一種超導電力設備的液位測量方法與裝置制造方法
【專利摘要】一種超導電力設備的液位測量方法，通過同步測量進入杜瓦(1)內部的低溫液體體積，以及低溫液體氣化后排出杜瓦(1)的氣體體積，經過計算獲得杜瓦(1)內部貯存的液體體積，并利用杜瓦(1)和超導繞組(11)的幾何位置信息，最終得到液位信息。應用本發明方法的液位測量裝置，其低溫液體流量計(4)串聯接在杜瓦(1)與進液管道(2)之間，用于測量流入杜瓦(1)內的液體體積。氣體流量計(5)串聯接在杜瓦(1)與排氣管道(3)之間，用于測量杜瓦(1)排出的氣體體積。數據采集與處理部件(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)的輸出信號進行同步采集、計算和存儲。
【專利說明】一種超導電力設備的液位測量方法與裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用于高溫超導電力設備杜瓦內低溫液體液位的測量方法與裝 置。
【背景技術】
[0002] 超導電力設備中的超導體必須運行在一定的溫度下，而目前絕大多數情況下該溫 度環境都由液氮、液氬等低溫液體提供。為保證超導體運行的安全，必須對杜瓦內的低溫液 體液位進行實時測量，以免超導體在運行時因露出低溫液體而發生損傷。
[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納液位測量 法、差壓或靜壓式液位測量法、雷達或超聲波液位測量法、電阻或半導體液位測量法、浮球 式液位測量法等。
[0004] 電容或射頻導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 常數不一樣，由此導致電容探頭的電容值與被測液位呈線性關系，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，其在靜態液體的液位測量中得到廣泛應用。但是由于超導電力 設備一般均處于高壓、大電流狀態，杜瓦內部的電場強度較大，且往往為交變電場，使得基 于電容或射頻導納液位測量方法的液位計在該種環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 而能夠計算出液體柱高度。中國發明專利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用。但是，很多超導電力應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，對于交流超導磁體，其使用的杜瓦 為非金屬結構，工藝上難以滿足在容器底部增加一個液體引出管道。
[0006] 雷達或超聲波液位測量方法是利用位于被測容器頂部的發射探頭發射雷達或超 聲波，通過測量雷達或超聲波發射及液體表面反射回波之間的時間差，計算得到雷達波或 超聲波的行程，進而反推出容器內部液體的高度。中國發明專利201010586373. 3公開了一 種雷達液位計，其發射電磁波或超聲波，并接收容器內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用廣泛。但是超導電力設備杜瓦 內部空間狹窄，且液位高度一般均較小，雷達或超聲波液位測量方法的精度難以保證。
[0007] 電阻或半導體液位測量法利用電阻或半導體在氣體和液體中熱交換的差異進行 液位指示。中國發明專利200610011627. 2公開了一種PN結類型液位計，其利用二極管在浸 入低溫液體后的電流-電壓特性發生較大變化實現液位測量。本質上來看，半導體PN結液 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，使得測試探頭產生一定熱量， 而探頭在低溫液體和氣體中的熱交換系數差別較大，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，從而反應液位。但基于電阻或半導體液位測量法的液位計只能 是離散測量固定點的液位，不能實現液位連續測量，且測量裝置需要大量的引線，使得結構 較為繁雜。
[0008] 浮球式液位測量法利用液體對浮球/桿的浮力來實現液位測量。中國發明專利 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境影響，性能穩定可靠，應用 廣泛。但是，這種類型的液位計均需要增加一定的機械結構，對于容器較小的超導電力設備 較難實現，尤其是非金屬結構的杜瓦工藝上難以實現附加低溫回路。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是克服電容或射頻導納液位測量法受電場影響大、差壓/靜壓式和 雷達/超聲波式液位測量方法對小量程液位測量精度低、電阻或半導體液位測量法不能連 續測量以及浮球式液位測量法機械結構復雜的缺點，提出一種應用于超導電力設備的杜瓦 液位測量方法和裝置。
[0010] 本發明測量方法通過同步測量進液管道流過的低溫液體量和排氣管道排出的氣 體量，經過計算獲得儲存在杜瓦內部的液體體積和液位。
[0011] 杜瓦內貯存的液體體積v#a的計算方式如下：
[0012]
【權利要求】
1. 一種超導電力設備的液位測量方法，其特征在于，所述的測量方法通過同步測量進 入杜瓦⑴內部的低溫液體體積，以及低溫液體氣化后排出杜瓦⑴的氣體體積，經過計算 獲得杜瓦（1)內部貯存的液體體積，并利用杜瓦（1)和超導繞組（11)的幾何位置信息，最 終得到液位信息； 杜瓦（1)內貯存的液體體積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 刻標準狀態，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為相同質量的低溫液體體積與完全氣化至標準狀態后氣體體積之間的比值； 杜瓦⑴內部超導繞組（11)安裝完畢后，杜瓦⑴內部液體能夠到達的空間即已經確 定；由于杜瓦（1)的幾何尺寸、超導繞組（11)的幾何尺寸和位置均已知，根據獲得的液體體 積，即可計算得到杜瓦（1)內部液位。
2. 應用權利要求1所述的超導電力設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)和數據采集與處理部件 (6);所述的低溫液體流量計（4)串聯接在杜瓦（1)與進液管道（2)之間，用于測量流入杜 瓦（1)內的液體體積；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)和進液管道（2)連接；當通過進液管道（2)往杜瓦（1)內部注入低溫液體時，低溫液體 流量計（4)將注入杜瓦（1)的低溫液體體積或質量實時測量出，并由數據采集與處理部件 (6)進行采集、計算、存儲；氣體流量計（5)串聯接在杜瓦（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；所述數據采集與處理部件（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 優先權日:2014年9月29日
【發明者】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:中國科學院電工研究所, 白銀有色長通電線電纜有限責任公司
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