CN103336212A - 一种低温超导股线性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温超导股线性能测试系统，包括内部具有真空室的低温密封容器，与所述低温密封容器密封安装的GM制冷机，包覆在所述低温密封容器外围的磁体，设在所述低温密封容器内部的真空室中、且位于所述GM制冷机的二级制冷头上方的应力加载装置，以及设在所述应力加载装置与GM制冷机的二级制冷头之间传热组件；测试样品放置在应力加载装置上。本发明所述低温超导股线性能测试系统，可以克服现有技术中能耗大、结构复杂和实用性差等缺陷，以实现能耗低、结构简洁和实用性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及超导材料测试技术领域，具体地，涉及一种低温超导股线性能测试系统。
背景技术
伴随着科学技术的飞速发展，超导材料作为一种新型材料，特别是低温超导材料Nb3Sn、NbTi等，被广泛应用于核聚变装置、磁共振成像、核磁共振谱仪及高能粒子物理加速器等多个领域。由于实际工况中Nb3Sn、NbTi等超导材料一般处在高磁场环境、温度低且不断变化，同时受到热胀冷缩、洛伦兹力和机械负载等多场耦合复杂变化的极端工作环境中，所有这些外部环境耦合作用会导致超导材料超导特性（主要是指超导电流）发生显著退化，从而给其相应超导器件带来安全运行隐患。因此，只有通过接近真实工况的实验研究，才有助于为超导器件的功能性及安全性设计提供有力的支撑。
目前，国外相应的实验已进行多年，然而其工作环境都是处于半封闭式的低温杜瓦容器中，由液氦或液氮的挥发来提供相应的低温环境，这样势必会造成冷媒的大量消耗，金钱的浪费。而我国截止目前尚没有一套具有自主知识产权的针对低温超导材料在接近工况下超导特性测试系统，这已经成为限制和阻碍我国在低温超导材料，及高场磁体研究等研究的主要瓶颈。
根据已有的文献调研可知，截止目前，国内尚无一套完整的具有自主知识产权的低温超导股线性能测试系统。同时，国际上已有的超导股线特性测试装置，其冷媒（液氦）的昂贵性，测试装置的复杂性，使得相应的测试研究很难得到广泛推广。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在能耗大、结构复杂和实用性差等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种低温超导股线性能测试系统，以实现能耗低、结构简洁和实用性好的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低温超导股线性能测试系统，包括内部具有真空室的低温密封容器，与所述低温密封容器密封安装的GM制冷机，包覆在所述低温密封容器外围的磁体，设在所述低温密封容器内部的真空室中、且位于所述GM制冷机的二级制冷头上方的应力加载装置，以及设在所述应力加载装置与GM制冷机的二级制冷头之间传热组件；测试样品放置在应力加载装置上。
进一步地，在所述应力加载装置和低温密封容器之间，还设有防辐射屏。
进一步地，所述应力加载装置，包括用于放置和固定测试样品的样品固定架，靠近所述样品固定架下端、且横向设置的螺杆；左右对称设置在样品固定架下端的一对氮化铝和加热器，左右对称设置在样品固定架上端的一对温度计，上下对称设置在样品固定架上端的一对应变仪；
设置在所述螺杆中部的转向转换件；在所述螺杆上，在转向转换件一侧分布有正向螺纹，在转向转换件另一侧分布有反向螺纹。
进一步地，所述样品固定架，包括H形支架；所述螺杆穿过H形支架的两个下端部，测试样品通过H形支架的两个上端部固定放置，一对温度计靠近H形支架的两个上端部、安装在测试样品上，一对应变仪位于H形支架横杆中部，一对氮化铝和加热器对称地设置在H形支架的两个下端部。
进一步地，以上所述的低温超导股线性能测试系统，还包括用于对测试样品进行电流加载的外部电源，以及连接在所述外部电源与测试样品之间的高温超导电流引线。
进一步地，以上所述的低温超导股线性能测试系统，还包括用于采集测试样品的测试信息的外部采集系统，以及连接在所述外部采集系统与测试样品之间的高温超导电流引线；所述测试信息，包括不同应变、不同温度下的超导导体电流、电压及温度。
