CN102928718B - 超导绝缘材料电气特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超导绝缘材料电气特性测试装置。该超导绝缘材料电气特性测试装置包括：第一壳体，具有第一内腔；第二壳体，为导热材料，设置在第一内腔内，该第二壳体具有第二内腔、第二内腔内部设置有测试电极；制冷机，制冷机的第一冷头与第二壳体固定连接；测试线缆，测试线缆的第一端与测试电极连接，测试线缆的第二端用于连接第一壳体外部的测试设备；抽真空装置，与第一壳体和第二壳体分别连接，用于将第一内腔和第二内腔抽取为真空，其中，第二壳体通过设置在第一内腔内的第一气管与抽真空装置连接。本发明的技术方案，在第二内腔中模拟出符合ITER装置工作条件的试验环境，为研究超导磁体稳定运行时绝缘材料的电气性能提供了测试手段。
Description
技术领域
本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体而言，涉及一种超导绝缘材料电气特性测试装置。
背景技术
国际热核聚变试验堆(ITER)是实现无尽清洁能源聚变能商业化的一个重要阶段，其目标是验证和平利用聚变能的科学与技术可行性。其主要组成部分包括:超导磁体系统、外真空杜瓦、内外冷屏、真空室及其内部部件和磁体馈线系统等部件。
绝缘系统是超导磁体系统及馈线系统中必不可少的重要组成部分，主要起着超导磁体的绝缘隔离、机械支撑、固定导体和保护导体的作用，在正常情况下均工作在真空及液氦温区的低温环境中。低温绝缘结构失效是引起超导磁体失超的主要原因之一。
在运行过程中，电压变化的冲击和超导磁体失超带来的电磁冲击，可能导致出现运行温度的突然变化或者制冷剂泄漏形成气压突变等运行环境的突变，会使绝缘系统失效，从而影响超导磁体的正常可靠运行。
目前常用的低温超导绝缘材料包括聚酰亚胺等高分子薄膜材料，随着材料科学的发展，不断出现新的绝缘材料，但是这些材料的实际工作温度范围处于液氦温区，而且绝缘材料在不同温度条件下，其电气性能有明显的差异，常规的手段无法实现新材料的低温性能试验。
现有的低温材料电气性能测试装置，较多的是适用于高温超导的液氮温区范围(77K左右)，而少数的液氦温区(10K以下)的测试装置，大多是把试样直接浸没在液氦或超流体氨气中对材料的某一两种电气性能进行针对性测试，其可模拟控制的试验测试温度范围、气压范围都比较窄，不利于全面的研究绝缘材料在各种可能的环境下的各种电气性能。而且对高分子薄膜材料在低温特殊环境下的介电特性(主要是介电常数、介质损耗因数两个参数)研究十分困难，目前市场上现有的介电谱仪(德国NOVOCONTROL公司生产的宽频带介电谱仪)可模拟的温度最低只能到123K左右，无法实现超导绝缘材料在液氦温区(l0K以下)的介电性能测试。
针对现有技术中低温材料电气性能测试装置无法实现液氦温区的材料介电性能测试工作的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种超导绝缘材料电气特性测试装置，以解决现有技术中低温材料电气性能测试装置无法实现液氦温区的材料电气性能测试工作的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种超导绝缘材料电气特性测试装置。
该超导绝缘材料电气特性测试装置，包括:第一壳体，具有第一内腔;第二壳体，为导热材料，设置在第一内腔内，该第二壳体具有第二内腔、第二内腔内部设置有测试电极;制冷机，制冷机的第一冷头与第二壳体固定连接;测试线缆，测试线缆的第一端与测试电极连接，测试线缆的第二端用于连接第一壳体外部的测试设备;抽真空装置，与第一壳体和第二壳体分别连接，用于将第一内腔和第二内腔抽取为真空，其中，第二壳体通过设置在第一内腔内的第一气管与抽真空装置连接。
进一步地，测试电极包括高压测试电极，测试线缆包括高压线缆;第一壳体上设置有第一高压套管，第二壳体上设置有第二高压套管，第一高压套管与第二高压套管在第一内腔内相对设置，高压线缆通过第一高压套管穿过第一壳体并且通过第二高压套管穿过第二壳体，高压线缆的第一端与高压测试电极连接。
进一步地，测试电极包括低压测试电极，测试线缆包括低压线缆，低压线缆的第一端与低压测试电极连接;第一壳体上设置有真空插头，与低压线缆的第二端连接，第一壳体和第二壳体之间还设置有线缆管道，低压线缆从所述线缆管道内穿过。
