CN111238672A - 一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，包括以下步骤：搭建通流平台，使超导带材产生自发磁场；配置温度传感器，采集超导带材的热分布场；配置低温扫描霍尔探针，检测超导带材的磁场分布；实时获取与分析热分布场与磁场分布信号，得到超导带材的动态温度分布。本发明在超导带材上采用多布点温度传感器来实现对其温度的分布测量，利用低温扫描霍尔探针检测磁场分布的异常变化，捕捉超导带材失超点。通流的同时利用低温扫描霍尔探针测量自发磁场值，在超导带材失超时，通过温度异常变化与磁场异常变化的时间找到迟滞时间，从而实现时间尺度上的校准，最终得到实际的可定位的超导带材动态温度分布，误差小，效率高。

Description

一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法
技术领域
本发明属于超导带材温度测量技术领域，涉及一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法。
背景技术
超导设备在运行期间，一旦发生失超，通流能力会下降，如不采取措施会带来不可逆性损伤，因此在设备运行期间对其的监测和保护尤为重要。超导带材在失超时的物理特性变化会表现在多个方面，包括温度、电流和磁场等。根据超导带材的温度特性及周围磁场变化，当超导带材失超时会局部产生热点，导致局部温升，可通过在超导带材上布置多个温度传感器进行动态温度测量，以定位失超点。
然而，实验证明，当被测温度突然发生变化时，温度传感器的输出会延迟一段时间，这段时间一般称为纯滞后或纯时延。在测量超导带材温度时，若不修正温度传感器的时间常数和滞后，将导致测量的结果出现偏差。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法。
为了实现上述目标，本申请采用如下技术方案：
一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：搭建通流平台，使超导带材处于低温环境并产生自发磁场；
步骤二：配置温度传感器，采集超导带材的热分布场；
配置低温扫描霍尔探针，检测超导带材的磁场分布；
步骤三：实时获取与分析热分布场与磁场分布信号，得到超导带材的动态温度分布。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，步骤一具体为：将绝缘板置于上开口的箱体的底部，将超导带材固定在绝缘板上，超导带材两端通过铜导线与大电流发生装置连接，得到通流平台，使超导带材产生自发磁场；
所述箱体内注入浸没超导带材的液氮，使超导带材处于低于零下200℃的低温环境。
优选地，步骤二具体为：将多个温度传感器贴附在超导带材的表面，采集超导带材的热分布场；
将低温扫描霍尔探针置于超导带材的上方，检测超导带材的磁场分布。
优选地，所述温度传感器采用PT100(铂热电阻)温度传感器。
优选地，所述温度传感器的温度信号线采用四线制进行接线，从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，以提高测量精度。
优选地，步骤三具体为：将温度传感器、低温扫描霍尔探针分别与信号采集装置连接，信号采集装置与计算机连接；
信号采集装置实时获取超导带材的热分布场和磁场分布信息，经计算机分析得到超导带材的动态温度分布；
在超导带材的磁通量密度变化时，判定超导带材失超，计算机通过温度异常变化时刻T与磁场异常变化时刻Tc得到温度传感器的迟滞时间T-Tc，从时间尺度上校准超导带材的热分布场信息，得到实际的可定位的超导带材的动态温度分布。
优选地，所述信号采集装置放置在常温环境。
优选地，所述箱体为泡沫箱。
本申请所达到的有益效果：
1.本申请在超导带材上采用多布点温度传感器来实现对其温度的分布测量，本申请测量结果用于超导带材失超点的定位，超导带材温度的分布测量结果中有局部温升的测量点即为失超点；
2.本申请在通流的同时利用低温扫描霍尔探针测量超导带材自发磁场值，根据超导带材磁场分布情况判定超导带材是否发生失超；
在超导带材失超时，通过温度异常变化与磁场异常变化的时刻找到迟滞时间，从而在时间尺度上校准温度传感器测量结果，最终得到实际的可定位的超导带材动态温度分布，能够有效能够克服温度传感器的测量滞后，具有误差小、效率高的优点。
附图说明
图1是本申请一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法的流程示意图；
图2是本申请一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法的应用示意图；
其中，附图2标记的含义如下：1、铜导线；2、低温扫描霍尔探针；3、箱体；4、温度传感器；5液氮；6、超导带材；7、绝缘板。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1和图2所示，本申请的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，包括以下步骤：
步骤一：搭建通流平台，使超导带材6处于低温环境并产生自发磁场，具体为：
将绝缘板7置于上开口的箱体3的底部，将超导带材6固定在绝缘板7上，超导带材6两端通过铜导线1与大电流发生装置连接，得到通流平台，使超导带材6产生自发磁场；
