郑珺,温鹏,胥译欢

西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川 成都,610031

1 引 言

随着社会的发展,在交通运输方面,能源成本与时间成本成为人们最为关注的问题,人们殷切期待着更加高速、绿色且经济的交通运输系统.相较于传统轮轨交通系统,磁悬浮技术突破了传统轮轨黏着、摩擦极限等因素的制约,具有低能耗、无磨损、污染小和安全可靠的优势,成为各国先进轨道交通发展的关键技术[1].其中,超导电动磁浮和超导钉扎磁浮技术分别采用不同形式的超导磁体作为车载悬浮单元,是超导磁浮交通的主要备选形式[2].

如图1(a)所示,超导电动悬浮(Electrodynamic Suspension,EDS)基于动生原理,利用车载超导线圈磁体与两侧直立式轨道8字型零磁通线圈之间的磁斥力克服重量实现稳定悬浮[3].日本低温超导电动磁浮的车载低温超导磁体,采用Nb Ti合金低温超导线材,需要使用4.2 K液氦(-269℃)浴冷以获得较好的超导性能.倘若低温容器内部液氦余量不足,导致超导磁体温度上升,进而造成超导磁体线圈恢复常导态,电阻升高,大载流的超导线圈会产生大量焦耳热导致线圈断裂而悬浮失效,发生危险事故[4].4.2 K液氦的深冷环境需求下,超导电动磁浮的车载NbTi磁体低温制冷系统组成复杂,如图1(b).

图1 EDS车结构示意图(a)与车载低温容器示意图(b)Fig.1 Schematic diagram of the EDS vehicleand its cryostat

超导钉扎磁浮(Superconducting flux-pinning magnetic levitation,SML)基于感生原理,利用车载高温超导块材的强磁通钉扎特性与地面永磁轨道外场间的电磁相互作用在宏观上产生悬浮力、导向力而实现列车的垂向悬浮、横向导向[5,6].如图2所示,高温超导钉扎磁浮车载磁体采用的是高温超导块材(通常为YBaCuO块材,临界温度92 K),仅需要利用制冷系统将超导块材冷却到临界温度92 K以下.按照是否包含制冷机、液氮和循环泵将制冷系统分为液氮浸泡式、传导冷却式、自然对流循环式和迫流循环式.由于92 K高于价廉的液氮(77 K)温度,目前各国的高温超导钉扎磁浮各式试验样车[2,5,6]的车载制冷系统均采取液氮浸泡的方式.使用77 K液氮(-196℃)浴冷时超导块材就可获得较好的超导悬浮性能,满足工程化应用要求.目前车载液氮杜瓦(图2(b))一次性灌满液氮后,静态情况下可连续使用长达26个小时.倘若低温容器内液氮余量不足,也必然导致YBaCu O块材温度上升超出临界温度92 K,车体悬浮失效,进而引发车体砸轨或脱轨等安全事故[7].同时,一些飞轮存储[8-10]、磁悬浮轴承[11]等系统中的超导体单元同样采用液氮浴冷的方式,其稳定的低温环境也是其安全运行的前提.

图2 SML车结构示意图与车载低温容器示意图Fig.2 Schematic diagram of the SML vehicle and its cryostat

可见,和其他超导技术应用[12-14]一致,可靠、稳定的低温环境也是液氮浴冷式超导钉扎磁浮应用实现稳定、安全悬浮导向运行的首要前提.由图2(b)所示,高温超导钉扎磁浮车载低温容器具有真空夹层,用于盛装液氮的低温容器内部尺寸十分有限,使得车载容器内部的液体液位检测变得更加困难,目前并未有过多的文献报道.

2021年1月13日,如图3所示,首个高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在西南交通大学正式启用,标志着我国高温超导钉扎悬浮工程化研究从无到有,具备了工程化试验线条件.随着高速运行试验需求的不断攀升,针对高温超导钉扎磁浮车载超导悬浮体的液氮液位检测方法探索和研发显得十分的迫切.2019年起,本课题组利用铂电阻(PT100)传感器研究了液氮在低温恒温器中的静态蒸发特性[15,16],如图4所示.然后,根据温度与液氮质量的关系,建立了系统状态方程和观测方程,并采用卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)算法对随机干扰下的测量数据进行处理[16],实现了了低温杜瓦内液氮液位的实时检测.此外,还设计了一种智能型液氮自动充装控制器,并在超导钉扎磁浮环形实验线[5,16]和工程化样车上实施测试.在这些研究的基础上,本文将从高温超导钉扎磁浮列车环境、车载低温容器结构特点出发,进一步对现有的低温液体液位检测方法进行分析,提出6种可行性较高的液位检测方法,并讨论各自检测方法适用性及特点.最后基于我国高温超导钉扎磁浮列车的研发需求,结合本课题组基于Kalman滤波算法的铂电阻传感器液氮液位计的研究工作[15,16],总结给出3种在高温超导钉扎磁浮领域内适应性较强、值得进一步发展的低温容器液氮液位检测技术.

