专利名称：用于低温环境的液态氦液位传感器及其组装方法
技术领域：
本发明涉及用来测量低温环境中液位的方法和装置。本发明尤其涉及用于组装液态氦液位传感器的方法和设备，该传感器用来测量低温环境中的液态氦的液位。
背景技术：
通常使用的液态氦传感器采用位于刚性或柔性管子中的超导NbTi细丝。通常，细丝的尺寸范围是其直径为从0.0005英寸到0.002英寸。通过测量超导细丝位于液态氦液位上方的部分的电阻来操作传感器。浸入液体的部分将不用来测量电阻，这是由于它在液态氦的温度下处于超导状态。使用非常薄的NbTi细丝，使得即使通过50mA到100mA的电流，细丝位于液态氦表面上方的部分产生的电阻在整个细丝上产生可测量的电压降。给出恒定的激励电流，于是液态氦的液位与测量的电压降成反比。
通常，传感器的灵敏度和精度随超导细丝电阻的增加而增加。通常，有两种方法增加细丝的电阻。第一种方法是减小细丝的直径。第二种方法涉及从NbTi-Cu细丝上蚀刻掉铜基体，这是由于铜具有非常低的电阻。
实际上，非常薄的细丝难以处理，容易破坏，并且非常薄，极难制造。同样，非常薄的细丝尺寸减小超导细丝的载流能力。这造成信噪比的降低并减小测量装置的精度。

发明内容
本发明提供一种新颖的技术，其用于组装超导细丝和加热器以形成单个物体，从而在低温环境中用作低温流体的指示器。与现有技术方法相比，本发明提供高程度的灵敏度和可靠性。
本发明提供一种较厚的NbTi细丝，该细丝进行串联以便增加输出电压。增加输出电压增加了对于液态氦的液位变化的灵敏度并改善测量电压降的精度。通过连接方式的简单变化，本发明还可从单细丝液位传感器变化成多细丝的液位传感器。
由于电阻细丝更长，本发明提供对于液态氦的液位的更好灵敏度。由于用于本发明的细丝电阻更高，本发明还实现了更好的精度是。由于可以使用更大直径的细丝，本发明还比现有技术方法更加可靠。最后，制造非常薄的细丝在制造过程中存在破坏的可能性。因此，使用更厚的细丝，降低此危险以及与制造过程相关的成本。


图1是表示安装在液态氦储槽内的液态氦液位传感器的示意图；图2是液态氦液位传感器的电路的框图；图3是表示本发明液态氦液位传感器的示意图；图4是表示本发明另一实施例的另一示意图。
部件列表低温恒温器1、液态制冷剂2、液体和气体相之间的界面3、连接器和环氧树脂10、加热器20、柔性或刚性管子30、细丝40、电压表51、电源52、电流开关53、速度传感器54、正电压端子61、负电压端子62、正电流源63、负电流源64、两个线段的细丝140、细丝140的第一线段141、细丝140的第二线段142、电压端子161、电压端子162、141的第一端241、141的第二端242、142的第一端243、142的第二端244、四个线段的细丝340、细丝340的第一线段341、细丝340的第二线段342、细丝340的第三线段343、细丝340的第四线段344、电压端子361、电压端子362、341的第一端441、341的第二端442、342的第一端443、342的第二端444、343的第一端445、343的第二端446、344的第一端447、344的第二端448。
具体实施例方式
现在参考附图，其中相同标号自始至终表示相同的元件。图1是本发明液态氦液位传感器的示意图，其表示低温恒温器1、低温流体2、流体-气体界面3、细丝40和超导焊料10。图1还示出电源52、电流开关53和正负电压端子61、62。
图2是电压测量装置51、速度传感器54、电源52和电流开关53的示意框图。如图所示，电压52经由电流开关53连接到细丝40和加热器20上。接着连接电压表61以便测量细丝线段上的电压降。
在本发明普通实施例的正常操作中，细丝40和加热器20放置在刚性或柔性管子30内并降低到低温恒温器1内，直到细丝40的至少一部分浸入为止。如上所述，氦2的液态相的极低的温度使得细丝40成为超导体。
