CN110703165A - 超导带材转弯直径的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超导带材转弯直径的测试装置及方法，包括：带材放料端：能够放置待测超导带材；带材收料端：与所述待测超导带材的一端连接，能够从所述带材放料端回收所述待测超导带材；转弯直径测试板：包括多种弯曲直径的弯曲直径测试件，能够绕设待测超导带材，使待测超导带材实现对应弯曲直径的弯曲。本发明通过多种弯曲直径的弯曲直径测试件可以用于快速测试超导带材的临界转弯直径值，结合两次磁测法测试可以快速有效准确的测出高温超导带材的单曲和双曲临界转弯直径值。
Description
技术领域
本发明涉及超导材料测试装置领域，具体地，涉及一种超导带材转弯直径的测试装置及方法。
背景技术
在一些大科学装置中，需要用超导线圈产生极高的磁场，而线圈的尺寸又非常之大，例如托克马克的D型线圈。绕制这样的线圈，为了降低电感，在同样的安匝数下，线缆需要高临界电流、高载流密度。同时具有良好的机械特性与磁体制造过程中的弯曲等变形需求。
专利文献CN 103493152A《超导电缆及其制造方法》详细介绍了CORC(ConductorOn Round Core)线缆的构造。超导电缆采用绕着骨架缠绕的一个或多个超导带材。紧凑的超导电缆被配置为使用具有小直径例如小于10毫米的骨架。柔韧的超导电缆被配置有由柔韧材料制成的骨架。超导带状导体绕着骨架缠绕，同时超导层在绕组的绕弯的内侧被压缩，以防止对超导体的不可逆转的损坏。超导带材上有一层焊剂或每一层中的带状导体之间缠绕了焊剂护套。一个或多个焊剂层或护套被熔化以导致焊剂在该结构中流动，以把一些或所有的超导带状导体结合在一起，并形成机械上坚固的电缆，且电缆中的带材之间具有增强的电连接程度。
第二代高温超导带材是CORC电缆的主要选择，其是一种涂层材料，一般由金属基带、缓冲层(过渡层)、超导层以及保护层组成。制备超导性能优良的涂层导体，需要超导层具有一致的双轴织构。由于YBCO(钇钡铜氧，YBa2Cu3O7)超导薄膜在a/b轴方向的排列程度(面内织构)相对较难实现，而面内织构较差会严重降低超导性能。因此需要YBCO超导薄膜在已经具有双轴织构和匹配晶格的过渡层上外延生长。制备实现双轴织构有两种主流的技术路线，一种是轧制辅助双轴织构基带(RABiTS)技术，另一种为离子束辅助沉积(IBAD)技术。REBCO(REBa2Cu3Ox)超导层制备的常见技术分为多种，有脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、金属有机物分解(MOD)、磁控溅射(Magnetron sputtering)、反应共蒸发等(Co-evap)。最后一层是保护层，主要是用来保护超导层，一般在超导带材表面镀1-5um的银层。基于这样的结构，第二代高温超导带材抗压不抗拉，在弯曲的时候，晶粒能够承受较大的压应力，而不能承受较大的拉应力。因此通常弯曲的时候REBCO面向内，超导带材的临界转弯直径要小的多。所以一般情况下CORC电缆的超导带，也使用REBCO向内进行绕制。
为了提高线缆的临界电流密度，希望超导带材拥有更小的转弯直径，带材能够能够绕在更细的铜管上而不发生损坏。为此众多的高温超导带材生产厂商开发出了超薄的高温超导带材。为了消除带材弯曲后REBCO受到的应力，还开发了单面镀铜保护工艺，将超导层置于整个带材结构的几何中心。而这些带材能否用于在更细的铜棒载体上进行绕制，需要精密的去测试带材的临界转弯直径，即将带材进行弯曲后，临界电流的退化小于5％的直径临界值。
由于第一代高温超导带材转弯直径在10cm等级，大家通常采用的测试方法是利用不同直径的轮子，将带材绕在导轮上进行通流测试。测试方法如专利文献CN104965113A《用于高温超导带材力学性能测试的装置及其检测方法》所示。