进一步地，所述低温密封容器与GM制冷机之间，通过不锈钢法兰密封安装。
进一步地，与所述不锈钢法兰相匹配，还设有多个六角螺丝。
进一步地，所述低温密封容器，具有不锈钢壳体。
进一步地，所述传热组件，包括多根高纯导热铜线。
本发明各实施例的低温超导股线性能测试系统，由于包括内部具有真空室的低温密封容器，与低温密封容器密封安装的GM制冷机，包覆在低温密封容器外围的磁体，设在低温密封容器内部的真空室中、且位于GM制冷机的二级制冷头上方的应力加载装置，以及设在应力加载装置与GM制冷机的二级制冷头之间传热组件；测试样品放置在应力加载装置上；可以对目前常用的Nb3Sn、NbTi等超导特性进行全面的实验测试；从而可以克服现有技术中能耗大、结构复杂和实用性差的缺陷，以实现能耗低、结构简洁和实用性好的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为低温超导股线性能测试系统（即力-电-热-磁耦合测试装置）的结构示意图；
图2为应力加载装置的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-测试样品；2-防辐射屏；3-应力加载装置；4-高纯导热铜线；5-真空室；6-六角螺丝；7-不锈钢法兰；8-高温超导电流引线；9-GM制冷剂二级冷头；10-不锈钢外壳；11-磁体；12-温度计；13-应变仪；14-反向螺纹；15-正向螺纹；16-氮化铝；17-加热器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
鉴于现有技术中存在的缺陷，如图1和图2所示，提供了一种低温超导股线性能测试系统，具体为接近实际工况的低温超导股线性能测试系统。该低温超导股线性能测试系统，结构简单、经济实用、可达到低温超导股线特性测试需求，能够对目前常用的Nb3Sn、NbTi等超导特性进行全面的实验测试，具有重要的现实需求和科学意义。
参见图1和图2，根据本发明实施例，本实施例的低温超导股线性能测试系统，包括内部具有真空室（如真空室5）的低温密封容器，与低温密封容器密封安装的GM制冷机，包覆在低温密封容器外围的磁体（如磁体11），设在低温密封容器内部的真空室中、且位于GM制冷机的二级制冷头（如GM制冷剂二级冷头9）上方的应力加载装置（如应力加载装置3），以及设在应力加载装置与GM制冷机的二级制冷头之间传热组件；测试样品（如测试样品1）放置在应力加载装置上；还包括用于对测试样品进行电流加载的外部电源，以及连接在外部电源与测试样品之间的高温超导电流引线（如高温超导电流引线8）；还包括用于采集测试样品的测试信息的外部采集系统，以及连接在外部采集系统与测试样品之间的高温超导电流引线；在应力加载装置和低温密封容器之间，还设有防辐射屏（如防辐射屏2）。
这里，测试信息，包括不同应变、不同温度下的超导导体电流、电压及温度。低温密封容器与GM制冷机之间，通过不锈钢法兰（如不锈钢法兰7）密封安装；与不锈钢法兰相匹配，还设有多个六角螺丝（如六角螺丝6）。低温密封容器，具有不锈钢壳体（如不锈钢外壳10）；传热组件，包括多根高纯导热铜线（如高纯导热铜线4）。
其中，上述应力加载装置，包括用于放置和固定测试样品的样品固定架，靠近样品固定架下端、且横向设置的螺杆；左右对称设置在样品固定架下端的一对氮化铝（如氮化铝16）和加热器（如加热器17），左右对称设置在样品固定架上端的一对温度计（如温度计12），上下对称设置在样品固定架上端的一对应变仪（如应变仪13）；设置在螺杆中部的转向转换件；在螺杆上，在转向转换件一侧分布有正向螺纹（如正向螺纹15），在转向转换件另一侧分布有反向螺纹（如反向螺纹14）。样品固定架，包括H形支架；螺杆穿过H形支架的两个下端部，测试样品通过H形支架的两个上端部固定放置，一对温度计靠近H形支架的两个上端部、安装在测试样品上，一对应变仪位于H形支架横杆中部，一对氮化铝和加热器对称地设置在H形支架的两个下端部。