来自电源52的电流接着通过开关53作用在加热器20和细丝40上。通常在50和200mAmps之间使用。最初，在细丝40上将不产生电压降，这是由于它全部超导。但是，当加热器20加热细丝40，将在细丝40的产生正常电阻区域，并且因此在电压端子61、62上产生可测量的电压降。通常经过0.1-1秒，将细丝40位于液态氦2上方的部分加热到可提供某些可测量的电阻的程度。来自加热器20的热量将经过细丝40到气体-液体界面3，在此处停止在细丝40上的作用。因此，细丝40位于气体-液体界面3上方的部分将提供正常电阻，而气体-液体界面3下方的部分将是超导的。通常，超导部分之上的细丝40所提供的电阻将产生高达大约50伏的电压降。
细丝40上的电压降通常以线性方式增加，变化率是dV/dt。当接近气体-液体界面3时，电压变成恒定，或者当细丝40的电阻状态已经到达气体-液体界面3时电压增加速度变化直到dV/dt＝0为止。
在dV/dt为低值时，速度传感器54造成开关53打开。于是电流停止流过细丝40和加热器20。因此，电流只在需要加热气体-液体界面3上方的细丝40时间周期内流动。由于测量液态氦2的液位时添加的热量，这减小液态氦2的蒸发。电流还可循环以便降低液态氦2的蒸发。
本发明使用超导细丝40和加热器20的组合以便改善液态氦2的液位测量的精度和灵敏度。本发明还采用更厚的NbTi细丝40，该细丝进行串联以便增加输出电压。使用的NbTi细丝40将在0.001英寸和0.005英寸之间。使用更厚的细丝增加对于氦液位变化的灵敏度并增加测量的精度。由于本发明提供更长的电阻区域，这种新颖和独特的发明对于液态氦2的液位变化提供更高的灵敏度。另外，电压降的大小随电阻大小线性增加。因此，电压降越大，越容易测量，并且因此测量越准确。另外，本发明使用的细丝40更可靠并不容易破坏。更厚的细丝40比现在使用的细丝40更容易制造。使用的细丝40是大约46％到48％的常见商用NbTi细丝。
与传统单个细丝40相比，本发明还提供在液位传感器内使用多个超导细丝40的能力。多细丝构形通常包括使用超导焊料10连接的细丝40。多细丝构形在此披露中将增加两倍的传感器精度，如图3所示，或者增加四倍，如图4所示。明显的是，该概念可延续到所需进一步增加精度的倍数。
图3表示两个线段的细丝140，其中细丝140包括第一线段141，其具有连接到电压端子161上的第一端241和第二端242，以及第二线段142，其具有连接到第一线段141的第二端242上的第一端243和连接到电压端子162上的第二端244。图4表示使用超导细丝340的四个线段341、342、343、344的实例，其中超导细丝340包括超导细丝341的第一线段，其具有连接到电压端子361上的第一端441和第二端442；超导细丝342的第二线段，其具有连接到第一线段442的第二端上的第一端443和第二端444；超导细丝343的第三线段，其具有连接到第二线段342的第二端444上的第一端445；以及超导细丝344的第四线段，其具有连接到第三线段446的第二端上的第一端447和连接到第二电压端子362上的第二端448。
因此，已经披露了用于在低温环境中测量液态氦3的液位的改进装置。本发明的装置具有更长和更厚的细丝40，因此提供更大的可测量电压以及提供低温恒温器内的液态氦2的液位的更精确的测量。另外，更厚的细丝40改善性能，并且与现有技术的较薄细丝40相比，制造不太复杂。
图3表示电流在63处进入低温恒温器1并在64离开的实施例。电压降可在电压端子61和62测量。除了细丝40的线段增加之外，图4是相同的。
尽管我们在这里非常特别地描述本发明的优选实施例，可以理解对于所述的改进可以进行变化而不偏离本发明范围。因此，可以理解本发明的范围不通过说明书和附图来限制，而是由权利要求的最广义的可能解释来确定。
权利要求
1.一种用于低温液体的液位指示器，其包括能够在低温下超导的细丝(40)，其具有第一端(141)、整体形成的电阻加热器线圈(20)和第二端(144)；位于细丝(241)的第一端的第一端子(161)；位于细丝(244)的第二端的第二端子(162)；连接在第一和第二端子(161、162)上的电压表(51)，其测量第一和第二端子(161、162)上的电压；连接到细丝(40)上的电源(52)；在电源(52)和细丝(40)之间并使得电流交替地流过细丝(40)并停止流过细丝的开关(53)；以及连接到细丝(40)上的感测装置，所述感测装置响应细丝(40)的正常电阻状态，其中通过感测装置感测到细丝(40)的可测量电阻造成开关闭合。
