用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统。所述系统包括：杜瓦、安装于杜瓦上的液位监测模块、与液位监测模块电性连接的控制模块、与控制模块电性连接的报警模块以及与控制模块电性连接且与杜瓦连通的自动灌液模块；液位监测模块用于采集杜瓦内的液氮的液位判断数据，并传输至控制模块；控制模块用于根据液位判断数据判断杜瓦内的液氮是否高于预设的工作液位，若低于则控制自动灌液模块工作，否则控制自动灌液模块维持关闭状态；自动灌液模块用于在控制模块的控制下，向杜瓦内灌装液氮，能够准确监测杜瓦中的液氮的液位，并在杜瓦中液氮的液位过低时自动完成液氮的补充，保持杜瓦的液氮始终保持充足状态。状态。状态。

【技术实现步骤摘要】
用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统


[0001]本专利技术涉及磁浮列车
，尤其涉及一种用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统。

技术介绍

[0002]高温超导钉扎磁浮列车是由车载高温超导块材及其液氮杜瓦系统、地面永磁轨道系统和直线电机系统三大关键部分组成。高温超导磁悬浮车能否稳定运行与其他超导装置相同，取决于超导体的三个临界参数：临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流Ic，当其中任意一个参数超过临界参数值时，超导体由超导态转变为正常态，即所谓失超，悬浮系统失效。针对于高温超导磁悬浮车的应用场景：低磁场（工作高度10 mm ：0.3~0.8 T）、无传输电流输入、液氮温区（77 K），磁场和电流均不会高于临界值。因此，温度是高温超导磁悬浮车载超导块材能否安全工作的最为重要的指标，即车载液氮杜瓦是否能够提供可靠、稳定的液氮低温环境直接关系到高温超导磁浮列车运行的安全性问题。
[0003]杜瓦内部液氮余量是否充足直接关系到高温超导块材的制冷环境是否可靠，因此通常列车在运行之前必须保证杜瓦内部充满液氮。同时，液氮自动灌装模块也需要杜瓦内部液氮余量的实时反馈，因此有必要开发一套杜瓦液氮余量检测模块也即液位监测模块。然而，针对于常用的高温超导钉扎磁浮列车车载低温杜瓦内部液氮液位的检测方法，由于杜瓦结构特殊（真空夹层、出气口直径5 mm、液氮室深度60 mm）、处于复杂环境（强电磁辐射、复杂运行环境、极低温液体）、杜瓦内部温度非线性变化等限制条件，使得杜瓦液氮液位检测变得极为困难，目前仍是一个关键的技术难题。在国内，西南交通大学设计了基于Kalman滤波算法的铂电阻液位计的方法，静态液位检测时效果较好，但是对于动态环境（液氮自动灌装动态过程、列车运行动态过程）下的液氮液位检测效果较差，均通过在杜瓦出气口安装温度传感器判断杜瓦是否灌满液氮。在国外，巴西理工大学、土耳其巴伯特大学以及德国ATZ小组等致力于研究高温超导钉扎磁浮列车的小组均没有较好的技术方案，均通过在出气口安装单个温度传感器，仅用于检测是否有液氮溢出来判断杜瓦内部是否充满液氮。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统，能够准确监测杜瓦中的液氮的液位，并在杜瓦中液氮的液位过低时自动完成液氮的补充，保持杜瓦的液氮始终保持充足状态。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统，包括：杜瓦、安装于所述杜瓦上的液位监测模块、与液位监测模块电性连接的控制模块、与所述控制模块电性连接且与所述杜瓦连通的自动灌液模块以及设于所述自动灌液模块与所述杜瓦连通的管路内且与所述控制模块电性连接的管路冷却模块；所述液位监测模块包括：伸入所述杜瓦内的PCB电路条及沿所述PCB电路条的延伸
方向依次间隔排列的多个低温传感器，用于通过所述多个低温传感器采集温度数据并将所述温度数据作为杜瓦内的液氮的液位判断数据传输至所述控制模块；所述管路冷却模块，用于侦测所述自动灌液模块与所述杜瓦连通的管路的温度，并传输至控制模块；所述控制模块，用于根据所述杜瓦内的液氮的液位判断数据判断所述杜瓦内的液氮是否高于预设的工作液位，若高于则控制所述自动灌液模块维持关闭状态，否则比较所述自动灌液模块与所述杜瓦连通的管路的温度与预设的灌液温度，若高于，则向所述自动灌液模块发出管路冷却命令，若低于则向所述自动灌液模块发出灌液命令；所述自动灌液模块，用于根据所述管路冷却命令或灌液命令，相应执行管路冷却动作或向所述杜瓦内灌装液氮的动作。
[0006]所述控制模块根据所述杜瓦内的液氮的液位判断数据判断所述杜瓦内的液氮是否高于预设的工作液位具体包括：所述控制模块根据所述液位判断数据判断所述杜瓦内的液氮的液位区间；当所述液氮液位区间高于预设的第一液位时，所述控制模块判定所述杜瓦内的液氮高于预设的工作液位且所述杜瓦的液氮处于充满状态；当所述液氮液位区间低于预设的第二液位时，所述控制模块判定所述杜瓦内的液氮低于预设的工作液位且所述杜瓦的液氮低于报警液位；当所述液氮液位区间位于预设的第一液位及第二液位之间时，所述控制模块根据预设的液位确定算法得到所述杜瓦内的液氮的精确液位值，并将所述精确液位值与预设的工作液位进行比较确定所述杜瓦内的液氮是否高于预设的工作液位。
[0007]所述多个低温传感器包括：自所述杜瓦的顶部往所述杜瓦的底部依次排列的第一至第n低温传感器；所述预设的第一液位为与所述第一低温传感器平齐的液位；所述预设的第二液位为与所述第n低温传感器平齐的液位。
[0008]所述预设的液位计算算法为：T
k
=T
LN
+a
‑
h
k
’
+V
k
‑1其中，h
k
’
