CN107884731B - 一种扭转式超导带材临界电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扭转式超导带材临界电流检测装置，包括测试单元和低温单元；低温单元包括冷却介质存储容器和低温杜瓦；低温杜瓦包括低温杜瓦壳体和位于该壳体顶端的低温杜瓦法兰；低温杜瓦法兰设有竖向贯通其上的铜电流引线、位于其上表面的旋转把手；测试单元包括与数据采集控制系统连接的信号接头，与铜电流引线通过导线连接的旋转接触式电流引线单元；低温杜瓦壳体内由横向与竖向支架件组成的支架，横向和纵向支架之间的背景磁场磁体，超导带材扭转单元和带弹簧的紧固部件。本发明提供的检测装置功能齐全，使用方便快捷，效率高，精度高，可以获得不同扭转截距，对不同温度，不同磁场大小下扭转式单根或多根超导带材临界电流特性进行测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种超导带材临界电流检测装置，具体涉及一种单根或多根并联超导带材在不同扭转截距下超导带材临界电流检测装置。
背景技术
近年来，随着高温超导材料制备技术的不断进步，一系列性能优异的超导材料被制造出来，单根超导带材自场下的临界电流可以近似达到100A，为应用超导技术的发展奠定了基础。但是，随着人们对大载流电力装置需求的逐渐增加，单根超导带材的载流量已经不能满足实际应用的需要，而多根超导带材简单并绕的结构，会因导线支路间微小漏电抗而引起很大的环流，增加交流损耗，导致磁场分布不均匀，从而降低超导带材的临界电流，所以具有高载流量、低交流损耗等良好超导性能的超导复合带材是未来的发展趋势，关于复合超导体临界电流测量是研究其载流性能的基础实验支撑。
不同于常规的超导带材临界电流装置，本发明设计了一种转式超导带材临界电流检测装置，它通过在低温杜瓦中安装超导带材扭转单元，背景磁场磁体，真空机组及旋转接触式电流引线单元，综合考虑环境温度、背景磁场的影响因素，针对不同扭转节距绕制的复合超导带材开展临界电流特性测量，从而获得较全面的扭转式复合超导带材的临界电流性能参数，为扭转式超导复合带材的设计和实际应用提供依据。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种单根或多根并联超导带材在不同扭转截距下超导带材临界电流检测装置，测试方便快捷，效率高，精度高，可以获得不同扭转截距、不同温度、不同磁场大小下扭转式单根或多根超导带材临界电流特性测量。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种扭转式超导带材临界电流检测装置包括测试单元和低温单元；低温单元包括冷却介质存储容器(13)和低温杜瓦；低温杜瓦包括低温杜瓦壳体(10)和位于该壳体顶端的低温杜瓦法兰(11)；低温杜瓦法兰(11)设有竖向贯通其上的铜电流引线(2)、背景磁场磁体电流引线(4)和位于其上表面的旋转把手(1)；测试单元包括低温杜瓦法兰上与数据采集控制系统连接的信号接头(12)，与铜电流引线(2)通过导线连接的旋转接触式电流引线单元(3)；低温杜瓦壳体(10)纵向设有横向(15)与竖向(16)支架件组成的支架，贯通横向支架件(15)间设有背景磁场磁体(7)，与旋转接触式电流引线单元(3)尾端连接的横向支架件(15)下表面的轴向上设有超导带材扭转单元(8)。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第一优选方案，旋转接触式电流引线单元(3) 设在与法兰(11)连接的横向支架件(15)上表面的轴向上，旋转接触式电流引线单元(3) 设有温度探头(5)。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第二优选方案，设有旋转接触式电流引线单元 (3)的横向支架件(15)下表面的轴向上设有贯通横向支架件(15)的超导带材样品(6)。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第三优选方案，超导带材扭转单元(8)底部连接有弹性固定单元，所述弹性固定单元包括紧固部件(18)；所述紧固部件(18)间设有弹簧 (17)。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第四优选方案，信号接头(12)依次连接有数据采集及控制系统、制冷机、背景磁场磁体直流电源和超导直流电源。