(shí)，檢測(40)在該超導(dǎo)材料兩端的該電壓的量級(jí)；以及-基于當(dāng)該超導(dǎo)材料兩端的所測出的電壓超過一確定的閾電平時(shí)，停止施加該傳送電流。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該加熱器和該超導(dǎo)材料電氣連接成串聯(lián)形式，該傳送電流和該測量電流代表通過該串聯(lián)連接的該加熱器和該超導(dǎo)材料施加的電流的不同的數(shù)值。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟-將波動(dòng)引入該測量電流中；-當(dāng)施加該測量電流時(shí)，檢測在該超導(dǎo)材料兩端的所述電壓的量級(jí)中的相應(yīng)波動(dòng)；-基于測出相應(yīng)的電壓波動(dòng)，當(dāng)施加該測量電流時(shí)，接受在該超導(dǎo)材料兩端上的該電壓量級(jí)當(dāng)作該液態(tài)低溫致冷劑的液面的指示。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟基于測出沒有相應(yīng)的電壓波動(dòng)，繼續(xù)施加該測量電流，直到檢測出該相應(yīng)的波動(dòng)。
5.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟-檢測在該測出電壓中的電壓波動(dòng)；-基于測出的電壓波動(dòng)，接受該測出電壓以便用來確定液態(tài)低溫致冷劑的液面；以及-基于測出沒有電壓波動(dòng)，增加該測量電流并且重復(fù)檢測在該測出的電壓中的電壓波動(dòng)的步驟。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，施加于該加熱器上的該傳送電流在施加時(shí)量級(jí)增大。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該傳送電流的量級(jí)開始時(shí)快速上升，隨著傳送電流的量級(jí)的增加，其上升率逐漸變慢。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該閾電平與一個(gè)指示液態(tài)低溫致冷劑的最大預(yù)期液面的電壓相對(duì)應(yīng)。
9.一種大體上如在附圖的圖4-5中所描述和/或圖示的方法。
全文摘要
一種用來測量液態(tài)低溫致冷劑的液面的方法，包括以下步驟把該液態(tài)低溫致冷劑液面探測器浸入液態(tài)低溫致冷劑內(nèi)；使得傳送電流施加于該加熱器(26)，以便使超導(dǎo)材料(22)的一部分加熱到臨界溫度以上，由此使得一常態(tài)的電阻鋒面沿著該超導(dǎo)材料傳播到該液態(tài)低溫致冷劑的液面上；將該傳送電流從加熱器上除去；向該超導(dǎo)材料施加一測量電流；測出在該超導(dǎo)材料兩端的電壓，由此確定液態(tài)低溫致冷劑的液面。特別的，該方法包括以下步驟當(dāng)施加該傳送電流時(shí)，檢測(40)在該超導(dǎo)材料兩端的該電壓的量級(jí)；以及基于當(dāng)該超導(dǎo)材料兩端的所測出的電壓超過一確定的閾電平時(shí)，停止施加該傳送電流。
文檔編號(hào)G01F23/24GK1973190SQ200580020553
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者K·J·?？寺? A·J·薩洛維 申請(qǐng)人:西門子磁體技術(shù)有限公司