CN101251558A - 一种测量超导线接头电阻的专用装置 - Google Patents
一种测量超导线接头电阻的专用装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种测量超导线接头电阻的专用装置,包括低温杜瓦单元、室温管单元、背景磁体单元、励磁磁体单元、联接架单元、衰减磁场测量单元等主要部件。此专用装置的优点在于更换被测超导线接头样品环时仅需将室温管通过导轨移出低温杜瓦,减少了实验过程中液氦的挥发量;背景磁体位于测量超导线接头样品环衰减磁场的霍尔元件侧面,与放在其下方相比,降低了背景磁场对霍尔元件测量超导线接头样品环产生的衰减磁场的影响;采用室温管技术,把霍尔元件置于室温管内,即用常温霍尔传感器测量超导线接头样品环的衰减磁场,降低装置成本,并提高了测量可靠性。
Description
技术领域
本发明属于超导技术领域,一种测量超导线接头电阻的专用装置。
背景技术
处于超导状态的超导线的电阻接近于零,较常温导体能流过更大的电流,其应用日益广泛。但大中型超导线圈的制造过程中,超导线用量很多,受生产商供应的超导线长度或者超导线圈绕制工艺的要求和限制,很难用一根完整的超导线完成线圈的绕制。因此,大中型超导线圈在其结构中都存在某种形式的超导接头,这时,超导线圈中的超导线的载流能力很大程度上取决于超导接头处的电阻值大小。由于超导接头电阻所要求达到的数量级非常小,因此其准确测量也非常困难。通过超导线接头电阻的准确测量,可以鉴别接头工艺的优劣,为提高超导线性能提供保证。
另一方面,由于超导接头电阻测量是在低温下进行的,而且测量时间很长,期间消耗的冷却剂液氦、液氮很多,为了充分利用冷却剂,往往是连续测量几个超导接头的电阻,以节省冷却剂用量,这要求在超导接头样品更换过程中尽量方便容易。此外,超导接头电阻测量过程中需要一定强度的背景磁场,如果背景磁体安放位置不合适或屏蔽效果不好,将会影响超导接头样品所产生的衰减磁场,从而影响测量精度。
发明内容
本发明的目的是针对超导接头线电阻测量过程中的要求,实现更换样品容易,节省冷却剂用量以及减少背景磁场的影响,提供一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,测量超导线接头电阻的专用装置主要由低温杜瓦单元、室温管单元、背景磁体单元、励磁磁体单元、联接架单元、衰减磁场测量单元组成;联接架单元通过其三根连接杆28与低温杜瓦单元的低温杜瓦法兰2固接,安装在不锈钢低温杜瓦1内;励磁磁体单元和背景磁体单元分别安装在联接架单元的底板27上左右两边;室温管单元的室温管法兰8装在低温杜瓦单元的低温杜瓦法兰2上,其室温内管6和室温管外管7在不锈钢低温杜瓦1内;衰减磁场测量单元安装在室温管单元的室温内管6内。
所述低温杜瓦单元中,低温杜瓦法兰2由螺栓固定在不锈钢低温杜瓦1上口,不锈钢低温杜瓦1内装有冷却剂液氦,低温杜瓦法兰2的上面安装有液面计座3、输液管底座4、背景磁体和励磁线圈电流引线底座5,它们与低温杜瓦法兰2之间用低温胶粘接。
室温管单元由室温管内管6、室温管外管7、室温管法兰8、样品环架9、测试支架10、吊杆11及软铁屏蔽盒盖12组成;室温管内管6和室温管外管7同轴焊接在室温管法兰8的底面,中间夹层中室温管内管6的外壁包有镀铝薄膜13;室温内管6穿过室温管法兰8,其上端部与霍尔测试管座40焊接,室温管法兰8的上面焊接安装有加热丝引线底座14、抽真空管15以及吊装用的两个吊耳16,抽真空管15与室温管内管6和室温管外管7之间的夹层接通;吊杆11的上端固接在室温管法兰8的底面,吊杆11下部和背景磁体的软铁屏蔽盒盖12的中心垂直固接,软铁屏蔽盒盖12的中心附近有一小孔,供超导线接头样品23伸到背景磁体中;测试支架10两端分别固接在室温管外管7的管壁和吊杆11下部;测试支架10中部的导向槽和联接架单元的导轨29滑动连接;样品环架9固定在室温管外管7的下部,超导线接头样品环17绕放在样品环架9上并在测试支架10上固定;样品的加热丝绕在超导线接头样品环17上,加热丝引线18顺着吊杆11放置连接到加热丝引线底座14;吊杆11和室温管法兰8的固接,吊杆11和软铁屏蔽盒盖12的固接,测试支架10两端分别和室温管外管7的管壁及吊杆11固接,样品环架9和室温管外管7固定都采用低温胶粘合固接。室温管内管6、室温管外管7和室温管法兰8的材料为不锈钢。
背景磁体单元由背景磁体线圈19、背景磁体线圈骨架20和软铁屏蔽盒21组成;背景磁体线圈19绕制在背景磁体线圈骨架20上构成背景磁体,提供超导线接头样品23测试所需的背景磁场强度,为了使其不影响测量超导线接头样品环17产生磁场的精度,背景磁体安装在软铁屏蔽盒21内,软铁屏蔽盒盖12盖在软铁屏蔽盒21上,背景磁体线圈引线22顺着连接杆28接至背景磁体和励磁线圈电流引线底座5;超导线接头样品23经过测试支架10和吊杆11从软铁屏蔽盒盖12上的小孔置于背景磁体线圈19的中心位置。
