CN115979444A - 一种低温管道的测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温测量技术领域，特别涉及一种低温管道的测温方法。本发明实施例提供一种低温管道的测温方法，应用于低温管道，所述方法包括：沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料；分别在所述超导材料的两端连接电压表；设置与所述超导材料串联的电流表；所述超导材料的两端通过导线与电源连接；需要测温时，开启电源，通过所述电流表和所述电压表的读数确定超导电阻；根据所述超导电阻确定所述低温管道的温度。本发明实施例提供了一种低温管道的测温方法，能够避免漏热、降低测量低温管道的成本。

Description

一种低温管道的测温方法

技术领域

本发明涉及低温测量技术领域，特别涉及一种低温管道的测温方法。

背景技术

低温管道用于在低温系统中运输低温流体。在超低温领域，为了减少冷量散失，需要将低温管道设置在真空管道中。在低温系统的不同工况时（例如预冷、工作和复温），需要监测低温管道的温度。

现有技术中，为尽可能获得待测低温管道全长温度分布及变化情况，通常做法是沿低温管道设置多个温度计来采集低温管道的温度。但是低温温度计，特别是液氦温区的温度计价格昂贵，供货周期长设置多个低温温度计增加成本，而且，即使设置多个温度计，所监测的温度点离散程度仍较大，不利于系统控制过程。此外，每个低温温度计都设置有测量引线，管道上设置的温度计过多将导致测量引线会引入外界额外的热量，并且，温度计还需要通过专用的安装座设置在低温管道上，如此占用了空间。

因此，针对以上不足，需要提供一种低温管道的测温方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种低温管道的测温方法，能够避免漏热、降低测量低温管道的成本。

本发明实施例提供一种低温管道的测温方法，应用于低温管道，所述方法包括：

沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料；

分别在所述超导材料的两端连接电压表；

设置与所述超导材料串联的电流表；

所述超导材料的两端通过导线与电源连接；

需要测温时，开启电源，通过所述电流表和所述电压表的读数确定超导电阻；

根据所述超导电阻确定所述低温管道的温度。

在一种可能的设计中，所述超导材料通过低温胶设置在所述测温目标段上。

在一种可能的设计中，所述超导电阻包括初始值和超导值，所述初始值为所述低温管道未流入低温流体时所述超导材料的电阻值，所述超导值为所述超导材料达到临界温度后，所述超导材料的电阻值；

所述方法还包括：

根据所述超导电阻确定降温程度值；其中，当所述超导电阻为所述初始值时，所述降温程度值为0%，当所述超导电阻为所述超导值时，所述降温程度值为100%。

在一种可能的设计中，所述低温管道设置有阀门，所述阀门用于控制所述低温管道中的低温流体的流量；

在所述根据所述超导电阻确定所述低温管道的温度之后，还包括；

根据所述超导电阻的电阻值控制所述阀门的开度以控制所述低温管道的降温速度。

在一种可能的设计中，在所述沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料之前，还包括：

沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形绝缘材料；

所述沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料，包括：

沿所述低温管道上的所述绝缘材料上设置线形超导材料。

在一种可能的设计中，所述超导材料为高温超导材料，用于在低温流体为液氮时测量所述低温管道的温度。

在一种可能的设计中，所述超导材料为低温超导材料，用于在低温流体为液氦时测量所述低温管道的温度。

在一种可能的设计中，所述高温超导材料为宽度小于4mm的带状材料。

在一种可能的设计中，所述低温超导材料为直径小于0.5mm的丝状材料。

在一种可能的设计中，所述绝缘材料为玻璃丝布或绝缘纸，厚度低于0.05mm。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

超导材料冷却至临界温度以下时将出现零电阻状态，在超导材料两端分别设置电流引线和电压引线以连接电流表和电压表以测量超导材料两端电阻。当超导材料与低温管道一起冷却时，沿低温流体流动方向，超导电阻逐渐降低，直至完全超导，在这一过程中，超导材料的超导电阻逐渐降低至0，因而通过超导电阻的大小可获得超导材料已达到超导态的长度，进而标定出冷却至低温流体温度的测温目标段的长度。线形的超导材料能够得到连续的值，能够实时测得较长范围内的低温管道的温度情况。本发明提供的方法仅需4根导线（单独使用高温超导或低温超导材料时）或8根导线（高温超导和低温超导材料配合一起使用时），减少了引入外界额外热量的途径，4根（或8根）导线的热量引入通常较小，可以忽略不计。测温的超导材料仅需一根，成本低，无需基座即可设置在低温管道上，进一步降低了成本。本发明的方法应用了线状超导材料，结构简单，维护费用低，占用空间少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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。

