CN103336179A - Cicc超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法，包括两个待测超导接头、一根U形的CICC导体、一根带有两匝线圈的U形CICC导体、NbTi股线密绕的超导线圈、霍尔传感器以及电位测量引线组成；首先在室温下利用霍尔传感器对整个测量系统的电流和磁场的关系进行标定；再将整个测量系统浸泡在液氦中获得低温工作环境；通过改变NbTi股线密绕的超导线圈组成的初级线圈的工作电流，在CICC导体回路中感应出大电流；通过霍尔传感器的电压信号计算出整个回路的感应电流；通过接头两端的电位信号测量接头两端的电压，测量出CICC超导接头的电阻性能。本发明可以以较低的成本，准确、可靠的完成对超导接头样品低温电阻性能的测量。

Description

CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法

技术领域

本发明是涉及一种大型超导磁体装置中的关键部件的性能测量系统，具体涉及一种CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法。

背景技术

大型超导磁体多采用管内电缆导体（CICC）结构，由于受到超导导体加工长度的限制，以及不同超导磁体之间电连接的需要，超导接头对于大型超导磁体装置是不可避免的，其主要用于超导导体与电流引线、不同超导导体之间的电连接。无论是超导托卡马克装置，还是强磁场超导磁体，都会根据磁体自身的实际需求，设计和研制适合的CICC超导接头。

在CICC超导接头设计和研制过程中，必然需要对超导接头的低温电阻性能进行测试。超导接头的低温电阻性能会直接影响到低温系统的冷却负荷，从而影响超导磁体的稳定运行。然而，由于CICC导体的工作电流一般都在上万安培，对于国际合作项目ITER装置，其工作电流甚至达到45kA。一般研制单位在超导接头研制过程中，与其磁体相关的电流引线、大电流超导磁体电源和液氦制冷机均在研制过程中，因而研制单位本身并不具备大电流CICC超导接头性能的测试能力；传统测试方法要求拥有能提供上万安培的大电流超导磁体电源、能够提供迫流冷却的液氦制冷机、以及能够承受几万安培电流的电流引线，因而，即便在整个国内，也很难找到合适的实验平台测试CICC超导接头的低温电阻性能。同时，采用大电流超导磁体电源供电、大型制冷机迫流冷却的方式对超导接头低温电阻性能进行测量，其测试成本会高达数十万元人民币。采用本发明专利的CICC超导接头低温电阻测量系统可以解决超导接头样品性能测量的实际问题，同时大大降低测试成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法，解决缺少大电流超导磁体电源和液氦制冷机等条件下的超导接头低温电阻性能测量问题，并大大降低测试成本。

本发明的技术方案如下：

一种CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）利用一根NbTi或Nb3Sn超导材料组成的管内电缆导体，制作成一根U形的CICC导体一和一根带有两匝线圈的U形的CICC导体二；CICC导体二的两匝线圈在制作时表面用0.1mm厚的玻璃布带进行包绕，形成0.5mm厚的匝间绝缘；

（2）CICC导体一、CICC导体二通过两个待测CICC超导接头连接，构成跑道形线圈，组成超导变压器的次级线圈；两个待测CICC超导接头分别为内接头样品、外接头样品；

（3）如果超导材料为Nb3Sn材料，需要将整个跑道形线圈放置于热处理炉中进行高温热处理，使得其中的超导股线形成Nb3Sn化合物；对热处理后的CICC导体二的两匝线圈进行真空环氧浸渍，完成对超导线圈匝间的电绝缘处理；

（4）再制作一个NbTi线密绕的超导线圈，安装在CICC导体二的两匝线圈内，组成超导变压器的初级线圈，所述的NbTi密绕的超导线圈和CICC导体二的两匝线圈构成一个完整的超导变压器，低温下通过对初级线圈进行励磁，可以在次级线圈中感应出数万安培的大电流；

（5）在跑道型线圈远离CICC导体二的两匝线圈的位置安装霍尔传感器，即在CICC导体一的顶部安装霍尔传感器，用于测量磁场；

（6）在内接头样品、外接头样品的两端分别焊接电位测量引线，用于两个待测CICC超导接头两端电压的测量；

（7）在常温下，先将外接头样品的两个终端之间绝缘，用超导磁体电源对跑道形线圈通电50A-300A，同时测量霍尔传感器的电压值并拟合出其电压随电流的变化关系，用于推算跑道形线圈在低温实验中的工作电流；随后再将外接头样品的两个导体终端利用锡铅焊料焊接在一起，形成完整的两匝环线圈；

（8）用环氧板和夹具将整个跑道形线圈固定，吊装在低温杜瓦中，并利用液氦进行深冷却，将整个跑道形线圈浸泡在液氦中；

（9）在整个跑道形线圈浸泡在液氦中后，分别以0.5-3A/s的不同速率对初级线圈通入30A、50A、100A、150A和200A的工作电流，保证跑道形线圈中的感应电流约为5kA、10kA、15kA、20kA和30kA；同时监测霍尔传感器的电压信号，以及两个待测CICC超导接头两端的电位信号，测量内接头样品、外接头样品的工作电流和电压，计算两个待测CICC超导接头在低温下的电阻性能。

本发明的原理是：

首先在室温下利用霍尔传感器对整个测量系统的电流和磁场的关系进行标定；再将整个测量系统浸泡在液氦中获得低温工作环境；通过改变NbTi股线密绕的超导线圈组成的初级线圈的工作电流，可在CICC导体回路中感应出高达30kA以上的大电流；通过霍尔传感器的电压信号计算出整个回路的感应电流；通过两个待测CICC超导接头两端的电位信号测量接头两端的电压，从而可测量出CICC超导接头的电阻性能。该测量方法可以在缺少大电流超导磁体电源、电流引线和液氦制冷机的条件下，以较低的成本，准确、可靠的完成对超导接头样品低温电阻性能的测量。