进一步地，抽真空装置包括:真空泵和第一真空规管，第一壳体上设置有真空泵接口，真空泵设置在第一壳体外部，真空泵的抽气口与真空泵接口连接，第一真空规管设置在第一壳体上，用于测量第一内腔的真空度。
进一步地，抽真空装置还包括:第二真空规管，第一壳体上设置有第一气管接口，第二壳体上设置有第二气管接口，第一气管接口和第二气管接口在第一内腔内相对设置，第一气管设置在第一气管接口和第二气管接口之间，真空泵的抽气口通过第一气管接口与第一气管连接，第二真空规管与第一气管接口连接，真空泵与真空泵接口之间设置有第一控制阀，真空泵与第一气管接口之间设置有第二控制阀。
进一步地，本发明提供的超导绝缘材料电气特性测试装置还包括氦气瓶和第三控制阀，氦气瓶设置在第一壳体外部，通过第三控制阀与第一气管接口连接。
进一步地，本发明提供的超导绝缘材料电气特性测试装置还包括:氦气瓶和第四控制阀，第一壳体上设置有第三气管接口，第二壳体上设置有第四气管接口，第三气管接口和第四气管接口的在第一内腔内相对设置，且在第三气管接口和第四气管接口之间设置有第二气管，氦气瓶设置在第一壳体外部，通过第四控制阀连接第三气管接口。
进一步地，制冷机为二级制冷机，还包括第二冷头;本发明提供的超导绝缘材料电气特性测试装置还包括:第三壳体，为导热材料，设置在第二壳体和第一壳体之间，与第二冷头固定连接;第三壳体设置有多个通孔，分别用于通过测试线缆和第一气管、制冷机的第一冷头。
进一步地，本发明提供的超导绝缘材料电气特性测试装置还包括:温度采集装置和温度控制装置，其中，温度采集装置包括:多个烙铁温度计，分别设置在第一冷头上、第二冷头上以及第二内腔内;数据采集卡，与多个烙铁温度计分别电连接，用于采集第一冷头、第二冷头以及第二内腔内温度。温度控制装置，设置在第一冷头和第二冷头上，用于调节第一冷头和第二冷头的温度。
第一壳体和第二壳体上分别设置有多个观察窗口，多个观察窗口分别朝向不同的侧面，用于从多个方向观察第二内腔内的试验情况。
应用本发明的技术方案，使用两个封闭的壳体形成两个内腔，其中较小的第二壳体位于较大第一壳体的内腔中，与制冷机的冷头固定连接，待测试样及相应的电极系统均在第二壳体的第二内腔中。利用抽真空装置使第一内腔保持高真空状态，为制冷机的正常工作提供了所需的高真空环境，另一方面起到隔离热量辐射的作用。制冷机将第二内腔中的温度降低到液氦温区，进一步地，通过设置抽真空装置和氦气瓶充气装置，可以在第二内腔内模拟出真空及低压的试验条件，从而在第二内腔中模拟出符合ITER等装置工作条件的试验环境，为研究超导磁体稳定运行时关键绝缘部件的绝缘材料的各项电气性能提供了测试手段。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明第一实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图:
图2是根据本发明第二实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图;
图3是根据本发明第三实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图;
图4是根据本发明第四实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种超导绝缘材料电气特性测试装置，图1是根据本发明第一实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图，如图1所示，本发明第一实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置包括，包括:第一壳体10，具有第一内腔;第二壳体11，为导热材料制成，设置在第一内腔内，该第二壳体11具有第二内腔、第二内腔内部设置有测试电极12;制冷机13，制冷机13的第一冷头131与第二壳体11固定连接;测试线缆，该测试线缆的第一端与测试电极12连接，测试线缆的第二端用于连接第一壳体10外部的测试设备。抽真空装置19，与第一壳体10和第二壳体11分别连接，用于将第一内腔和第二内腔抽取为真空，其中，第二壳体11通过设置在第一内腔内的第一气管27与抽真空装置连接。
