устройство измерения уровня криогенной жидкости

Формула изобретения

1. Устройство измерения уровня криогенной жидкости, содержащее чувствительный элемент - датчик, корпус датчика и связанный с ним вторичный блок, отличающееся тем, что чувствительный элемент высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) датчика выполнен из гибкого ленточного или проволочного ВТСП проводника, армированного серебром, при этом чувствительный элемент - датчик может быть U-образной, зигзагообразной или спиралевидной конфигурации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что чувствительный элемент расположен внутри диэлектрического корпуса.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что чувствительный элемент расположен на диэлектрическом корпусе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к следующим областям: криогенная техника, криогенное машиностроение.

Данное устройство может быть использовано там, где применяются системы хранения и резервуары сжиженных азота, кислорода, аргона:

1) в промышленности, при осуществлении определенных технологических операций;

2) современных магнитных ВТСП (Высокотемпературных сверхпроводящих) системах, обеспечивая промежуточную ступень охлаждения для резервуаров Не;

3) в медицине: в криоаппаратах для гинекологии, онкологии, проктологии, ЛОР и др., а также в криоаппаратах для косметологии и дерматологии, в оборудовании для общей и локальной криотерапии, в оборудовании для замораживния/размораживания и длительного хранения биопродуктов (крови, костного мозга, и др. биоматериалов);

4) в сельском хозяйстве для хранения биологических веществ;

5) в метрологии - охлаждение узла электронной пушки электронного микроскопа;

6) в радиоастрономии, при охлаждении высокочувствительных входных каскадов радиоприемников мм-диапазона волн;

7) в шоу-бизнесе, для получения спецэффектов;

Также возникает потребность определять уровень хладагента при его транспортировке в сосудах Дюара, таких как 50LD, 35LD, 25LD и в кислород/азотдобывающих станциях АКДС-70, МКДС-70.

Аналогом изобретения является следующий патент: Haltenburg, W Jaszczuk, H. Duck, N. Munser, A. Buev "Induktive Fullstandsdetektion fur kryogene Flussigkeiten", DF-Pat.1975378.8, принцип работы которого основан на индуктивном определении уровня хладагента, используя ВТСП магнитную систему.

Наиболее близким техническим решением является патент S. Siegmann, N.J. Guntherodt "Fullstandsdetector fur Kryogene Flussigkeiten", Int. Patent РСТ/СН90/00166, основным недостатком которого является использование в качестве чувствительного элемента специально изготовленного многослойного протяженного проводника с напыленным ВТСП (высокотемпературный сверхпроводник) слоем и дополнительного подогревателя этого чувствительного элемента. Предложенное устройство отличается от известного тем, что его датчик выполнен из гибкого (ленточного, проволочного) ВТСП проводника изготавливаемого серийно. Это позволяет задавать любые конфигурации и размеры (например U- образную) датчику. Кроме этого предложенное устройство отличается повышенной чувствительностью и точностью, а подогрев этого ВТСП проводника осуществляется непосредственно протекающим током, в то время как в известном устройстве подогрев осуществляется за счет специального подогревателя.

Указанные в отличительной части формулы признаки позволяют считать предложенное техническое решение соответствующим критерию "новизна". Поскольку совокупность признаков отличительной и ограничительной частей не известны из научно-технической и патентной литературы, то оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1 и 2, где:

фиг.1 - изображение блок-схемы устройства;

фиг.2 - изображение поперечного сечения датчика.

На фиг. 1:

1 - корпус датчика из керамики или другого стойкого к хладагенту диэлектрика;

2 - ВТСП проводник (многожильный Bi-2212/Ag; Bi-2223/Ag);

3 - вторичный, регистрирующий блок;

На фиг. 2:

1 - корпус датчика;

2 - ВТСП проводник;

Устройство измерения криогенной жидкости состоит из 2-х частей:

датчика уровня и вторичного блока.

Датчик уровня представляет собой проводник из ВТСП материала, армированного серебром (Bi-2212/Ag; Bi-2223/Ag). Этот ВТСП провод расположен на поверхности диэлектрического корпуса (керамическая или фторопластовая трубка) или внутри него. Форма ВТСП датчика U-образная.

Такая форма чувствительного элемента позволяет минимизировать погрешность измерения, вызванную градиентом температуры по длине проводника.

К четырем внешним контактам ВТСП проводника подключается вторичный регистрирующий блок. Одна пара внешних контактов -токовые. Вторая пара внутренних - потенциальные.

Устройство работает следующим образом: через токовые контакты (I⁺,I^-) пропускается ток, который нагревает часть ВТСП, находящуюся в паре. Эта часть перейдет в нормальное (не сверхпроводящее) состояние. Другая часть, которая в жидкости, останется в сверхпроводящем состоянии. Поскольку уровень сверхпроводимости вдоль провода меняется в соответствии с изменением уровня хладагента, то при этом меняется и напряжение, снимаемое с потенциальных концов (U⁺,U^-) (пропускаемый ток-константа). Величина фиксируемого вторичным блоком напряжения обратно пропорциональна уровню хладагента в сосуде. Регистрирующий блок должен обеспечивать постоянство протекающего тока и измерения через интервалы, не большие интервала разрешения (для уменьшения внесения возмущения в измеряемую среду). Реализация регистрирующего блока является следующим: источник постоянного тока и индуцирующий прибор.

Устройством осуществляется измерение уровня криогенной жидкости с максимально возможной точностью при малом внесении возмущения в измеряемую среду. Возможно осуществлять измерения в условиях вибрации, тряски, ударных перегрузок, а также в условиях частичного доступа конденсирующих сред, что выгодно отличает такой тип устройства от других датчиков уровня (емкостной, ультразвуковой и т.д.). Сам ВТСП проводник прост в реализации и выпускается серийно. Однако, учитывая технологические трудности, связанные с изготовлением протяженного ВТСП проводника, длина датчика ограничивается полутора метрами. Вышеупомянутый технический результат приводит к расширению арсенала технических средств - измерителей уровня криогенной жидкости (уровнемеров).

Указанное устройство может быть изготовлено на предприятиях РФ, что соответствует критерию "промышленная применимость".