一种超导电力设备的液位测量方法与装置制造方法
【专利摘要】一种超导电力设备的液位测量方法，通过同步测量进入杜瓦(1)内部的低温液体体积，以及低温液体气化后排出杜瓦(1)的气体体积，经过计算获得杜瓦(1)内部贮存的液体体积，并利用杜瓦(1)和超导绕组(11)的几何位置信息，最终得到液位信息。应用本发明方法的液位测量装置，其低温液体流量计(4)串联接在杜瓦(1)与进液管道(2)之间，用于测量流入杜瓦(1)内的液体体积。气体流量计(5)串联接在杜瓦(1)与排气管道(3)之间，用于测量杜瓦(1)排出的气体体积。数据采集与处理部件(6)与低温液体流量计(4)、气体流量计(5)连接，并对低温液体流量计(4)和气体流量计(5)的输出信号进行同步采集、计算和存储。
【专利说明】一种超导电力设备的液位测量方法与装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于高温超导电力设备杜瓦内低温液体液位的测量方法与装 置。
【背景技术】
[0002] 超导电力设备中的超导体必须运行在一定的温度下，而目前绝大多数情况下该温 度环境都由液氮、液氩等低温液体提供。为保证超导体运行的安全，必须对杜瓦内的低温液 体液位进行实时测量，以免超导体在运行时因露出低温液体而发生损伤。
[0003] 可用于低温液体液位测量的测量方法有多种，包含电容电容或射频导纳液位测量 法、差压或静压式液位测量法、雷达或超声波液位测量法、电阻或半导体液位测量法、浮球 式液位测量法等。
[0004] 电容或射频导纳液位测量法是将电容探头插入被测液体，由于液体和气体的介电 常数不一样，由此导致电容探头的电容值与被测液位呈线性关系，通过测量电容值则可以 反向得到被测液体的液位。中国发明专利201110340863. X公开了一种电容液位计，其通过 测量电容值计算获得液位，其在静态液体的液位测量中得到广泛应用。但是由于超导电力 设备一般均处于高压、大电流状态，杜瓦内部的电场强度较大，且往往为交变电场，使得基 于电容或射频导纳液位测量方法的液位计在该种环境下的测量误差较大。
[0005] 差压或静压式液位测量法是同时测量被测容器底部和顶部的压力，而容器底部的 压力为顶部气体压力和内部液体压力的和，由此通过比较即得到液体柱引起的压力差，进 而能够计算出液体柱高度。中国发明专利201110415020. 1公开了一种差压式液位计，其通 过分别位于杜瓦顶部和底部的压力传感器测量液体柱引起的压力差而得到液位，在较大容 积的容器液位测量中得到广泛应用。但是，很多超导电力应用中杜瓦的液位高度较小，差压 式测量方法灵敏度难以满足较高精度的测量要求。另外，对于交流超导磁体，其使用的杜瓦 为非金属结构，工艺上难以满足在容器底部增加一个液体引出管道。
[0006] 雷达或超声波液位测量方法是利用位于被测容器顶部的发射探头发射雷达或超 声波，通过测量雷达或超声波发射及液体表面反射回波之间的时间差，计算得到雷达波或 超声波的行程，进而反推出容器内部液体的高度。中国发明专利201010586373. 3公开了一 种雷达液位计，其发射电磁波或超声波，并接收容器内液体反射的回波信号，测量电磁波或 超声波的行程来确定液位高度，在大型容器液位测量中应用广泛。但是超导电力设备杜瓦 内部空间狭窄，且液位高度一般均较小，雷达或超声波液位测量方法的精度难以保证。
[0007] 电阻或半导体液位测量法利用电阻或半导体在气体和液体中热交换的差异进行 液位指示。中国发明专利200610011627. 2公开了一种PN结类型液位计，其利用二极管在浸 入低温液体后的电流-电压特性发生较大变化实现液位测量。本质上来看，半导体PN结液 位计或类似的热电阻形式液位计都是通过给定恒定的电流，使得测试探头产生一定热量， 而探头在低温液体和气体中的热交换系数差别较大，使得探头在浸入或露出低温液体时的 电压-电流特性差别较大，从而反应液位。但基于电阻或半导体液位测量法的液位计只能 是离散测量固定点的液位，不能实现液位连续测量，且测量装置需要大量的引线，使得结构 较为繁杂。