该方法测试的问题在于：
传输法测试带材的临界电流，得到的值是该段带材的平均值，并不能得到整个带材临界电流的分布曲线。
1、带材临界转弯直径下，带材的损坏包括临界电流的退降从临界电流振幅变大开始，此时临界电流的平均值变化不大。这种情况下，传输法测试得到的临界电流无法推导得出带材准确的临界转弯直径值；
2、带材的局部绕在测试轮上，如果发生损坏，仅仅在局部。这种情况下，传输法经过加权平均后，得到的临界电流无法推导得出带材准确的临界转弯直径值。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超导带材转弯直径的测试装置及方法。
根据本发明提供的一种超导带材转弯直径的测试装置，包括：
带材放料端：能够放置待测超导带材；
带材收料端：与所述待测超导带材的一端连接，能够从所述带材放料端回收所述待测超导带材；
转弯直径测试板：包括多种弯曲直径的弯曲直径测试件，能够绕设待测超导带材，使待测超导带材实现对应弯曲直径的弯曲。
优选地，所述转弯直径测试板包括：单曲转弯直径测试板或双曲弯曲直径测试板。
优选地，所述单曲转弯直径测试板包括：
多个弯曲直径测试块/轮：通过自身的弧面提供对应的弯曲直径；
导向块/轮：将所述带材放料端上的所述待测超导带材导向至所述弯曲直径测试块/轮实现单侧弯曲，以及将所述弯曲直径测试块/轮上的所述待测超导带材导向至所述带材收料端。
优选地，所述双曲弯曲直径测试板包括：
多个弯曲直径测试块/轮，通过自身的弧面提供对应的弯曲直径。
优选地，所述单曲转弯直径测试板上的所述弯曲直径测试件的弯曲直径各不相同；
所述双曲弯曲直径测试板上每两个所述弯曲直径测试件具有一种相同的弯曲直径。
优选地，所述弯曲直径测试件使所述待测超导带材弯曲至少180度。
优选地，所述弯曲直径测试件的表面粗糙度小于Ra1.6。
优选地，所述弯曲直径测试件按照弯曲直径从小到大依次排列。
根据本发明提供的一种超导带材转弯直径的测试方法，包括：用上述的超导带材转弯直径的测试装置，执行步骤：
S1、将待测超导带材的两端分别连接在所述带材放料端和所述带材收料端，
S2、采用磁测法测试整个待测超导带材得到临界电流Ic1；
S3、从小到大依次选取一种弯曲直径的弯曲直径测试件，将待测超导带材的中部绕设在选取的弯曲直径测试件上；
S4、控制待测超导带材在预设张力范伟内从带材放料端经过后收入带材收料端；
S5、采用磁测法测试整个待测超导带材得到临界电流Ic2；
S6、对比临界电流Ic1和临界电流Ic2，若临界电流Ic1和临界电流Ic2不一致，则取上一次的弯曲直径作为待测超导带材的临界转弯直径。
优选地，所述步骤S3中，待测超导带材的中部单侧绕设在一个弯曲直径测试件上，或者呈S形双侧分别绕设在两个相同弯曲直径的弯曲直径测试件上。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过多种弯曲直径的弯曲直径测试件可以用于快速测试超导带材的临界转弯直径值，结合两次磁测法测试可以快速有效准确的测出高温超导带材的单曲和双曲临界转弯直径值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1、图2为本发明实施例一的结构示意图；
图3、图4为本发明实施例二的结构示意图；
图5、图6为本发明实施例三的结构示意图；
图7、图8为本发明实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例提供的一种超导带材转弯直径的测试装置，包括：带材放料端3、带材收料端2和转弯直径测试板10。转弯直径测试板10上设置有多个弯曲直径测试块4以及多个导向块5。每个弯曲直径测试块4具有不同的弯曲直径，弯曲直径测试块4按照各自的弯曲直径大小，由小至大依次排成一行，每个弯曲直径测试块4与两个导向块5相对应，该两个导向块5分部位于对应弯曲直径测试块4的下方左右两侧。
