Da
der supraleitende Streifen oder Draht 22 im supraleitenden
Zustand keinen Widerstand aufweist, während der ohmsche Abschnitt
des supraleitenden Streifens oder Drahts einen Widerstand hat, der
proportional zu seiner Länge
ist, können
die Länge
des ohmschen Abschnitts und damit der Kryogen-Füllstand
durch Anlegen eines Stroms i an den Streifen oder Draht aus supraleitendem
Material 22 und durch Messen der daraus resultierenden
Spannung in diesem Abschnitt ermittelt werden. Diese Spannung, die
durch den Ausgang des Differentialverstärkers 30 oder einen
sonstigen geeigneten Melder angezeigt wird, verhält sich proportional zur (Gesamt-)
Länge des/der
ohmschen Abschnitt(s/e) des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 und
zeigt so die Länge
des über
dem Pegel des flüssigen
Kryogens liegenden supraleitenden Streifens oder Drahts 22 und
damit den Füllstand
des flüssigen
Kryogens an. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in den
US-Patentschriften 3,496,773 und 3,943,767 beschrieben.
Gemäß dem bisherigen
Stand der Technik wird ein niedriger Abtaststrom – in der
Regel ein konstanter Strom – an
die Heizung und den supraleitenden Streifen oder Draht 22 gelegt.
Die Heizung kann oder kann auch nicht so ausreichend heizen, dass – je nach
Temperatur zu Beginn des Messprozesses – die supraleitende Eigenschaft
des benachbarten Abschnitts des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 zusammenbricht
(so gen. „Quenching"). Wenn der Abtaststrom
zu niedrig ist, tritt der Quenching-Prozess nicht ein, und es wird
sich keine Normalwiderstandswelle („Quench Front") ausbreiten. Wenn
der Abtaststrom zu hoch ist, kann die vom supraleitenden Streifen
oder Draht 22 generierte Wärme unter der Oberfläche des
flüssigen
Kryogens eine Gashülle
um den supraleitenden Streifen oder Draht 22 bilden, und
es wird ein geringerer Füllstand
für das
flüssige Kryogen
angezeigt, als tatsächlich
vorhanden ist. Im extremsten Fall kann ein Füllstand „Leer" angezeigt werden, wenn der Abtaststrom
ausreicht, um eine Gashülle
um den supraleitenden Streifen oder Draht 22 herum genau
an dessen unterstem Ende zu bilden.
Ein
weiteres bekanntes Verfahren für
den Betrieb der Füllstandssonde
für flüssiges Kryogen gemäß 2 soll nachstehend unter
Bezugnahme auf 3 behandelt
werden. 3 zeigt einen Stromimpuls,
der durch die Stromquelle 28 an die Reiheninstallation
aus Heizung 26 und supraleitendem Streifen oder Draht 22 gelegt
wird. Der Strom i steigt steil bis zu einem kurz andauernden Spitzenwert
an, bevor er wieder für
einen relativ langen Zeitraum auf einen konstanten Wert fällt. Die
relativ lange konstante Phase kann einen Strom von 250 mA für die Dauer
von ca. 10 Sekunden darstellen, während die kurze Spitze einen
Wert von 400 mA darstellen kann, der ca. 20 ms lang andauert. Der
beabsichtigte Betrieb einer Füllstandssonde
sieht wie folgt aus. Der kurze hohe Spitzenstrom sollte einen benachbarten Abschnitt
des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 auf einen Wert
oberhalb seiner kritischen Temperatur erwärmen. Dieser Abschnitt erhält dann
ohmsche Eigenschaften. Die vom Widerstand 26 erzeugte Wärme und
zusätzliche
Wärme,
die durch den im ohmschen Abschnitt des supraleitenden Streifens oder
Drahts 22 fließenden
Messstrom erzeugt wird, ausbreitet die Normalwiderstandswelle (Quench Front)
bis zur Oberfläche
des flüssigen
Kryogens, wo die Ausbreitung stoppt, da der Rest des supraleitenden
Streifens oder Drahts 22 durch das flüssige Kryogen auf einem Wert
unterhalb seiner kritischen Temperatur gehalten wird. Nach einer
angemessen langen Phase, jedoch noch während der konstanten Phase,
wird die Spannung, die am supraleitenden Streifen oder Draht 22 anliegt,
so aufgezeichnet, wie sie vom Diffferentialverstärker 30 oder einem
anderen geeigneten Melder erfasst wird. Die Tiefe des Kryogens im
Kryogen-Behälter
wird auf der Basis dieser erfassten Spannung errechnet.