应用本第一实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置，使用两个封闭的壳体形成两个内腔，其中较小的第二壳体11位于较大第一壳体10的内腔中，与制冷机13的冷头固定连接，待测试样及相应的电极系统均在第二壳体11的第二内腔中。对绝缘材料的各种测试工作均在第二内腔内，该超导绝缘材料电气特性测试装置在第二内腔内可以模拟低温真空、低温低气压试验环境，而第二壳体11外的第一内腔内的空间保持高真空状态，从而为制冷机13的正常工作提供了所需的高真空环境，另一方面也可以起到绝热作用。使用制冷机13的原因为:由于低温超导多是运行在液氦温区，ITER超导磁体规定其绝缘系统工作在7K的低温下，为了获得此低温条件传统的方式只能通过液氦制冷剂得到，而且由于使用液氦时所需液氦量较大且难以回收循环使用，导致其制冷成本很高。而在本发明的实施例中使用低温制冷机作为制冷源，制冷机可重复使用且每次的制冷成本仅为消耗的少量电能及冷却水，从而降低了试验的成本。
抽真空装置19可以使用分子泵等真空泵，将第一内腔和第二内腔抽取为真空，由于第一内腔和第二内腔需要分别保证密封，故在第一壳体10和第二壳体11之间设置相应第一气管27，用于连接抽真空装置和第二内腔。
为了在第二内腔内有效地对在低温超导中应用广泛的高分子薄膜绝缘材料进行全面的电气特性测试研究，实现包括低温真空、低温低气压环境中的材料击穿、沿面闪络、介电常数、介质损耗因数等试验测试，以及冷热循环等多种条件对绝缘材料老化的影响。在第二内腔内设置的测试电极12可以包括:高压测试电极121、低压测试电极122、接地电极等，对应的测试线缆穿过两层壳体相应设置的接口后进入第二内腔中与对应的电极连接。
其中，测试线缆中的高压线缆141第一端与高压测试电极121连接，第一壳体10上设置有第一高压套管15，第二壳体11上设置有第二高压套管16，第一高压套管15与第二高压套管16的在第一内腔内相对设置，高压线缆141通过第一高压套管15穿过第一壳体10，并通过第二高压套管16穿过第二壳体11，从而高压线缆141的第一端与高压测试电极121连接。
进行高压测试时，测试装置外部的高压发生器输出的高压通过高压线缆141，穿过固定在两层壳体上的第一高压套管15和第二高压套管16，将高压引入到第二内腔中接到测试电极12的高压测试电极121。高压套管保证了高压线缆141和壳体之间的绝缘。其中，第二高压套管16可以使用陶瓷套管，保证在极低温度下第二内腔的密封性不会下降，同时套管的绝缘性能不会降低。
当进行材料介电性能测试时，为了得到精准的测量结果，可以采用高精密数字电桥或阻抗分析仪，测量电压为几伏以下的弱电信号，测试电极12还可以包括低压测试电极122，测试线缆包括低压线缆142，该低压线缆142的第一端与低压测试电极122连接，低压线缆142从设置在第二壳体11上的接口穿过;第一壳体10上设置有真空插头17，与低压线缆142的第二端连接。为了保证第一壳体10的密闭性，所以使用真空插头17。由于试验时需要获取从第二内腔内引出多芯的信号线，上述真空插头17可以使用多芯真空插头。
为了保证壳体的密封性，第一壳体10和第二壳体11之间还设置有线缆管道18，低压线缆142在第一壳体10和第二壳体11之间的部分设置在线缆管道18内，低压线缆142从线缆管道18内穿过。测试电极12还可以包括接地电极，通过接地线穿过第一壳体10和第二壳体11上接地口与试验室的地网可靠连接。在图1中末示出接地口和接地电极。接地口和接地电极的连接方式与上述高压线缆和高压套管的设置方式相似。
上述第一壳体10和第二壳体11为密闭壳体，为通过线缆、相关气管、和线缆管道，设置有多个接口。所有的接口均可以设置为法兰形式，与线管、气管密封连接，从而保证内腔可以保持真空状态。第二壳体11需要有良好的导热性，以保证冷头的温度可以传导到第二内腔内，优选地，第一壳体10使用不锈钢材料制造，第二壳体11使用紫铜或无氧铜等导热性好的材料制造，该材料需要能够满足将冷头的温度有效传导到第二内腔中，保证试样处于预定的试验环境下接受测试。
第二实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置和第三实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置是在第一实施例的基础上增加了抽真空装置19与第一壳体和第二壳体上的具体连接方式。该抽真空装置19可以在第一壳体10外部设置有如分子泵等形式的真空泵22。图2是根据本发明第二实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图，如图2所示，抽真空装置19包括:真空泵22和第一真空规管23，第一壳体10上设置有真空泵接口21，真空泵22设置在第一壳体10外部，真空泵22的抽气口和与真空泵接口21连接，第一真空规管23设置在第一壳体10上，用于测量第一内腔的真空度。利用真空泵22使第一内腔内一直保持高真空状态。
