专利名称：液氦液位仪及其使用方法
技术领域：
本发明涉及测量装置技术领域，特别涉及液位测量装置技术领域，具体是一种液氦液位仪及其使用方法。
背景技术：
作为公知常识，液氦是地球上最极端寒冷的一种液化气体。它是一种 4. 2k(约-269°C )的无色无味液化气体，看起来就像普通纯水一样。因为其温度与室温的巨大温差梯度，液氦必须贮存在一个看不见的(即不可透视 的)液氦容器中，液氦容器具有至少一层高真空(10_6以上)阻隔层以限制热交换，在某些 情况下，还需要一层液氮阻隔层，因此两层高真空隔离层置于容器中。由于液氦极为容易蒸 发，甚至在液氦容器中，在极有限的热交换情况下，有时液氦蒸发率一天可以达到1 %的液 氦总重量。因此，时不时地检查液氦的液位，这是非常重要的，根据液位及时准备充注到容 器中。否则如果液氦容器变热，那么需要大量的液氦以将容器降温至4. 2K，以再次储存液 気。请参见图1所示，在一般测量容器中液氦液位中，是使用一根直径Φ2 3毫米的 非常长的非常薄壁的合金长管11作为主体。一根约1. 6米的长管11能够用于测量50-150 升液氦容器。在长管11的一端必须焊接其它的直径Φ 15 20毫米的长约为15毫米的短 管12，该短管12端部应该用橡胶膜13覆盖。为了完成容器中液氦的测量，长管11的细端 从容器的底部向上移动，一手指(常常用食指)应该轻轻触摸橡胶膜表面，当长管11的末 端达到液位时，指将感受到振动峰。计算长管11从底部慢慢上移至振动峰的长度，它就是 容器中液氦的液位。但是，有许多人不喜欢这种测量方法，因为一个人的手指有时很难感受 到振动峰，换句话说，测量不是十分容易实现。因此，需要迫切提供一种液氦液位测量装置，其能快速准确地实现液氦液位的测 量，且使用方便。

发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种液氦液位仪及其使用方 法，该液氦液位仪设计巧妙、结构简单、使用方便，能快速准确地实现液氦液位的测量，适于 大规模推广应用。为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种液氦液位仪，其特点是，包 括握持件、细长件和特种温度敏感变色涂层，所述细长件包括第一端部和第二端部，所述握 持件安设在所述第一端部，所述特种温度敏感变色涂层沿所述细长件的长度方向涂覆在所 述细长件的侧面上，所述特种温度敏感变色涂层在常温下的颜色与在液氦中的颜色有差
巳较佳地，所述温度敏感变色涂层是层状硅酸盐涂层。更佳地，所述层状硅酸盐涂层的颗粒度为60 120目。
较佳地，所述温度敏感变色涂层的温度敏感变色范围可达液氦4. 2K(-269度)远 远超过市面上现有的范围(-40度)。较佳地，所述细长件的横截面为圆弧形、L形、工字形、圆形、椭圆形、半圆形、矩形或三角形，所述特种温度敏感变色涂层涂覆在所述细长件的至少一个侧面上。较佳地，所述细长件中空。更佳地，所述侧面为所述细长件的内侧面。较佳地，所述细长件采用传热能力差的材料制成。更佳地，所述的传热能力差的材料是石英、合金或木料。较佳地，所述握持件是把手，所述把手沿所述细长件的轴线方向延伸。较佳地，所述的细长件的侧面上设置有从所述第二端部起始向所述第一端部轴向 延伸的尺度标码。更佳地，所述尺度标码与所述特种温度敏感变色涂层彼此不重叠。较佳地，所述细长件是细长杆或合金细长管。较佳地，所述细长件在侧面沿长度方向设置有凹槽，所述特种温度敏感变色涂层 位于所述凹槽内并涂覆在所述凹槽的底面上。较佳地，所述细长件包括细长棉绳杆、低温含氧树脂层和合金管，所述合金管沿长 度方向设置有开口，所述低温含氧树脂层包覆在所述细长棉绳杆的侧面上，所述合金管包 覆在所述低温含氧树脂层的侧面上，所述特种温度敏感变色涂层位于所述开口内并涂覆在 裸露的所述的低温含氧树脂层的侧面上。在本发明的第二方面，还提供了一种使用上述的液氦液位仪测量液氦液位的方 法，其特点是，包括以下步骤(1)握住所述握持件，将所述细长件垂直地从液氦的液面插入到盛放所述液氦的 容器的底部；(2)握住所述握持件，并保持所述细长件不晃动，直至所述液氦从沸腾状态变为平 静；(3)握住所述握持件，将所述细长件垂直地从所述容器内拔出；(4)测量所述特种温度敏感变色涂层的变色部分在所述细长杆长度方向上的长 度，其即为所述液氦的液位值。