一種超導(dǎo)電力設(shè)備的液位測量方法與裝置制造方法
【專利摘要】一種超導(dǎo)電力設(shè)備的液位測量方法，通過同步測量進(jìn)入杜瓦(1)內(nèi)部的低溫液體體積，以及低溫液體氣化后排出杜瓦(1)的氣體體積，經(jīng)過計算獲得杜瓦(1)內(nèi)部貯存的液體體積，并利用杜瓦(1)和超導(dǎo)繞組(11)的幾何位置信息，最終得到液位信息。應(yīng)用本發(fā)明方法的液位測量裝置，其低溫液體流量計(4)串聯(lián)接在杜瓦(1)與進(jìn)液管道(2)之間，用于測量流入杜瓦(1)內(nèi)的液體體積。氣體流量計(5)串聯(lián)接在杜瓦(1)與排氣管道(3)之間，用于測量杜瓦(1)排出的氣體體積。數(shù)據(jù)采集與處理部件(6)與低溫液體流量計(4)、氣體流量計(5)連接，并對低溫液體流量計(4)和氣體流量計(5)的輸出信號進(jìn)行同步采集、計算和存儲。
【專利說明】一種超導(dǎo)電力設(shè)備的液位測量方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于高溫超導(dǎo)電力設(shè)備杜瓦內(nèi)低溫液體液位的測量方法與裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 超導(dǎo)電力設(shè)備中的超導(dǎo)體必須運(yùn)行在一定的溫度下，而目前絕大多數(shù)情況下該溫 度環(huán)境都由液氮、液氬等低溫液體提供。為保證超導(dǎo)體運(yùn)行的安全，必須對杜瓦內(nèi)的低溫液 體液位進(jìn)行實(shí)時測量，以免超導(dǎo)體在運(yùn)行時因露出低溫液體而發(fā)生損傷。
[0003] 可用于低溫液體液位測量的測量方法有多種，包含電容電容或射頻導(dǎo)納液位測量 法、差壓或靜壓式液位測量法、雷達(dá)或超聲波液位測量法、電阻或半導(dǎo)體液位測量法、浮球 式液位測量法等。
[0004] 電容或射頻導(dǎo)納液位測量法是將電容探頭插入被測液體，由于液體和氣體的介電 常數(shù)不一樣，由此導(dǎo)致電容探頭的電容值與被測液位呈線性關(guān)系，通過測量電容值則可以 反向得到被測液體的液位。中國發(fā)明專利201110340863. X公開了一種電容液位計，其通過 測量電容值計算獲得液位，其在靜態(tài)液體的液位測量中得到廣泛應(yīng)用。但是由于超導(dǎo)電力 設(shè)備一般均處于高壓、大電流狀態(tài)，杜瓦內(nèi)部的電場強(qiáng)度較大，且往往為交變電場，使得基 于電容或射頻導(dǎo)納液位測量方法的液位計在該種環(huán)境下的測量誤差較大。
[0005] 差壓或靜壓式液位測量法是同時測量被測容器底部和頂部的壓力，而容器底部的 壓力為頂部氣體壓力和內(nèi)部液體壓力的和，由此通過比較即得到液體柱引起的壓力差，進(jìn) 而能夠計算出液體柱高度。中國發(fā)明專利201110415020. 1公開了一種差壓式液位計，其通 過分別位于杜瓦頂部和底部的壓力傳感器測量液體柱引起的壓力差而得到液位，在較大容 積的容器液位測量中得到廣泛應(yīng)用。但是，很多超導(dǎo)電力應(yīng)用中杜瓦的液位高度較小，差壓 式測量方法靈敏度難以滿足較高精度的測量要求。另外，對于交流超導(dǎo)磁體，其使用的杜瓦 為非金屬結(jié)構(gòu)，工藝上難以滿足在容器底部增加一個液體引出管道。
[0006] 雷達(dá)或超聲波液位測量方法是利用位于被測容器頂部的發(fā)射探頭發(fā)射雷達(dá)或超 聲波，通過測量雷達(dá)或超聲波發(fā)射及液體表面反射回波之間的時間差，計算得到雷達(dá)波或 超聲波的行程，進(jìn)而反推出容器內(nèi)部液體的高度。中國發(fā)明專利201010586373. 3公開了一 種雷達(dá)液位計，其發(fā)射電磁波或超聲波，并接收容器內(nèi)液體反射的回波信號，測量電磁波或 超聲波的行程來確定液位高度，在大型容器液位測量中應(yīng)用廣泛。但是超導(dǎo)電力設(shè)備杜瓦 內(nèi)部空間狹窄，且液位高度一般均較小，雷達(dá)或超聲波液位測量方法的精度難以保證。
[0007] 電阻或半導(dǎo)體液位測量法利用電阻或半導(dǎo)體在氣體和液體中熱交換的差異進(jìn)行 液位指示。中國發(fā)明專利200610011627. 2公開了一種PN結(jié)類型液位計，其利用二極管在浸 入低溫液體后的電流-電壓特性發(fā)生較大變化實(shí)現(xiàn)液位測量。本質(zhì)上來看，半導(dǎo)體PN結(jié)液 位計或類似的熱電阻形式液位計都是通過給定恒定的電流，使得測試探頭產(chǎn)生一定熱量， 而探頭在低溫液體和氣體中的熱交換系數(shù)差別較大，使得探頭在浸入或露出低溫液體時的 電壓-電流特性差別較大，從而反應(yīng)液位。但基于電阻或半導(dǎo)體液位測量法的液位計只能 是離散測量固定點(diǎn)的液位，不能實(shí)現(xiàn)液位連續(xù)測量，且測量裝置需要大量的引線，使得結(jié)構(gòu) 較為繁雜。