真空泵22还可以用于将第二内腔抽取为符合试验条件的真空度，具体地，第一壳体10设置有第一气管接口24，第二壳体11上设置有第二气管接口25，抽真空装置19还可以包括第二真空规管26，用于测量第二内腔的真空程度，第一气管接口24和第二气管接口25的在第一内腔内相对设置，在第一气管接口24和第二气管接口25之间设置有第一气管27，真空泵22的抽气口通过第一气管接口24与第一气管27连接，第二真空规管26与第一气管接口24连接。真空泵22与真空泵接口21之间设置有第一控制阀28，真空泵22与第一气管接口24之间设置有第二控制阀29。第一真空规管23和第二真空规管26分别测量第一内腔和第二内腔的真空度。从而根据当前的真空度与试验条件，控制第一控制阀28和第二控制阀29对第一内腔或第二内腔进行抽真空。
有些试验项目可能需要模拟一定气压的试验环境时，还可以设置有氮气瓶31。第一壳体10设置有第三气管接口33，所述第二壳体11上设置有第四气管接口34，第三气管接口33和第四气管接口34的在第一内腔内相对设置，在第三气管接口33和第四气管接口34之间设置有第二气管35，氦气瓶31通过第四控制阀32连接第三气管接口33。
模拟一定气压的试验环境时，先打开第二控制阀29利用真空泵22进行抽真空处理，抽真空后关闭第二控制阀29密封第二内腔，然后打开第四控制阀32，往第二内腔充入一定量氦气至试验气压。上述的真空泵22均可以使用分子泵，以提高抽真空的程度。上述第一气管27和第二气管35均可以使用细径薄壁的不锈钢管。
第二实施例中分别设置第一气管27和第二气管35分别用于抽气和充气。增加了第一内腔内的气管设置，不利于密封和防止冷量散失，因此，本发明的第三实施例仅利用第一气管27进行抽气和充气两种操作。图3是根据本发明第三实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图，如图3所示，超导绝缘材料电气特性测试装置还包括氦气瓶31，设置在第一壳体10外部;氦气瓶31通过第三控制阀36与所述第一气管接口24连接。从而省去了第二气管35，利用第一气管27实现了抽真空和充氦气两种操作。利用这种抽真空装置19，可以在第二内腔内调节气压的范围为10-5～104Pa，第一内腔内保持10-4Pa级的高真空。上述第一气管27可以使用细径薄壁的不锈钢管。
具体进行试验时，打开第一控制阀28，真空泵22将第一内腔中抽为10-4Pa数量级的高真空，然后关闭第一控制阀28打开第二控制阀29，真空泵22将第二内腔中抽取为真空，在需耍低气压的试验环境中，关闭第二控制阀29，打开第三控制阀36，由氦气瓶31向第二内腔内放入气体，操作过程中通过第一真空规管23和第二真空规管26分别测量第一内腔和第二内腔的真空度，以提高调节精度。
目前还存在一种二级制冷机13，由第一级冷头进行预冷，由第二级冷头实现更低温度。由于本发明的测试装置需要达到的试验温度极低，优选可以使用这种二级制冷机13。本发明第四实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置使用的制冷机13为二级制冷机。图4是根据本发明第四实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置的示意图，如图4所示，制冷机13为二级制冷机，还包括第二冷头132(也就是进行预冷的第一级冷头)。超导绝缘材料电气特性测试装置还包括:第三壳体41，也为导热材料，设置在第二壳体11和第一壳体10之间，与第二冷头132固定连接;也就是第一壳体10内套有第三壳体41，第三壳体41内套有第二壳体11，第三壳体41设置有多个通孔，用于通过测试线缆、各种气管、线缆管道、以及第一冷头131，第三壳体41的制造材料可以使用与第二壳体11相同的材料。
在第二冷头132上设置第三壳体41，第二冷头132工作时可以给第三壳体41降温到较低温度，从而在第二壳体11与第一壳体10之间建立一个中间温度屏障。该低温屏障可以有效地减少第一冷头131及第二壳体11上冷量向外部的辐射散失。例如在第二内腔中进行10K以下的试验时，第一冷头131将第二壳体11的温度降低到试验温度，而第一壳体10外部温度为室温，一般为300K左右，如果利用第二冷头132将第三壳体41的温度降低到50K左右，相当于在l0K至300K之间设立了一个温度为50K的保温屏障，从而减少了冷量的散失。