本发明的有益效果是：

本发明可以在缺少大电流超导磁体电源、电流引线和液氦制冷机的条件下，以较低的成本，准确、可靠的完成对超导接头样品低温电阻性能的测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图。

具体实施方式

参见图1、2，一种CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）利用一根NbTi或Nb3Sn超导材料组成的管内电缆导体，制作成一根U形的CICC导体1和一根带有两匝线圈的U形的CICC导体2；CICC导体2的两匝线圈在制作时表面用0.1mm厚的玻璃布带进行包绕，形成0.5mm厚的匝间绝缘；

（2）CICC导体1、CICC导体2通过两个待测CICC超导接头连接，构成跑道形线圈，组成超导变压器的次级线圈；两个待测CICC超导接头分别为内接头样品3、外接头样品4；

（3）如果超导材料为Nb3Sn材料，需要将整个跑道形线圈放置于热处理炉中进行高温热处理，使得其中的超导股线形成Nb3Sn化合物；对热处理后的CICC导体2的两匝线圈进行真空环氧浸渍，完成对超导线圈匝间的电绝缘处理；

（4）再制作一个NbTi线密绕的超导线圈5，安装在CICC导体2的两匝线圈内，组成超导变压器的初级线圈，所述的NbTi密绕的超导线圈和CICC导体2的两匝线圈构成一个完整的超导变压器，低温下通过对初级线圈进行励磁，可以在次级线圈中感应出数万安培的大电流；

（5）在跑道型线圈远离CICC导体2的两匝线圈的位置安装霍尔传感器6，即在CICC导体1的顶部安装霍尔传感器6，用于测量磁场；

（6）在内接头样品3、外接头样品4的两端分别焊接电位测量引线7，用于两个待测CICC超导接头两端电压的测量；

（7）在常温下，先将外接头样品4的两个终端之间绝缘，用超导磁体电源对跑道形线圈通电50A-300A，同时测量霍尔传感器6的电压值并拟合出其电压随电流的变化关系，用于推算跑道形线圈在低温实验中的工作电流；随后再将外接头样品4的两个导体终端利用锡铅焊料焊接在一起，形成完整的两匝环线圈；

（8）用环氧板和夹具将整个跑道形线圈固定，吊装在低温杜瓦中，并利用液氦进行深冷却，将整个跑道形线圈浸泡在液氦中；

（9）在整个跑道形线圈浸泡在液氦中后，分别以0.5-3A/s的不同速率对初级线圈通入30A、50A、100A、150A和200A的工作电流，保证跑道形线圈中的感应电流约为5kA、10kA、15kA、20kA和30kA；同时监测霍尔传感器6的电压信号，以及两个待测CICC超导接头两端的电位信号，测量内接头样品3、外接头样品4的工作电流和电压，计算两个待测CICC超导接头在低温下的电阻性能。

Claims (1)

1.一种CICC超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）利用一根NbTi或Nb3Sn超导材料组成的管内电缆导体，制作成一根U形的CICC导体一和一根带有两匝线圈的U形的CICC导体二；CICC导体二的两匝线圈在制作时表面用0.1mm厚的玻璃布带进行包绕，形成0.5mm厚的匝间绝缘；

（2）CICC导体一、CICC导体二通过两个待测CICC超导接头连接，构成跑道形线圈，组成超导变压器的次级线圈；两个待测CICC超导接头分别为内接头样品、外接头样品；

（3）如果超导材料为Nb3Sn材料，需要将整个跑道形线圈放置于热处理炉中进行高温热处理，使得其中的超导股线形成Nb3Sn化合物；对热处理后的CICC导体二的两匝线圈进行真空环氧浸渍，完成对超导线圈匝间的电绝缘处理；

（4）再制作一个NbTi线密绕的超导线圈，安装在CICC导体二的两匝线圈内，组成超导变压器的初级线圈，所述的NbTi密绕的超导线圈和CICC导体二的两匝线圈构成一个完整的超导变压器，低温下通过对初级线圈进行励磁，可以在次级线圈中感应出数万安培的大电流；

（5）在跑道型线圈远离CICC导体二的两匝线圈的位置安装霍尔传感器，即在CICC导体一的顶部安装霍尔传感器，用于测量磁场；

（6）在内接头样品、外接头样品的两端分别焊接电位测量引线，用于两个待测CICC超导接头两端电压的测量；

（7）在常温下，先将外接头样品的两个终端之间绝缘，用超导磁体电源对跑道形线圈通电50A-300A，同时测量霍尔传感器的电压值并拟合出其电压随电流的变化关系，用于推算跑道形线圈在低温实验中的工作电流；随后再将外接头样品的两个导体终端利用锡铅焊料焊接在一起，形成完整的两匝环线圈；

（8）用环氧板和夹具将整个跑道形线圈固定，吊装在低温杜瓦中，并利用液氦进行深冷却，将整个跑道形线圈浸泡在液氦中；

（9）在整个跑道形线圈浸泡在液氦中后，分别以0.5-3A/s的不同速率对初级线圈通入30A、50A、100A、150A和200A的工作电流，保证跑道形线圈中的感应电流约为5kA、10kA、15kA、20kA和30kA；同时监测霍尔传感器的电压信号，以及两个待测CICC超导接头两端的电位信号，测量内接头样品、外接头样品的工作电流和电压，计算两个待测CICC超导接头在低温下的电阻性能。

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