一种低温液体液位监测装置及监测方法与流程

1.本发明属于液位监测技术领域，特别是涉及一种低温液体液位监测装置及监测方法。


背景技术：

2.液氮容器是一种装有液氮的容器总称，有多种用途，比如用于存储液氮、运输液氮、低温保存生物组织等。现有液氮存储容器大都需要对容器内的液氮的液位进行监测。由于液氮温度极低，至少在零下一百多摄氏度，液氮容器一般都是用设有隔热夹层的不锈钢制作，所以难以通过在容器壁上设置透明板的方式观察液位，也很难通过从上部开口观察液位。
3.目前市场上用于液氮液位监测的传感器有压差型及电容型两种。压差型液位传感器的工作原理为：利用液位带来的压力差值反应低温储罐内的液氮液位高度。但该监测方式拥有两个开放的通道，在低温状态下水分子凝结的颗粒容易堵塞压差感应口，妨碍压力感应，导致液位不准。电容式液位传感器需要在传感器上下开两个液位孔，两个液位孔的距离决定了所能感应到的液位范围，但电容式液位传感器在液位低于底部孔的情况下无法监测液位，存在盲区，无法做的全液位高度的监测。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低温液体液位监测装置，通过在储液容器内竖直设置液位传感器，液位传感器包括超导金属体，超导金属体在储液容器内从最高处延伸延伸至最低处，实现对储液容器内液位的全区间测量，解决了现有压差型液位传感器液位测量不准和电容式液位传感器存在盲区，无法做的全液位高度的监测的问题。本发明的另一个目的在于提供一种低温液体液位监测装置的监测方法。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种低温液体液位监测装置，包括储液容器和液位传感器，所述液位传感器包括超导金属体、连杆和导线，所述超导金属体采用超导材料制成。所述超导金属体竖直设置于储液容器内，所述超导金属体在储液容器内从最高处延伸延伸至最低处，实现对储液容器内液位的全区间测量。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述储液容器的顶部设有颈管，所述超导金属体穿过颈管设置于储液容器内，所述连杆与颈管处固定连接。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述超导金属体采用临界温度为-196℃
±
5℃的超导材料制成。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述超导金属体采用tl2ba2cuo6(ti-2201)制成。
10.一种低温液体液位监测装置的监测方法，所述超导材料的电阻率计算公式为：ρ＝ρl(t)+ρr。其中，ρl(t)表示晶格热振动对电子散射引起的电阻率，与温度有关，温度越低，ρ
l(t)越低；ρr称为剩余电阻率，表示杂质和缺陷对电子的散射所引起的电阻率，不依赖于温度；随着温度降低，材料的电阻率趋近于剩余电阻率。
11.电阻率的计算公式为：r为电阻值，s为材料的横截面积，l为材料的长度。当超导金属体置于溶液中时，位于溶液中的超导金属体长度为l1，该部分电阻趋近于0；伸出溶液的超导金属体长度为l2，此时，超导金属体电阻率的计算公式为：即得l1即为液体的液位。
12.本发明具有以下有益效果：
13.本发明通过在储液容器内竖直设置液位传感器，液位传感器包括超导金属体，超导金属体采用临界温度为-196℃附近的超导材料，如tl2ba2cuo6(ti-2201)，利用超导材料的低温超导特性，替代现有市场上液位传感器用材料，超导金属体在储液容器内从最高处延伸延伸至最低处，实现对储液容器内液位的全区间测量，并大幅度降低故障率。
14.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明的一种低温液体液位监测装置的结构示意图；
17.图2为液位传感器的结构示意图；
18.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
19.1-储液容器，101-颈管，2-液位传感器，201-超导金属体，202-连杆，203-导线。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.请参阅图1-图2所示，本实施方式提供了一种低温液体液位监测装置，主要用于液氮的存储。该液位监测装置包括储液容器1和液位传感器2，液位传感器2包括超导金属体201、连杆202和导线203。超导金属体201采用超导材料制成(超导是指某些物体当温度下降至一定温度时，电阻突然趋近于零的现象，具有这种特性的材料称为超导材料)。超导体由
正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)，本实施例中，超导金属体201采用tl2ba2cuo6(ti-2201)制成，其临界温度为-196℃，而液氮的温度也为-196℃，将该超导金属体201置于液氮中时，即可将其转变为超导态。
23.安装时，将超导金属体201穿过储液容器1的顶部的颈管101，并竖直向下插入储液容器1内，使超导金属体201在储液容器1内从最高处延伸延伸至最低处，实现对储液容器1内液位的全区间测量。再将连杆202与颈管101处通过螺栓固定，最后将导线203与外部处理器连接。即可利用超导金属体201的低温超导特性，替代现有市场上液位传感器用材料，实现对储液容器内液位的全区间测量，并大幅度降低故障率。
24.本实施例还提供了该低温液体液位监测装置的监测方法，具体如下：
25.超导材料的电阻率计算公式为：ρ＝ρl(t)+ρr；
26.其中，ρl(t)表示晶格热振动对电子散射引起的电阻率，与温度有关，温度越低，ρl(t)越低；ρr称为剩余电阻率，表示杂质和缺陷对电子的散射所引起的电阻率，不依赖于温度；随着温度降低，材料的电阻率趋近于剩余电阻率。
27.电阻率的计算公式为：r为电阻值，s为材料的横截面积，l为材料的长度。
28.当超导金属体201置于溶液中时，位于溶液中的超导金属体201长度为l1，该部分电阻趋近于0；伸出溶液的超导金属体201长度为l2，此时，超导金属体201电阻率的计算公式为：
29.即得
30.l1即为液体的液位。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
32.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。