第四实施例的超导绝缘材料电气特性测试装置还可以包括:温度采集装置和温度控制装置(图中均末示出)，该温度采集装置包括:多个烙铁温度计，分别设置在第一冷头131上、第二冷头132上以及第二内腔内;数据采集卡，与多个烙铁温度计分别电连接，用于采集第一冷头131、第二冷头132以及第二内腔内的温度。温度控制装置，设置在第一冷头131和第二冷头132上，用于调节第一冷头131和第二冷头132的温度。具体的温度控制装置可以包括设置在第一冷头131的加热丝和设置在第二冷头132的加热丝，从而配合上述温度采集装置，可以在液氦温区至室温温度范围内任意调节第一冷头131和第二冷头132的温度，从而控制试验区域的温度可以在大范围内按照试验要求变化。
此外，第一壳体10和第二壳体11上还可以分别设置有多个观察窗口42，多个观察窗口42分别朝向不同的侧面，用于从多个方向观察第二内腔的试验情况，观察窗口使用透明材料进行密封，其面积在满足观察需要的情况下尽量缩小，以防第二内腔受到外部的热辐射。观察窗口可以在第一壳体10和第二壳体11的顶端和侧面开设，具体的开设位置与第一内腔中相对应，同样地第三壳体41的对应位置也开设有观察窗口。
下面结合图4对本发明的一种优选的超导绝缘材料电气特性测试装置进行说明。该超导绝缘材料电气特性测试装置可以用于检测低温超导绝缘材料在低温真空、低温低气压等特殊环境下的电气特性，温度测试范围为7K～300K，气压测试范围为10-5～1O4Pa，温度气压控制精度高，高低电压馈线出入方便，可有效地对在低温超导中应用广泛的高分子薄膜绝缘材料进行全面的电气特性测试研究，包括在低温真空、低温低气压环境中对材料击穿、沿面闪络、介电常数、介质损耗因数、局部放电等多种电气性能的试验测试研究，同时还可以研究冷热循环等多种条件对绝缘材料老化的影响。
该装置包括有不锈钢材料的第一壳体10，具有第一内腔，第一内腔内设置有制冷机13的冷头。在使用二级制冷的制冷机时，第二冷头132(也就是第一级温度较高用于预冷的冷头)上固定有紫铜或无氧铜材料的第三壳体41作为保温冷屏，第一冷头131(也就是第二级温度较低的冷头)固定有紫铜或无氧铜材料的第二壳体11，待测试样及相应的电极系统均设置在第二壳体11具有的第二内腔中，该第二内腔作为试验腔。绝缘材料的各种测试工作均在第二内腔内进行。第二内腔内可以模拟低温·真空、低温低气压试验环境，而第二壳体11外的第一内腔空间内，一直保持10-4Pa级的高真空，这一方面为制冷机13的正常工作提供了所需的高真空环境，另一方面起绝热作用，上述第一壳体10和第二壳体11的材料需要满足热量传导的要求，并不局限于不锈钢或紫铜及无氧铜材料。
由于测试工作均在第二内腔内，在保证密封的前提下需要相应的测量引线穿过三层壳体达到第二内腔内，具体地，第一壳体10和第二壳体11上分别设置有第一高压套管15和第二高压套管16以供高压引入;使用第一真空规管23和第二真空规管26以准确检测各自内腔中的真空度;第一壳体10第二壳体11以及第三壳体41的对应位置上分别设置放电观察窗以便于从第一壳体10外观察第二内腔中的放电现象，第一壳体10上设置有多芯真空插头17以接入各种测量或信号引线，第一壳体10和第二壳体11上分别设置有抽真空接口，第一壳体10上设置有金属法兰接口形式的真空泵接口21，直接连接分子泵。第二壳体11底部也设有抽气法兰形式的第二气管接口25，该抽气法兰通过第一气管27连接到第一壳体10上的第一气管接口24上，然后再通过第二控制阀29连接到分子泵上，氦气瓶31通过第三控制阀36与所述第一气管接口24连接，第三控制阀36可以是流量微调阀，第一气管27为细径薄壁不锈钢管。
第一壳体10和第二壳体11还设置有接地接口;第三壳体41上留有相应的孔洞供各种测量引线穿过。制冷机13的冷头及第二内腔内壁上分别贴有烙铁温度计，可以实时监测试验区域的温度。
超导绝缘材料电气特性测试装置的第二壳体11实际上为一个真空容器，由紫铜或无氧铜材质制成以保证与制冷机13冷头之间有良好的传热效果，设计成圆柱状，其尺寸可以根据所需试验测试的要求来进行优化设计。圆柱状的外形设计可有效保持容器内部气压和温度的均匀性。本测试第二壳体底部与腔身为一体，顶部通过不锈钢法兰连接，第二壳体底部及侧面均开有相应不锈钢法兰以供测试引线，第二壳体上所有的法兰均采用金属密封方式以保证其良好的密封性。
