CN112986706A - 一种高温超导带材机械连接测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高温超导技术，具体涉及一种高温超导带材机械连接测试装置，包括压板、支架和设于支架两侧的竖直方向的导轨，压板两端能够沿着导轨上下移动，所述的支架下端设有下绝缘板，所述的下绝缘板上方设有铜排，且铜排的上表面和压板的下表面平行。采用下压力压紧的方式实现两段超导带材的连接，通过电机带动电缸，使压板对超导带材连接部分持续作用向下压力，同时在两侧的铜排电极给带材通以一定电流，测得该连接方式下的临界电流和接头电阻。在此基础上，优化调整压板压力和搭接长度，以获得高临界电流、低电阻的高温超导带材机械连接方法。
Description
技术领域
本发明属于高温超导技术，具体涉及一种高温超导带材机械连接测试装置。
背景技术
磁体系统作为聚变堆的最重要组成部分，用于产生约束等离子体所需的高强磁场。磁体材料也由最初的常规铜导体发展到目前流行的低温超导体(NbTi、Nb3Sn等)，磁场也由此得到了大幅度增强，等离子体约束时间也获得极大提高。而低温超导磁体的冷却须采用稀缺的液氦，同时受材料本身限制难以继续提升磁体磁场。而高温超导体提供了新的选择，其具有转变温度高、载流能力强和不可逆场高等优点，适宜于超高强磁体的研制，从而可支持等离子体长脉冲放电并提升聚变功率。自从高温超导材料发现尤其是实用化高温超导YBCO涂层导体大规模商业化生产以来，高温超导应在聚变堆中的应用研究越来越多，目前主要集中在电流引线和试验磁体。大型聚变堆高温超导磁体的研制还处于概念设计和相应的导体设计、研制阶段，未来的高温超导应用则必须考虑超导的连接问题，才能由带材向导体，进而向磁体过渡。
然而由于其特殊的多层薄带结构，带材与带材之间的连接也与低温超导体的连接有着明显不同，主要有钎焊、扩散焊等方式。影响超导连接主要有接头电阻、临界电流和机械性能等。而机械连接则是通过压力压紧的方式将两端超导带材连接起来，故具有便利、可拆卸等优点，适宜于聚变堆磁体的YBCO涂层导体的连接应用。需要评估带材连接处的长度及作用的压力对连接效果和性能的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温超导带材机械连接测试装置，可以测试和评估超导带材机械连接下的临界电流、电阻等电磁性能指标。
本发明的技术方案如下：
一种高温超导带材机械连接测试装置，包括压板，还包括支架和设于支架两侧的竖直方向的导轨，所述的压板两端能够沿着导轨上下移动，所述的支架下端设有下绝缘板，所述的下绝缘板上方设有铜排，且铜排的上表面和压板的下表面平行。
所述的支架上方固定设有驱动电机，所述的驱动电机的驱动杆向下与压板连接。
所述的支架上方设有上绝缘板，驱动电机设于上绝缘板的上方，所述的驱动杆穿过上绝缘板和支架向下与压板连接。
所述的在支架上端安装绝缘筒，所述的绝缘筒同驱动杆连接，绝缘筒与压板底部连接。
所述的导轨上设有滑块，滑块与压板的两端连接。
所述的铜排两端连接直流电源。
还包括液氮杜瓦，所述压板的下端和位于支架底部的下绝缘板和铜排位于液氮杜瓦内。
包括分流部件，所述的分流部件位于铜排上的端部。
所述的分流部件为柱体，其外表面设有若干槽道。
本发明的显著效果如下：
采用下压力压紧的方式实现两段超导带材的连接，通过驱动电机带动电缸，使压板对超导带材连接部分持续作用向下压力，同时在两侧的铜排电极给带材通以一定电流，测得该连接方式下的临界电流和接头电阻。在此基础上，优化调整压板压力和搭接长度，以获得高临界电流、低电阻的高温超导带材机械连接方法。
超导需浸泡在液氮中实现冷却达到超导态，而常温状态下对超导体的压力在液氮超低温冷却下由于不锈钢、环氧树脂等材料变形，会导致压力发生变化，本装置可以通过电机和传感器采集检测压力变化并随时调整。
电机带动电缸，向下的最大压力可达4000N，也就是说连接部分的压力值在0-4000N范围内可调；压板凸起部分长200mm、宽30mm，可实现超导带材200mm长度的机械连接测试。
附图说明
图1为高温超导带材机械连接测试装置示意图；
图2为单层超导带材连接测试示意图；
图3为多层超导带材连接测试；
图中：1.支架；2.导轨；3.滑块；4.绝缘筒；5.铜排；6.下绝缘板；7.压板；8.上绝缘板；9.驱动电机；10.分流部件。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，通过支架1安装两个竖直向下的导轨2，导轨2上安装可以滑动的滑块3，两个滑块3之间安装压板7，所述的压板7为U形，当滑块3沿着导轨2移动时，带动压板7上下移动。