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第五优选方案，低温杜瓦壳体(10)的底部设置有冷却介质(9)进口，进口连接有冷却介质存储容器(13)。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第六优选方案，低温杜瓦壳体(10)的上部设置有冷却介质(9)出口，出口连接有抽气阀门(14)、汽化器和真空机组。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第七优选方案，超导带材扭转单元(8)和弹性固定单元表面镀银。
一种扭转式超导带材临界电流检测装置的第八优选方案，横向(15)与竖向(16)支架件为环氧树脂。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明提供的技术方案通过旋转把手的转动，实现并联扭转式超导带材的绕制，并且同时保证良好的密封性。能够根据需要，绕制不同扭转截距的单根或多根并联超导带材，单根或多根超导材料通过旋转接触式电流引线单元实现通流，多根并联超导带材通流能力达千安培级。
(2)本发明提供的技术方案能够测量不同温度区间，不同扭转截距和磁场强度下单根或多根超导带材的临界电流特性。超导带材扭转单元可以根据绕制节距要求，实现单根或者多根并联超导带材的扭转。
(3)本发明提供的技术方案，底部紧固部件加装了弹簧单元来补偿超导带材缩短的长度，避免拉伸损坏，进一步提高测量精度和实验系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明测量装置系统组成示意图；
图2为超导带材扭转单元示意图；
图3为扭转式超导带材临界电流测试结果图；
其中，1旋转把手，2铜电流引线，3旋转接触式电流引线单元，4背景磁场磁体电流引线，5温度探头，6超导带材样品，7背景磁场磁体，8超导带材扭转单元，9冷却介质，10 低温杜瓦壳体，11低温杜瓦法兰，12信号接头，13冷却介质存储容器，14抽气阀门，15横向支架件，16竖向支架件，17弹簧，18紧固部件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1～3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图1为本发明测量装置系统组成示意图，包括旋转把手1，铜电流引线2，旋转接触式电流引线单元3，背景磁场磁体电流引线4，温度探头5，超导带材6，背景磁场磁体7，超导带材扭转单元8，冷却介质9，低温杜瓦壳体10，低温杜瓦法兰11，信号接头12，冷却介质存储容器13，抽气阀门14，汽化器，真空机组，制冷机，背景磁场磁体直流电源，超导直流电源，数据采集及控制系统，横向支架件15、纵向支架件16。其中铜电流引线2，旋转接触式电流引线单元3，背景磁场磁体电流引线4，温度探头5，超导带材样品6，背景磁场磁体7，超导带材扭转单元8均处于低温杜瓦壳体10的低温冷却介质9中。信号接头12位于低温杜瓦法兰11上。冷却介质存储容器13，抽气阀门14，汽化器，真空机组，制冷机，背景磁场磁体直流电源，超导直流电源，数据采集及控制系统均处于室温空间中。
本发明设计了带有刻度的旋转把手，把手的一端在低温杜瓦瓦兰盖外部，另一端在杜瓦内部连接超导带材扭转单元上部，超导带材扭转单元上部通过螺旋紧固方式固定住单根或者多根高温超导带材的一端，超导带材可以随把手转动一起旋转，单根或者多根高温超导带材的另一端连接一个弹性固定单元，弹性固定单元固定安装在支撑板上。考虑到超导带材扭转多个截距后，整体长度会相应变短，产生的拉伸应力会损坏带材，因此，对弹性固定单元底部添加弹簧来解决此问题。那么，根据角度刻度值，通过旋转把手的转动，可以实现单根或多根超导带材在不同扭转截距下的并联扭转。
为了实现并联扭转式超导体的通流测试，超导带材扭转单元上部连接电流引线一端，另一端连接到弹性固定单元。为了实现大载流通流特性和较小的接触电阻，超导带材扭转单元和弹性固定单元表面采用镀银结构。并且，为了实现并联扭转式超导体在具有均匀磁感应强度的背景磁场环境下，背景磁场由双“E”形铁芯的直流磁体产生。在该铁芯中心立柱上，安放有两个铜线圈，铁芯中部有一长条形空气隙。当铜线圈通入一定直流电流时，该空气隙内能够产生均匀分布的磁场。通过调节背景磁场磁体直流电流，可以改变背景磁场的大小。