超导绝缘材料电气特性测试装置的冷却系统:由于低温超导多是运行在液氦温区，ITER超导磁体规定其绝缘系统工作在7K的低温下，为了获得此低温条件，传统的测试装置均通过液氦制冷剂实现低温，本优选实施例选择制冷机13作为本测试装置的冷却系统。本发明的冷却系统中所采用的制冷机13为两级G-M制冷机13，在真空环境中正常工作时，其第二冷头132的冷量为35W50K，第一冷头131的冷量为1.5W4.2K。第一冷头131顶部通过螺丝与第二壳体11的底部相连，制冷机13冷头上的冷量通过接触传导的方式传导给第二壳体11，在第二内腔内上下电极夹着待测绝缘材料试样，下电极通过低温传热胶与壳体底部紧密相连，为了防止在击穿瞬间有电流通过第二壳体11，所以在下电极与第二壳体11底部之间放置一块既传热又绝缘的氮化铝(AlN)材料，制冷机13的冷量通过壳体底部、测试下电极接触传导的方式给试样降温。第二冷头132上通过螺丝连接固定有第三壳体41，有效地减少第二内腔的冷量散失。
超导绝缘材料电气特性测试装置的抽真空系统:第一壳体10底部设置的真空泵接口21连接有分子泵，第一内腔中保持10-4Pa级的高真空，第二壳体11底部设有法兰接口形式的第二气管接口25，通过细径薄壁不锈钢的第一气管27连接到第一壳体10的相应法兰形式的第一气管接口24上，第一气管接口24通过一个第二控制阀29连接到分子泵旁抽上，通过一个第三控制阀36连接到氦气气瓶上。
第二内腔内按照所进行的试验测试所需的气压环境灵活调整控制，当进行高真空试验测试时，关闭充气阀门，打开抽气阀门对第一内腔和第二内腔进行抽真空;当需要模拟一定气压试验环境时，先打开第二内腔的抽气阀门进行抽真空处理，抽得高真空后关闭抽真空管道阀门密封第二内腔，然后打开充气微调阀，往第二内腔内充入一定量氦气至试验气压。第二内腔的气压调节范围是10-5～104Pa，紫铜或无氧铜测试壳体外与不锈钢壳体内之间的空间一直保持10-4Pa级的高真空，以为制冷机提供运行环境。
超导绝缘材料电气特性测试装置的温度在线采集系统:在制冷机13各级冷头及第二内腔内壁上贴有相应的烙铁温度计，通过Labview编程结合相应数据采集卡、数据采集电路，可在工控机上实时监测试验区域的温度。同时在制冷机13冷头上贴有相应的控温装置，从而在在工控机上实时监测并控制试验区域的温度，该冷却系统可以精确提供7K～300K范围的测试温度。
通过以上的结构，超导绝缘材料电气特性测试装置可以检测低温超导系统中广泛应用的高分子薄膜材料在低温真空环境下、低温低气压环境下的击穿特性、沿面闪络特性、介电特性、局部放电、老化等各种电气特性，温度测试范围为7K～300K，气压测试范围为10－５～1０４Pa，温度、气压控制精度高，高低电压馈线出入方便。
应用本发明的技术方案，使用两个封闭的壳体形成两个内腔，其中较小的第二壳体位于较大第一壳体的内腔中，与制冷机的冷头固定连接，待测试样及相应的电极系统均在第二壳体的第二内腔中。利用保持高真空状态的第一壳体，为制冷机的正常工作提供了所需的高真空环境，另一方面起到起隔离热量辐射的作用。制冷机将第二内腔中的温度降低到液氦温区，从而在第二内腔中模拟出符合ITER工作条件的试验环境，为研究超导磁体稳定运行时关键绝缘部件的绝缘性能提供了测试手段。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超导绝缘材料电气特性测试装置，其特征在于，包括：
第一壳体(10)，具有第一内腔；
第二壳体(11)，为导热材料，设置在所述第一内腔内，该第二壳体(11)具有第二内腔、所述第二内腔内部设置有测试电极(12)；
制冷机(13)，所述制冷机(13)的第一冷头(131)与所述第二壳体(11)固定连接；
测试线缆，所述测试线缆的第一端与所述测试电极(12)连接，所述测试线缆的第二端用于连接所述第一壳体(10)外部的测试设备；
抽真空装置(19)，与所述第一壳体(10)和所述第二壳体(11)分别连接，用于将所述第一内腔和所述第二内腔抽取为真空，其中，所述第二壳体(11)通过设置在所述第一内腔内的第一气管(27)与所述抽真空装置(19)连接，
其中，所述制冷机(13)为二级制冷机，还包括第二冷头(132)；
所述超导绝缘材料电气特性测试装置，还包括：第三壳体(41)，为导热材料，设置在第二壳体(11)和第一壳体(10)之间，与所述第二冷头(132)固定连接；
所述第三壳体(41)设置有多个通孔，分别用于通过所述测试线缆、所述第一气管(27)、所述制冷机的第一冷头(131)。