Die
US-Patentschrift 3,943,767 beschreibt ein Betriebsverfahren für eine Füllstandssonde
für flüssiges Kryogen,
wie sie in 2 dargestellt
wird. Gemäß dieser
Patentschrift wird ein konstanter Abtaststrom an den supraleitenden
Streifen oder Draht 22 gelegt, und wird die Spannungsanstiegsrate
der erfassten Spannung überwacht.
Wenn die Spannungsanstiegsrate auf fast Null fällt, wird davon ausgegangen,
dass die Normalwiderstandswelle (Quench Front) die Oberfläche des
flüssigen
Kryogens erreicht hat; die Spannung wird dann benutzt, um den Flüssigkeitsfüllstand
zu bestimmen, und der Abtaststrom wird gestoppt.
Die
US-Patentschriften 4,118,984 und 3,496,773 beschreiben in gewisser
Weise gleiche Anordnungen, wie dies auch für die Europäische Patentanmeldung
EP 0076120 gilt.
Das
Verfahren und die Vorrichtung zur Anzeige des Kryogen-Füllstands, die oben beschrieben wurden,
sind herkömmlicher
Art. Bei diesem herkömmlichen
Verfahren und dieser herkömmlichen Vorrichtung
sind folgende Probleme zu beobachten.
Dieses
in 3 dargestellte Verfahren
ist nicht sehr zuverlässig.
Die kurze anfängliche
Spannungsspitze kann nicht ausreichend sein, um zuverlässig Quenching
im supraleitenden Streifen oder Draht 22 auszulösen. Wenn
die Größenordnung
oder Dauer der kurzen anfänglichen
Spannungsspitze erhöht
wurden, besteht die Gefahr, dass der supraleitende Draht überhitzt
wird, so dass sich die Normalwiderstandswelle (Quench Front) bis
unter die Oberfläche
des flüssigen
Kryogens ausbreitet und einen fehlerhaft niedrigen Anzeigewert für die Kryogen-Tiefe
ergibt.
In
Gegenwart von verdampftem Kryogen in Raum 3 wird die Kryogen-Füllstandssonde
durch das verdampfte Kryogen gekühlt,
was bedeutet, dass es schwierig ist, eine Normalwiderstandswelle
(Quench Front) über
die gesamte Strecke bis zur Oberfläche des flüssigen Kryogens auszubreiten.
Diese Schwierigkeit wurde in der Vergangenheit durch Erhöhung des
Stroms i überwunden,
der an die Heizung gelegt wurde, um die Wärme zu erhöhen, mit der der supraleitende
Streifen oder Draht 22 beaufschlagt wurde, und die Ausbreitung
des ohmschen Quenching zu optimieren. Dies wiederum bringt weitere
Probleme mit sich. Insbesondere können die von der Heizung 26 erzeugte
Wärme und
die ohmschen Abschnitte des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 – wenn der
Kryogen-Behälter
relativ leer ist, jedoch nicht ausschließlich nur dann – den supraleitenden
Streifen oder Draht 22 so sehr erwärmen, dass die Normalwiderstandswelle
(Quench Front) bis unter die Oberfläche des flüssigen Kryogens ausgebreitet wird.
Die
vorliegende Erfindung bietet ein verbessertes Verfahren für den Betrieb
einer Füllstandssonde
für flüssiges Kryogen,
wie etwa die, die in 2 dargestellt wird, und zwar
in einer Weise, dass mindestens einige der Probleme der bekannten
Betriebsverfahren behoben werden.
Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung Verfahren bereit, wie sie in den
beigefügten Patentansprüchen definiert
werden.
Die
oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlicher bei Betrachtung verschiedener
Ausführungsformen
davon, die ausschließlich
als Beispiele angeführt
werden, und zwar in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 einen
Kryostat zeigt, der von der Anwendung der vorliegenden Erfindung
profitieren kann;
2 eine
Füllstandssonde
für flüssiges Kryogen
zeigt, die entsprechend der vorliegenden Erfindung betrieben werden
kann;
3 einen
Stromimpuls darstellt, der steil bis zu einem kurzen Spitzenwert
ansteigt, bevor er wieder für
einen relativ langen Zeitraum auf einen konstanten Wert fällt;
4 eine
Anordnung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5 einen
Stromimpuls gemäß einem
Aspekt einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie
in 4 dargestellt, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Regelkreis 40 bereitgestellt, der den Ausgang
des Differentialverstärkers 30 oder
eines anderen Spannungsmelders empfängt. Entsprechend dem vom Differentialverstärker 30 oder
von einem anderen Spannungsmelder empfangenen Ausgang erzeugt der
Regelkreis ein Regelsignal über
die Rückstromleitung 42 zur Spannungsquelle 28.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Kryogen-Füllstandssonde
wie folgt betrieben. Ein Ausbreitungsstrom von relativ hohem Wert
wird zunächst
an die Heizung 26, den supraleitende Streifen oder Draht 22 und
die Rückstromleitung 23 gelegt, wie
vom Regelkreis 40 an die Stromquelle 28 befohlen
wird. Da der supraleitende Streifen oder Draht 22 zumindest
anfangs in einem supraleitenden Zustand ist, wird vom Melder 30 keine
Spannung erfasst. Der Regelkreis 40 hält den Strom i auf seinem relativ
hohen Ausbreitungswert. Wenn der Strom i auf einem derart hohen
Wert ist, kommt es zu Quenching im benachbarten Abschnitt des supraleitenden
Streifens oder Drahts 22, der in einen ohmschen Zustand wechselt.
Eine entsprechende Spannung wird im betreffenden Abschnitt des supraleitenden
Streifens oder Drahts 22 entwickelt, und diese Spannung
wird vom Melder 30 erfasst. Die Erfassung dieser Spannung
wird an den Regelkreis 40 gemeldet. Die Erfassung dieser
Spannung zeigt an, dass es in einem Abschnitt des supraleitenden
Streifens oder Drahts 22 zu Quenching gekommen ist und
dass er in einem Zustand mit normaler ohmscher Leitfähigkeit
ist.
Der
Regelkreis 40 ist so angeordnet, dass er den von der Stromquelle 28 kommenden
Ausbreitungsstrom stoppt, sobald ein bestimmter Spannungspegel vom
Melder 30 erfasst worden ist. Wenn in einem Beispiel die
vom Melder 30 zu erfassende Höchstspannung ca. 27 V beträgt, was
das Ergebnis sein würde,
wenn ein leerer Kryogen-Behälter
gemessen würde
und der gesamte supraleitende Streifen oder Draht 22 im
Normalzustand wäre,
dann kann der Regelkreis 40 so angeordnet werden, dass
er den Ausbreitungsimpuls stoppt, sobald eine Spannung von 0,5 V
gemessen wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Schwellenspannung
für das
Abschalten des Ausbreitungsstroms auf den Spannungswert eingestellt
werden, der dem Füllstand „Voll" des flüssigen Kryogens
entspricht. Natürlich
können
auch andere Werte und Proportionen gewählt und bestimmt werden, um
eine optimale Leistung auf der Basis von routinemäßigem Trial-and-Error
zu erreichen. Sobald der Ausbreitungsstrom gestoppt wird, liefert
die Stromquelle 28 einen Messstrom, der die Ausbreitung
der Normalwiderstandswelle (Quench Front) bis zur Oberfläche des
flüssigen
Kryogens und die Messung des Füllstands
des flüssigen
Kryogens ermöglicht.