较佳地，所述的细长件的侧面上设置有从所述第二端部起始向所述第一端部轴向 延伸的尺度标码，所述步骤(4)中通过所述尺度标码测量所述长度。较佳地，在所述步骤(2)中，保持所述细长件不晃动，且持续的时间小于5秒钟。本发明的有益效果具体如下1、本发明通过在所述细长件的侧面上沿所述细长件的长度方向涂覆所述特种温 度敏感变色涂层，然后利用所述特种温度敏感变色涂层在常温下的颜色与在液氦中的颜色 的差异，测量出液氦的液位，设计巧妙、结构简单、使用方便，能快速准确地实现液氦液位的 测量，适于大规模推广应用。2、本发明的所述的细长件的侧面上设置有从所述第二端部起始向所述第一端部 轴向延伸的尺度标码，从而使得所述特种温度敏感变色涂层的变色部分在所述细长杆长度 方向上的长度的测量变得简单可靠，设计巧妙、结构简单、使用方便，能快速准确地实现液氦液位的测量，适于大规模推广应用。


图1是现有技术中使用的液氦的液位测量器具的主视示意图。图2是本发明的一具体实施例的主视示意图。图3是图2所示的具体实施例的细长件的横截面示意图。图4a 4d分别是本发明的细长件的四个具体实施例的横截面示意图。图5是图2所示的具体实施例使用时的主视(透视)示意图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。其中相同 的部件采用相同的附图标记。请参见图2 3所示，本发明的液氦液位仪10包括握持件1、细长件2和特种温度 敏感变色涂层3，所述细长件2包括第一端部(未标出)和第二端部(未标出)，所述握持 件1安设在所述第一端部，所述特种温度敏感变色涂层3沿所述细长件2的长度方向涂覆 在所述细长件2的侧面上，所述特种温度敏感变色涂层3在常温下的颜色与在液氦中的颜 色有差异。较佳地，所述细长件2是细长杆或细长管。在本发明的具体实施例中，所述细长件 2是细长管。所述特种温度敏感变色涂层3必需采用合适的4. 2K (-269度)特种温度敏感变色 涂层，例如可以采用美国专利US6，712，996B2中披露的特种温度敏感变色涂层。较佳地， 所述特种温度敏感变色涂层3是层状硅酸盐涂层。更佳地，所述层状硅酸盐涂层的颗粒度 为60 120目。在本发明的具体实施例中，所述特种温度敏感变色涂层3的温度敏感变色 范围可达液氦4. 2K(-269度)远远超过市面上现有的范围(-40度)。其在室温下为灰色， 在-270°C，颜色从灰色变至深翠绿色。所述细长件2的横截面可以任意。较佳地，所述细长件2的横截面为圆弧形、L形、 工字形、圆形、椭圆形、半圆形、矩形或三角形，所述特种温度敏感变色涂层3涂覆在所述细 长件2的至少一个侧面上。也就是说，所述特种温度敏感变色涂层3只要沿所述细长件2的 长度方向涂覆即可，可以涂覆所述细长件2的全部侧面，也可以仅涂覆某一或某几个侧面， 对于圆形和椭圆形来说，可以涂覆所述细长件2的局部侧面。请参见图4a所示，在本发明 的一具体实施例中，所述细长件2的横截面为圆弧形，所述特种温度敏感变色涂层3涂覆在 所述细长件2的一个侧面上；请参见图4b所示，在本发明的另一具体实施例中，所述细长件 2的横截面为L形，所述特种温度敏感变色涂层3涂覆在所述细长件2的一个侧面上；请参 见图4c所示，在本发明的又一具体实施例中，所述细长件2的横截面为工字形，所述特种温 度敏感变色涂层3涂覆在所述细长件2的中间两个侧面上。较佳地，所述细长件2中空。更佳地，所述侧面为所述细长件2的内侧面。请参见 图3所示，在本发明的具体实施例中，所述细长件2的横截面为矩形环状，所述特种温度敏 感变色涂层3涂覆在所述细长件2的内侧面。所述特种温度敏感变色涂层3涂覆在所述细 长件2的内侧面的好处在于可以避免使用时容器20的孔洞(接头)的金属直接接触所述特种温度敏感变色涂层3从而损害所述特种温度敏感变色涂层3。较佳地，另一种避免所述特种温度敏感变色涂层3直接接触容器20的孔洞(接 头)的金属的设计为所述细长件2在侧面沿长度方向设置有凹槽，所述特种温度敏感变色 涂层3位于所述凹槽内并涂覆在所述凹槽的底面上。请参见图4d所示，在本发明的又一个 具体实施例中，所述细长件2包括细长棉绳杆14、低温含氧树脂层15和合金管16，所述合 金管16沿长度方向设置有开口 17，所述低温含氧树脂层15包覆在所述细长棉绳杆14的 侧面上，所述合金管16包覆在所述低温含氧树脂层15的侧面上，所述特种温度敏感变色涂 层3位于所述开口 17内并涂覆在裸露的所述的低温含氧树脂层15的侧面上。