CN105445114A - 一种超导股线低温性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导股线低温性能测试装置，包括内部提供低温环境的杜瓦、与所述杜瓦密封安装的吊杆和防辐射屏、置于杜瓦内部吊杆下方的应力加载装置、设在所述应力加载装置和外界超导电源之间的一对电流引线、以及夹持在应力加载装置上的用于测试超导股线应变的延伸计和外部信号采集传感器部件；超导股线测试样品置于应力加载装置上，由电流引线提供测试电流，延伸计测量应变大小，外部信号采集传感器采集测试数据，从而获得超导股线的性能曲线。本发明的装置可以克服现有技术中结构复杂、成本高、轴向应变加载不均匀和实用性差、测量精度低等缺陷，从而实现测量精度高、轴向应变加载合理均匀，结构简单和实用性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及超导材料测试与超导电工技术领域，特别的涉及一种低温超导股线应变与临界电流性能测试装置。
背景技术
随着科学技术的发展，超导技术越来越多的应用于科学研究中，低温超导材料尤其是Nb3Sn、NbTi等，已经广泛的应用于大型核聚变装置、超导核磁共振装置、高能粒子加速器装置、磁共振谱仪等。由超导材料制成的超导股线通常运行在高磁场，大电流和极低温等极端环境下，实际运行中同时受到冷热交替变化、电磁洛伦兹力和机械应力等多场耦合的复杂环境，这些外部因素的综合作用会导致超导股线的超导特性（主要指临界电流）产生显著退化。从而使得超导磁体的性能下降，给超导磁体装置的稳定运行带来安全隐患。因此，为了安全有效的设计超导磁体，需要对超导股线真实运行工况下的性能进行实验研究，从而为超导磁体装置的安全有效设计提供强有力的支撑。
目前，国外相关的实验已经进行多年，国内也有一些相关的实验测试装置，但根据文献调研，国内测试装置普遍存在测量装置复杂、成本高、轴向应变加载不均匀，测量精度低，测量误差大，以及无法高效快速的进行不同工况的实验研究等缺点。本发明具有原理简单，操作方便和测量精度高、误差小以及快速进行多工况实验研究等特性，能够满足工程用超导股线性能的高效快速准确的测试需求。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提供一种超导股线低温性能测试装置，实现高效性、快速性、准确性和简洁实用性的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种超导股线低温性能测试装置，其特征在于：包括内部提供低温环境的杜瓦、与所述杜瓦密封安装的吊杆和防辐射屏、置于杜瓦内部吊杆下方的应力加载装置、设在所述应力加载装置和外界超导电源之间的一对电流引线、以及夹持在应力加载装置上的用于测试超导股线应变的延伸计和外部信号采集传感器部件；超导股线测试样品置于应力加载装置上，由电流引线提供测试电流，延伸计测量应变大小，外部信号采集传感器采集测试数据，从而获得超导股线的性能曲线。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述防辐射屏设在应力加载装置和杜瓦之间。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述应力加载装置包括放置和固定测试样品的样品垫板部件、支撑样品垫板的垫板支撑部件、置于支撑部件下方的传动轴和蜗轮蜗杆传动机构、以及支撑整个应力加载装置的底部支撑圆盘部件。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述样品垫板部件包括两个对称放置的楔形夹具、一个两端大中间小的狗骨头型的样品垫板，样品垫板的两端分别通过楔形夹具固定于垫板支撑部件上，延伸计夹持在样品垫板上；测试样品在测试时焊接在样品垫板上，样品垫板通过螺钉与楔形夹具固定，楔形夹具通过与电流引线连接对样品加载测试电流。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述样品垫板可拆卸，根据测试需要更换不同的材料。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述垫板支撑部件包括两个支撑滑块，其中一个是固定的支撑滑块，另一个是可在底部圆盘上自由滑动的动滑块，动滑块通过传动轴与蜗轮蜗杆传动机构连接。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述传动轴与动滑块连接部分有尺寸一定的螺纹，支撑传动轴的支架固定在底部圆盘上，支架与传动轴之间有轴承连接。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述吊杆采用空心管形式。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述底部圆盘下方和动滑块下方有导向杆连接。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述信号采集传感器采集的测试信息包括不同应变、不同电流下的超导股线电流、电压和温度。
电流引线一端置于杜瓦外部与外界超导电源连接，一端与应力加载装置连接，过渡部位采用变截面形式。
所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于，低温杜瓦采用浸泡冷却方式。
本发明的优点是：