图3 超导高速钉扎磁浮工程化样车及试验线Fig.3 Superconducting high-speed flux-pinning maglev engineering prototype vehicle and testing line

图4 液氮液位检测实验及原理图Fig.4 Liquid nitrogen level detection experiment scence and schematic diagram

2 液体液位检测方法

2.1 液体液位检测发展概况

在现代工业生产中,液位检测需求几乎遍及所有生产领域,例如航空航天、医疗、汽车、油站、超导设备等诸多领域.根据液位检测原理,可以将液位检测方法分为接触式液位计和非接触式液位计.接触式液位计主要是以机械、振动、电学、力(浮力、压力)等原理为基础,通过仪器感受原件与被测液体直接或间接接触的方式,获得液位参数信息,主要包括电容式液位计[17]、超导体液位计[18]、伺服型浮子液位计[19]、电阻式液位计[20]、二极管传感器液位计[21]、铂电阻传感器液位计[22]、磁致伸缩液位计[23]和压差式液位计[24]等.非接触式液位计主要是以超声波、电磁波、光法等原理为基础,主要包括超声波液位计[25]、电磁波液位计[26,27]和新型液体闪烁液位计[28,29].总体来说,针对存储于不同尺寸容器内部的常温液体,如水、汽油等,上述液位检测方法均可实现高精度的液位检测.

然而,对于低温领域使用广泛的低温液体,如液氦、液氧、液氮,常压下的沸点分别为4.2 K、90 K和77 K,则会带来设备冻结、气液界面不明显等状况,对常规的液位检测带来干扰和挑战.因此,目前常用于低温液体液位检测的方法主要有超导体液位计[18]、改良型电容式液位计[30]、光纤传感器液位计[31]、二极管传感器液位计[21]、铂电阻温度传感器液位计[22]、电阻式液位计[20]、压差式液位计[32]、超声波液位计[33]、电磁波液位计[27]和磁致伸缩液位计[34].

2.2 针对高温超导钉扎磁浮应用需求分析和初选

目前高温超导钉扎磁浮车面向高速方向发展,其动态运行过程将不可避免地出现动态加速、减速、振动及停车等复杂工况,其车载低温容器内液氮也会随之发生液面晃动、沸腾及飞溅现象,导致大多数液位检测方法直接受到影响,产生虚假液位[35].对于电阻式液位计、二极管传感器液位计、铂电阻温度传感器液位计而言,液面晃动和沸腾均容易产生一个较高的虚假液位,导致未浸入液体部分的传感器接触到晃动或飞溅的液氮,因此检测到的液位偏离真实值,动态工况下的液位检测精度不理想.对于二极管传感器液位计与铂电阻温度传感器液位计,传感器受到的液氮飞溅是随机发生的,通过合理的滤波优化可以消除这种影响[15,16].

如图2所示,高温超导钉扎磁悬浮列车的车载低温容器是处于磁轨的磁场环境中的,在高速运动状况下,磁轨不平顺及其他电磁干扰下导致低温容器周围的电磁环境变化加剧.因此,应用于这类中高频电磁环境下的液位检测设备必须具有抗电磁干扰的能力.改良型电容式液位计、超声波液位计、光纤传感器液位计、铂电阻传感器液位计和二极管传感器液位计都具有良好的抗电磁干扰能力.而超导体液位计、电磁波液位计受磁场的干扰较为明显.

低温容器按照其容积可分为小型(容积5～50 m3)、中型(容积50～100 m3)、大型(容积100～1000 m3)及大型储槽(1000～40000 m3),其容量越小,液位检测难度越高.如图2(b)所示,高温超导钉扎磁悬浮车载低温容器整体尺寸一般为450×200×150 mm3,内部容积约为2.5～5 L,液氮液位检测总高度约为60～100 mm,属于特殊的小型容器.传统的浮子式液位计尺寸通常较大,应用于这种特殊的小型容器时的难度会更大,例如,结合浮子式原理的光纤液位计、磁致伸缩液位计和传统压差式液位计等.