开口 17的 两边与细长棉绳杆14的中心的连线形成的夹角可以在60° 90°。上述的细长杆1为半 柔性，1. 6米长可用于150升液氦容器，1. 8米长可用于250升液氦容器。为了使得所述细长件2浸入液氦后，液氦的表面尽快地从沸腾状态回复平静，较 佳地，所述细长件2采用传热能力差的材料制成。在本发明的具体实施例中，所述的传热能 力差的材料是石英、合金或木料。所述握持件1可以为任何合适的形状，只要可以用于握持即可。在本发明的具体 实施例中，所述握持件1是把手，所述把手沿所述细长件2的轴线方向延伸。较佳地，所述的细长件2的侧面上设置有从所述第二端部起始向所述第一端部轴 向延伸的尺度标码(未示出)。在本发明的具体实施例中，所述尺度标码与所述特种温度敏 感变色涂层3彼此不重叠。从而能够更清楚地看出所述特种温度敏感变色涂层3的变色部 分在所述细长杆2长度方向上的长度。请参见图5所示，容器20内盛放有液氦，其中附图标记4表示液氦的液位，附图标 记5表示浸入液氦的所述特种温度敏感变色涂层3的变色部分，附图标记21表示容器20的 基座，附图标记22表示容器20的主体，附图标记23表示容器20的环形高真空阻隔层，附 图标记24表示容器20的释放阀，附图标记25表示容器20的液体进入阀，附图标记26表 示容器20的用于液体通道的释放阀，附图标记27表示容器20的气体压力计，使用上述的 液氦液位仪10测量容器20中的液氦的液位4的方法，包括以下步骤(1)握住所述握持件1，将所述细长件2垂直地从液氦的液面插入到盛放所述液氦 的容器20的底部；(2)握住所述握持件1，并保持所述细长件2不晃动并持续数秒(大约小于5秒 钟)，等待所述液氦从沸腾状态变为平静；(3)握住所述握持件1，将所述细长件2垂直地从所述容器20内拔出； (4)通过所述尺度标码测量所述特种温度敏感变色涂层3的变色部分5 (变为深翠 绿色)在所述细长杆2长度方向上的长度，其即为所述液氦的液位值。本发明的液氦液位仪10是可重复使用的，只需在空气中(室温)等待约100秒， 所述特种温度敏感变色涂层3变回正常的灰色即可。此时可以浸入盛放液氦的容器20中 进行另一次液位测量。根据所述特种温度敏感变色涂层3的直接可见的颜色变化测量容器 20中液氦的液位，这是最好的方法。显然，本发明的液氦液位仪10不仅适用于测量液氦，还适用于测量其它低温液体，只要所述特种温度敏感变色涂层3在常温下的颜色与在该低温液体中的颜色有差异。为了使本发明的液氦液位仪10具有更长的使用寿命，必须认真注意的一件事是，当将液氦液位仪10的细长件2浸入和拉出容器20时，必须避免容器20的孔洞(接头)的 金属直接接触所述特种温度敏感变色涂层3。因为容器20的孔洞(接头)的内径正常是直 径Φ 12 20毫米，而本发明的液氦液位仪10的细长杆2可以长达2米以用于100 250 升的盛放液氦的容器20。本发明的液氦液位仪10的设计必须考虑三个要点(1)更小的传热能力，使液氦 表面平静的等待时间将缩短；(2)特殊的机械设计以保护细长件2上的特种温度敏感变色 涂层3，以当细长件2浸入和拉出容器20时避免任何涂层损害。(3)特种温度敏感变色涂 层3在加工制造过程中的温度不得高于220度，以避免在高温下特种温度敏感变色的特性 永远消失。本发明的液氦液位仪10已在美国的大学研究实验室中进行了超过10 万次颜色可 逆循环变化的可靠性测试。本发明的液氦液位仪10可能在不久的将来在全球在气体液化 工业和许多与液氦有关的科学研究单位和大学实验室中成为一种流行工具。综上，本发明的液氦液位仪设计巧妙、结构简单、使用方便，能快速准确地实现液 氦液位的测量，适于大规模推广应用。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。
权利要求
一种液氦液位仪，其特征在于，包括握持件、细长件和特种温度敏感变色涂层，所述细长件包括第一端部和第二端部，所述握持件安设在所述第一端部，所述特种温度敏感变色涂层沿所述细长件的长度方向涂覆在所述细长件的侧面上，所述特种温度敏感变色涂层在常温下的颜色与在液氦中的颜色有差异。
2.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述特种温度敏感变色涂层是层 状硅酸盐涂层。
