CN101438137B - 用于低温液体的液位传感器以及带有这种传感器的容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容器内低温液体的液位检测器，该液位检测器采用一个带有超导体的探针。为了提供一种耐用的廉价液位检测器，探针(11)是由平行地在塑料基质(21)内导引的多个导体组成的扁平导体(20)，其中，第一导体(23)是超导体，第二导体(24)用于向第一导体(23)提供热量流，而第三导体(25，25，26)则用来测量电压，其中，一对导体(24，25，26)分别在探针的纵向上相互远离的点(27，28和29，30)与探针相连。探针在容器内的一导管中。

Description

用于低温液体的液位传感器以及带有这种传感器的容器
技术领域
本发明涉及一种用于位于容器内的低温液体的液位检测器，该液位检测器由浸入液体的探针和电子部分组成，其中，一超导的导线线段和一加热装置延伸经过探针的整个长度，并且其中测量导线线段中的电压降作为对应于液位的量。
背景技术
对于容器，不仅但尤其是考虑由汽车携带的、用于液化的低沸点气体(例如氢气)的容器，所述气体用作燃料。液化的低沸点气体在一定条件下(压力和温度)贮存，其中，液相和气相的状态参数仅有很小的区别。这为以传统方法进行精确测量带来了困难。
但对于在汽车中的应用，出于安全的原因以及为充分利用容器填充物的作用距离需要精确地确定还存在的燃料量。而且，希望对容器内腔的温度进行监测。为此在某种程度上给行驶运行带来典型的问题：例如，汽车的倾斜和离心力会影响液面位置。
由WO91/08449公开了一种按所述类型的液位检测器。在该专利文献中，探针是一根刚性的杆，该杆由管形机械支承件、相对于该支承件由一基板分开的整个面的超导层、以及设在管内的电阻(加热元件)组成，所述电阻由电绝缘体支撑在该管的内壁上。该加热元件确保适当选择的超导层在冷态液体蒸汽的区域内恰好不是超导的，但在浸没于液体内的区域中却是超导的。这样看来，用于测量电阻的电接头被从外部导引到超导层。
发明内容
这种探针的缺点在于较高的结构成本和电接头及导体的暴露位置。因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种耐久的廉价液位检测器，该液位检测器适于批量生产，并且可用于各种不同尺寸和形状的容器。
根据本发明，由此实现了上述技术问题，即，探针是由平行地在塑料套(Kunststoffhülle)内导引的多个导体组成的扁平导体，其中，第一导体是具有适当选择的跃变温度的超导体，成对的第二导体是用于向第一导体输送热量流，以及成对的第三导体用于测量电压，其中，这些导体对的导体分别在探针的纵向上相互远离的各点处与探针相连。
扁平导体本身是公知的(I & T Innovation Technology AG公司的欧洲专利)。所述扁平导体由在一平面内并排放置的若干导电的箔带制成，各导电箔带以基质(通常是绝缘塑料)相互绝缘地压力注塑包封。扁平导体是一种廉价的批量制造的产品，可以按任意的长度从“卷材”上切下，并可在任意位置设有接头、终端和开口，对此公知有若干简单和快速的方法和装置。在深度冷却环境下，并与按本发明的布置以及任务分布相互作用的情况下，各个导体还表现出这种技术的其它优点。此外，可以在不同情况下针对导体的数量和性质以及基质的横截面来制造扁平导体。
因此，作为本发明的一个方面，扁平导体内的第一导体由适当的超导材料制成，并且可以这样地选择基质的横截面，使得该基质是可弯曲的并且也具有一定的刚度。而且，用于一对用于向超导体提供热量流的第二导体的接头可以处在垂直方向上相互相隔的两个点上。因此，超导体同时是合适的热导体。一对第二导体之间的区域包括液面的可能位置。在扁平导体的长度上可以构造多个这种区域。那么，扁平导体内也就可以包括多对第二和第三导体。