励磁磁体单元由励磁线圈24和励磁线圈骨架25组成,励磁线圈24绕制在励磁线圈骨架25上,励磁线圈引线26接至背景磁体和励磁线圈电流引线底座5,输入脉冲电流用来为被测超导线接头样品环17提供磁场激励。
联接架单元由底板27、导轨29、三根连接杆28及三块防辐射板30组成,底板27是环氧树脂圆形板,励磁磁体单元和背景磁体单元用环氧螺丝固定在底板27上;导轨29用低温胶上端和低温杜瓦法兰2固接,下端和底板27固接;三根连接杆28采用螺纹加低温胶粘合固定,下端和底板27连接,上端和低温杜瓦法兰2连接;导轨29是环氧树脂凸形轨道,更换超导线接头样品环17时,室温管单元沿导轨29滑动,保证超导线接头样品23准确置于背景磁体线圈19的中心位置;三片防辐射板30是由紫铜板制成,等间距用低温胶固定在联接架的连接杆28的上部,防辐射板30上面有室温管单元的进出孔和励磁线圈引线26、背景磁体线圈引线22和加热丝引线18的穿线孔。
衰减磁场测量单元由常温霍尔传感器31、测温电阻32及其外围电路构成;外围电路包括第一稳压电源34、滤波电路35、第二稳压电源36、1mA电流源37、放大滤波电路38;第一稳压源34将外部供给的8V直流电压转换成5V直流电压,给常温霍尔传感器31供电,霍尔传感器31产生的信号经滤波电路35处理后输出磁场测量信号;外围电路中另一部分是,第二稳压源36将外部供给的8V直流电压转换成5V直流电压,给1mA电流源37和放大滤波电路38供电,1mA电流源37的输出电流在测温电阻32上的压降经放大滤波电路38放大滤波后输出温度测量信号;磁场测量信号和温度测量信号经输出信号线39从霍尔测试管座40输出;常温霍尔传感器31、测温电阻32及其外围电路都安装在测量电路板33上,测量电路板33置于室温管内管6的底部,其中常温霍尔传感器31和超导线接头样品环17置于同一个水平面内;8V电源在本装置外部,经霍尔测试管座40给外围电路供电。
所述低温杜瓦法兰(2)、测试支架(10)、底板(27)和导轨(29)的材料为环氧树脂板,吊杆11和连接杆28的材料为环氧树脂棒,背景磁体线圈骨架20和励磁线圈骨架25的材料为环氧树脂。所述的低温胶为环氧树脂胶。
本发明的有益效果:只需将室温管单元通过导轨移出低温杜瓦单元,超导线接头样品环能够方便地更换,减少了测试过程中液氦的挥发量;背景磁体位于常温霍尔传感器的侧面,与放在其下方相比,降低了背景磁场对霍尔元件测量超导线接头样品环磁场的影响;采用室温管技术,把霍尔元件置于室温管内,用常温霍尔传感器测量超导线接头样品环的衰减磁场,降低装置成本,并提高了测量可靠性。
附图说明
图1A是实施例的总体结构正视剖面示意图;
图1B是实施例的俯视图
图2是实施例中超导线接头样品环衰减磁场测量电路方框图
具体实施方式
下面结合附图来说明一下本发明的原理和具体的实施方式。图1A为一种测量超导线接头电阻的专用装置实施例的总体结构正视剖面示意图,如图所示,装置主要由低温杜瓦单元、室温管单元、背景磁体单元、励磁磁体单元、联接架单元以及衰减磁场测量单元构成。
装置各单元按如下步骤进行装配:
(1)将背景磁体单元和励磁磁体单元用环氧螺丝分别固定在联接架单元的底板27上;
(2)将整个联接架单元与低温杜瓦法兰2相连接,之后整体放入不锈钢低温杜瓦1,用螺栓将低温杜瓦法兰2和不锈钢低温杜瓦1上口固定;
(3)将衰减磁场测量单元的测量电路板33放入室温管单元的室温管内管6底部,常温霍尔传感器31置于样品环架9的中心位置;
(4)将超导线接头样品环17套在样品环架9上,并在测试支架10上固定,超导线接头样品23经过测试支架10和吊杆11的下端通过软铁屏蔽盒盖12上小孔伸出软铁屏蔽盒盖12,保持将其放置在背景磁体线圈19的中心位置的超导线长度;
(5)将室温管单元顺着联接架单元的轨道29滑入不锈钢低温杜瓦1内,并与低温杜瓦法兰2固定。
图1B是实施例的俯视图。图中示出本装置工作时与外围设备的各个连接头。从液面计座3插入测量液氦液面高度的液面计,从输液管底座4插入液氦输液管给不锈钢低温杜瓦1输送液氦,背景磁体电源和励磁磁体电源从背景磁体和励磁线圈电流引线底座5给背景磁体线圈19与励磁线圈24供电,加热丝引线底座14接至加热丝电源,抽真空管15接到真空泵给室温管的夹层抽真空,从霍尔测试管座40输出超导线接头样品环17的衰减磁场测量信号和温度测量信号到外围测量电路以及从外围的8V电源给测量电路板33供电。
