CN113035446A - 带失超保护的超导带材结构及失超保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带失超保护的超导带材结构及失超保护方法，包括：超导带材本体1、热电偶2和信号引线3；所述热电偶设置在所述超导带材本体1的背面，所述热电偶的两端通过一对所述信号引线3连接至所述超导带材本体1的端部。通过本发明可以实时检测超导带材各个位置的温度数据，从而保证超导带材的安全运行，本发明尤其适用于长距离的高温超导带材。

Description

带失超保护的超导带材结构及失超保护方法
技术领域
本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种带失超保护的超导带材结构及失超保护方法。
背景技术
由于超导带材在承受超过其规定临界值的电流或其所处环境温度高于临界温度时，超导带材将发生超导态至常导态的相变过程从而失去超导特性，这种相变在工程领域内被称为“失超”。正常运行的超导带材在失超后，会产生大量的热，其后果会导致超导带材的温度急剧上升，超导特性快速下降，更为严重的是，累积在超导带材上的热量如不能被快速传导出去，将导致带材的烧毁。
鉴于此，实现对于超导带材的热稳定性监测，更具体地说，实现对超导带材的温度在线监测是保证超导带材能够在实际工程中得到安全运行的前提条件和技术要求。在以往的科研及工程应用中，检测失超的方法往往采用电测法，即：在超导带材两端焊接电压引线，通过测量带材的整体电压来进行失超判别。然而，这类方法存在两个天然的劣势：一、在高电压设备上应用时，存在绝缘风险；二、对于长距离的高温超导带材而言，受制于其失超传播速度慢的特性，极其容易出现漏判。
线圈绕制紧密，在线圈上布置测温元件，测试监测效果是间接的。这类方法存在两个天然的劣势：一、测温元件不可能沿着带材紧密布置，带材局部发生失超，热量传到线圈，才能传到测温元件上；二、对于长距离的高温超导带材而言，受制于其失超传播速度慢的特性，极其容易出现漏判。
中国专利文献：CN104157366A，专利名称：《内封测量光纤的超导带材及其制备方法》，公开了一种内封光纤的超导带材，包括：上保护层、下保护层、超导带层以及测量光纤，所述超导带层和测量光纤封装在上保护层和下保护层之间，所述测量光纤延长度方向设置。所述测量光纤采用若干长光纤连续地封装在上保护层和下保护层之间，或，多根段光纤间断地封装在上保护层和下保护层之间。同时还提供了上述超导带材的制备方法和制备装置。依据此专利的描述，确实可以在不破坏带材整体结构的前提下，达到长距离超导带材温度测量。
中国专利文献：CN110021459A《一种内嵌光纤超导带材及其制备方法》中也指出：则光纤是否能与超导带材进行同步封装需进行相关测试和验证。具体可参阅此专利第[0024]段的描述：“单根光纤的直径通常为50微米，而超导带材的厚度为50-100微米，不锈钢或通保护层的厚度通常为50-100微米，工程用成品超导带材的整体厚度通常为200-300微米。因此，可以将测量光纤和超导带材封装在保护层内部，且几乎不对带材的外部集合结构产生影响或改变。”根据现行的行业标准(IEC60793-2-10-2011光纤。第2-10部分：产品规范。A1类多模纤维用分规格)和光纤行业领域内的共识，一般认为，此处“光纤的直径通常在50微米”，指的是多模光纤的纤芯直径为50微米，并非光纤包含涂覆层的光纤整体直径。而对于光纤产品的应用，不含涂覆层的光纤不但会受到潮解，还极易受径向应力而发生断裂现象。因而仅有纤芯结构的光纤是不具备任何应用价值的。对于此光纤超导同步封装结构的说明和相关参数要求，在文献F.Scurti et al.,“Self-monitoring(RE)Ba2Cu3O7-xconductorvia integrated optical fibers,”Supercond.Sci.Technol.,vol.30,no.11,2017,Art.no.114002.中也有相关的阐述。该文献中，实验所用的光纤为商业化最细光纤，连同纤芯、包层和涂覆层，光纤的直径达到了100微米。此外，该文献的实际SEM电镜扫描图可以看出，由于光纤是非金属材质，因而使用焊锡填充封装，存在较大的漏锡现象，超导带材无法被焊锡紧密包裹，时间一久，超导带材由于长时间接触空气会发生潮解现象。因此，从此结构的内封光纤超导带材的制备工艺和成本来说，如果内封的光纤为商业化光纤，其直径较大，会影响带材的整体结构，甚至带材的性能；如果使用细直径的光纤，对国内光纤生产厂家而言，并不具备光纤总直径为50微米的光纤生产产线，因而只能定制化生产。同时，相关的光纤预制棒也需要从国外进口。综上，封装后带材的成本将急剧上升，并不利于批量化生产。从此结构的内封光纤超导带材的使用角度而言，一方面，由于细光纤的几何尺寸较为特殊，相关的光学熔接、辅助设备也需要定制化。另一方面，在该结构中，光纤与超导带材是利用焊锡同步封装的，因此，当光纤发生断裂时，工程技术人员将无法用新的测量光纤替换原先断裂的测量光纤，从而，此型内封光纤超导带材的可替换性和普适性受到了极大的制约。
由此可见光纤和超导带材封装在一起也起到了整体连接并且测温的效果。但由于光纤是脆性的，无论是光纤的工艺还是封装的工艺都有很多问题存在。
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带失超保护的超导带材结构及失超保护方法。
根据本发明提供的一种带失超保护的超导带材结构，包括：超导带材本体1、热电偶2和信号引线3；
所述热电偶设置在所述超导带材本体1的背面，所述热电偶的两端通过一对所述信号引线3连接至所述超导带材本体1的端部。
优选地，所述信号引线3设置在所述超导带材本体1的背面。
优选地，所述信号引线3之间相互平行。
优选地，相邻的所述热电偶2纸件具有预设间距，所述热电偶2与所述超导带材本体1之间设置有隔离层。
优选地，所述热电偶2的数量为多个，沿所述超导带材本体1的长度方向分布。
优选地，所有所述信号引线3连接至所述超导带材本体1的同一端。
优选地，所述热电偶2沿所述超导带材本体1的长度方向每隔预设长度设置一个。
优选地，所述热电偶2和所述信号引线3通过镀制的方式设置在所述超导带材本体1的背面。
根据本发明提供的一种超导带材的失超保护方法，采用上述的带失超保护的超导带材结构，检测所有所述信号引线3的电流，判断检测到的电流是否超出预设范围。
优选地，在所述超导带材本体1的端部焊接端口，在所述端口通过并行数据采集或串行扫描的方式读取相应的数据；
在找到一个或多个最先发热的位置的情况下，对后续超导带材优先采集所述一个或多个最先发热的位置的数据。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
通过本发明可以实时检测超导带材各个位置的温度数据，从而保证超导带材的安全运行，本发明尤其适用于长距离的高温超导带材。
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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图。
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。
如图1和图2所示，本发明提供的一种带失超保护的超导带材结构，包括：超导带材本体1、热电偶2和信号引线3。热电偶设置在超导带材本体1的背面，热电偶的两端通过一对信号引线3连接至超导带材本体1的端部。
热电偶2和信号引线3都是通过镀制的方式设置于超导带材本体1的背面，镀制的方式可以和镀制超导带材超导层图案的方式相同。
信号引线3之间相互平行，避免交叉、接触。热电偶2的数量为多个，沿超导带材本体1的长度方向分布。热电偶2沿超导带材本体1的长度方向每隔预设长度设置一个，如按1m、2m、5m、10m、20m、50m、100m间距布置。热电偶所用的材料形式包括但不限于：K型\N型\E型\J型\T型。
热电偶2与超导带材本体1之间设置有隔离层，隔离层作用包括：1、绝缘；2、和上下材料膜层结合力好；3、能满足带材弯曲时的延展。
为了便于统一检测，所有信号引线3连接至超导带材本体1的同一端。在检测时，需要在超导带材本体1的端部连接端口，在端口通过并行数据采集或串行扫描的方式读取相应的数据。
根据本发明提供的一种超导带材的失超保护方法，采用上述的带失超保护的超导带材结构，检测所有信号引线3的电流，判断检测到的电流是否超出预设范围。在找到一个或多个最先发热的位置的情况下，对后续超导带材优先采集所述一个或多个最先发热的位置的数据，从而有针对性的检查缺陷是否在工艺环节进行解决，节省检测时间。
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)