2.根据权利要求1所述的电气特性测试装置，其特征在于，
所述测试电极(12)包括高压测试电极(121)，所述测试线缆包括高压线缆(141)；
所述第一壳体(10)上设置有第一高压套管(15)，所述第二壳体(11)上设置有第二高压套管(16)，所述第一高压套管(15)与所述第二高压套管(16)在所述第一内腔内相对设置，所述高压线缆(141)通过第一高压套管(15)穿过所述第一壳体(10)并且通过第二高压套管(16)穿过所述第二壳体(11)，所述高压线缆(141)的第一端与所述高压测试电极(121)连接。
3.根据权利要求1所述的电气特性测试装置，其特征在于，
所述测试电极(12)包括低压测试电极(122)，所述测试线缆包括低压线缆(142)，所述低压线缆(142)的第一端与所述低压测试电极(122)连接；
所述第一壳体(10)上设置有真空插头(17)，与所述低压线缆(142)的第二端连接；
所述第一壳体(10)和所述第二壳体(11)之间还设置有线缆管道(18)，所述低压线缆(142)从所述线缆管道(18)内穿过。
4.根据权利要求1所述的电气特性测试装置，其特征在于，所述抽真空装置(19)包括：真空泵(22)和第一真空规管(23)，第一壳体(10)上设置有真空泵接口(21)，所述真空泵(22)设置在所述第一壳体(10)外部，所述真空泵(22)的抽气口与所述真空泵接口(21)连接，所述第一真空规管(23)设置在第一壳体(10)上，用于测量第一内腔的真空度。
5.根据权利要求4所述的电气特性测试装置，其特征在于，所述抽真空装置(19)还包括：第二真空规管(26)，所述第一壳体(10)上设置有第一气管接口(24)，所述第二壳体(11)上设置有第二气管接口(25)，所述第一气管接口(24)和所述第二气管接口(25)在所述第一内腔内相对设置，所述第一气管(27)设置在所述第一气管接口(24)和第二气管接口(25)之间，所述真空泵(22)的抽气口通过所述第一气管接口(24)与所述第一气管(27)连接，所述第二真空规管(26)与所述第一气管接口(24)连接，所述真空泵(22)与所述真空泵接口(21)之间设置有第一控制阀(28)，所述真空泵(22)与所述第一气管接口(24)之间设置有第二控制阀(29)。
6.根据权利要求5所述的电气特性测试装置，其特征在于，还包括：氦气瓶(31)和第三控制阀(36)，所述氦气瓶(31)设置在第一壳体(10)外部，通过所述第三控制阀(36)与所述第一气管接口(24)连接。
7.根据权利要求4所述的电气特性测试装置，其特征在于，还包括：氦气瓶(31)和第四控制阀(32)，所述第一壳体(10)上设置有第三气管接口(33)，所述第二壳体(11)上设置有第四气管接口(34)，所述第三气管接口(33)和所述第四气管接口(34)的在所述第一内腔内相对设置，且在所述第三气管接口(33)和第四气管接口(34)之间设置有第二气管(35)，所述氦气瓶(31)设置在第一壳体(10)外部，通过所述第四控制阀(32)连接所述第三气管接口(33)。
8.根据权利要求1所述的电气特性测试装置，其特征在于，还包括：温度采集装置和温度控制装置，其中，
所述温度采集装置包括：多个烙铁温度计，分别设置在所述第一冷头(131)上、所述第二冷头(132)上以及所述第二内腔内；数据采集卡，与所述多个烙铁温度计分别电连接，用于采集所述第一冷头(131)、所述第二冷头(132)以及所述第二内腔内温度；
所述温度控制装置，设置在所述第一冷头(131)和所述第二冷头(132)上，用于调节所述第一冷头(131)和所述第二冷头(132)的温度。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的电气特性测试装置，其特征在于，所述第一壳体(10)和所述第二壳体(11)上分别设置有多个观察窗口(42)，所述多个观察窗口(42)分别朝向不同的侧面，用于从多个方向观察第二内腔内的试验情况。
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| CN105044573B (zh) * | 2015-07-17 | 2017-11-14 | 中国科学院电工研究所 | 高温超导电力装置的低温高电压局部放电实验和测试装置 |
| CN105854960A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-08-17 | 北京卫星环境工程研究所 | 火星温度和压力环境的地面模拟试验系统及试验方法 |