综上所述,针对高温超导磁浮的高速应用特征,基于现有的技术水平,电磁波液位计、电阻式液位计(铜导线液位计)、压差式液位计、磁致伸缩液位计的可行性较低,不太适合应用于高速动态液面、电磁干扰环境、尺寸极小的特殊工况.相比来说,超导体液位计、改良型电容式液位计、光纤液位计、二极管传感器液位计、铂电阻温度传感器液位计、超声波液位计的应用可行性较大.故,本文将重点讨论这6种低温液体液位计检测原理、特征及在超导磁浮应用中的适用性,以期为高温超导钉扎磁浮车载液氮容器悬浮体设备技术发展及高速安全运行提供一定的参考.

3 液氮液位检测方法

3.1 超导体液位计

超导体液位计利用超导材料(通常为超导带材、超导线材)在临界温度以下表现出的零电阻特性来测量低温液体的液位高度[18,36-41].如图5(a)所示,工作原理是:先选用临界温度略高于被测液体沸点的超导材料,将超导材料导线沿液面的垂向固定制成液位传感器.测量时,将定长的液位计垂直安装在低温容器中,浸入低温液体部分的超导体从正常态转变为超导态,电阻转变为零;未浸入液体部分的超导体则保持正常态,其电阻不为零.当液位升高或降低时,未浸入液体部分的超导体长度随之降低或升高,导致定长的超导体的总电阻发生变化.通过监测超导体两端的电压值即可得到超导体的电阻变化,便可通过公式(1)计算待测液体的液位高度[41].

式中:

H为被测液体的液位高度;

L为超导体的总长度;

R x为不同液面下超导体的电阻测量值;

R0为未插入液体时超导体的电阻测量值.

超导体液位计的应用优势包括:1、检测精度可达±1 mm[38],且检测参量只有一个,无测量干涉引起的精度低的问题.2、传感器结构简单,不易损坏.超导体液位计传感器实际是由一根超导材料导体组成,所以可靠性高、重量轻且易于定制.3、超导体液位计安装只需将液位传感器垂直固定在低温容器中,调试简易.

然而在具体应用中,超导材料自身价格昂贵,导致超导体液位计成本较高.并且针对不同温度的低温液体,需要寻找不同的超导体材料,否则无法保证较高的检测精度,即同一种超导体液位计只能用于检测特定温度的液体液面,从原理层面通用性发展受阻.如图5所示,为解决低温液体气液分界面温度变化不明显的问题,超导体液位计通常会在超导体上附加一定功率的发热阻丝,以提高测量精度.发热阻丝会带来额外的焦耳损耗,从而增加低为液体蒸发损耗.从目前发现的各类超导体迥异的电磁特性来看,超导体液位计传感器会受交变磁场影响.按照现有理论分析,倘若超导体位于变化磁场中时,超导体内易产生感应电流,与通入液位计的电流产生叠加效应,改变其电压值,对精度带来负面影响.不过,目前还未见到对其在动态磁场环境下检测精度变化的报道.

图5 超导体液位计原理示意图[40]Fig.5 Working principle of superconducting liquid level meters[40]

整体来看,超导体液位计通常应用于液氦、液氢、液氧、液氮的液位检测,主要采用的超导材料有Bi-2223带材(临界温度约110 K)、Nb Ti超导线(临界温度约9.5 K)、Nb3Ge超导线(临界温度约23.2 K)、MgB2超导线(临界温度约38 K)、YBaCuO超导带材及带材(临界温度约92 K).倘若未来实施于高温超导磁浮车载液氮容器液位检测中,结构简单、低焦耳损耗、高精度是其应用的最大优势,但未知的磁场干扰影响程度是个亟待研究的问题.具体分析来看,如图2所示,超导体液位计可安装在车载悬浮体YBaCu O的上方,YBaCu O块材对于轨道磁场具有一定的磁屏蔽,一定程度弱化了液位计工作区域附近的磁场干扰.倘若可以通过实验研究超导体液位计在无磁环境与微弱磁信号干扰下的液位检测效果,并对其液位计算公式进行理论修正,那么在高速超导磁浮应用中潜力将会更大.