2.如权利要求1所述的液位指示器，其特征在于，液位指示器包含在刚性或柔性管子(30)内。
3.如权利要求2所述的液位指示器，其特征在于，细丝(140)具有一个线段，并且细丝(241、244)的两端连接到端子(161、162)上，其中可以测量细丝(140)的一部分上的电压降。
4.如权利要求3所述的液位指示器，其特征在于，细丝(340)具有三个线段，并且细丝(441、448)的两端连接到端子(361、362)上，其中可以测量细丝(340)的一部分上的电压降。
5.如权利要求4所述的液位指示器，其特征在于，细丝(40)具有多个线段，并且细丝的两端连接到端子(61、62)上，其中可以测量细丝(140)的一部分上的电压降，并且低温液体液位检测器提供恒定的电流值。
6.一种组装低温液体液位检测器系统的方法，其包括如下步骤提供超导细丝(40)，其具有第一端(141)、整体形成的电阻加热器线圈(20)和第二端(42)；在超导细丝(141)的第一端提供第一端于(161)；在超导细丝(42)的第二端提供第二端子(162)；提供连接在第一和第二端子(161、162)上的电压表(51)，所述电压表(51)测量第一和第二端子(161、162)上的电压；提供连接到超导细丝(40)上的电源(52)；提供位于电源(52)和超导细丝(40)之间并使得电流交替地流过细丝(40)并停止流过细丝的开关(53)；以及提供连接到细丝(40)上的感测装置，所述感测装置响应细丝(40)的正常电阻状态，所述感测装置还造成闭合开关(53)的信号。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其包括提供具有第一端和第二端的超导细丝(140)，该细丝对线段并粘接在闭合端的内侧，使得细丝(140)的第一端和第二端从管子(30)的开口端露出。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其包括如下步骤提供超导细丝(141)的第一线段，其具有连接到电压端子(161)上的第一端(241)和第二端(242)；提供超导细丝(142)的第二线段，其具有连接到第一线段(242)的第二端上的第一端(243)和连接到电压端子(162)上的第二端(244)。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其包括如下步骤提供超导细丝(341)的第一线段，其具有连接到电压端子(361)上的第一端(441)和第二端(442)；提供超导细丝(342)的第二线段，其具有连接到第一线段(442)的第二端上的第一端(443)和第二端(444)；提供超导细丝(343)的第三线段，其具有连接到第二线段(444)的第二端上的第一端(445)和第二端(446)；以及提供超导细丝(344)的第四线段，其具有连接到第三线段(446)的第二端上的第一端(447)和连接到第二电压端子(362)上的第二端(448)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，低温液体液位检测器提供恒定的电流值。
全文摘要
本发明提供一种测量低温液体的液位的方法和设备。本发明提供电源(52)、位于包含低温流体(2)的低温恒温器(1)内的超导细丝(40)的一个线段或多个线段以及用于测量细丝(40)上的电压降的电压表(51)的使用。本发明还提供使用所述设备的方法。
文档编号G01F23/22GK1550766SQ20041004320
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月16日
发明者M·徐, W·沈, S·R·埃尔金, M 徐, 埃尔金 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司