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| CN109358224A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-19 | 天津大学 | 一种温度梯度下聚丙烯薄膜闪络电压测量装置及方法 |
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| CN112327110B (zh) * | 2020-10-19 | 2024-06-14 | 中国科学院电工研究所 | 一种基于制冷机传导冷却的宽温区液体介质环境试验装置 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101446609A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-06-03 | 中国电力科学研究院 | 一种高温超导带材临界电流特性的测量装置 |
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101446609A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-06-03 | 中国电力科学研究院 | 一种高温超导带材临界电流特性的测量装置 |
| CN102426324A (zh) * | 2011-08-24 | 2012-04-25 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置 |
| CN102707204A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-10-03 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 低温真空环境绝缘试样击穿放电测试实验平台 |
Non-Patent Citations (2)
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| 低温环境下聚合类绝缘材料电老化特性的研究;殷庆铎;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技辑II辑》;20090915(第9期);正文第15-16页第2段及图2.5 * |
| 低温电介质电气特性测试系统的研制;牛田野;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技辑II辑》;20110815(第08期);正文第10页第2段、第11页第2段、第12页第4段、第29页第1段、第31页、第34页第3段、第48页倒数第1、2段、第49页第1、2段及图2.1、2.2 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tu Youping Inventor after: Tan Rong Inventor after: Wang Jingchun Inventor after: Li Fan Inventor after: Ding Lijian Inventor after: Wang Cong Inventor after: Zhao Chao Inventor before: Tu Youping Inventor before: Tan Rong Inventor before: Wang Jingchun Inventor before: Li Fan Inventor before: Ding Lijian Inventor before: Wang Cong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: TU YOUPING TAN RONG WANG JINGCHUN LI FAN DING LIJIAN WANG CONG TO: TU YOUPING TAN RONG WANG JINGCHUN LI FAN DING LIJIAN WANG CONG ZHAO CHAO |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150624 |