图1是本发明实施例提供的一种测温装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种真空传输管线结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种低温传输系统结构示意图。

图中：

1-低温管道；

11-进流管；

12-返流管；

2-超导材料；

21-高温超导材料；

22-低温超导材料；

3-绝缘材料；

4-真空传输管线；

100-供给端；

200-阀箱；

201-进流阀；

202-返流阀；

300-应用端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1所示，本发明实施例提供一种低温管道1的测温方法，应用于低温管道1，方法包括：

沿低温管道1的测温目标段的轴向设置线形超导材料2；

分别在超导材料2的两端连接电压表；

设置与超导材料2串联的电流表；

超导材料2的两端通过导线与电源连接；

需要测温时，开启电源，通过电流表和电压表的读数确定超导电阻；

根据超导电阻确定低温管道1的温度。

超导材料2冷却至临界温度以下时将出现零电阻状态，在超导材料2两端分别设置电流引线和电压引线以连接电流表和电压表以测量超导材料2两端电阻。当超导材料2与低温管道1一起冷却时，沿低温流体流动方向，超导电阻逐渐降低，直至完全超导，在这一过程中，超导材料2的超导电阻逐渐降低至0，因而通过超导电阻的大小可获得超导材料2已达到超导态的长度，进而标定出冷却至低温流体温度的测温目标段的长度。线形的超导材料2能够得到连续的值，能够实时测得较长范围内的低温管道1的温度情况。本发明提供的方法仅需4根导线（单独使用高温超导或低温超导材料时）或8根导线（高温超导和低温超导材料配合一起使用时），减少了引入外界额外热量的途径，4根（或8根）导线的热量引入通常较小，可以忽略不计。测温的超导材料2仅需一根或两根，成本低，无需基座即可设置在低温管道1上，进一步降低了成本。本发明的方法应用了线状超导材料2，结构简单，维护费用低，占用空间少。

在本发明的一些实施例中，超导材料2通过低温胶设置在测温目标段上。

在本实施例中，低温胶能够在低温环境保持优异的粘接性能。

在本发明的一些实施例中，超导电阻包括初始值和超导值，初始值为低温管道1未流入低温流体时超导材料2的电阻值，超导值为超导材料2达到临界温度后，超导材料2的电阻值；

方法还包括：

根据超导电阻确定降温程度值；其中，当超导电阻为初始值时，降温程度值为0%，当超导电阻为超导值时，降温程度值为100%。

在本实施例中，观测超导电阻无法直观快速地确定测温目标段的温度情况，因此，以初始值为0%，以超导值为100%确定出降温程度值，通过降温程度值可以更加直观表示测温目标段的温度情况。具体地，降温程度值=（1-超导电阻/初始值）*100%。

在本实施例中，初始值通过如下方式测得：

在确定测温目标段的长度后，确定相应的超导材料2的长度，然后在室温下测试超导材料2的电阻。优选地，测得低温管道1未通入低温流体时的温度，在该温度下测试超导材料2的电阻值，以此电阻值为初始值。

在本发明的一些实施例中，低温管道1设置有阀门，阀门用于控制低温管道1中的低温流体的流量；

在根据超导电阻确定低温管道1的温度之后，还包括；

根据超导电阻的电阻值控制阀门的开度以控制低温管道1的降温速度。

在制冷时，根据超导电阻的电阻值控制阀门的开度以控制低温管道1的降温速度。如此设置，有利于减少阀门大跨度动作，提高阀门寿命，同时能够有效改善冷却部件温度的均匀性，减少热应力所带来潜在破坏性风险，提高低温系统长期运行稳定性。