本发明的装置可以对目前工程上超导磁体常用的Nb3Sn、NbTi等不同直径的超导股线的超导特性进行完整系列的实验研究，从而克服现有测试方案中测量装置复杂、成本高、轴向应力加载不均匀，测量精度低，测量误差大，以及无法高效快速的进行不同工况的实验研究等缺点；本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中显而易见，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，并且成为说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于阐述本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为超导股线低温性能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-杜瓦；2-防辐射屏；3-应力加载装置4-吊杆；5-测试样品；6-样品垫板；7-样品垫板夹具；8-支撑滑块；9-动滑块；10-传动轴；11-蜗轮蜗杆；12-底部圆盘；13-电流引线；14-延伸计；15-传动轴支撑块；16-导向杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实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，提供了一种超导股线低温性能测试装置，具体为用于接近实际工况的超导股线低温应变与临界电流测试装置。该超导股线低温性能测试装置，原理简单、操作方便、测量精度高、误差小，并且可以快速进行多工况实验研究等特性，能够满足工程上常用超导股线的性能测试需求，具有重要的现实意义和科学研究意义。
参考图1和图2，根据本发明实例，本实施例的超导股线低温性能测试装置，包括具有低温环境的杜瓦1，与所述低温杜瓦密封安装的吊杆4和防辐射屏2，置于杜瓦内部吊杆下方的应力加载装置3，在所述应力加载装置3和外界超导电源之间的一对电流引线13，以及测试超导股线应变的延伸计14和外部的信号采集传感器部件。测试样品5置于应力加载装置上，外界超导电源通过电流引线13对测试样品5提供测试电流，延伸计14测量应变大小，外部信号采集传感器部件采集测试数据。
这里，测试信息主要包括不同应变条件下的超导股线电流、电压和温度。低温杜瓦1采用浸泡式冷却方式。吊杆4采用空心管形式。
其中，上述应力加载装置3，包括用于放置和固定测试样品的样品垫板6，支撑样品垫板的垫板支撑部件（垫板支撑部件包括支撑滑块8和动滑块9），置于支撑部件中间的提供轴向应变的蜗轮蜗杆11和传动轴10，夹持在样品垫板6上的延伸计14，以及支撑整个应力加载的底部圆盘12。在传动轴10与动滑块9连接部位有尺寸一定的螺纹，支持传动轴10的支架固定在底部圆盘12上，支架与传动轴10之间有轴承连接。
上述实施例的超导股线低温性能测试装置，主要包括低温杜瓦1个、吊杆四个、辐射屏一套、样品垫板若干、样品若干、电流引线一对、蜗轮蜗杆一副、延伸计一个、外超导电源一台和外部采集系统一套。
使用上述实施例的超导股线低温性能测试装置，首先将测试样品5焊接在样品垫板6上，整套装置置于低温杜瓦1内，然后通过杜瓦1上端法兰的输液管用液氦将装置冷却到实验所需的低温环境。在外加磁场的环境下，转动蜗轮蜗杆11，通过传动轴10上的螺纹驱动动滑块9横向移动，带动样品垫板6和测试样品5进行轴向拉伸，实现对样品的应变加载；外部电源通过电流引线13对样品进行电流加载，延伸计14采集轴向应变信号，同时由外部信号采集传感器部件将进行数据采集，采集不同应变下的超导股线电流、电压和温度等，最终通过分析计算，实现超导股线的低温性能测试。
上述实施例的超导股线低温性能测试装置，通过更换样品垫板6实现不同工况下的样品测试环境；通过应力加载装置3中的高传动比的蜗轮蜗杆11和传动轴10螺纹，实现对超导股线轴向应变的高分辨率施加；通过动静滑块和导向杆实现轴向应变的均匀有效施加；采用延伸计14实现应变测量的高精度采集。可以简单、经济、准确、快速高效的实现有限磁场空间的超导股线低温性能测试，为其超导股线的工程设计和应用提供技术支持。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而言，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)
1.一种超导股线低温性能测试装置，其特征在于：包括内部提供低温环境的杜瓦、与所述杜瓦密封安装的吊杆和防辐射屏、置于杜瓦内部吊杆下方的应力加载装置、设在所述应力加载装置和外界超导电源之间的一对电流引线、以及夹持在应力加载装置上的用于测试超导股线应变的延伸计和外部信号采集传感器部件；超导股线测试样品置于应力加载装置上，由电流引线提供测试电流，延伸计测量应变大小，外部信号采集传感器采集测试数据，从而获得超导股线的性能曲线。
2.如权利要求1所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述防辐射屏设在应力加载装置和杜瓦之间。
3.如权利要求1或2所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述应力加载装置包括放置和固定测试样品的样品垫板部件、支撑样品垫板的垫板支撑部件、置于支撑部件下方的传动轴和蜗轮蜗杆传动机构、以及支撑整个应力加载装置的底部支撑圆盘部件。
4.如权利要求3所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述样品垫板部件包括两个对称放置的楔形夹具、一个两端大中间小的狗骨头型的样品垫板，样品垫板的两端分别通过楔形夹具固定于垫板支撑部件上，楔形夹具与电流引线连接，延伸计夹持在样品垫板上。
5.如权利要求4所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述样品垫板可拆卸，根据测试需要更换不同的材料。
6.如权利要求3所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述垫板支撑部件包括两个支撑滑块，其中一个是固定的支撑滑块，另一个是可在底部圆盘上自由滑动的动滑块，动滑块通过传动轴与蜗轮蜗杆传动机构连接。
7.如权利要求6所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述传动轴与动滑块连接部分有尺寸一定的螺纹，支撑传动轴的支架固定在底部圆盘上，支架与传动轴之间有轴承连接。
8.如权利要求1所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述吊杆采用空心管形式。
9.如权利要求1所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述底部圆盘下方和动滑块下方有导向杆连接。
10.如权利要求1所述的超导股线低温性能测试装置，其特征在于：所述信号采集传感器采集的测试信息包括不同应变、不同电流下的超导股线电流、电压和温度。
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