[发明专利]冷冻剂水平高度探针

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的冷冻剂水平高度(level)探针，如用于检测冷冻剂容器内的液体冷冻剂的水平高度。特别地，本发明将参照检测罩住磁共振成像(MRI)系统的超导磁体的冷冻剂容器内的氦的水平高度进行描述，但是，本发明可以应用于为了任何目的的冷冻剂容器中的液体冷冻剂范围的检测。

背景技术

图1示出一种低温恒温器的传统配置，该低温恒温器包括包含液体冷冻剂21的冷冻剂容器12。冷却的超导磁体设置在冷冻剂容器12内，冷冻剂容器12自身保持在外真空室(OVC)14内。一个或多个热辐射屏蔽件16设置在冷冻剂容器12和外真空室14之间的真空空间中。在一些已知的配置中，冷冻器17安装在冷冻器座15中，冷冻器座位于设置用于所述目的的转塔18中，向着低温恒温器的侧面。冷冻器17提供主动制冷以冷却冷冻剂容器12内的冷冻剂气体，在一些配置中，这是通过将冷冻剂气体冷凝为液体来实现。冷冻器17还可用以冷却辐射屏蔽件16。

设置了许多其它特征，例如电连接和机械支撑，但是为了简洁而没有示出在附图中。

为了将磁体10保持在超导状态，必须在液体容器中保持一定水平高度的液体冷冻剂21。不可能直接观察到冷冻剂的水平高度，因为在氦冷冻剂的情形下，冷冻剂有效地密封在4K温度下的金属容器中。因此，有必要提供一种允许外部监测冷冻剂水平高度的传感器来检测冷冻剂容器内的冷冻剂水平高度。再者，当冷冻剂通过液体冷冻剂刚开始被充注时，或者被加满时，有必要知道冷冻剂容器内存在的冷冻剂的水平高度。当充注或者加满时，随着冷冻剂容器及其内容物被冷却会由于沸腾而损失掉显著量的液体冷冻剂，因此，监测加入的液体冷冻剂的体积不非常简单。相同的传感器可以被使用以表明当冷冻剂容器被充注时冷冻剂容器中的液体冷冻剂的水平高度。该传感器被称作冷冻剂水平高度探针。冷冻剂水平高度探针22示意性地示出在图1中。冷冻剂水平高度探针的敏感长度定位为位于期望检测的冷冻剂水平高度的范围内。冷冻剂水平高度探针可以固定到机械支撑结构例如磁体10的线圈架(former)以将其保持就位。这通常在冷冻剂容器围绕磁体的组装过程中进行。

冷冻剂水平高度探针是电装置，在图2中示出传统的冷冻剂水平高度探针的示意电路图。一定长度的超导导线30被提供，其具有超过探针要求监视的深度范围一些的长度。超导导线可以是单根细丝，例如具有大约0.1毫米的厚度。超导导线并未设置有传导外鞘，以保证当失超(quench)时它具有相对高的电阻。一块电阻丝的形式的加热器32设置为与超导导线30的上端热相邻，并电连接到所述上端。载流引线34、36连接到串联的电阻丝式加热器32和超导导线30的各个末端。电压探测导线38、40连接到超导导线的各上端和下端。

在使用中，冷冻剂水平高度探针将位于冷冻剂容器中，超导导线30将被冷却到低于其转变温度，并且将是超导的。电流I利用电流引线34、36通过超导导线30。电流还将通过电阻丝式加热器32，该电阻丝式加热器32将被加热。该加热将在超导导线的相邻部分中导致失超。随着电流I流动通过超导导线的具有电阻的失超的部分，它将使得所述导线发热。失超将沿着超导导线传播直到它遇到液体冷冻剂的表面。浸在液体冷冻剂中的那部分超导导线将不会失超，因为通过液体冷冻剂的沸腾它将保持在低于转变温度的温度下。

电压探测导线38、40附着到超导导线30的各末端。一旦电流I被施加，就允许持续适当长度的时间以保证超导导线内的失超已经向下传播到液体冷冻剂表面。然后，在电压探测导线38、40之间出现的电压被测量。用于连接到电流引线34、36的电流源42和用于连接到电压探测导线38、40的电压探测器44示意性地示出在图2中，并且在实际配置中可以形成在冷冻剂容器外部的电控装置的一部分。

电压探测导线之间的电压代表超导导线的失超长度：也就是，液体冷冻剂的表面上的超导导线的部分，因为在液体冷冻剂表面以下的超导导线的那部分将保持超导。超导导线典型地具有每单位长度恒定的电阻，以使得测量的电压以及施加的电流I的大小可以容易地转换为冷冻剂容器内的连接器水平高度的指示。

传统的氦探针是由上述的导线制造而成，所述导线焊接在一起或者自由地保持在外部保护编织层中，例如聚酯编织层。探针可以罩在冷冻剂容器内的塑料或金属导管内。已经经历的问题在于实现可靠和一致的焊料接头，并且会发生机械损坏，特别是对超导导线，这是由于这样的探针的易碎的属性所致。如果焊料形成大的接头，那么焊料可以用作有效的散热器以使得超导导线30的失超不能传递通过。