Die Größenordnungen
des Ausbreitungs- und des Messstroms können beispielsweise 400 mA
bzw. 250 mA betragen.
Indem
der Ausbreitungsstrom erst beendet wird, sobald die vordefinierte
Spannung über
den supraleitenden Streifen oder Draht 22 erfasst wird,
wird der Ausbreitungsstrom erst gestoppt, sobald das Quenching definitiv
begonnen hat, so dass die Gefahr vermieden wird, dass es im supraleitende
Streifen oder Draht 22 nicht wirklich zu Quenching kommt. Gleichermaßen wird
die Ausbreitungswelle so bald wie möglich gestoppt, so dass die
Gefahr der Überhitzung
des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 reduziert wird.
Wie
lange der Ausbreitungsstrom fließt, ist abhängig von der Anfangstemperatur
des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 und passt sich
so an die Anfangstemperatur der Sonde bei jeder Messung an. Zudem
reagiert das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf Veränderungen
der Eigenschaften der Sonde. So können verschiedene Sonden beispielsweise
verschiedene Heizgrade erfordern, um das Quenching auszulösen, und
verschiedene Heizungen können
verschiedene Wärmeleistungen
aufweisen, wenn ein und derselbe Strom angelegt wird.
Eine
typische Abweichung zwischen nominell identischen Sonden wird durch
Lötverbindungen verursacht,
die üblicherweise
verwendet werden, um zwischen dem supraleitenden Streifen oder Draht 22 und
der Heizung 26 oder zwischen den Spannungsmessleitungen 25, 27 und
dem supraleitenden Streifen oder Draht 22 eine elektrische
Verbindung herzustellen. Nicht zwei Lötverbindungen sind miteinander identisch,
und verschiedene Heizgrade sind erforderlich, um die thermische
Impedanz jeder Lötverbindung
zu überwinden.
Die
Spannungsmessleitungen 25, 27, die den Melder 30 mit
dem supraleitenden Streifen oder Draht 22 verbinden, sorgen
auch für
Wärmeableitung von
der Heizung.
Das
in 1 gezeigte Führungsrohr 10 hat eine
gewisse Wärmeleitfähigkeit
und berührt
die Füllstandssonde
an bestimmten Punkten. Dies stellt daher eine unvorhersehbare thermische
Last dar und kann in bekannten Anordnungen verhindern, dass Quenching
ausgelöst
wird.
Das
gasförmige
Kryogen im Kryogen-Behälter 1 kann
geschichtet sein, was bedeutet, dass die Umgebungstemperatur, der
die Heizung ausgesetzt ist, höher
als der Siedepunkt des Kryogens ist. In diesem Fall reduziert sich
die Wärmemenge,
die notwendig ist, um Quenching auszulösen, im Vergleich zu der Wärmemenge,
die für
das Auslösen
von Quenching ausgehend von der ggf. zu erwartenden niedrigeren
Siedepunkttemperatur erforderlich ist.
In
bekannten Systemen müssten
ein Ausbreitungsstrom und seine Dauer, die ein angemessen zuverlässiges Auslösen von
Quenching in diesem Schwankungsbereich ergeben, definiert werden.
Dies hätte
den Nachteil, dass es zu einer übermäßigen Ausbreitung
der Normalwiderstandswelle (Quench Front) bei einigen Sonden kommen
würde, während wiederum
bei anderen Sonden sogar gar kein Quenching ausgelöst werden
kann. Die vorliegende Erfindung stellt durch Nutzung der Rückmeldung
der gemessenen Spannung über
den supraleitenden Streifen oder Draht 22 sicher, dass
die Ausbreitung der Normalwiderstandswelle (Quench Front) beginnt,
doch der Heizprozess wird so bald wie möglich gestoppt, um Messfehler
zu vermeiden, zu denen es durch Überhitzen
des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 kommt, und
so wird zugleich das Ausmaß des
Verdampfens von Kryogen auf Grund des Messprozesses auf ein Minimum
reduziert.