在本发明的一些实施例中，在沿低温管道1的测温目标段的轴向设置线形超导材料2之前，还包括：

沿低温管道1的测温目标段的轴向设置线形绝缘材料3；

沿低温管道1的测温目标段的轴向设置线形超导材料2，包括：

沿低温管道1上的绝缘材料3上设置线形超导材料2。

在本实施例中，设置绝缘材料3可以隔绝低温管道1对超导材料2电阻测量的影响。

在本发明的一些实施例中，超导材料2为高温超导材料21，用于在低温流体为液氮时测量低温管道1的温度。

在本实施例中，高温超导材料21可在低温流体为液氮（80K以下）时的应用。

在本发明的一些实施例中，超导材料2为低温超导材料22，用于在低温流体为液氦时测量低温管道1的温度。

在本实施例中，低温超导材料22可在低温流体为液氦（4K以下）时的应用。

在本发明的一些实施例中，高温超导材料21为宽度小于4mm的带状材料。

在本发明的一些实施例中，低温超导材料22为直径小于0.5mm的丝状材料。

在本发明的一些实施例中，绝缘材料3为玻璃丝布或绝缘纸，厚度低于0.05mm。

如图2和图3所示，本发明实施例提供的方法还可以应用于低温传输系统的测温，低温传输系统包括供给端100和应用端300，低温流体通过至少两条低温管道1在供给端100和应用端300之间循环，沿低温管道1的测温目标段的轴向设置有线形超导材料2，超导材料2通过导线与电源连接，超导材料2的两端连接有电压表，超导材料2串联有电流表，需要测温时，开启电源，通过电流表和电压表的读数确定超导电阻，根据超导电阻确定低温管道1的温度。

在本发明的一些实施例中，低温管道1设置在真空传输管线4中，真空传输管线4中为真空环境，以减少低温管道1漏热。

在本发明的一些实施例中，每条低温管道1均设置有用于调节低温管道1流量的阀门，阀门设置在阀箱200中。

在本发明的一些实施例中，低温管道1包括将低温流体由供给端100传输至应用端300的进流管11和将低温流体由应用端300传输至供给端100的返流管12，进流管11和返流管12的数量均为至少一条，进流管11和返流管12分别设置有进流阀201和返流阀202。

在本发明的一些实施例中，超导材料2设置在绝缘材料3上，绝缘材料3设置在测温目标段。

本发明提供的低温传输系统的工况包括液氮预冷工况和液氦输送工况。

在液氮预冷工况时，供给端100先供给液氮，通过阀箱200内阀门的开度进行流量调节，以控制各部件冷却速度，减少热胀冷缩效应导致的风险。沿流动方向，贴有超导材料2的管道逐步达到高温超导带的临界温度，超导带两端电阻逐步降低并与冷却长度成比例关系，本方案先通过“四引线法”获得高温超导材料的电阻值及其变化情况，然后分析判断沿流动方向的管道冷却情况，进一步实时调节阀门的开度，控制低温介质的流量及流速，实现管道及其他部件的冷却速度调控。

在液氦输送工况时，管道逐渐冷却至液氦温区，此温区高温超导材料21一直处于超导态，电阻值没有变化，而低温超导材料22存在超导态的转变过程，因而先通过同样的“四引线法”，获得低温超导材料22的电阻值及其变化情况，然后分析判断沿流动方向的管道冷却情况，进一步实时调节阀门开度，控制低温介质的流量及流速，最终实现管道及其他部件的冷却速度调控。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低温管道的测温方法，其特征在于，应用于低温管道，所述方法包括：

沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料；

分别在所述超导材料的两端连接电压表；

设置与所述超导材料串联的电流表；

所述超导材料的两端通过导线与电源连接；

需要测温时，开启电源，通过所述电流表和所述电压表的读数确定超导电阻；

根据所述超导电阻确定所述低温管道的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超导材料通过低温胶设置在所述测温目标段上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超导电阻包括初始值和超导值，所述初始值为所述低温管道未流入低温流体时所述超导材料的电阻值，所述超导值为所述超导材料达到临界温度后，所述超导材料的电阻值；

所述方法还包括：

根据所述超导电阻确定降温程度值；其中，当所述超导电阻为所述初始值时，所述降温程度值为0%，当所述超导电阻为所述超导值时，所述降温程度值为100%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低温管道设置有阀门，所述阀门用于控制所述低温管道中的低温流体的流量；

在所述根据所述超导电阻确定所述低温管道的温度之后，还包括；

根据所述超导电阻的电阻值控制所述阀门的开度以控制所述低温管道的降温速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料之前，还包括：

沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形绝缘材料；

所述沿所述低温管道的测温目标段的轴向设置线形超导材料，包括：

沿所述低温管道上的所述绝缘材料上设置线形超导材料。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超导材料为高温超导材料，用于在低温流体为液氮时测量所述低温管道的温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超导材料为低温超导材料，用于在低温流体为液氦时测量所述低温管道的温度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温超导材料为宽度小于4mm的带状材料。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述低温超导材料为直径小于0.5mm的丝状材料。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绝缘材料为玻璃丝布或绝缘纸，厚度低于0.05mm。

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