为了尽可能少地加热液体(这会导致升高的气化)并使超导体实现对于液面变化的快速响应，扁平导体的塑料套是一种热的不良导体，并且仅在第一导体(超导体)的周围部分地具有自由位置(中断)，使得第一导体可以在这些位置与液体发生接触(权利要求2)。
如果除了测量液位之外还要测量温度，那么扁平导体还包括用于温度测量的其它导体(权利要求3)。如上所述，一种这样制备的扁平导体仅需最小的额外成本。也可以以类似的微小的额外成本使扁平导体的塑料套具有纵向延伸的加强肋(权利要求4)，以便形成一定的刚度并必要时也形成间距保持器。扁平导体的优点还在于，扁平导体可以在它的自由端以简单的工序绝缘封闭(权利要求5)。
在本发明的扩展中，探针至少部分地在固定于容器内部的导管内导引(权利要求6)。因此，扁平导体即使在汽车振动时也保持在其位置上。导管在适当选择的扁平导体的强度的情况下无需是直的。
导管优选是一种内部包含有探针的管，并且形成一与容器的内含连通的容器(权利要求7)。所述连通通过管在特定位置的开口产生并起作用，因此容器内的液面也是管内的液面。这样，液面的波动就能够得到缓冲。这有利于测量的精度。
在一种优选的实施方式中，管以端部区域穿透容器壁，并与容器壁密封连接(例如焊接)并包含一个可拆卸的套管，该可拆卸的套管用于位于管内的探针的、朝向电子部件的端部区域。因此，容器的通常由内外容器与抽成真空的间隙一起组成的密封也在探针与设在容器外部的电子部件的连接处给出。由于套管是可拆卸的，因而探针是可以更换的。
本发明给出了对于汽车中的应用尤其有利的可能性，即，用一根按本发明的探针测量容器的两个在水平方向上相互相隔的位置的液位。为此，带有探针的导管在容器内部在至少两个位置穿透液面，并且使得超导体因此形成至少两个测量段。
附图说明
下面结合附图说明和解释本发明。图中：
图1示出了带有按本发明的探针的容器的纵截面；
图2示出了图1的细节部分II，即探针，
图3示出了沿图2中的线III-III的截面，
图4示出了各导体的电连接。
具体实施方式
在图1中示出了总体以1表示的、用于低温液体(在此是氢气)的容器。该容器由外容器2和内容器3组成，在内外容器之间有一个真空的、绝热的间隙。液位检测器整体以5表示，该液位检测器的电子部分6处于容器1的外部，并与法兰7和构造为管的导管10相连，该导管通过套管8伸入容器内部。在图1中仅能看见管10，在图2中才可以看见在管10中导引的探针11。管10从上方伸入内容器3中，然后向下延伸经过第一测量区域12并进一步延伸经过线段17到达在水平方向上与该第一测量区域相隔开的第二测量区域13。在第二测量区域内，管10向上延伸直至管的开口端。容器1内的液面以14表示，在液面下为液体，在液面上则是气体空间16。液相15和气相16相互平衡。
在图2和图3中放大了管10的一部分和管10所容纳的探针11的一部分。探针11被设计为由塑料基质21和埋入在该基质内的导体组成的扁平导体20。为了加固或导引该扁平导体20塑料基质21可以具有加强肋22(虚线表示)。导体本身是扁平的，并通过压力注塑包封埋入到该基质中。第一导体23由跃变温度与液态氢气相匹配的超导材料制成，例如硼化镁(MgB2)。一对第二导体24用于向超导体23提供热量流，一对第三导体25用于测量电压，准确地说是测量由第一导体23的电阻造成的电压降。在所示实施形式中，还设有另一对第二导体26，因为要用探针11测量在两个相互相隔的测量区域12、13内的液面。
扁平导体的一个优点在于，有用于对单个导体进行连接和拆除接线的简单的工作方式和装置(请参阅US6936788或EP1084912B1)。因此，第二导体24在两个相互相隔的位置与第一导体23相连接，其中，所述连接在扁平导体20的纵向上有一个接近于第一测量区域12高度的距离。所述连接以27和28表示。在第二连接29、30处，第三导体25(一个在连接29处，一个在连接30处)与第一导体23相连接。为第二测量区域13设有另一对第三导体26。
