CN107101744A - 一种超导线圈多点温度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度测试技术领域，尤其涉及一种超导线圈多点温度测量系统；其包括温度探测装置、热传导构件、制冷装置、真空密闭腔体和待检测的超导线圈；所述温度探测装置用于检测超导线圈不同部位的温度(即进行多点温度测量)；所述超导线圈放置在所述热传导构件上，所述热传导构件放置所述超导线圈的一端嵌设在所述真空密闭腔体内，相对的另一端与所述制冷装置连接。本发明的温度探头设置灵活，可对超导线圈做针对性检测，对超导线圈的制冷方式为接触式，避免了能源的耗费，也便于温度测量，因此为超导线圈的温度检测提供了一种有效的测量方法，在超导设备保护领域具有重要应用推广价值。

Description

一种超导线圈多点温度测量系统

技术领域

本发明涉及温度测试技术领域，尤其涉及一种超导线圈多点温度测量系统。

背景技术

超导设备在运行期间，一旦发生失超，其通流能力会急剧下降，如果不采取有效措施，会带来不可逆性损伤，因此在设备运行期间对于超导设备的监测和保护就显得尤为重要，而超导线圈作为超导设备的基本组成单元，对于它的监测和保护就更为关键。

超导线圈在失超时的物理特性会表现在多个方面，包括温度、磁场、电流等，本系统主要源于对于超导线圈的温度特性方面着手，当线圈局部发生热点时，会产生局部温升，由此由多点温度探头矩阵，把线圈分成可检测的有限单元，每个探头针对每个单元进行有限检测，有效控制每个部分的温度情况，一旦发生温度异常可及时切断运行设备，对超导设备起到了有效的保护。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述提出的高温超导线圈的检测，本发明要解决的技术问题是提供一种超导线圈多点温度测量系统，以对超导线圈的温度进行有效检测。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超导线圈多点温度测量系统，其包括温度探测装置、热传导构件、制冷装置、真空密闭腔体和待检测的超导线圈；

所述温度探测装置用于检测超导线圈不同部位的温度(即进行多点温度测量)；所述超导线圈放置在所述热传导构件上，所述热传导构件放置所述超导线圈的一端嵌设在所述真空密闭腔体内，相对的另一端与所述制冷装置连接。

进一步地，所述温度探测装置为温度探头组件，所述温度探头组件包括信号线以及多个与所述信号线相连接的温度探头，多个所述温度探头分别与超导线圈的不同位置相接触，以采集所述超导线圈不同位置的温度信号，并通过所述信号线将所述温度信号输出；

优选的，本发明所述的温度探头采用温度传感器为核心部件，外部封装隔热材料，其中所述温度传感器可以是Pt100或热电偶等温度传感器。所述温度探头的具体构造采用本发明的常规设置，只要能够起到探测温度的作用即可。

进一步地，多个所述温度探头间隔布置在所述超导线圈的上表面；所述真空密闭腔体顶端设有与所述信号线相连接的信号线接口，所述信号线通过信号线接口将温度探头采集到的所述温度信号输出，具体输出方式采用本领域的常规技术手段即可。

可选的，所述信号线为柔性结构，以便在所述超导线圈上任意布置温度探头，方便温度探头探测超导线圈的不同位置。

可选的，多个所述温度探头在所述超导线圈的上表面排列为多圈；所述超导线圈的上表面间隔设有多圈圆形轨道，多个所述温度探头分别布置在所述多圈圆形轨道内，在布置所述温度探头时可沿所述圆形轨道灵活移动布置；该测量系统还包括盖板，所述盖板将多个所述温度探头覆盖，以确保温度探头和超导线圈充分接触。

进一步地，所述温度探测装置还可以是测温光纤，所述测温光纤一端连接外部电路(即与该测温光纤相匹配的外部电路)，另一端盘绕在所述超导线圈表面，并根据实际测量需求确定测温光纤在超导线圈上的布置疏密。

进一步地，关于所述热传导构件、制冷装置、真空密闭腔体，本发明提供了以下两种技术方案：

第一种方案：该测量系统还包括真空密封的第一杜瓦，所述第一杜瓦分为上部腔体和下部腔体，所述上部腔体为所述真空密闭腔体，所述下部腔体为所述制冷装置，所述制冷装置内充满液氮；所述热传导构件中空，其顶端封闭、水平且放置有所述超导线圈，底端敞口且与所述制冷装置相连通，以使所述液氮充满热传导构件；优选的，所述热传导构件为圆柱体；优选的，下述的电极引线转换件设于该热传导构件的侧面；优选的，所述下部腔体一侧设有液氮注入口。