为k时刻杜瓦内的液氮的精确液位值，T
k
为k时刻的中部低温传感器中R2~ R5中的一个温度数据，T
LN
为杜瓦中的液氮的温度，a为温度分布系数，V
k
‑1为K
‑
1时刻的观测噪声。
[0009]所述自动灌液模块包括自增压液氮罐、总电磁阀、进液电磁阀及管路温度传感器；所述总电磁阀包括第一进口及第一出口，所述进液电磁阀包括：第二进口、第二出口及排气口；所述第一进口与自增压液氮罐连通，第一出口与第二进口连接，第二出口与杜瓦连通，所述排气口与预设的排气管路连通，所述管路温度传感器设于所述第一出口与第二进口之间的管路上。
[0010]所述自动灌液模块根据所述管路冷却命令或灌液命令，相应执行管路冷却动作或向所述杜瓦内灌装液氮的动作具体包括：所述自动灌液模块接收到管路冷却命令执行管路冷却动作时，总电磁阀打开，第二进口与排气口之间的通道开启，第二进口与第二出口之间的通道关闭，管路温度传感器
持续监测管路内的温度并传输至控制模块，当管路内的温度达到预设的灌液条件时，控制模块发出灌液命令；所述自动灌液模块接收到灌液命令向所述杜瓦内灌装液氮的动作时，总电磁阀打开，第二进口与排气口之间的通道关闭，第二进口与第二出口之间的通道开启，自增压液氮罐向车载杜瓦内灌液。
[0011]所述杜瓦包括：外框底板、设于所述外框底板上的液氮室、设于所述液氮室与所述外框底板之间的超导块材、与所述外框底板垂直连接且包围所述液氮室的外框侧壁、与所述外框底板相对设置并盖设于所述外框侧壁的顶部的安装板、设于所述液氮室与所述外框侧壁之间的真空层、与所述真空层连通的真空口、与所述液氮室连通的进液口以及与所述液氮室连通的出气口。
[0012]所述用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统还包括与所述控制模块电性连接的报警模块；所述报警模块用于在所述控制模块判定所述液氮室的液氮低于报警液位时，发出报警信号。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统，包括：杜瓦、安装于所述杜瓦上的液位监测模块、与液位监测模块电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的液氮状态维持系统，其特征在于，包括：杜瓦（10）、安装于所述杜瓦（10）上的液位监测模块（20）、与液位监测模块（20）电性连接的控制模块（30）、与所述控制模块（30）电性连接且与所述杜瓦（10）连通的自动灌液模块（40）以及设于所述自动灌液模块（40）与所述杜瓦（10）连通的管路内且与所述控制模块电性连接的管路冷却模块（50）；所述液位监测模块（20）包括：伸入所述杜瓦（10）内的PCB电路条（211）及沿所述PCB电路条（211）的延伸方向依次间隔排列的多个低温传感器（212），用于通过所述多个低温传感器（212）采集温度数据并将所述温度数据作为杜瓦（10）内的液氮的液位判断数据传输至所述控制模块（30）；所述管路冷却模块（50），用于侦测所述自动灌液模块（40）与所述杜瓦（10）连通的管路的温度，并传输至控制模块（30）；所述控制模块（30），用于根据所述杜瓦（10）内的液氮的液位判断数据判断所述杜瓦（10）内的液氮是否高于预设的工作液位，若高于则控制所述自动灌液模块（40）维持关闭状态，否则比较所述自动灌液模块（40）与所述杜瓦（10）连通的管路的温度与预设的灌液温度，若高于，则向所述自动灌液模块（40）发出管路冷却命令，若低于则向所述自动灌液模块（40）发出灌液命令；所述自动灌液模块（40），用于根据所述管路冷却命令或灌液命令，相应执行管路冷却动作或向所述杜瓦（10）内灌装液氮的动作。2.如权利要求1所述的用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的状态监测维持系统，其特征在于，所述控制模块（30）根据所述杜瓦（10）内的液氮的液位判断数据判断所述杜瓦（10）内的液氮是否高于预设的工作液位具体包括：所述控制模块（30）根据所述液位判断数据判断所述杜瓦（10）内的液氮的液位区间；当所述液氮液位区间高于预设的第一液位时，所述控制模块（30）判定所述杜瓦（10）内的液氮高于预设的工作液位且所述杜瓦（10）的液氮处于充满状态；当所述液氮液位区间低于预设的第二液位时，所述控制模块（30）判定所述杜瓦（10）内的液氮低于预设的工作液位且所述杜瓦（10）的液氮低于报警液位；当所述液氮液位区间位于预设的第一液位及第二液位之间时，所述控制模块（30）根据预设的液位确定算法得到所述杜瓦（10）内的液氮的精确液位值，并将所述精确液位值与预设的工作液位进行比较确定所述杜瓦（10）内的液氮是否高于预设的工作液位。3.如权利要求2所述的用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的状态监测维持系统，其特征在于，所述多个低温传感器（212）包括：自所述杜瓦（10）的顶部往所述杜瓦（10）的底部依次排列的第一至第n低温传感器（R1~R
n
）；所述预设的第一液位为与所述第一低温传感器（R1）平齐的液位；所述预设的第二液位为与所述第n低温传感器（R
n
）平齐的液位。4.如权利要求3所述的用于高温超导钉扎磁浮车载杜瓦的状态监测维持系统，其特征在于，所述预设的液位计算算法为：T
k
=T
LN
+a
‑
h
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文武，温鹏，侯世昊，苏款，许新祥，
申请(专利权)人：湖南凌翔磁浮科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：