具体的，弯曲直径测试块4整体的表面粗糙度小于Ra1.6，顶部具有一个弧面，通过自身的弧面提供对应的弯曲直径，使待测超导带材1沿着该弧面弯曲，实现对应的弯曲直径。优选的，应当使待测超导带材1弯曲至少180度。
带材放料端3上的待测超导带材1通过一个导向块5的导向并单侧绕设到对应弯曲直径测试块4上的弧面上弯曲后，通过另一个导向块5导向至带材收料端2。
实施例二：
如图3和图4所示，本实施例提供的一种超导带材转弯直径的测试装置，包括：带材放料端3、带材收料端2和转弯直径测试板10。转弯直径测试板10上设置有多个弯曲直径测试轮6以及多个导向轮7。每个弯曲直径测试轮6具有不同的弯曲直径，弯曲直径测试轮6按照各自的弯曲直径大小，由小至大依次排成一行，每个弯曲直径测试轮6与两个导向轮7相对应，该两个导向轮7分部位于对应弯曲直径测试轮6的下方左右两侧。
具体的，弯曲直径测试轮6整体的表面粗糙度小于Ra1.6，通过自身的弧面提供对应的弯曲直径使待测超导带材1沿着该弧面弯曲，实现对应的弯曲直径。优选的，应当使待测超导带材1弯曲至少180度。
带材放料端3上的待测超导带材1通过一个导向轮7的导向并单侧绕设到对应弯曲直径测试轮6上的弧面上弯曲后，通过另一个导向轮7导向至带材收料端2。
实施例三：
如图5和图6所示，本实施例提供的一种超导带材转弯直径的测试装置，包括：带材放料端3、带材收料端2和转弯直径测试板10。转弯直径测试板10上设置有多个弯曲直径测试轮8。
每两个弯曲直径测试轮8为一组，不同组弯曲直径测试轮8具有不同的弯曲直径。在本实施例中，相同弯曲直径的两个弯曲直径测试轮8左右放置，由此多组弯曲直径测试轮8按照弯曲直径由小至大排成两列。其中，左右两列可呈上下错位放置，避免待测超导带材1产生摩擦损坏。
具体的，弯曲直径测试轮8整体的表面粗糙度小于Ra1.6，使待测超导带材1沿着该弧面弯曲，实现对应的弯曲直径。优选的，应当使待测超导带材1弯曲至少180度。
带材放料端3上的待测超导带材1通过一个弯曲直径测试轮8单侧绕设弯曲后，转向，通过同组的另一个弯曲直径测试轮8进行另一侧的单侧绕设弯曲，然后进入带材收料端2。
本实施例的优点在于：
1、可以进行双曲测试；
2、无需借助转向轮。
实施例四：
如图7和图8所示，本实施例提供的一种超导带材转弯直径的测试装置，包括：带材放料端3、带材收料端2和转弯直径测试板10。转弯直径测试板10上设置有多个弯曲直径测试块9。
每两个弯曲直径测试块9为一组，不同组弯曲直径测试块9具有不同的弯曲直径。在本实施例中，相同弯曲直径的两个弯曲直径测试块9左右放置，由此多组弯曲直径测试块9按照弯曲直径由小至大排成两列。其中，左右两列可呈上下错位放置，避免待测超导带材1产生摩擦损坏。
具体的，弯曲直径测试块9整体的表面粗糙度小于Ra1.6，使待测超导带材1沿着该弧面弯曲，实现对应的弯曲直径。优选的，应当使待测超导带材1弯曲至少180度。
带材放料端3上的待测超导带材1通过一个弯曲直径测试块9单侧绕设弯曲后，转向，通过同组的另一个弯曲直径测试块9进行另一侧的单侧绕设弯曲，然后进入带材收料端2。
本实施例的优点在于：
1、可以进行双曲测试；
2、无需借助转向轮。
本发明还提供的一种超导带材转弯直径的测试方法，包括：用上述的超导带材转弯直径的测试装置，执行步骤：
S1、将待测超导带材1的两端分别连接在带材放料端和带材收料端，
S2、采用磁测法测试整个待测超导带材得到临界电流Ic1；
S3、从小到大依次选取一种弯曲直径的弯曲直径测试件，将待测超导带材的中部绕设在选取的弯曲直径测试件上；
S4、控制待测超导带材在预设张力范伟内从带材放料端经过后收入带材收料端；