In
einer beispielhaften Ausführungsform
wird supraleitendes Material mit einem Kupfer-Nickel-Mantel bereitgestellt.
Dies verleiht dem Draht einen bekannten Widerstand je Längeneinheit,
wenn das Supraleiterelement im Normalzustand ist, und verleiht dem
Draht einen Niedrigtemperatur-Widerstandskoeffizienten.
Bei dem supraleitenden Material selbst kann es sich um jedes supraleitende
Material handeln, das eine Sprungtemperatur hat, die über dem
Siedepunkt des flüssigen
Kryogens liegt. Eine supraleitende Niobium-Titan-Legierung (Nb-Ti), die eine kritische
Temperatur von 9 K hat, kann für
Systeme geeignet sein, die flüssiges
Helium als Kryogen verwenden.
In
einer Verbesserung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können zusätzlich Messstromfluktuationen
eingeführt
werden, z.B. eine Stromabweichung von ±10%. Wenn die gemessene Spannung,
die vom Melder 30 angezeigt wird, ebenfalls um entsprechende ±10% schwankt,
kann man sicher sein, dass sich die Normalwiderstandswelle (Quench
Front) zur Oberfläche
des flüssigen
Kryogens ausgebreitet hat. Wenn sich die Normalwiderstandswelle
nicht bis zur Oberfläche
des flüssigen Kryogens
ausgebreitet hat, würde
der Messstrom wahrscheinlich noch die Ausbreitung der Welle unterstützen. In
diesem Fall würde
die Schwankung des Messstroms um ±10% keine entsprechende Schwankung
der vom Melder 30 erfassten Spannung erzeugen. In Reaktion
auf die Nichterfassung entsprechender Fluktuationen kann der Messstrom
weiter angelegt bleiben, bis derartige entsprechende Fluktuationen
erfasst werden.
Eine
weitere Verbesserung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass Veränderungen
der erfassten Spannung ermittelt werden, wenn der supraleitende
Draht oder Streifen der Sonde eine Normalwiderstandswelle aufweist,
die sich bis zum Kryogen-Füllstand
ausgebreitet hat, und der Messstrom benutzt wird, um den Füllstand
des flüssigen
Kryogens zu ermitteln. Die Spannung oszilliert auf Grund von Veränderungen
des Füllstands
in Folge der georteten Gasbewegung und daher der effektiven Änderung
des Füllstands.
Wenn der supraleitende Draht oder Streifen der Sonde eine Normalwiderstandswelle
aufweist, die sich so ausgebreitet hat, dass sich die Normalwiderstandswelle
an dem supraleitenden Draht oder Streifen 22 hinabbewegt, so
kann der Spannungsmelder 30 eine konstante Spannung melden,
die einen bestimmten Kryogen-Füllstand
anzeigt. Wenn der supraleitende Draht oder Streifen 22 zufällig in
relativ gutem thermischem Kontakt mit anderen Materialien ist, z.B.
einem Führungsrohr
oder einem Heliumsondengehäuse,
kann der durch den konstanten Spannungsausgang der Sonde angezeigte
Füllstand
falsch und nicht für
den Füllstand
des flüssigen
Kryogens repräsentativ
sein, sondern vielmehr den Ort einer thermischen Last an der Sonde
anzeigen. Um festzustellen, ob der Füllstand des flüssigen Kryogens
erreicht wurde, muss die vom Melder 30 erfasste Spannung
geprüft
werden. Wenn der Messstrom durch den Widerstandsabschnitt (der gequencht
ist) des supraleitenden Drahts oder Streifens 22 fließt, wird
Wärme erzeugt. Diese
Wärme bringt
die Oberfläche
des flüssigen Kryogens
zum Sieden – zumindest
in der Nachbarschaft des supraleitenden Drahts oder Streifens 22, wo
dieser auf die Oberfläche
des flüssigen
Kryogens trifft. Der Siedeeffekt führt zu geringfügigen Schwankungen
des Füllstands
des flüssigen
Kryogens und damit zu geringfügigen
Schwankungen der gemessenen Spannung. Wenn die durch die siedende Oberfläche erzeugten
Spannungsschwankungen erfasst werden können, kann der Spannungspegel dazu
verwendet werden, um den richtigen Füllstand des flüssigen Kryogens
anzuzeigen. Wenn die Spannungsschwankungen nicht erfasst werden
können, kann
die Normalwiderstandswelle im supraleitenden Streifen oder Draht 22 „hängen" geblieben sein.