[0008] 浮球式液位測量法利用液體對浮球/桿的浮力來實(shí)現(xiàn)液位測量。中國發(fā)明專利 200610085887. 4公開了一種浮力式深低溫液位計，其利用液體對浮球/桿的浮力來表征液 位的高度。基于浮球式液位測量法的液位計不易受外部電磁環(huán)境影響，性能穩(wěn)定可靠，應(yīng)用 廣泛。但是，這種類型的液位計均需要增加一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對于容器較小的超導(dǎo)電力設(shè)備 較難實(shí)現(xiàn)，尤其是非金屬結(jié)構(gòu)的杜瓦工藝上難以實(shí)現(xiàn)附加低溫回路。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明的目的是克服電容或射頻導(dǎo)納液位測量法受電場影響大、差壓/靜壓式和 雷達(dá)/超聲波式液位測量方法對小量程液位測量精度低、電阻或半導(dǎo)體液位測量法不能連 續(xù)測量以及浮球式液位測量法機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出一種應(yīng)用于超導(dǎo)電力設(shè)備的杜瓦 液位測量方法和裝置。
[0010] 本發(fā)明測量方法通過同步測量進(jìn)液管道流過的低溫液體量和排氣管道排出的氣 體量，經(jīng)過計算獲得儲存在杜瓦內(nèi)部的液體體積和液位。
[0011] 杜瓦內(nèi)貯存的液體體積v#a的計算方式如下：
[0012]
【權(quán)利要求】
1. 一種超導(dǎo)電力設(shè)備的液位測量方法，其特征在于，所述的測量方法通過同步測量進(jìn) 入杜瓦⑴內(nèi)部的低溫液體體積，以及低溫液體氣化后排出杜瓦⑴的氣體體積，經(jīng)過計算 獲得杜瓦（1)內(nèi)部貯存的液體體積，并利用杜瓦（1)和超導(dǎo)繞組（11)的幾何位置信息，最 終得到液位信息； 杜瓦（1)內(nèi)貯存的液體體積v#a的計算方式如下：
上式中，vaa為某一時刻低溫液體流量計（4)測量獲得的低溫液體體積；ν^^為相同時 刻標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即大氣壓為101. 325kPa，溫度為0°C下氣體流量計（5)測量獲得的氣體體積； C為相同質(zhì)量的低溫液體體積與完全氣化至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后氣體體積之間的比值； 杜瓦⑴內(nèi)部超導(dǎo)繞組（11)安裝完畢后，杜瓦⑴內(nèi)部液體能夠到達(dá)的空間即已經(jīng)確 定；由于杜瓦（1)的幾何尺寸、超導(dǎo)繞組（11)的幾何尺寸和位置均已知，根據(jù)獲得的液體體 積，即可計算得到杜瓦（1)內(nèi)部液位。
2. 應(yīng)用權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電力設(shè)備的液位測量方法的液位測量裝置，其特征在 于，所述的液位測量裝置包括低溫液體流量計（4)、氣體流量計（5)和數(shù)據(jù)采集與處理部件 (6);所述的低溫液體流量計（4)串聯(lián)接在杜瓦（1)與進(jìn)液管道（2)之間，用于測量流入杜 瓦（1)內(nèi)的液體體積；所述的低溫液體流量計（4)位于杜瓦（1)外部，通過法蘭分別與杜瓦 (1)和進(jìn)液管道（2)連接；當(dāng)通過進(jìn)液管道（2)往杜瓦（1)內(nèi)部注入低溫液體時，低溫液體 流量計（4)將注入杜瓦（1)的低溫液體體積或質(zhì)量實(shí)時測量出，并由數(shù)據(jù)采集與處理部件 (6)進(jìn)行采集、計算、存儲；氣體流量計（5)串聯(lián)接在杜瓦（1)與排氣管道（3)之間，位于杜 瓦（1)的外部，通過法蘭分別與杜瓦（1)和排氣管道（3)連接；氣體流量計（5)用于測量 杜瓦（1)排出的氣體體積；所述數(shù)據(jù)采集與處理部件（6)通過通信電纜與低溫液體流量計 (4)、氣體流量計（5)連接，并對低溫液體流量計（4)和氣體流量計（5)的輸出信號進(jìn)行同 步采集、計算和存儲。
【文檔編號】G01F22/00GK104296822SQ201410514462
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】馬韜, 朱志芹, 戴少濤, 魏周榮, 薛天軍, 李景珍, 邱清泉, 滕玉平, 胡磊 申請人:中國科學(xué)院電工研究所, 白銀有色長通電線電纜有限責(zé)任公司
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