第二种方案：所述真空密闭腔体为真空密封的第二杜瓦，所述制冷装置为制冷机，所述热传导构件为中空的冷气通道，其顶端封闭、水平构成制冷平台，且放置有所述超导线圈，底端敞口且与所述制冷机连通，以将制冷机制得的冷气通过冷气通道传输给超导线圈；优选的，所述冷气通道为圆柱体。

进一步地，所述超导线圈和热传导构件之间设有接触板，且所述接触板的导热率低于热传导构件；此处增加导热率偏低的接触板，经过一段时间后上部的超导线圈也可以被冷却，因而不会影响超导线圈和热传导构件之间的冷量传递；而且当上部超导线圈有局部发热的时候，该接触板的存在可使超导线圈的热量不至于很快被下部的热传导构件带走，这样就增加了超导线圈的发热稳定性，进而可以更加灵敏和准确地对超导线圈进行多点温度测量。

进一步地，所述真空密闭腔体顶端设有抽气口，具体的，本系统利用外部的真空泵通过所述抽气口将真空密闭腔体抽成真空。

进一步地，所述真空密闭腔体顶端设有强电接口，内部还设有电极引入线、电极引出线、电极引线转换件、第一过渡线和第二过渡线，所述电极引入线和电极引出线均与所述强电接口连接，以通过所述强电接口与外界强电电路连接，所述超导线圈的始端与第一过渡线、电极引线转换件、电极引入线顺次连接，末端与第二过渡线、电极引线转换件、电极引出线顺次连接；

所述电极引线转换件与热传导构件贴接，从而通过热传导构件传递来的冷量降低其自身的温度；所述电极引入线和电极引出线均为常规导线，所述第一过渡线和第二过渡线均为超导线。

具体的，该电极引线转换件由四个电极引脚固定在金属板上制作而成，其中电极引入线和电极引出线可选用常规导线，第一过渡线和第二过渡线均选用超导线，由于电极引入点发热会比较大，此转换件的主要作用是：通过热传导构件传递来的冷量在电极引入线产生的热量进入超导线圈之前将电极引入点提前冷却，避免将热量带入超导线圈干扰温度探头对超导线圈的温度检测；因此，所述电极引线转换件大大减小了电极位置发热对测量结果的干扰，其为一功能部件，不受其名称的限定，本领域中具有上述功能的常规转换器件均适用。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明所述多点温度测量系统设有多个移动灵活的温度探头，方便调整布置方位，可对超导线圈的各个区域做针对性检测，即可对超导线圈的温度进行多点测量。

2、本发明将超导线圈放置于热传导构件上，通过热传导构件传递的冷量进行降温，即对超导线圈的制冷方式采用接触式，避免了大量能源(例如液氮)的耗费，同时也为温度测量带来了方便，杜瓦内部的传热设计巧妙。

3、本发明对高温超导线圈的电极引入不是采用常规的方法直接接到超导线圈的引线上，而是通过中间的电极引线转换件将超导线圈接入外界的强电电路，电极引线转换件通过热传导构件传来的冷量可将线路产生的热量带走，避免了将热量带入超导线圈，因而有效地减小了电极位置发热对测量结果的干扰，进一步增加了测量精确度。

附图说明

图1为本发明实施例所述多点温度测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述多点温度测量系统中杜瓦的另一种结构形式；

图3为本发明实施例所述温度探头的一种布置图；

图4为本发明实施例所述温度探头的另一种布置图；

图5为本发明实施例所述多点温度测量系统的空间三维图；

图6为本发明所述温度探测装置的另一种实施方式；

其中，1、强电接口；2、信号线接口；31、第一杜瓦；311、上部腔体；312、下部腔体；32、第二杜瓦；4、温度探头；5、超导线圈；6、信号线；71、电极引入线；72、电极引出线；81、第一过渡线；82、第二过渡线；9、热传导构件；10、液氮注入口；11、电极引线转换件；12、液氮；13、抽气口；14、制冷机；16、制冷平台；17、圆形轨道；18、测温光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个(圈)”的含义是两个(圈)或两个(圈)以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶端”、“底端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～5所示，本实施例提供了一种超导线圈多点温度测量系统，其包括温度探头组件、热传导构件9、制冷装置、真空密闭腔体和通有电流的待检测超导线圈5；