在支架1上端安装绝缘筒4，并且绝缘筒4同固定在支架1上方的驱动电机9的驱动杆连接，绝缘筒4与压板7底部连接。
在支架1底部安装下绝缘板6，下绝缘板6上方安装铜排5。使得铜排5的上表面和压板7的下表面平行。
在支架1上方也可以安装上绝缘板8，驱动电机9安装在上绝缘板8的上方，驱动杆穿过该上绝缘板8和支架1向下与绝缘筒4连接。
使用过程通过下面两个实施例介绍。
在单层超导带材机械连接测试时
1.将两根超导带材通过搭接的方式连接在一起，搭接长度可达200mm，并驱动电机9带动压板7将其压紧，保证搭接部分在压板7下方的压紧区域内，压力值控制在预定值(0-4000N范围内可调)；
2.超导带材两端连接到铜排5，如图2所示，并接上直流电源；
3.将超导带材浸泡在液氮杜瓦内30min左右使超导体进入超导态，并随时监测压力值；
4.打开电源，并通以电流并缓慢提升电流值直至超导体到失超状态，最后获得这种工况下的临界电流、电阻等机械连接性能参数。
5.测试完成后将装置移除液氮杜瓦，待升温至室温后卸载作用于超导带材的压力，调整搭接长度或加载压力值，进行下一组测试实验。
在进行多层超导带材机械连接测试时，
1.将两段多层超导带材堆叠而成的超导导体(如图3，以4层为例)以一定搭接长度连在一起，搭接部分确保全部在压板7下方的压紧区域内，驱动电机9将压力控制在预定数值(0-4000N范围内可调)；
2.如图3所示，将一侧的超导导体的四根超导带材通过分流部件10(其作用是使得四根超导带材分开)隔开；分流部件10可以做成柱状结构，上面加工若干安装槽道，使得带材分别位于槽道内，隔离开来。
3.超导带材两端连接到铜排电极上(图3所示)，电极连接到直流电源；
4.将超导带材浸泡在液氮中约30min左右，保证超导体全部进入超导态，此过程中需随时监测并调整压力值，以确保作用于超导带材上的力保持恒定；
5.打开电源，通以电流并缓慢提升电流大小直至其中一层超导带材失去超导态，最后获得这种工况下的临界电流、电阻等参数。
Claims (9)
1.一种高温超导带材机械连接测试装置，包括压板(7)，其特征在于：还包括支架(1)和设于支架(1)两侧的竖直方向的导轨(2)，所述的压板(7)两端能够沿着导轨(2)上下移动，所述的支架(1)下端设有下绝缘板(6)，所述的下绝缘板(6)上方设有铜排(5)，且铜排(5)的上表面和压板(7)的下表面平行。
2.如权利要求1所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：所述的支架(1)上方固定设有驱动电机(9)，所述的驱动电机(9)的驱动杆向下与压板(7)连接。
3.如权利要求2所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：所述的支架(1)上方设有上绝缘板(8)，驱动电机(9)设于上绝缘板(8)的上方，所述的驱动杆穿过上绝缘板(8)和支架(1)向下与压板(7)连接。
4.如权利要求2所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：所述的在支架(1)上端安装绝缘筒(4)，所述的绝缘筒(4)同驱动杆连接，绝缘筒(4)与压板(7)底部连接。
5.如权利要求1所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：所述的导轨(2)上设有滑块(3)，滑块(3)与压板(7)的两端连接。
6.如权利要求1所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：所述的铜排(5)两端连接直流电源。
7.如权利要求6所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：还包括液氮杜瓦，所述压板(7)的下端和位于支架(1)底部的下绝缘板(6)和铜排(5)位于液氮杜瓦内。
8.如权利要求7所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：包括分流部件，所述的分流部件位于铜排(5)上的端部。
9.如权利要求7所述的一种高温超导带材机械连接测试装置，其特征在于：所述的分流部件为柱体，其外表面设有若干槽道。
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