S5、采用磁测法测试整个待测超导带材得到临界电流Ic2；
S6、对比临界电流Ic1和临界电流Ic2，若临界电流Ic1和临界电流Ic2不一致，则取上一次的弯曲直径作为待测超导带材的临界转弯直径。
步骤S3中，待测超导带材的中部单侧绕设在一个弯曲直径测试件上，或者呈S形双侧分别绕设在两个相同弯曲直径的弯曲直径测试件上，从而实现单曲测试或者双曲测试。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，包括：
带材放料端：能够放置待测超导带材；
带材收料端：与所述待测超导带材的一端连接，能够从所述带材放料端回收所述待测超导带材；
转弯直径测试板：包括多种弯曲直径的弯曲直径测试件，能够绕设待测超导带材，使待测超导带材实现对应弯曲直径的弯曲。
2.根据权利要求1所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述转弯直径测试板包括：单曲转弯直径测试板或双曲弯曲直径测试板。
3.根据权利要求2所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述单曲转弯直径测试板包括：
多个弯曲直径测试块/轮：通过自身的弧面提供对应的弯曲直径；
导向块/轮：将所述带材放料端上的所述待测超导带材导向至所述弯曲直径测试块/轮实现单侧弯曲，以及将所述弯曲直径测试块/轮上的所述待测超导带材导向至所述带材收料端。
4.根据权利要求2所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述双曲弯曲直径测试板包括：
多个弯曲直径测试块/轮，通过自身的弧面提供对应的弯曲直径。
5.根据权利要求2所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述单曲转弯直径测试板上的所述弯曲直径测试件的弯曲直径各不相同；
所述双曲弯曲直径测试板上每两个所述弯曲直径测试件具有一种相同的弯曲直径。
6.根据权利要求1所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述弯曲直径测试件使所述待测超导带材弯曲至少180度。
7.根据权利要求1所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述弯曲直径测试件的表面粗糙度小于Ra1.6。
8.根据权利要求1所述的超导带材转弯直径的测试装置，其特征在于，所述弯曲直径测试件按照弯曲直径从小到大依次排列。
9.一种超导带材转弯直径的测试方法，其特征在于，包括：采用权利要求1至8任意一项所述的超导带材转弯直径的测试装置，执行步骤：
S1、将待测超导带材的两端分别连接在所述带材放料端和所述带材收料端，
S2、采用磁测法测试整个待测超导带材得到临界电流Ic1；
S3、从小到大依次选取一种弯曲直径的弯曲直径测试件，将待测超导带材的中部绕设在选取的弯曲直径测试件上；
S4、控制待测超导带材在预设张力范伟内从带材放料端经过后收入带材收料端；
S5、采用磁测法测试整个待测超导带材得到临界电流Ic2；
S6、对比临界电流Ic1和临界电流Ic2，若临界电流Ic1和临界电流Ic2不一致，则取上一次的弯曲直径作为待测超导带材的临界转弯直径。
10.根据权利要求9所述的超导带材转弯直径的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，待测超导带材的中部单侧绕设在一个弯曲直径测试件上，或者呈S形双侧分别绕设在两个相同弯曲直径的弯曲直径测试件上。
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