3.根据权利要求2所述的液氦液位仪，其特征在于，所述层状硅酸盐涂层的颗粒度为 60 120目。
4.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述特种温度敏感变色涂层的温 度敏感变色范围最低达到-269度。
5.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述细长件的横截面为圆弧形、L 形、工字形、圆形、椭圆形、半圆形、矩形或三角形，所述特种温度敏感变色涂层涂覆在所述 细长件的至少一个侧面上。
6.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述细长件中空。
7.根据权利要求6所述的液氦液位仪，其特征在于，所述侧面为所述细长件的内侧面。
8.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述细长件采用传热能力差的材 料制成。
9.根据权利要求8所述的液氦液位仪，其特征在于，所述的传热能力差的材料是石英、 合金或木料。
10.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述握持件是把手，所述把手沿 所述细长件的轴线方向延伸。
11.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述的细长件的侧面上设置有从 所述第二端部起始向所述第一端部轴向延伸的尺度标码。
12.根据权利要求11所述的液氦液位仪，其特征在于，所述尺度标码与所述特种温度 敏感变色涂层彼此不重叠。
13.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述细长件是细长杆或合金细长管。
14.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述细长件在侧面沿长度方向设 置有凹槽，所述特种温度敏感变色涂层位于所述凹槽内并涂覆在所述凹槽的底面上。
15.根据权利要求1所述的液氦液位仪，其特征在于，所述细长件包括细长棉绳杆、低 温含氧树脂层和合金管，所述合金管沿长度方向设置有开口，所述低温含氧树脂层包覆在 所述细长棉绳杆的侧面上，所述合金管包覆在所述低温含氧树脂层的侧面上，所述特种温 度敏感变色涂层位于所述开口内并涂覆在裸露的所述的低温含氧树脂层的侧面上。
16.一种使用根据权利要求1所述的液氦液位仪测量液氦液位的方法，其特征在于，包 括以下步骤(1)握住所述握持件，将所述细长件垂直地从液氦的液面插入到盛放所述液氦的容器 的底部；(2)握住所述握持件，并保持所述细长件不晃动，直至所述液氦从沸腾状态变为平静；(3)握住所述握持件，将所述细长件垂直地从所述容器内拔出；(4)测量所述特种温度敏感变色涂层的变色部分在所述细长杆长度方向上的长度，其 即为所述液氦的液位值。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述的细长件的侧面上设置有从所述 第二端部起始向所述第一端部轴向延伸的尺度标码，所述步骤(4)中通过所述尺度标码测 量所述长度。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，保持所述细长件不 晃动，且持续的时间小于5秒钟。
全文摘要
本发明涉及一种液氦液位仪，包括握持件、细长件和特种温度敏感变色涂层，握持件安设在细长件的第一端部，特种温度敏感变色涂层沿细长件的长度方向涂覆在其侧面上，特种温度敏感变色涂层在常温下的颜色与在液氦中的颜色有差异，较佳地，特种温度敏感变色涂层是层状硅酸盐涂层，细长件的横截面为圆弧形、L形、工字形、圆形、椭圆形、半圆形、矩形等，特种温度敏感变色涂层涂覆在细长件的至少一个侧面上，细长件的侧面上设置有从细长件的第二端部起始向第一端部轴向延伸的尺度标码，还提供了一种使用液氦液位仪测量液氦液位的方法，本发明的液氦液位仪设计巧妙、结构简单、使用方便，能快速准确地实现液氦液位的测量，适于大规模推广应用。
文档编号G01F23/22GK101813505SQ201010173158
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者夏耀民, 约瑟夫·W·斯图基 申请人:夏耀民