Способ контроля уровня криогенных жидкостей

(5 Ц 5 ПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ БРЕТЕНИЯ ВТОРС СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ КО ГЕННЫХ ЖИДКО (57) Изобретение ной технике и мо контроля уровня к НТРОЛЯ УРОСТЕЙотносится кжет быть испориогенных ж НЯ КРИОзмерительзовано для костей, 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 Тс большей температуры кипения жидкости Т, 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,1( р (л ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ 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 Т, 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 Тс близким к Т для каждой жидкости, 1735721Тэк, например, для измерения уровня жидкого кислорода (Т" 90 К) можно было бы использовать сверхпроводящий материал состава У 1 Ва 2 Сцз 07 с тс = 92 к, а для измерения уровня жидкого азота (Т = 77 К) или воздуха (Т = 81 К) необходимо подбирать другие сверхпроводящие материалы, иначе, из-за значительного отличия Т 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;Ка фиг.1 изображена схема конроля уровня жидкости в криос ате с помощью сверхпроводящего датчика; на фиг.2 - температурная зависимость сопротивления сверхпроводящей керамики состава У 1 Ва 2 Сцз 07.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 У 1 Ва 2 Сцз 07 при различных значениях тока, проходящего через нее, Материал переходит в сверхпроводящее состояние при 92 к (1 = О). При токе 11 материал переходит в сверхпроводящее состояние при 84 К, то есть ток 1 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 измерительном приборе, например, напряжение О на вольтметребудет0 1 с Р 1/З (11где р - удельное сопротивление сверхпро 5 водящего материала датчика в нормальномСОСТОЯНии;11 - длина непогруженной в жидкостьчасти датчика;Я - площадь сечения датчика.10 Таким образом, показания на измерительном приборе будут линейно пропорционально длине непогруженной в жидкостьчасти датчика,При этом, тепловыделение О на датчике15 будетО - с Р 113, (2)где )с - критическая плотность тока сверхпроводящего материала датчика при температуре кипения жидкости,20 Контроль уровня жидкости ведут следующим образом: датчик 1 выполняют изсверхпроводящего материала с температурой критического перехода большей температуры кипения жидкости, устанавливают в25 криостат 5 перпендикулярно уровню жидкости 6, С источником тока 3 на датчик 1 подают ток, равный критическому притемпературе кипения жидкости 6 и с измерительного прибора 4 снимают показания,30 пропорциональные длине непогруженной вжидкость части датчика 1, из которых определяют уровень кидкости 6 в криостате 5,Для определения величины 1 С датчикполностью опускают в жидкость и увеличи 35 вают ток до появления на измерительномприборе нулевого сигнала, что свидетельствует о том, что ток равен критическому токусверхпроводящего материала датчика притемпературе кипения жидкости.40 П р и м е р. Для контроля уровня жидкого азота (Т = 77 К) в криостате высотой 100мм датчик выполняют из сверхпроводящсйкерамики состава У 1 Ва 2 Сцз 07, имеющей т,= 92 К и характеризующейся параметрами: )45 = 10 А/см при Т =77 К, р=2 10 Ом см приТ = 100 К. Датчик выполняют длиной 10 см исечения 0,2 мм . Сопротивление датчика в2нормальном состоянии (Т = 100 К) составит10 Ом, а сигнал на вольтметре при этом50 будет 200 мВ согласно (1), то есть в качествеизмерительного прибора используют милливольтметр. Датчик полностью окунают вазот и устанавливают ток таким, чтобы сигнал на вольтметре был 1 мВ, что соответст 55 вует току с Датчик устанавливают вкриостат перпендикулярно уровню азота иснимают показания с вольтметра, По меревыкипания азота длина непогруженной вазот части датчика будет увеличиваться и1735721 20 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 Тс 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 датчикадля различных жидкостей. 5 Формула изобретен ияСпособ контроля уровня криогенныхжидкостей, при котором подают ток на частично погруженный в жидкость резистор изсверхпроводящего материала с температу 10 рой критического перехода большей температуры кипения жидкости и измеряютнапряжение, по величине которого судят обуровне жидкости, о тл и ч а ю щи й с я тем,что, с целью расширения диапазона контро 15 лируемых криогенных жидкостей, ток подаютравным критическому току сверхпроводящего материала резистора при температуре кипения криогенной жидкости,30 35 40 45 50 Составитель В.РыжковТехред М.Моргентал Корректор С.Шевкун Редактор А,Зробок Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1810 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5