3.2 改良型电容式液位计

传统电容式液位计利用被测液体液位的变化引起电容值对应改变的原理进行测量[17],如图6所示.传统电容式液位计的液位计算公式为:

式中:

H为被测液面高度;

L为液位传感器的总高度;

εair、εx为空气和待测低温液体的介电常数;

d、d1为将液位传感器等效为平板电容器后等效的平板间距和平板宽度;

C为计算的电容值.在传统电容式液位计中,电容值为定值.

虽然传统电容式液位计成本较低、通用性较好,但是信号处理单元预先写入的被测液体的介电常数为一个定值.实际盛装低温液体时,容器内部的液体与气体的实际介电常数会随温度、压力的变化而变化,因此传统电容式液位计在低温液体液位检测时无法保证检测精度.

为提高传统电容式液位计的应用灵活性,改良型电容式液位计应运而生.如图6(b)所示,改良型电容液位计在传统电容液位计的基础上增加了上下两块平板电容器,分别位于低温液位传感器的底部和顶部,用于实时检测低温液体和低温容器内气体的介电常数,从而消除由介电常数变化引起的测量误差[30,42-47].若假设底部和顶部电容器在真空中的电容值为C0,柱状电容器在真空中的电容值为C1.放入存有一定量低温液体的容器中后,底部电容器的电容值为C B,顶部电容器的电容值为C T,柱状电容器的电容值为C2,低温液体液位传感器总长度为L.因此,被测液体液位高度可由如下公式(4)[47]计算得出:

图6 超导体液位计原理示意图Fig.6 Working principle oftraditional and modified capacitive level meters

改良型电容式液位计的优点有:1、改良型电容式液位计很好地继承了传统电容式液位计结构简单,成本较低、通用性好的优点,同时又引入了可变介电常数检测的电容器,考虑了测量过程中低温容器气体的介电常数随温度、压力的变化而变化的因素,不仅拓展了电容式液位计的使用范围,也提高了检测精度,对于液氮等低温液体的检测绝对误差可控制在3 mm以内[47].2、电容式液位计具有较强的抗干扰性和可靠性,能有效解决温度、湿度、压力及物质导电等因素对测量过程的影响,可以适用于高温高压、强腐蚀、易结晶、防堵塞、防冷冻等复杂环境下的多种液体液位检测.

由于多个电容器及连接电路的引入,再加上液面处实际介电常数的变化,改良型电容式液位计的输出具有非线性,寄生电容和分布电容对灵敏性和测量精度的影响较大.

改良型电容式液位计在通常情况下用于检测大型容器内部液体(含低温液体)液位变化.倘若实施于超导磁浮车载低温容器液位检测,其抗干扰性和可靠性是其最大的优势,可有效地解决电磁干扰、设备冻结、高压等干扰.然而,由于存在柱状电容器和顶部、底部电容器,导致其结构尺寸较大,对于内部尺寸小、结构特殊的车载液氮容器的内部安装存在较大限制.因此,改良型电容式液位计结构尺寸问题是最大的应用瓶颈,有待进一步改进.

3.3 光纤传感器液位计

由于低温容器内部的低温环境,常见的浮子式光纤液位传感器的浮子元件被冻结而无法活动的问题,无法准确测量液位高度[48].综合选取后,本文将重点介绍常见的光纤布拉格光栅(FBG)传感器多点测量系统.光纤传感器的主要原理是利用外界参量(温度、应变)对光纤光栅内部的光信号产生影响,检测反射光波长的值即可得到对应位置处温度,从而得到液位信号[48-54].如图7(a)所示,当入射光进入光纤时,在每一个光栅处均会发生反射,不同位置光栅处反射光波长不同,则可以利用发射光波长计算获得每个位置处的温度.如图7(b)所示,第一个FBG的反射光波长为λ1,第二个FBG反射光波长为λ2.假设第二个FBG处温度发生变化,波长变为λ’2,λ2和λ’2之间的差值为△λ.因此,温度变化△T与△λ的关系可由公式(5)计算[49]:

图7 光纤传感器液位计原理图Fig.7 Working principle of optical-fiber level meter

式中:

△λ是该点处反射光波长变化值;

λ0是该点处反射光原始波长;

α是光纤热膨胀系数;

n0是折射率;

dn/d T是热光系数,即折射率随温度变化系数.