为了改善和加速向第一导体23的热传递，扁平导体20的基质21以规则的间隔具有自由位置31，液体通过该自由位置与超导体直接接触。扁平导体20然后继续(在图2中是向下，而如图1所示则是水平地)延伸至第二测量区域13，该第二测量区域在图2中为了简化视图而在33处截去。在图中只能看到扁平导体20的端部，所有包含在扁平导体20内的导体都在此断开。为此也有一种用于扁平导体的简单的装置。只要自由端34没有支撑在金属部件上，就并不需要进一步的绝缘。
用作导管的管10在未具体示出的不同位置处与容器的内部空间相连通，使得在管10的内部也形成液面14，管的内部因此形成与容器内腔相连通的容器。如果平面导体是可弯曲的却又有足够刚性，那么就可以在安装或更换时将其从外部通过法兰7插入尽管有弯曲的管10内。
在图4中，为清楚起见，几个导体横向于扁平导体20相互抽出。超导体23在连接点40和41之间形成第一测量区域12，并在连接点42和43之间形成第二测量区域13，在第一和第二测量区域之间则是在以断开线表示的、图1中所示的水平线段17。用于热量流的导体24在点40和43接触超导体，因此热量流流过整个超导体23。用于测量第一测量区域12内的电压降的导体25在点40和41处连接，用于测量第二区域13内的电压降的导体26在点42和43处连接。
可选或附加地，图2所示导体还可以执行温度测量。为此，在点41和43处连接测量元件45、46(例如与温度有关的电阻)。流过测量元件45、46的电流在附加的导体47、48处测量。而且，压力传感器能够以类似的方式设置，为此在平面导体内还设有其它导体。各导体的布线和连接在此示例性地描述，可以以多种方式对其进行修改。

Claims (9)

1.一种用于容器内的低温液体的液位检测器(1)，该液位检测器由一浸入液体内的探针和一电子部件(6)组成，所述探针具有超导的导线线段和一加热装置，并且，测量所述导线线段中的电压降作为对应于液位的量，其特征在于，所述探针(11)是由平行地在一塑料基质(21)内导引的多个导体组成的扁平导体(20)，其中，
第一导体(23)是具有适当选择的跃变温度的超导体，
至少一对第二导体(24)用于为所述第一导体(23)提供热量流，而
至少一对第三导体(25；25，26)用于电压测量，
其中，导体对(24，25，26)的导体分别在所述探针的纵向上相互相隔的各点(27，28和29，30)处与所述第一导体相连。
2.根据权利要求1所述的液位检测器，其特征在于，所述扁平导体(20)的所述塑料基质(21)是热的不良导热体，并仅在所述第一导体(23)的周围部分地具有自由位置(31)，使得所述第一导体(23)可以在这些自由位置与所述液体(15)发生接触。
3.根据权利要求1所述的液位检测器，其特征在于，所述扁平导体(20)包含用于温度测量的其它导体。
4.根据权利要求1所述的液位检测器，其特征在于，所述扁平导体的塑料基质(21)具有在所述扁平导体的纵向延伸的若干加强肋(22)。
5.根据权利要求1所述的液位检测器，其特征在于，所述扁平导体(20)的自由端(34)具有一绝缘体(32)。
6.根据权利要求1所述的液位检测器，其特征在于，所述探针(11)至少部分地在固定在所述容器(1；2；3)内部的导管(10)中导引。
7.根据权利要求6所述的液位检测器，其特征在于，所述导管是一内部包含所述探针(11)的管，并且形成一与所述容器的内含(15)连通的容器。
8.根据权利要求7所述的液位检测器，其特征在于，所述管(10)穿透所述容器壁(2，3)，并与所述容器壁密封连接，并包含一个可拆卸的套管(8)，该可拆卸的套管用于位于所述管内的探针(11)的、朝向所述电子部件(6)的端部区域。
9.根据权利要求6所述的液位检测器，其特征在于，所述导管(10)在所述容器内部在至少两个位置(12，13)穿过液面(14)，并且因此使得所述超导体(23)形成至少两个测量段。
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