CN108106935A - 一种超导线轴向应变临界性能测试装置 - Google Patents

一种超导线轴向应变临界性能测试装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108106935A
CN108106935A CN201711190671.9A CN201711190671A CN108106935A CN 108106935 A CN108106935 A CN 108106935A CN 201711190671 A CN201711190671 A CN 201711190671A CN 108106935 A CN108106935 A CN 108106935A
Authority
CN
China
Prior art keywords
superconducting line
shaped spring
strain
drive link
axial strain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711190671.9A
Other languages
English (en)
Inventor
戴超
秦刚经
刘方
武玉
刘华军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201711190671.9A priority Critical patent/CN108106935A/zh
Publication of CN108106935A publication Critical patent/CN108106935A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0003—Steady
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0076—Hardness, compressibility or resistance to crushing
    • G01N2203/0085—Compressibility
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/0278—Thin specimens
    • G01N2203/028—One dimensional, e.g. filaments, wires, ropes or cables

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超导线轴向应变临界性能测试装置，包括有传动杆、两条电流引线和下端测量模块，传动杆的下端安装有下端测量模块，下端测量模块包括有安装在传动杆端部的U形弹簧，U形弹簧两侧的下端部分别连接有杠杆，杠杆的下端部与涡轮蜗杆装置的传动端连接，待测超导线以锡焊的方式固定在U形弹簧的上端平面上，且其两端绕过U形弹簧与两条电流引线的下端部连接，传动杆的上端部安装有测量引线接口。本发明可以简单有效的对超导线样品施加正负轴向应变，应变变化分辨率高，且临界电流测试过程中，应变稳定；样品应变加载结构设计新颖，在低温下可靠接触，并可以通入大电流，测量精度高，更换样品时操作简易，不会损伤超导线。