1.一种带失超保护的超导带材结构，其特征在于，包括：超导带材本体(1)、热电偶(2)和信号引线(3)；
所述热电偶设置在所述超导带材本体(1)的背面，所述热电偶的两端通过一对所述信号引线(3)连接至所述超导带材本体(1)的端部。
2.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，所述信号引线(3)设置在所述超导带材本体(1)的背面。
3.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，所述信号引线(3)之间相互平行。
4.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，相邻的所述热电偶(2)纸件具有预设间距，所述热电偶(2)与所述超导带材本体(1)之间设置有隔离层。
5.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，所述热电偶(2)的数量为多个，沿所述超导带材本体(1)的长度方向分布。
6.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，所有所述信号引线(3)连接至所述超导带材本体(1)的同一端。
7.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，所述热电偶(2)沿所述超导带材本体(1)的长度方向每隔预设长度设置一个。
8.根据权利要求1所述的带失超保护的超导带材结构，其特征在于，所述热电偶(2)和所述信号引线(3)通过镀制的方式设置在所述超导带材本体(1)的背面。
9.一种超导带材的失超保护方法，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的带失超保护的超导带材结构，检测所有所述信号引线(3)的电流，判断检测到的电流是否超出预设范围。
10.根据权利要求9所述的超导带材的失超保护方法，其特征在于，在所述超导带材本体(1)的端部焊接端口，在所述端口通过并行数据采集或串行扫描的方式读取相应的数据；
在找到一个或多个最先发热的位置的情况下，对后续超导带材优先采集所述一个或多个最先发热的位置的数据。
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