本装置中,室温管单元与低温杜瓦单元的低温杜瓦法兰2是分离的,超导线接头测试样品每次取出或放入低温杜瓦时,只需将室温管单元及固定在其上的样品环架9取出,不必打开低温杜瓦法兰2。室温管单元及样品环架9取出来更换超导线接头样品环17后再放入不锈钢低温杜瓦1内测量超导线接头样品23的电阻时,是沿着低温杜瓦单元中的导轨29移动的,保证了位置的准确度。背景磁体单元放在超导线接头样品环17的侧面,而不是下方,减少了背景磁体的磁场对超导线接头样品环17的衰减磁场测量的影响。用于测量超导线接头样品环17产生的衰减磁场的测量电路板33是由常温霍尔元件31、测温电阻32及其外围电路构成,从测量电路板33输出的磁场测量信号和温度测量信号传输到外围测量电路获得测量数据。
Claims (22)
1.一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,专用装置主要由低温杜瓦单元、室温管单元、背景磁体单元、励磁磁体单元、联接架单元、衰减磁场测量单元组成;联接架单元通过三根连接杆(28)与低温杜瓦单元的低温杜瓦法兰(2)固接,安装在不锈钢低温杜瓦(1)内;励磁磁体单元和背景磁体单元分别安装在联接架单元的底板(27)上左右两边;室温管单元的室温管法兰(8)装在低温杜瓦单元的低温杜瓦法兰(2)上,其室温内管(6)和室温管外管(7)在不锈钢低温杜瓦(1)内;衰减磁场测量单元安装在室温管单元的室温内管(6)内。
2.根据权利要求1所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述低温杜瓦单元中,低温杜瓦法兰(2)由螺栓固定在不锈钢低温杜瓦(1)上口,低温杜瓦法兰(2)的上面固接液面计座(3)、输液管底座(4)、背景磁体和励磁线圈电流引线底座(5);
液面计座(3)、输液管底座(4)、背景磁体和励磁线圈电流引线底座(5)与低温杜瓦法兰(2)之间用低温胶粘接。
3.根据权利要求1所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述室温管单元由室温管内管(6)、室温管外管(7)、室温管法兰(8)、样品环架(9)、测试支架(10)、吊杆(11)和软铁屏蔽盒盖(12)组成;室温管内管(6)和室温管外管(7)同轴焊接在室温管法兰(8)的底面,中间夹层中室温管内管(6)的外壁包有镀铝薄膜(13);室温内管(6)穿过室温管法兰(8),其上端部与霍尔测试管座(40)焊接,室温管法兰(8)的上面焊接安装有加热丝引线底座(14)、抽真空管(15)以及两个吊耳(16),抽真空管(15)与室温管内管(6)和室温管外管(7)之间的夹层接通;吊杆(11)的上端固接在室温管法兰(8)的底面,吊杆(11)下部和背景磁体的软铁屏蔽盒盖(12)的中心垂直固接,软铁屏蔽盒盖(12)的中心附近有一小孔;测试支架(10)两端分别固接在室温管外管(7)的管壁和吊杆(11)下部,测试支架(10)中部的导向槽和联接架单元的导轨(29)滑动连接;样品环架(9)固定在室温管外管(7)的下部,超导线接头样品环(17)绕放在样品环架(9)上并在测试支架(10)上固定;样品的加热丝绕在超导线接头样品环(17)上,加热丝引线(18)顺着吊杆(11)放置,连接到加热丝引线底座(14);
吊杆(11)和室温管法兰(8)的固接,吊杆(11)和软铁屏蔽盒盖(12)的固接,测试支架(10)两端分别和室温管外管(7)的管壁及吊杆(11)的固接,样品环架(9)和室温管外管(7)固定都采用低温胶粘接。
4.根据权利要求1所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述背景磁体单元由背景磁体线圈(19)、背景磁体线圈骨架(20)和软铁屏蔽盒(21)组成;背景磁体线圈(19)绕制在背景磁体线圈骨架(20)上构成背景磁体,背景磁体安装在软铁屏蔽盒(21)内,软铁屏蔽盒盖(12)盖在软铁屏蔽盒(21)上;背景磁体线圈引线(22)顺着连接杆(28)接至背景磁体和励磁线圈电流引线底座(5);超导线接头样品(23)经过测试支架(10)和吊杆(11)从软铁屏蔽盒盖(12)上的小孔置于背景磁体线圈(19)的中心位置。
5.根据权利要求1所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述励磁磁体单元由励磁线圈(24)和励磁线圈骨架(25)组成,励磁线圈(24)绕制在励磁线圈骨架(25)上,励磁线圈引线(26)接至背景磁体和励磁线圈电流引线底座(5)。