Description

一种超导线轴向应变临界性能测试装置
技术领域：
本发明涉及超导线性能测试领域，主要涉及一种超导线轴向应变临界性能测试装置。
背景技术：
聚变能作为一种清洁能源，是人类的梦想能源之一，托卡马克型磁约束核聚变装置是产生聚变能的可靠装置，全超导托卡马克是实现聚变堆连续运行的重要保障。中国在成功建立并运行全超导非圆截面托克马克EAST的基础上，积极开展国际热核聚变实验堆ITER的建设工作。同时，各个国家也开始了下一代聚变堆的预研工作。超导电缆是托卡马克装置的重要部件，其技术是聚变工程的关键技术。超导电缆由超导线绞制而成，因而对超导线性能的研究是其中十分重要的工作。
目前，Nb3Sn和NbTi两种低温超导材料已经成熟地应用在聚变装置磁体中。并且也在其他诸如大型加速器磁体以及用于生物材料领域提供背景场中得到广泛应用。
而毋庸置疑，使用具有更高临界温度、临界磁场的高温超导材料，是未来超导磁体技术发展的趋势。然而，几乎目前所有已经实用化的高温超导材料，例如：Bi2212线材、MgB2线材、Bi2223带材、YBCO带材，还是正在发展中的Fe超导线，其临界性能都会不同程度地收到应变的影响。而在超导线/带材的运行条件下，由热收缩、电磁力产生的应变是不可避免的。因此，研究高场环境下，应变对超导线/带材临界性能的影响对超导电缆，超导磁体的设计运行有十分重要的参考意义。
弯曲临界电流样品安装在弯曲测试装置平台上，被放置在液氦槽中和垂直于加载块的轴线磁场（螺线管）中，所选择的样品电流和磁场强度应确保向内的电磁力适用于股线，样品测试范围内，磁场均匀度必须达到 0.5%，磁场与股线之间夹角必须为 90°± 6°；磁场测量系统的分辨率要优于 20mT，其绝对准确度要优于1%。磁场重复性必须优于0.5%，电流测试的分辨率必须优于 0.1A，绝对准确度优于0.5%。
测试装置包括提供背景场的磁体系统，弯曲应变测试装置，低温容器，电源设备以及数据采集系统等。
提供背景场的磁体为螺旋管型超导混合磁体，内、外线圈分别由Nb3Sn 和NbTi 线绕制。孔径为70mm，其中心磁场最高可达16T，中心处直径、高度均为10mm 的圆柱内的磁场均匀度高达。磁体同时并联了—个超导开关，磁场稳定时磁体处于闭环运行模式，并浸泡在液氦中，以保证实验时磁体系统更稳定。
实验内容主要包括：不同应变载荷以及不同磁场下、不同温度下超导线的临界电流和n值测试。
测试样品浸泡在液氦中进行通电实验，测试过程中需要在液氦中给样品施加弯曲应力，需要设计一套可靠的测试装置，固定测试超导样品并施加载荷，并且在一定的背景磁场中给样品通入直流电流，测试样品临界电流和n值。
目前国际上各个低温实验室采用的超导线轴向应变临界性能测试装置结构不尽相同，为了能够安全、准确、可靠、高效的测量超导线的轴向应变临界性能，装置设计时必须考虑以下几点：
1.样品所处区域应变必须均匀；
2.装置可以精确测量样品受到的轴向应变；
3.装置能给样品施加±1%的应变，且应变控制精度优于±0.001%；
4.电流引线优化设计，减小漏热；
5.装置易与拆装，方便样品更换；
6.电压测量精度优于0.01uV；
7.温度控制范围为4.2K-40K；
8.可靠的电绝缘。
发明内容：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种超导线轴向应变临界性能测试装置，可用于Nb3Sn、MgB2、Bi-2212等超导线及Bi2223、YBCO、Fe基带材的轴向正负应变作用下的临界性能测试。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超导线轴向应变临界性能测试装置，包括有传动杆、两条电流引线和下端测量模块，其特征在于：所述传动杆的下端安装有下端测量模块，所述下端测量模块包括有安装在传动杆端部的U形弹簧，所述U形弹簧两侧的下端部分别连接有杠杆，所述杠杆的中部转动安装在U形弹簧后端部的支撑杆上，所述杠杆的下端部与涡轮蜗杆装置的传动端连接，所述待测超导线以锡焊的方式固定在U形弹簧的上端平面上，且其两端绕过U形弹簧与两条电流引线的下端部连接，所述传动杆的上端部安装有测量引线接口。
所述的传动杆和电流引线的中部通过支撑套封装，所述传动杆和电流引线的上下端分别伸出支撑套外。
所述的支撑套用于结构支撑和保护，其采用G10材质。
所述的U形弹簧的上端面两侧设有台阶。
所述的电流引线采用cu和超导材料复合。
本发明的优点是：
本发明可以简单有效的对超导线样品施加正负轴向应变，应变变化分辨率高，且临界电流测试过程中，应变稳定；样品应变加载结构设计新颖，在低温下可靠接触，并可以通入大电流，测量精度高，更换样品时操作简易，不会损伤超导线。
附图说明：
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明局部放大结构图。
具体实施方式：
参见附图。
一种超导线轴向应变临界性能测试装置，包括有传动杆7、两条电流引线3、6和下端测量模块5，其特征在于：所述传动杆7的下端安装有下端测量模块5，所述下端测量模块5包括有安装在传动杆端部的U形弹簧8，所述U形弹簧8两侧的下端部分别连接有杠杆9，所述杠杆的中部转动安装在U形弹簧8后端部的支撑杆上，所述杠杆9的下端部与涡轮蜗杆装置10的传动端连接，所述待测超导线以锡焊的方式固定在U形弹簧8的上端平面上，且其两端绕过U形弹簧8与两条电流引线3、6的下端部连接，所述传动杆7的上端部伸出端1安装有测量引线接口2。
所述的传动杆7和电流引线3、6的中部通过支撑套4封装，所述传动杆7和电流引线3、6的上下端分别伸出支撑套4外。
所述的支撑套4用于结构支撑和保护，其采用G10材质。
所述的U形弹簧8的上端面两侧设有台阶。
所述的电流引线3、6采用cu和超导材料复合。
此装置中，超导线以锡焊的方式固定在U形弹簧的上端平面上，如果U形弹簧上端面有应变产生，超导线由于锡焊在端面上，将会和U形弹簧一起发生应变。由于超导线的直径一般都小于等于1mm，因此产生的应变差可以忽略不计，一般认为超导线的应变值等于U形弹簧端面的应变值。
由于锡焊了超导线，U形弹簧端面的应变值在实验过程中无法直接测量。其应变值是根据实验前标定的关系式推导得到的。试验前，须先标定U形弹簧端面应变值与其两侧台阶及反面应变值的对应关系。在实验时，两侧台阶和反面的应变值是可以测量到的，因此，样品焊接面及超导线的应变，就可以通过台阶或反面的应变值，结合关系式推导得出。
应变的加载在室温端，通过传动轴驱动下端的涡轮蜗杆装置，将力施加给U形弹簧下方的杠杆。杠杆将力施加到U形弹簧的两个腿上，通过双腿“张开”或者“闭合”，使得样品面产生拉伸或压缩应变。
室温到低温端的电流传输使用的是空心铜管电流引线，空心结构可以利用液氦蒸发回气冷却电流引线，带走通电产生的焦耳热。电流引线与样品之间的电流传输使用了高温超导带材，进一步降低了焦耳热的产生，减少液氦消耗。
电压测量采用一对或者两对电位线，测量方法为4引线法。
本发明在超导线在不同温度、不同背景磁场下轴向正负应变临界性能测试中发挥很大作用；适用于超导线轴向应变临界性能测试实验，其样品轴向应变加载结构设计新颖，目前国内尚无类似结构，此结构在低温下可靠接触，并可以通入大电流，更换样品时操作简易，不会损伤超导线。
采用了钛合金的应变加载骨架，可以使样品应变达到±1%。
涡轮蜗杆传动装置可以保证应变控制精度在±0.001%。
可以实现4.2K-40K温度范围内的变化，温控精度可以达到±0.1K。