Dies geschieht, wenn die Wärme,
die dazu führt,
dass sich die Normalwiderstandswelle den supraleitenden Streifen
oder Draht 22 hinab ausbreitet, auf Grund ihres Kontakts
mit anderen Materialien weg vom supraleitenden Streifen oder Draht 22 geleitet
wird. In diesem Fall muss im supraleitenden Streifen oder Draht 22 zusätzliche
Wärme erzeugt
werden, so dass sich die Widerstandswelle weiter ausbreiten kann.
Unter diesen Umständen
würde der
von der konstanten Spannungsquelle kommende Strom erhöht, damit der
Füllstand
erfasst werden kann, der durch Erfassung der Spannungsschwankungen
bei einem anderen erfassten Spannungspegel überprüft würde.
In
einer weiteren Verbesserung der vorliegenden Erfindung kann es sich
bei dem Ausbreitungsstrom, der an die Heizung gelegt wird, nicht
um einen konstanten Strom, sondern vielmehr um einen flankenförmig ansteigenden
Strom handeln. Der Ausbreitungsstrom i, der an die Heizung 26 und
den supraleitenden Streifen oder Draht 22 gelegt wird,
kann beispielsweise das in 5 dargestellte
Zeitprofil haben. Der an die Heizung gelegte Ausbreitungsstrom i
steigt zunächst
sehr steil an, wobei die Anstiegsrate allmählich kleiner wird, während die
Größenordnung
des Ausbreitungsstroms i zunimmt. Der Strom steigt schnell auf Werte
an, von denen zu erwarten ist, dass sie die Heizung dazu bringen,
die Ausbreitung der Normalwiderstandswelle zu veranlassen. Die Stromänderungsrate
wird an diesem Punkt reduziert, damit der Ausbreitungsheizungsstrom
ausgeschaltet werden kann, sobald für den Draht der Normalwiderstand
erfasst wird.
Sobald
es zu Quenching in einem Abschnitt des supraleitenden Streifens
oder Drahts 22 gekommen und dieser in seinen Normalwiderstandszustand gewechselt
ist, erfasst der Spannungsmelder 30 eine entsprechende
Spannung, die ein Produkt des Widerstands des Quenching-Abschnitts
des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 und der Größenordnung
des Stroms i ist. Die Größenordnung
dieser Spannung steigt mit zunehmender Größenordnung des Stroms i und
auch mit zunehmendem Widerstand des supraleitenden Streifens oder
Drahts 22, während
sich die Normalwiderstandswelle (Quench Front) zur Oberfläche des
flüssigen
Kryogens hin ausbreitet. Wenn die erfasste Spannung den Schwellenwert
erreicht, wie durch den Regelkreis 40 zum Zeitpunkt tt in 5 festgestellt
wird, wird ein Signal über
den Rückmeldepfad 42 an
die Stromquelle 28 übermittelt,
um den Strom i auf seinen Messwert zu reduzieren. Eine gewisse Verzögerungszeit
wird eingeräumt,
um sicherzustellen, dass sich die Normalwiderstandswelle (Quench
Front) zur Oberfläche
des flüssigen
Kryogens ausgebreitet hat, und die vom Melder 30 zum Zeitpunkt
tm erfasste Spannung wird aufgezeichnet,
z.B. durch Regelkreis 40, und benutzt, um den Füllstand
des flüssigen
Kryogens zu bestimmen.