6.根据权利要求1所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述联接架单元由底板(27)、导轨(29)、三根连接杆(28)及三块防辐射板(30)组成;励磁磁体单元和背景磁体单元用环氧螺丝固定在底板(27)上;导轨(29)用低温胶上端和低温杜瓦法兰(2)固接,下端和底板(27)固接;三根连接杆(28)采用螺纹加低温胶粘合固定,下端和底板(27)连接,上端和低温杜瓦法兰(2)连接;三片防辐射板(30)等间距用低温胶固定在联接架的连接杆(28)的上部。
7.根据权利要求1所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述衰减磁场测量单元由常温霍尔传感器(31)、测温电阻(32)及其外围电路构成;外围电路包括第一稳压电源(34)、滤波电路(35)、第二稳压电源(36)、1mA电流源(37)、放大滤波电路(38);第一稳压源(34)将外部8V电源供给的8V直流电压转换成5V直流电压,给常温霍尔传感器(31)供电,常温霍尔传感器(31)产生的信号经滤波电路(35)处理后输出磁场测量信号;第二稳压源(36)将外部8V电源供给的8V直流电压转换成5V直流电压,给1mA电流源(37)和放大滤波电路(38)供电,1mA电流源(37)的输出电流在测温电阻(32)上的电压降经放大滤波电路(38)放大滤波后输出温度测量信号;磁场测量信号和温度测量信号经输出信号线(39)从霍尔测试管座(40)输出。
8.根据权利要求1或7所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述衰减磁场测量单元,其常温霍尔传感器(31)、测温电阻(32)及其外围电路都安装在测量电路板(33)上,测量电路板(33)放在室温管内管(6)的底部,其中常温霍尔传感器(31)和超导线接头样品环(17)置于同一个水平面内;8V电源在本装置外部,经霍尔测试管座(40)给外围电路供电。
9.根据权利要求3或6所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述导轨(29)是凸形轨道。
10.根据权利要求6所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述防辐射板(30)上面有室温管单元的进出孔和励磁线圈引线(26)、背景磁体线圈引线(22)和加热丝引线(18)的穿线孔。
11.根据权利要求1或2所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述低温杜瓦法兰(2)的材料为环氧树脂板。
12.根据权利要求3所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述测试支架(10)的材料为环氧树脂板。
13根据权利要求6所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述底板(27)和导轨(29)的材料为环氧树脂板。
14.根据权利要求3所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述吊杆(11)的材料为环氧树脂棒。
15.根据权利要求1或6所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述连接杆(28)的材料为环氧树脂棒。
16.根据权利要求2所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述的低温胶为环氧树脂胶。
17.根据权利要求3所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述的低温胶为环氧树脂胶。
18.根据权利要求6所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述的低温胶为环氧树脂胶。
19.根据权利要求1或3所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述室温管内管(6)、室温管外管(7)和室温管法兰(8)的材料为不锈钢。
20.根据权利要求6或10所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述的防辐射板(30)的材料为紫铜板。
21.根据权利要求4所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述背景磁体线圈骨架(20)的材料为环氧树脂。
22.根据权利要求5所述的一种测量超导线接头电阻的专用装置,其特征在于,所述励磁线圈骨架(25)的材料为环氧树脂。
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