Claims (5)

1.一种超导线轴向应变临界性能测试装置，包括有传动杆、两条电流引线和下端测量模块，其特征在于：所述传动杆的下端安装有下端测量模块，所述下端测量模块包括有安装在传动杆端部的U形弹簧，所述U形弹簧两侧的下端部分别连接有杠杆，所述杠杆的中部转动安装在U形弹簧后端部的支撑杆上，所述杠杆的下端部与涡轮蜗杆装置的传动端连接，所述待测超导线以锡焊的方式固定在U形弹簧的上端平面上，且其两端绕过U形弹簧与两条电流引线的下端部连接，所述传动杆的上端部安装有测量引线接口。
2.根据权利要求1所述的超导线轴向应变临界性能测试装置，其特征在于：所述的传动杆和电流引线的中部通过支撑套封装，所述传动杆和电流引线的上下端分别伸出支撑套外。
3.根据权利要求1所述的超导线轴向应变临界性能测试装置，其特征在于：所述的支撑套用于结构支撑和保护，其采用G10材质。
4.根据权利要求1所述的超导线轴向应变临界性能测试装置，其特征在于：所述的U形弹簧的上端面两侧设有台阶。
5.根据权利要求1所述的超导线轴向应变临界性能测试装置，其特征在于：所述的电流引线采用cu和超导材料复合。
CN201711190671.9A 2017-11-24 2017-11-24 一种超导线轴向应变临界性能测试装置 Pending CN108106935A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711190671.9A CN108106935A (zh) 2017-11-24 2017-11-24 一种超导线轴向应变临界性能测试装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711190671.9A CN108106935A (zh) 2017-11-24 2017-11-24 一种超导线轴向应变临界性能测试装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108106935A true CN108106935A (zh) 2018-06-01

