[发明专利]测量制冷剂容器中液态制冷剂液面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量制冷剂容器中液态制冷剂液面的超导制冷剂液面探测器，特别是涉及测量制冷剂容器中液态制冷剂液面的方法。

背景技术

已知的制冷剂液面探测器采用一段超导导线，该超导导线基本竖直地局部浸入容纳在制冷剂容器中的液态制冷剂中。该超导导线的与液态制冷剂接触的那些部分将处于超导状态，而该导线处于气态制冷剂中的那些部分可以处于电阻状态，这是因为气态制冷剂的制冷效果比液态制冷剂低很多。

图1示出了例如可以用于MRI（核磁共振成像）系统以约束磁体线圈的制冷器。制冷剂容器1约束液态制冷剂2。制冷剂容器中液态制冷剂液面上方的空间3可以填充有蒸发的制冷剂。制冷剂容器容纳在真空外壳4内，该真空外壳4用于通过降低制冷剂容器1的热传导或热对流的可能性来减少从环境温度流向制冷剂2的热量。一个或多个隔热板5可以设置在制冷剂容器1和真空外壳4之间的真空空间中。这些隔热板用于减少到达制冷剂容器1的外部辐射热量。设置允许从外部进入制冷剂容器的进入颈6。这是用于填充制冷剂容器，以为电流引线和其它接线连接到收纳在所述制冷剂容器中的超导线圈提供通道，并且为汽化的气态制冷剂提供逸出路径。

在此系统中，需要定期监视液态制冷剂的液面，同时该系统仍处于运作状态。这需要检测泄漏（由制冷剂的异常高的消耗指示），并确保以适当间隔注满液态制冷剂，从而使得磁体线圈或其它物体保持被液态制冷剂充分冷却。当制冷剂液面低时，部分磁体不再浸入液态制冷剂中并且将比液面高时的温度高。对于超导磁体来说，这会导致磁体失超，磁体失超是危险的且可以损伤系统，并且导致磁场坍塌。然而，任何选定的测量过程不应该使不适当的热量输入系统。通常认为每天测量一次液态制冷剂的液面就足够了。

导引管10设置在用于收纳制冷剂液面探测器的制冷腔中。导引管10从进入颈6延伸到大约制冷剂容器的下端。导引管的端部不封闭，而是填充液态制冷剂，该液态制冷器剂填充至制冷剂容器中的液态制冷剂的液面。设置导引管10以收纳用于测量制冷剂容器1中的液态制冷剂2的深度的制冷剂液面探测器。制冷剂液面探测器包括延伸所述探测器长度的超导导线。

操作中，电流通过该导线。导线的浸入液态制冷剂的那些部分将基本保持在超导状态，而导线的暴露于气态制冷剂的那些部分可以变为有电阻的。该导线电阻部分产生的电势提供了该导线电阻的指示。而这又指示出了气态制冷剂中导线的长度，因此也就指示出了制冷剂容器中液态制冷剂的液面。

已知这种制冷剂液面探测器在可靠地测量制冷剂容器中的制冷剂液面方面具有不一致的操作性能。制冷剂液面传感器的一般用途是测量制冷剂容器中的液态氦的液面，所述制冷剂容器中包含用于MRI成像系统的超导磁体。

通常，制冷剂液面探测器包括一段薄超导导线（通常直径为0.1mm），该超导导线位于导引管10内或者位于制冷剂容器内，例如，安装在非导电载体上或被围绕在保护网环境中。

为了有效测量制冷剂液面，通过用由外部电力控制设备供能的电热器进行加热，将位于气态制冷剂中的超导导线的上部制成电阻性的。电流通过超导导线，消耗在超导导线电阻部分的热量加热导线的相邻部分，这呈现出了那些电阻。这种电热器与超导体串联连接，因此提供给电热器的电流与超导导线的相同。在已知的布置中，电热器是缠绕在超导导线周围并且用漆结合在一起的线式加热器。在另一已知变型中，超导导线覆盖有一层与超导导线串联电连接的箔式加热器。结果使得，电阻性“前缘”沿超导导线蔓延（或称传播），直到到达液体制冷剂的表面。

通常，以如下方式有效冷却导线与液态制冷剂接触的那些部分，即：要使得电阻性前缘一旦到达液体制冷剂的表面就停止蔓延。此时，超导导线以及超导导线上由给定的施加电流产生的电势提供了制冷剂容器中制冷剂液面的指示。

在以下方面存在问题，即，需要平衡引入的足够能量，既要使得电阻性前缘能够到达液体层，同时还要防止电阻性前缘由于作用过多的能量而过度地蔓延到液态制冷剂的表面之下，防止测量到液体表面下方的液面。此问题在英国专利申请GB2415512A中有论述，该申请描述了使用制冷剂液面探测器来测量制冷剂液面，包括“卡住”探测器的可行方案，其中电阻性前缘的蔓延因为存在不想要的热损失路径而被中断。