СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОГО ГЕЛИЯ ДИСКРЕТНЫМ УРОВНЕМЕРОМ
METHOD FOR DETERMINING LEVEL OF LIQUID HELIUM WITH DISCRETE LEVEL METER

Настоящее 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 не требуется точное знание уровня, 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. или Dedikov Yu. A., Filippov Yu. P. Characteristics of Russian Cryogenic Temperature Sensors, Pros. Of the ICEC 18, India, Bombay, 2000, p.627-630]
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 разброса значений сопротивления датчика во времени в разных средах.
На фиг.1 приведены значения сопротивления датчика во времени на разных уровнях относительно зеркала жидкого гелия при подведенной мощности 10-15 мВт. Горизонтальная шкала соответствует снижению датчика ступенями по 10 мм. Соответственно, ступенями возрастает величина сопротивления, достигая максимума при полном погружении в жидкий гелий. Видна высокая стабильность показаний датчика в жидкости и несколько худшая на расстоянии от зеркала, что определяется турбулентностями паров гелия. Наибольший разброс показаний соответствует пограничному состоянию, это вызывается энергичным вскипанием жидкости, возможно, локальным, под воздействием выделяемого тепла. Анализируя разброс показаний сопротивления датчика, можно судить о том, находится он в жидкой или газообразной среде. Явление повышенного разброса можно использовать в качестве предупреждающего сигнала о приближении уровня к пороговому при заполнении сосуда.
Сущность заявляемого способа поясняется чертежом.
На фиг.2 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.
Ниже приведен пример осуществления заявляемого способа.
Контроллер 2 реализует следующие функции:
- запитку датчика током 2-3 мА;
- измерение напряжения на датчике и сопротивления датчика с периодом около 1 сек;
- измерение разброса значений сопротивления за 1-3 сек;
- сравнение полученных данных по разбросу с пороговыми: разброс в доли Ом соответствует положению датчика в жидкости, разброс в единицы Ом соответствует положению датчика в парах гелия, разброс более 10 Ом соответствует пограничному состоянию; вывод об уровне датчика по отношению к зеркалу жидкого гелия;
- связь с ЭВМ.
ЭВМ 3 обеспечивает визуализацию данных.