所述温度探头组件和超导线圈5均位于所述真空密闭腔体内，所述温度探头组件包括信号线6以及多个与所述信号线6相连接的温度探头4，多个所述温度探头4分别与超导线圈5的不同位置相接触，以采集所述超导线圈5不同位置的温度信号，并通过所述信号线6将所述温度信号输出；

所述超导线圈5放置在所述热传导构件9上，所述热传导构件9中放置超导线圈5的一端嵌设在所述真空密闭腔体内，相对的另一端与所述制冷装置连接；所述超导线圈5和热传导构件9之间设有导热率接触板，且所述接触板的导热率低于热传导构件9。

关于温度探头4的布置，本实施例可采用以下两种方式：一、参见图3，信号线6为柔性结构，由此，多个所述温度探头4可以任意布置在所述超导线圈5上，以便于温度探头4探测超导线圈5的不同位置。二、参见图4，多个所述温度探头4也可以在所述超导线圈5的上表面排列为多圈，各圈之间存在间隔，且各圈中的温度探头4间隔分布；具体的，所述超导线圈5的上表面间隔设有多圈圆形轨道17，多个所述温度探头4分别布置在所述多圈圆形轨道17内；该测量系统还包括盖板，所述盖板将多个所述温度探头4覆盖，以确保温度探头4和超导线圈5充分接触。

所述真空密闭腔体顶端设有强电接口1，内部还设有电极引入线71、电极引出线72、电极引线转换件11、第一过渡线81和第二过渡线82，所述电极引入线71和电极引出线72均与所述强电接口1连接，以通过所述强电接口1与外界强电电路连接；具体的连接方式：所述超导线圈5的始端与第一过渡线81、电极引线转换件11、电极引入线71顺次连接，末端与第二过渡线82、电极引线转换件11、电极引出线72顺次连接。

所述电极引线转换件11与热传导构件9贴接，从而通过热传导构件9传递来的冷量降低其自身的温度；本实施例所述电极引入线71和电极引出线72均为常规导线，第一过渡线81和第二过渡线82均为超导线；所述电极引线转换件11由四个电极引脚固定在金属板上制作而成，其中电极引入线71和电极引出线72可选用常规导线，第一过渡线81和第二过渡线82均选用超导线，由于电极引入点发热会比较大，此转换件的主要作用是：通过热传导构件9传递来的冷量在电极引入线71产生的热量进入超导线圈5之前将电极引入点提前冷却，避免将热量带入超导线圈5干扰温度探头4对超导线圈的温度检测；因此，所述电极引线转换件11大大减小了电极位置发热对测量结果的干扰，其为一功能部件，不受其名称的限定，本领域中具有上述功能的常规转换器件均适用。

所述真空密闭腔体顶端还设有与所述信号线6相连接的信号线接口2，所述信号线6通过信号线接口2将温度探头4采集到的所述温度信号输出，具体输出方式采用本领域的常规技术手段即可。

所述真空密闭腔体顶端还设有抽气口13，本系统利用外部的真空泵通过所述抽气口13将真空密闭腔体抽成真空。

至于所述热传导构件9、制冷装置、真空密闭腔体，本实施例可采用以下两种技术方案：

第一种方案：参见图1和图5，该测量系统还包括真空密封的第一杜瓦31，所述第一杜瓦31分为上部腔体311和下部腔体312，所述上部腔体311为所述真空密闭腔体，所述下部腔体312为所述制冷装置，所述制冷装置内充满液氮12；所述热传导构件9为中空的圆柱体，其顶端封闭、水平且放置有所述超导线圈5，底端敞口且与所述制冷装置相连通，以使所述液氮12充满热传导构件9；所述电极引线转换件11设于该热传导构件9的侧面；所述下部腔体312一侧设有液氮注入口10。

第二种方案：参见图2，所述真空密闭腔体为真空密封的第二杜瓦32，所述制冷装置为制冷机14，所述热传导构件9为中空的圆柱状冷气通道，其顶端封闭、水平构成制冷平台16，且放置有所述超导线圈5，底端敞口且与所述制冷机14连通，以将制冷机14制得的冷气通过冷气通道传输给超导线圈5。