并且，固定背景磁场磁体的横向支架件15、纵向支架件16，均采用环氧树脂加工而成，保证低温环境下良好的机械和绝缘性。当进行扭转式超导带材的临界电流特性测试时，从超导带材引出的电压信号线连接到信号接头，同时，用于监测低温杜瓦内部温度的低温探头信号线也连接到信号接头。电压和温度信号通过信号接头输出到数据采集及控制系统进行后处理。
附图2为超导带材扭转单元。超导带材样品6垂直穿过背景磁场磁体7的空隙，其上部通过旋转杆接出到低温杜瓦法兰11外部，下部连接带弹簧17的紧固部件18。当超导带材扭转多个截距后，带材长度会相应变短，为避免拉伸损坏带材，所以在底部紧固部件加装了弹簧17来补偿超导带材缩短的长度。
测试中，首先旋转低温杜瓦盖外部上方的旋转把手，实现单根或多根并联超导带材的不同扭转截距绕制。然后，通过减压降温系统，利用真空机组对低温杜瓦抽真空，获得64K— 77K的超导带材测试温度区间。到达预期温度后，通过铜电流引线给背景磁场磁体的线圈通入一定直流电流，根据标定值可以得到空气隙的磁感应强度。然后通过旋转接触式电流引线单元给复合超导带材通流。最后，利用数据采集及控制系统测量扭转式超导带材的临界电流特性，形成数据文件。
采用本发明的测量装置可以测量，单根或多根并联超导带材在不同扭转截距下，随温度、背景磁场变化的临界电流特性。本装置结构简单，操作方便，是超导应用和生产企业研究、测试扭转式超导带材特性参量的理想设备。
附图3为使用本发明测试的超导带材样品，在不同的扭转截距下的临界电流值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范之内。
Claims (6)
1.一种扭转式复合超导带材临界电流检测装置，所述检测装置包括测试单元和低温单元；其特征在于，所述低温单元包括冷却介质存储容器(13)和低温杜瓦，所述低温杜瓦包括低温杜瓦壳体(10)和位于该壳体顶端的低温杜瓦法兰(11)，所述低温杜瓦法兰(11)设有竖向贯通其上的铜电流引线(2)、背景磁场磁体电流引线(4)和位于其上表面的旋转把手(1)；所述测试单元包括低温杜瓦法兰上与数据采集控制系统连接的信号接头(12)，与所述铜电流引线(2)通过导线连接的旋转接触式电流引线单元(3)，低温杜瓦壳体(10)纵向设有横向支架件(15)与竖向支架件(16)组成的支架，贯通所述横向支架件(15)间设有背景磁场磁体(7)，与所述旋转接触式电流引线单元(3)尾端连接的所述横向支架件(15)上表面的轴向上设有复合超导带材扭转单元(8)；
超导带材扭转单元上部通过螺旋紧固方式固定住单根或者多根高温超导带材的一端，超导带材可以随把手转动一起旋转，单根或者多根高温超导带材的另一端连接一个弹性固定单元，弹性固定单元固定安装在支撑板上；
所述复合超导带材扭转单元(8)底部连接有弹性固定单元，所述弹性固定单元包括紧固部件(18)；所述紧固部件(18)间设有弹簧(17)；
所述信号接头(12)依次连接有数据采集及控制系统、制冷机、背景磁场磁体直流电源和超导直流电源；
所述复合超导带材扭转单元(8)和弹性固定单元表面镀银。
2.根据权利要求1所述的一种扭转式复合超导带材临界电流检测装置，其特征在于，所述旋转接触式电流引线单元(3)设在与所述低温杜瓦法兰(11)连接的所述横向支架件(15)上表面的轴向上，所述旋转接触式电流引线单元(3)设有温度探头(5)。
3.根据权利要求1所述的一种扭转式复合超导带材临界电流检测装置，其特征在于，设有所述旋转接触式电流引线单元(3)的所述横向支架件(15)下表面的轴向上设有贯通所述横向支架件(15)的复合超导带材样品(6)。
4.根据权利要求1所述的一种扭转式复合超导带材临界电流检测装置，其特征在于，所述低温杜瓦壳体(10)的底部设置有冷却介质(9)进口，所述进口连接有所述冷却介质存储容器(13)。
5.根据权利要求1所述的一种扭转式复合超导带材临界电流检测装置，其特征在于，所述低温杜瓦壳体(10)的上部设置有冷却介质(9)出口，所述出口连接有抽气阀门(14)、汽化器和真空机组。
6.根据权利要求1所述的一种扭转式复合超导带材临界电流检测装置，其特征在于，所述横向支架件(15)与竖向支架件(16)为环氧树脂。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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