[发明专利]液氦液面的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振测试技术领域，尤其涉及一种液氦液面的测量方法。

背景技术

由于液氦是无色透明的，对可见光的折射率与空气十分接近，即使使用带观察缝的玻璃杜瓦，也不易看清液氦的液面，故需要专门的装置来指示液氦面的位置，这在磁共振低温测试中起到重要作用。根据测量原理的不同分为超导式，电容式和电阻式等测量方法。其中超导液氦液面法由于其精确性和重复性高等优点被广为采用

现有技术中，超导液氦液面测试采用的是四引线法测试，如图1所示是其简单的工作原理图，11为玻璃杜瓦；12为液氦，13为超导液氦液面探头。其中，使该超导线通过适当的电流，由于液体较气体传热快，所以使得液面以上的部分由于非超导部分产生电阻热或受到其他加热方式作用而处于常态，具有正常的电阻。而正常态区域不至延伸到液面以下，使得浸泡在液氦面以下的部分处于超导态，电阻为零。这样液面处就存在超导与常导的界面，而且随着液面高度而变化，由于超导线是均匀的，且正常区域电流加热的温度不足以改变铌钛线的电阻率，所以电阻随着液面高度的变化而变化，通过四引线法测电压间接测得电阻变化即可指示液面的高度。

具体测试如图2所示，131为Φ＝0.1mm的CuNi-NbTi超导线，之所以选择直径如此小的超导线是因为导体表面积减少，热交换减少，加热效率高，对做液面探头是有利的，液面以上的超导线131失超，处于常态中，而液面以下是超导态，这样才能间接测得实际液面高度。133、134、135分别是引线(考虑到导热率和电阻率，部分引线采用的是康铜线)，连接恒流源和电压表所用，即133、135是电压引线，134是电流引线。液面最大测量高度距离底部的垂直高度为H₀，而最大测量高度到探头底部(即深入到液氦最底部的超导线末端)的超导线长度为L₀.这样我们可以通过测量的数据计算如下：其中R₀是低温下最大测量高度以下整个超导线的电阻，具体数值的确定只能是在低温气氦下间接测量。R_G是实际液面至最大测量高度的处于气氦中的超导线电阻(即超导线末端至最大测量高度间的超导线的电阻)。U为实际测得的133和135两电压引线之间超导线两端的电压，I为恒定电流，由恒流源提供。

但是按上述公式所需，测量所得的数据面临如下问题：

(1)实际测量中U测不仅包括实际液面至最大测量高度的超导线两端的电压U_G，而且还包括了部分引线所导致的电压U_L，当然还包括了汤姆逊效应所导致的U_T；

(2)由于实际超导线或缠绕管总是有弯曲，尤其是超导线，它不可能很竖直的垂直于液面，这样我们默认的H₀就不是实际的长度，存在着比较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液氦液面的测量方法，能够有效避免由于汤姆逊热电效应和超导线自身无法避免的弯曲会导致的误差，提高超导液氦液面探头测量实际液氦液面高度的精确性。

为解决上述问题，本发明提供液氦液面的测量方法，所述方法使用超导液氦液面探头测量，所述超导液氦液面探头包括超导线、电流引线、第一电压引线以及第二电压引线，所述超导线末端伸入到所述待测液氦最底部，所述电流引线和第一电压引线均从所述超导线末端引出，所述第二电压引线从所述超导线的液面最大测量高度处引出，本发明提供的所述液氦液面的测量方法包括：

步骤一：通过所述电流引线给所述超导线通一电流I+，并通过第一电压引线和第二电压引线测量出从末端至最大测量高度之间的超导线两端的电压U1；

步骤二：通过所述电流引线给所述超导线通以与所述电流I+大小相等、方向相反的电流I-，并通过第一电压引线和第二电压引线测量出从末端至最大测量高度之间的超导线两端的电压U₂；

步骤三：根据U₁和U₂计算出从末端至最大测量高度之间的超导线两端的实际电压U_G＝(U₁+U₂)/2；