在进行测量前，需要先连接好超导线圈引线，包括电极引入线、电极引出线、电极引线转换件、第一过渡线和第二过渡线等部分，将超导线圈放置在热传导构件顶端，然后将若干温度探头布置在超导线圈的上表面(其中温度探头的布置可分别采用图3和图4所示的两种方式)，将温度探头的信号线通过信号线接口引入，然后将下部腔体通过液氮注入口注入液氮，使整个腔体温度迅速降低，灌注满后将上部腔体通过抽气口抽成真空，即可开始温度测量。

另外，参见附图6，关于温度探测装置，本发明还提供了另一种实施方式，即所述温度探测装置还可以是测温光纤，所述测温光纤一端连接外部电路(即与该测温光纤相匹配的外部电路)，另一端盘绕在所述超导线圈表面，以对高温超导线圈的不同位置进行温度测量，并可根据实际测量需求确定该测温光纤在超导线圈上的布置疏密。

综上所述，本实施例的多点温度测量系统，其温度探测装置设置灵活，可对超导线圈的温度有针对性地进行多点测量，对超导线圈的制冷方式为接触式，避免了液氮的耗费，也便于温度测量。因此，本实施例的多点温度测量系统为超导线圈的温度检测提供了一种行之有效的测量方法，在超导设备保护领域具有重要意义和应用推广价值。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，包括温度探测装置、热传导构件、制冷装置、真空密闭腔体和待检测的超导线圈；

所述温度探测装置用于检测超导线圈不同部位的温度；所述超导线圈放置在所述热传导构件上，所述热传导构件放置所述超导线圈的一端嵌设在所述真空密闭腔体内，相对的另一端与所述制冷装置连接。

2.根据权利要求1所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，所述温度探测装置为温度探头组件，所述温度探头组件包括信号线以及多个与所述信号线相连接的温度探头，多个所述温度探头分别与超导线圈的不同位置相接触。

3.根据权利要求2所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，多个所述温度探头间隔布置在所述超导线圈的上表面；所述真空密闭腔体顶端设有与所述信号线相连接的信号线接口。

4.根据权利要求3所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，所述信号线为柔性结构，以便在所述超导线圈上任意布置温度探头，方便温度探头探测超导线圈的不同位置。

5.根据权利要求3所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，多个所述温度探头在所述超导线圈的上表面排列为多圈；

所述超导线圈的上表面间隔设有多圈圆形轨道，多个所述温度探头分别布置在所述多圈圆形轨道内；

该测量系统还包括盖板，所述盖板将多个所述温度探头覆盖。

6.根据权利要求1所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，所述温度探测装置为测温光纤，所述测温光纤一端连接外部电路，另一端盘绕在所述超导线圈表面，并根据实际测量需求确定所述测温光纤在超导线圈上的布置疏密。

7.根据权利要求1～6任一项所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，还包括真空密封的第一杜瓦，所述第一杜瓦分为上部腔体和下部腔体，所述上部腔体为所述真空密闭腔体，所述下部腔体为所述制冷装置，所述制冷装置内充满液氮；

所述热传导构件中空，其顶端封闭、水平且放置有所述超导线圈，底端敞口且与所述制冷装置相连通。

8.根据权利要求1～6任一项所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，所述真空密闭腔体为第二杜瓦，所述制冷装置为制冷机，所述热传导构件为中空的冷气通道，其顶端封闭、水平，且放置有所述超导线圈，底端敞口且与所述制冷机连通。

9.根据权利要求1所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，所述超导线圈和热传导构件之间设有接触板，且所述接触板的导热率低于热传导构件；和/或，所述真空密闭腔体顶端设有抽气口。

10.根据权利要求1所述的超导线圈多点温度测量系统，其特征在于，所述真空密闭腔体顶端设有强电接口，内部还设有电极引入线、电极引出线、电极引线转换件、第一过渡线和第二过渡线，所述电极引入线和电极引出线均与所述强电接口连接，所述超导线圈的始端与第一过渡线、电极引线转换件、电极引入线顺次连接，末端与第二过渡线、电极引线转换件、电极引出线顺次连接；所述电极引线转换件与热传导构件贴接；所述电极引入线和电极引出线均为常规导线，所述第一过渡线和第二过渡线均为超导线。