СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОГО ГЕЛИЯ ДИСКРЕТНЫМ УРОВНЕМЕРОМ
METHOD FOR DETERMINING THE LEVEL OF DISCRETE LIQUID HELIUM LEVEL GAUGE

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть преимущественно использовано в различного рода накопительных сосудах.
Известен способ измерения уровня жидкого гелия с помощью дискретного уровнемера. Дискретные (точечные) измерители уровня жидкого гелия используются, главным образом, в случаях, когда для ведения технологического процесса не обязательно знать положение уровня по всей высоте гелиевого сосуда, а достаточно иметь информацию об узловых значениях уровня в некоторых реперных точках по высоте сосуда, когда необходимо зафиксировать наличие определенного уровня или когда показания линейного свехпроводящего уровнемера недостоверны, например во время захолаживания сосуда.
В качестве датчиков применяются чаще всего объемные сопротивления марки Allen Bradley или отечественные ТВО, чаще всего используется с номиналом 1 кОм. Для него имеется снятая с высокой точностью зависимость сопротивления от температуры.
Известен способ определения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером, основанный на запитке датчика током с постоянным напряжением источника и измерении скачка тока при переходе датчика между жидкой и газообразной фазами [В.И. Лаврентьев, В.В. Чураков. Дискретный уровнемер жидкого гелия. Препринт ИФВЭ №83-131, 1983 г.].
Недостатком известного способа является то, что требуется калибровка его перед измерением. Это вызвано тем фактом, что разброс величин сопротивления датчика может составлять до 20% и таким образом вносить значительную погрешность в измерение скачка тока.
Задача, решаемая изобретением, заключается в нахождении способа определения уровня жидкого гелия точечным датчиком, не требующим его предварительной калибровки.
Поставленная задача решается с помощью анализа величин сопротивлений в жидком и газообразном гелии при разных величинах подведенной к резистору мощности.
На фиг. 1 приведены экспериментально снятые зависимости величины сопротивления резистора от тока подогрева. Видно, что при малых токах (менее 0,1 мА) величина сопротивления практически не зависит от того, находится датчик в жидкости или в парах. Это объясняется равенством температуры в жидкости и в парах над зеркалом. Если же увеличивать ток, сказывается разность в теплоотдаче в жидкости и в теплоотдаче в паре и при токе 3 мА изменение сопротивления резистора ТВО составляет для жидкой фазы 30%, а для газообразной 37%. Такая разница легко может быть зафиксирована с помощью электроники. Регулярно меняя ток подогрева и измеряя величину сопротивления, можно таким образом судить о том, в какой среде находится датчик.
Сущность заявляемого способа поясняется на фиг. 2, на которой изображена блок-схема такого измерителя. Он включает в себя следующие компоненты:
1 - точечный резистивный датчик температуры и уровня жидкого гелия, присоединенные к контроллеру по четырехпроводной схеме. Величина сопротивления при комнатной температуре порядка 1 кОм;
2 - контроллер;
3 - ЭВМ.
Контроллер 2 реализует следующие функции:
- поочередную запитку датчика током 0,1 и 3 мА;
- измерение напряжения на датчике и сопротивления датчика;
- измерение скачка величины сопротивления;
- сравнение полученных данных с величиной сопротивления в жидком гелии: скачок менее чем на 32% соответствует положению датчика в жидкости, скачок более чем в 35% соответствует положению датчика в парах гелия, остальные данные соответствуют пограничному состоянию. Вывод об уровне датчика по отношению к зеркалу жидкого гелия;
- связь с ЭВМ.
ЭВМ 3 обеспечивает визуализацию данных.