[0008] 浮球式液位测量法利用液体对浮球/杆的浮力来实现液位测量。中国发明专利 200610085887. 4公开了一种浮力式深低温液位计，其利用液体对浮球/杆的浮力来表征液 位的高度。基于浮球式液位测量法的液位计不易受外部电磁环境影响，性能稳定可靠，应用 广泛。但是，这种类型的液位计均需要增加一定的机械结构，对于容器较小的超导电力设备 较难实现，尤其是非金属结构的杜瓦工艺上难以实现附加低温回路。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是克服电容或射频导纳液位测量法受电场影响大、差压/静压式和 雷达/超声波式液位测量方法对小量程液位测量精度低、电阻或半导体液位测量法不能连 续测量以及浮球式液位测量法机械结构复杂的缺点，提出一种应用于超导电力设备的杜瓦 液位测量方法和装置。
[0010] 本发明测量方法通过同步测量进液管道流过的低温液体量和排气管道排出的气 体量，经过计算获得储存在杜瓦内部的液体体积和液位。
[0011] 杜瓦内贮存的液体体积v#a的计算方式如下：
[0012]
【权利要求】
1. 一种超导电力设备的液位测量方法，其特征在于，所述的测量方法通过同步测量进 入杜瓦⑴内部的低温液体体积，以及低温液体气化后排出杜瓦⑴的气体体积，经过计算 获得杜瓦（1)内部贮存的液体体积，并利用杜瓦（1)和超导绕组（11)的几何位置信息，最 终得到液位信息； 杜瓦（1)内贮存的液体体积v#a的计算方式如下：
上式中，vaa为某一时刻低温液体流量计（4)测量获得的低温液体体积；ν^^为相同时 刻标准状态，即大气压为101. 325kPa，温度为0°C下气体流量计（5)测量获得的气体体积； C为相同质量的低温液体体积与完全气化至标准状态后气体体积之间的比值； 杜瓦⑴内部超导绕组（11)安装完毕后，杜瓦⑴内部液体能够到达的空间即已经确 定；由于杜瓦（1)的几何尺寸、超导绕组（11)的几何尺寸和位置均已知，根据获得的液体体 积，即可计算得到杜瓦（1)内部液位。
2. 应用权利要求1所述的超导电力设备的液位测量方法的液位测量装置，其特征在 于，所述的液位测量装置包括低温液体流量计（4)、气体流量计（5)和数据采集与处理部件 (6);所述的低温液体流量计（4)串联接在杜瓦（1)与进液管道（2)之间，用于测量流入杜 瓦（1)内的液体体积；所述的低温液体流量计（4)位于杜瓦（1)外部，通过法兰分别与杜瓦 (1)和进液管道（2)连接；当通过进液管道（2)往杜瓦（1)内部注入低温液体时，低温液体 流量计（4)将注入杜瓦（1)的低温液体体积或质量实时测量出，并由数据采集与处理部件 (6)进行采集、计算、存储；气体流量计（5)串联接在杜瓦（1)与排气管道（3)之间，位于杜 瓦（1)的外部，通过法兰分别与杜瓦（1)和排气管道（3)连接；气体流量计（5)用于测量 杜瓦（1)排出的气体体积；所述数据采集与处理部件（6)通过通信电缆与低温液体流量计 (4)、气体流量计（5)连接，并对低温液体流量计（4)和气体流量计（5)的输出信号进行同 步采集、计算和存储。
【文档编号】G01F22/00GK104296822SQ201410514462
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】马韬, 朱志芹, 戴少涛, 魏周荣, 薛天军, 李景珍, 邱清泉, 滕玉平, 胡磊 申请人:中国科学院电工研究所, 白银有色长通电线电缆有限责任公司