上述实施例的低温超导股线性能测试系统，主要包括GM制冷机1台、温度计2个、应变仪2个、加热器2个、应力加载装置1台、低温密封容器1个、样品若干、氮化铝若干、电源1台和外部采集系统等。
使用上述实施例的低温超导股线性能测试系统时，首先将GM制冷机与该低温超导股线性能测试系统通过不锈钢法兰密封连接，然后由GM制冷机提供低温环境冷却样品；在外加磁场的环境下，旋转螺杆，驱动样品固定架及样品，使样品弯曲变形，实现对样品的应力加载；由外部电源经高温超导线对样品进行电流加载，同时由外部数据采集系统，采集不同应变、不同温度下的超导导体电流、电压及温度等信息，最终通过分析计算，实现其超导特性测试。
上述实施例的低温超导股线性能测试系统，采用应力加载装置，并利用GM制冷机代替液氮或液氦，作为冷媒，冷却超导股线测试样品。通过该低温超导股线性能测试系统，可以较为简单、经济的实现有限磁场空间中的低温超导股线特性测试，为其进一步工程应用奠定基础。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)
1.一种低温超导股线性能测试系统，其特征在于，包括内部具有真空室的低温密封容器，与所述低温密封容器密封安装的GM制冷机，包覆在所述低温密封容器外围的磁体，设在所述低温密封容器内部的真空室中、且位于所述GM制冷机的二级制冷头上方的应力加载装置，以及设在所述应力加载装置与GM制冷机的二级制冷头之间传热组件；测试样品放置在应力加载装置上。
2.根据权利要求1所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，在所述应力加载装置和低温密封容器之间，还设有防辐射屏。
3.根据权利要求1或2所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，所述应力加载装置，包括用于放置和固定测试样品的样品固定架，靠近所述样品固定架下端、且横向设置的螺杆；左右对称设置在样品固定架下端的一对氮化铝和加热器，左右对称设置在样品固定架上端的一对温度计，上下对称设置在样品固定架上端的一对应变仪；
设置在所述螺杆中部的转向转换件；在所述螺杆上，在转向转换件一侧分布有正向螺纹，在转向转换件另一侧分布有反向螺纹。
4.根据权利要求3所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，所述样品固定架，包括H形支架；所述螺杆穿过H形支架的两个下端部，测试样品通过H形支架的两个上端部固定放置，一对温度计靠近H形支架的两个上端部、安装在测试样品上，一对应变仪位于H形支架横杆中部，一对氮化铝和加热器对称地设置在H形支架的两个下端部。
5.根据权利要求1或2所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，还包括用于对测试样品进行电流加载的外部电源，以及连接在所述外部电源与测试样品之间的高温超导电流引线。
6.根据权利要求1或2所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，还包括用于采集测试样品的测试信息的外部采集系统，以及连接在所述外部采集系统与测试样品之间的高温超导电流引线；所述测试信息，包括不同应变、不同温度下的超导导体电流、电压及温度。
7.根据权利要求1或2所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，所述低温密封容器与GM制冷机之间，通过不锈钢法兰密封安装。
8.根据权利要求7所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，与所述不锈钢法兰相匹配，还设有多个六角螺丝。
9.根据权利要求1或2所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，所述低温密封容器，具有不锈钢壳体。
10.根据权利要求1或2所述的低温超导股线性能测试系统，其特征在于，所述传热组件，包括多根高纯导热铜线。
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