Family

ID=62206622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711190671.9A Pending CN108106935A (zh) 2017-11-24 2017-11-24 一种超导线轴向应变临界性能测试装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108106935A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261694A (zh) * 2019-05-17 2019-09-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线可变弯曲临界性能测试样品杆
CN112542269A (zh) * 2020-11-30 2021-03-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种铌三锡超导线拉伸应变临界电流测试样品制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132690A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Japan Atomic Energy Agency 金属線へのひずみ印加装置
US7469596B1 (en) * 2007-10-15 2008-12-30 Southwest Research Institute Measurement of constitutive properties of a powder specimen subject to compressive axial and radial loading, using eddy current sensing
CN102323160A (zh) * 2011-07-19 2012-01-18 兰州大学 373-4.2k环境下超导材料的多场耦合测试系统
CN104952549A (zh) * 2015-05-13 2015-09-30 中国科学院等离子体物理研究所 高温超导线-超导带可变温临界电流测试样品杆
CN105445114A (zh) * 2015-12-09 2016-03-30 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线低温性能测试装置
CN106940273A (zh) * 2017-01-17 2017-07-11 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132690A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Japan Atomic Energy Agency 金属線へのひずみ印加装置
US7469596B1 (en) * 2007-10-15 2008-12-30 Southwest Research Institute Measurement of constitutive properties of a powder specimen subject to compressive axial and radial loading, using eddy current sensing
CN102323160A (zh) * 2011-07-19 2012-01-18 兰州大学 373-4.2k环境下超导材料的多场耦合测试系统
CN104952549A (zh) * 2015-05-13 2015-09-30 中国科学院等离子体物理研究所 高温超导线-超导带可变温临界电流测试样品杆
CN105445114A (zh) * 2015-12-09 2016-03-30 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线低温性能测试装置
CN106940273A (zh) * 2017-01-17 2017-07-11 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. TEN HAKEN 等: "The strain dependence of the critical properties of Nb3Sn conductors", 《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 *
BENNIE TEN HAKEN 等: "The Influence of Compressive and Tensile Axial Strain on the Critical Properties of Nb3Sn Conductors", 《IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY》 *
刘方 等: "Nb3Sn超导线应变下临界电流实验研究", 《低温物理学报》 *
王哲: "Nb3Sn 超导股线临界特性的应变依赖性及标度关系研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261694A (zh) * 2019-05-17 2019-09-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线可变弯曲临界性能测试样品杆
CN110261694B (zh) * 2019-05-17 2021-08-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种超导股线可变弯曲临界性能测试样品杆
CN112542269A (zh) * 2020-11-30 2021-03-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种铌三锡超导线拉伸应变临界电流测试样品制备方法
CN112542269B (zh) * 2020-11-30 2022-07-12 中国科学院合肥物质科学研究院 一种铌三锡超导线拉伸应变临界电流测试样品制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102735964B (zh) 一种高温超导带材多场特性测量装置
CN106940273B (zh) 一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置
CN104952549A (zh) 高温超导线-超导带可变温临界电流测试样品杆
CN102323160A (zh) 373-4.2k环境下超导材料的多场耦合测试系统
CN102735902A (zh) 高温超导导线拉力测试设备及其测试方法
CN103336179B (zh) Cicc超导接头的低温电阻测量系统的制作及测量方法
CN105988053A (zh) 一种cicc导体性能测试系统
CN201796076U (zh) 超导股线临界电流测试样品杆
CN108106935A (zh) 一种超导线轴向应变临界性能测试装置
CN110261694B (zh) 一种超导股线可变弯曲临界性能测试样品杆
Liu et al. Experimental study on Bi-2212 cable-in-conduit conductor
CN202158997U (zh) 373-4.2k环境下超导材料的多场耦合测试系统
Dai et al. An 8 T superconducting split magnet system with large crossing warm bore
Wu et al. Recent main events in applied superconductivity in China
CN106370952A (zh) 磁扰动下高温超导线圈临界电流特性的测量装置及其方法
CN202614829U (zh) 高温超导导线拉力测试设备
CN101799490A (zh) 超导线变温测量系统的样品测试杆
Obana et al. Conductor and joint test results of JT-60SA CS and EF coils using the NIFS test facility
Wang et al. Review of research and measurement for application properties of HTS tapes
Takahashi et al. Performance of Japanese $\hbox {Nb} _ {3}\hbox {Sn} $ Conductors for ITER Toroidal Field Coils
Guan et al. Current distribution and stability of LTS/HTS hybrid superconducting conductors
CN108398337A (zh) 一种超导股线局部横向压缩应变临界性能测试装置
CN105004901A (zh) 直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆
Nabara et al. Performance analysis of mass-produced Nb 3 Sn conductor for central solenoid in ITER
Loder et al. A conduction cooled Nb3Sn racetrack coil: Design, construction, and testing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180601

RJ01 Rejection of invention patent application after publication