光纤传感器液位计的优点包括:1、光纤传感器液位计对温度敏感,其温度测量精度为±0.5 K,因此静态下液位检测精度可达到±1 mm[49].2、光纤传感器技术具有优良的安全性、抗电磁干扰和耐腐蚀性,尤其适合于强电磁干扰、易燃、易爆等恶劣环境.3、基于光学原理的光纤传感器液位计,传感器自身没有热损产生,且光纤的封装材料为石英玻璃,其热导率很低,有利于在低温容器内部的绝热.

然而在光纤检测过程中,温度、应变导致的交叉敏感特性是其不可回避的问题.另外需要注意的是,光纤传感器的硬件结构复杂,增加了安装和维修成本.

目前,光纤传感器液位传感器常用于石油等危险化学液体的液位检测.倘若实施于超导磁浮车载低温容器液位检测,抗电磁干扰和低热损是其最大的优势,能够适应磁浮车的电磁环境,并保证低温容器的保温隔热性.然而,光纤传感器在安装过程中的应力-温度交叉敏感性问题同样需要在超导磁浮应用中注意.

3.4 超声波液位计

超声波液位计是非接触测量中发展最快的一种方法,基于超声波遇到被测物体表面时发生反射的原理,以及所测距离与时间成函数关系的原理而工作[20,55-59].如图8所示,超声波换能器向液面发射超声波,为入射波,入射波在液面与气体的分界面发生反射,为反射波,并回传至超声波换能器,记录发射声波信号到接受反射声波信号所经历的时间t,则由公式6可计算出液位[25]:

图8 超声波液位计原理示意图Fig.8 Working principle of ultrasonic level meter

式中:

v为超声波在空气中的传播速度;

H为总液位高度;

S为液位高度;

L为液位上方空气高度;

t为入射波与反射波的时间差.

相比其他液面计方式,超声波液位计属于非接触式液位计,不接触液面,无可动部件,避免了液体污染与腐蚀对测量设备的影响.超声波传播速度比较稳定,光纤、烟雾、介质粘度、湿度、电导率、介电常数、热导率、电磁干扰等对检测几乎无影响,检测精度在0.4%以内[58].因此适合于有毒、有腐蚀性和高粘度等复杂场合的液位检测.此外,超声波液位计可以实现对高速运动或具有倾斜晃动的液体液位检测,并且可以实现液位连续检测和定点检测,适合汽车、飞机、轮船设备的液位检测.

超声波液位计应用的受限处包括:1、当超声波传播介质温度或密度发生变化时,其声波传播速度也随之改变,若没有声速的补偿措施,将会严重影响检测精度.2、超声波容易被有些物质吸收,其应用范围受到限制.3、对于声波收发一体的超声波液位计,存在一段液位检测盲区,对安装和检查空间要求较高.尽管价格昂贵,超声波液位计还是广泛地应用在水渠、油罐、气罐、液氮等不同场合.如果运用到高温超导磁浮车载低温容器液位检测中,无接触、无热损、抗电磁干扰是其优势,还可以避免设备被冻结、不会为低温系统带来额外热负荷等.

另一方面,由于低温容器内部的温度远低于室温,而且随低温液体液位的变化,温度表现出强非线性的特点,超声波液位计的测量精度会因为声速变化而产生较大的偏差.针对低温下的声速变化问题,大多数文献[59]采用温度校正的方法对声速进行补偿,公式(7)为常见的温度校正公式,公式(8)为考虑温度、湿度双补偿的声速传播公式:

式中:

T为温度;

P w为水蒸气的分压强;

P为大气压强;

T0为绝对温度;

t为测量的空气温度;

v为经过补偿后的超声波声速.

在实际条件下,超声波传播速度受到温度、湿度影响,还与传播介质、风速、压强等因素均有关系.针对超导磁浮低温容器内部温度分布非线性较强、压力变化剧烈的特殊工况,这种超声波声速补偿方法是值得探索的一种技术路线.

3.5 二极管/铂电阻传感器液位计

由于价格的优势,阵列式铂电阻传感器液位计与阵列式二极管传感器液位计更为常用.它们均采用温度传感器阵列对容器内部温度分布进行检测,通过对比温度分布间接达到液位检测的目的[21,22,60-63].如图9所示,二极管传感器液位计通常需要在容器内安装2组传感器阵列,第一组用于检测容器内部各个传感器的温度,通过对比液体温度判断液体液位,第二组用于检验第一组传感器温度与液体温度相同的传感器是否被液体淹没[21].这种方式的液位计结构尺寸大、会带来额外热损耗[63].针对这一问题,本课题组[34,35]前后提出了基于粒子滤波算法、Kalman滤波算法的铂电阻液位计,如图10所示.主要原理是通过铂电阻温度传感器研究不同液位时容器内部的温度分布特征,同时建立时间-液位的经验方程和温度-时间经验方程,利用粒子滤波算法、Kalman滤波算法的状态估计理论预测和估计当前状态的液位高度.目前,基于Kalman滤波算法的液位检测方法已成功应用于高温超导钉扎磁浮车试验车系统[16],得到了满意的检测精度.