所述箱体3内注入浸没超导带材6的液氮5，使超导带材6处于低于零下200℃的低温环境。
本申请实施例中，所述箱体3为泡沫箱。
步骤二：配置温度传感器4，采集超导带材6的热分布场；
配置低温扫描霍尔探针2，检测超导带材6的磁场分布；
具体为：
将多个温度传感器4贴附在超导带材6的表面，所述温度传感器4采用PT100温度传感器。利用PT100的电阻值随温度的变化而变化的原理，将PT100的四个引脚接入万用表，通过万用表给PT100施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到PT100的电阻值，万用表里设置了国标里的阻值-温度对应关系，可由电阻值转换为温度值，从而实现温度测量。基于中华人民共和国国家标准《GB_T 30121-2013工业铂热电阻及铂感温元件》要求，对应-200℃～0℃，其电阻与温度关系为：
Rt＝R0·[1+A·t+B·t2+C·(t-100℃)·t3]
其中，Rt为温度为t时的电阻，R0为100Ω(0℃的电阻值)，t为测量时的摄氏温度，A、B、C为常数，分别为3.9083×10-3℃-1、-5.775×10-7℃-2、-4.183×10-12℃-4。
PT100温度传感器的温度信号线采用四线制进行接线，从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，以提高测量精度。
将低温扫描霍尔探针2置于超导带材6的上方，低温扫描霍尔探针2利用霍尔效应的原理，当放入均匀磁场中的超导带材6通电流I时，超导带材6上下表面之间会出现横向电势差U，此时超导电流密度是关于超导带材位置和磁通量密度的函数。一旦失超，超导电流密度变化导致磁通量密度变化，可测得超导带材6磁场异常变化时刻Tc，若温度传感器4测得的温度异常变化时刻为T，则温度传感器4的迟滞时间为T-Tc。
步骤三：实时获取与分析热分布场与磁场分布信号，得到超导带材6的动态温度分布，具体为：
将温度传感器4、低温扫描霍尔探针2分别与信号采集装置连接，信号采集装置与计算机连接；
信号采集装置实时获取超导带材6的热分布场和磁场分布信息，经计算机分析得到超导带材6的动态温度分布；
在超导带材6的磁通量密度变化时，判定超导带材6失超，计算机通过温度异常变化时刻T与磁场异常变化时刻Tc得到温度传感器4的迟滞时间T-Tc，从时间尺度上校准超导带材6的热分布场信息，得到实际的可定位的超导带材6的动态温度分布。
所述信号采集装置放置在常温环境。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤一：搭建通流平台，使超导带材(6)处于低温环境并产生自发磁场；
步骤二：配置温度传感器(4)，采集超导带材(6)的热分布场；
配置低温扫描霍尔探针(2)，检测超导带材(6)的磁场分布；
步骤三：实时获取与分析热分布场与磁场分布信号，得到超导带材(6)的动态温度分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
步骤一具体为：将绝缘板(7)置于上开口的箱体(3)的底部，将超导带材(6)固定在绝缘板(7)上，超导带材(6)两端通过铜导线(1)与大电流发生装置连接，得到通流平台，使超导带材(6)产生自发磁场；
所述箱体(3)内注入浸没超导带材(6)的液氮(5)，使超导带材(6)处于低于零下200℃的低温环境。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
步骤二具体为：将多个温度传感器(4)贴附在超导带材(6)的表面，采集超导带材(6)的热分布场；
将低温扫描霍尔探针(2)置于超导带材(6)的上方，检测超导带材(6)的磁场分布。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
所述温度传感器(4)采用PT100温度传感器。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
所述温度传感器(4)的温度信号线采用四线制进行接线，从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，以提高测量精度。
6.根据权利要求3所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
步骤三具体为：将温度传感器(4)、低温扫描霍尔探针(2)分别与信号采集装置连接，信号采集装置与计算机连接；
信号采集装置实时获取超导带材(6)的热分布场和磁场分布信息，经计算机分析得到超导带材(6)的动态温度分布；
在超导带材(6)的磁通量密度变化时，判定超导带材(6)失超，计算机通过温度异常变化时刻T与磁场异常变化时刻Tc得到温度传感器(4)的迟滞时间T-Tc，从时间尺度上校准超导带材(6)的热分布场信息，得到实际的可定位的超导带材(6)的动态温度分布。
7.根据权利要求6所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
所述信号采集装置放置在常温环境。
8.根据权利要求2-7任一所述的一种基于磁显微法的超导带材动态温度测量方法，其特征在于：
所述箱体(3)为泡沫箱。
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