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auf Sonden wie in 2 und 4 dargestellt
angewandt werden, bei denen der supraleitende Streifen oder Draht 22 nur
in einer Richtung in Längsrichtung
der Sonde verläuft.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf Sonden angewandt werden, die
einen supraleitenden Streifen oder Draht 22 haben, der
U-förmig
gebogen ist.
In
alternativen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Spannungserfassungsleitung 25 auf
der Heizungsseite des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 in
verschiedenen Positionen sein. Dieser Anschluss kann wie in 4 dargestellt am
oberen Ende des supraleitenden Streifens oder Drahts 22 zwischen
dem supraleitenden Streifen oder Draht 22 und der Heizung
oder auf der anderen Seite der Heizung sein. Die Schwellenspannung,
die dem Ausschalten des an der Heizung anliegenden Ausbreitungsstroms
dient, wäre
dann anders. Diese Spannung würde
so eingestellt, dass der supraleitende Streifen oder Draht 22 unter
der Heizung in den Normalzustand wechselt. Beide Positionen können mit
verschiedenen Schwellenspannungen benutzt werden, um die gleiche
Verbesserung in Bezug auf das Auslösen von Quenching zu erreichen,
bevor der Abtaststrom aktiviert wird. Ein Füllstand von 100% und die entsprechende
Skalierung können
dann für jede
Sondenkonfiguration geändert
werden.
Die
vorliegende Erfindung wurde insbesondere unter Bezugnahme auf Ausführungsformen
beschrieben, in denen die Heizung und der supraleitende Streifen
oder Draht 22 in Reihe angeordnet sind, wobei eine einzelne
Stromquelle einen Strom i über die
Reihenanordnung liefert. In alternativen Ausführungsformen kann der Strom
gesondert dergestalt an die Heizung und den supraleitenden Streifen
oder Draht gelegt werden, dass der Ausbreitungsstrom nur an die
Heizung und der Messstrom nur an den supraleitenden Streifen oder
Draht 22 gelegt wird.
Zusammenfassung
Es
ist ein Verfahren zur Messung des Füllstands eines flüssigen Kryogens
offenbart, das folgende Schritte beinhaltet:
- – Bereitstellen
einer Kryogen-Füllstandssonde, die
einen Abschnitt aus supraleitendem Material (22), ein Mittel
(28), um einen Strom an das supraleitende Material zu legen,
eine Heizung (26), um das supraleitende Material zu erwärmen, und
ein Mittel (30), um die durch das supraleitende Material
geleitete Spannung zu messen, beinhaltet,
- – Eintauchen
der Kryogen-Füllstandssonde
in ein flüssiges
Kryogen,
- – Anlegen
eines Ausbreitungsstroms an die Heizung, um einen Abschnitt des
supraleitenden Materials auf eine Temperatur zu erwärmen, die über der
kritischen Temperatur liegt, so dass eine Normalwiderstandswelle
erzeugt wird, die sich längs des
supraleitenden Materials bis zur Oberfläche des flüssigen Kryogens ausbreitet,
- – Entfernen
des Ausbreitungsstroms von der Heizung,
- – Anlegen
eines Messstroms an das supraleitende Material, und
- – Messen
einer durch das supraleitende Material geleiteten Spannung zwecks
Bestimmung des Füllstands
des flüssigen
Kryogens.
Im
besonderen umfasst das Verfahren weiter die folgenden Schritte:
- – Überwachen
(40) der Größenordnung
der durch das supraleitende Material geleiteten Spannung, während der
Ausbreitungsstrom angelegt ist; und
- – Beenden
des Anlegens des Ausbreitungsstroms in Reaktion auf das Erfassen
einer durch das supraleitende Material geleiteten Spannung, die
einen bestimmten Schwellenwert übersteigt.