图9 二极管传感器液位计结构和电路示意图[62,63]Fig.9 Structure and circuit diagram of level meter using diode[62,63]

图10 铂电阻传感器结构和电路示意图[20]Fig.10 Structure and circuit diagram of level meter using platinum resistors[22]

阵列式铂电阻传感器液位计与阵列式二极管传感器液位计均具有普遍性高、精度及灵敏度稳定和耐高压的优点,制作而成的液位计测温性能优良,响应迅速,多用于水、乙醇、丙酮、液氮液体的液位检测.不足之处在于:阵列式传感器液位计的检测精度由传感器数量决定,较高的液位分辨率需要较多的传感器,使得液位计尺寸较大、热损耗过大,不利于动态运行下超导磁浮低温容器液氮液位检测.

结合超导磁浮车载低温容器液位检测需求及本课题组的研究[15,16]来看,基于粒子滤波状态估计算法和Kalman滤波算法的铂电阻传感器液位计,可以消除动态液氮喷溅引起的检测误差,减少了传感器数量,并且可应用于动态下液氮液位检测,精度可达±1 mm[15,16].

4 结 论

综上所述,针对我国高速高温超导磁浮的发展需求,本文主要对车载低温容器进行了结构特征与需求环境分析,分析了现有液位检测技术的可行性,归纳出6种可适用于液氮液位检测的液位计方法.其中超声波液位计为非接触式液位计,其余为接触式液位计.超导体液位计、改良型电容式液位计、超声波液位计和基于滤波算法的铂电阻传感器液位计可以直接计算得到液位高度.光纤传感器液位计、阵列式二极管传感器液位计和阵列式铂电阻传感器液位计则是通过容器内部温度分布间接推算液位高度.这6种方法的具体分析比较如表1所示.

从表1中可以看出,6种液位计精度都相对较高,可以满足超导磁浮低温容器中液氮液位检测需求.超导体液位计设备简单、易于测量,且属于轻量化设备.但是,超导体液位计易受外磁场干扰而改变内部电流状态,如何消除外磁场影响是其应用于高温超导磁浮系统的关键因素之一.改良型电容式液位计结构简单易于安装,测量过程中需要测量3个参数,增加了系统的测量误差.光纤传感器液位计安装难度和成本相对较高,按照本课题组以往实验表明,光纤光栅传感器封装外壳传热较快,未浸入液氮部分的光栅传感器会在极短时间内检测到液氮温度或接近液氮的温度,因此准确分辨出液位值具有较大难度.超声波液位计属于非接触液位计,但是超声波声速会受到温度影响,且存在测试盲区.二极管和铂电阻传感器阵列液位计方法中,传感器数量较多,整体尺寸和功耗较大.但是,基于粒子滤波状态估计算法和Kalman滤波算法的铂电阻温度传感器液位计可以优化传感器数量过多引起的热损耗过大的问题,具有一定的应用潜力.

表1 不同低温液体液位检测方法特征总结表Tab.1 Characteristics of 7 cryogenic liquid level detection methods

因此,针对超导磁浮应用环境的复杂性,即电磁环境、动态运行环境、液氮气液分界面不明显、温度分布非线性、液体液位晃动及液体飞溅等现象,哪一种检测方式能够适应呢?倘若从检测精度、结构尺寸、抗电磁干扰能力考虑,超声波液位计、改良型电容式液位计具有更大的潜力应用于超导磁浮车载液氮容器内部的液位检测.超声波液位计的应用关键在于如何提出合适的超声波声速修正公式.电容式液位计的应用关键在于如何进一步减小其结构尺寸.从目前应用情况来看,基于粒子滤波状态估计算法和Kalman滤波算法的铂电阻传感器液位计取得了较好的检测效果[15,16].

总而言之,对于面向高速、超高速发展的超导磁浮交通,智能、高效、安全是基本目标.因此,微型化、高精度、低功耗和智能化的液位计是未来车载低温液体液位计发展的主要趋势.