CN113341315A - 一种超导开关测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导开关测试装置，包括300K容器、内置于300K容器内的50K冷屏、安装于50K冷屏内且内部具有液氦的测试容器、安装于50K冷屏内用于放置4K冷头的冷头容器，所述50K冷屏内具有共用导冷底座，所述测试容器的测试导冷底座和冷头容器的冷头导冷底座均固定于共用导冷底座上，所述4K冷头与冷头导冷底座连接，所述测试容器和冷头容器通过气体连通管连通，开关测试组件安装于测试容器内且测试开关浸没于液氦中，所述测试容器的下部设置有超导线圈。该超导开关测试装置通过对流换热和热传导同时给测试容器降温，降温速度较快，液氦消耗减少，低温稳定性提高。

Description

一种超导开关测试装置

技术领域

本发明涉及超导开关测试技术领域，特别是涉及一种超导开关测试装置。

背景技术

常规的开关测试装置是将开关预先固定在背景场超导线圈内部，线圈与开关形成整体，测试环节需要将开关测试装置整体放入开关测试系统的4K容器内，放入过程会消耗大量的液氦。

现有技术中，服务塔有可拆卸电流引线，励磁时电流引线需要液氦蒸发冷却才能正常工作，励磁过程中会消耗液氦，为了保证励磁安全性，4K容器内需要储存充足的液氦。请参考图1，图1为现有技术中一种典型的开关测试装置的示意图。但是，4K冷头的制冷效率低；4K冷头的冷头二级通过流换热的方式给超导磁体降温，降温速度慢；控制电路21、铜软连接15、测试容器6、冷头容器及超导开关9悬挂固定在50K冷屏中，影响超导开关及接头的导冷；超导线圈没有安装热辐射屏，影响超导线圈温度分布均匀性。

综上所述，如何有效地解决开关测试过程中，超导磁体降温速度慢等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导开关测试装置，该超导开关测试装置通过对流换热和热传导同时给测试容器降温，降温速度较快，液氦消耗减少，低温稳定性提高。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种超导开关测试装置，包括300K容器、内置于300K容器内的50K冷屏、安装于50K冷屏内且内部具有液氦的测试容器、安装于50K冷屏内用于放置4K冷头的冷头容器，所述50K冷屏内具有共用导冷底座，所述测试容器的测试导冷底座和冷头容器的冷头导冷底座均固定于共用导冷底座上，所述4K冷头与冷头导冷底座连接，所述测试容器和冷头容器通过气体连通管连通，开关测试组件安装于测试容器内且测试开关浸没于液氦中，所述测试容器的下部设置有超导线圈。

优选地，所述测试容器和冷头容器通过液体连通管连通。

优选地，所述液体连通管和气体连通管均沿水平方向设置。

优选地，所述测试容器的测试导冷底座延伸至侧壁的下部，且超导线圈安装于导冷侧壁处。

优选地，所述超导线圈的控制电路通过超导开关控制，所述超导开关固定于共用导冷底座上，且超导开关与共用导冷底座之间填充有绝缘导冷片。

优选地，所述共用导冷底座用支撑块固定在50K冷屏的底部。

优选地，所述4K冷头的冷头二级上安装有热连接金属母头，冷头导冷底座通过铜软连接与热连接金属公头连接，热连接金属公头安装插入热连接金属母头中。

优选地，还包括温区为4K的金属冷屏，所述超导线圈、冷头容器、测试容器、共用导冷底座的下部分置于金属冷屏内。

优选地，所述50K冷屏通过冷屏拉杆悬挂在300K容器的顶部。

优选地，所述测试容器的上部具有加气口和加液口，所述加气口与冷头容器连通。

本发明所提供的超导开关测试装置，包括300K容器、50K冷屏、测试容器、冷头容器、共用导冷底座以及超导线圈，300K容器内为室温，50K冷屏内置于300K容器内，50K冷屏内温度低于300K容器内温度。

测试容器的下部安装于50K冷屏内，上部位于300K容器处，测试容器内部具有液氦，开关测试组件安装于测试容器内且测试开关浸没于液氦中，在测试过程中液氦使开关测试组件处于超导状态。测试容器的下部设置有超导线圈，在测试过程中，提供电磁场。

冷头容器安装于50K冷屏内，4K冷头放置于冷头容器内，4K冷头为冷源，对超导开关测试装置内各部件进行降温。测试容器和冷头容器通过气体连通管连通，测试容器和冷头容器在气体连通管处进行对流换热，冷头容器的冷量对测试容器及超导线圈进行降温。4K冷头与冷头导冷底座连接，将冷量传导至冷头导冷底座。导冷底座具有导冷作用，可进行冷量传导。50K冷屏内具有共用导冷底座，冷头容器的冷头导冷底座固定于共用导冷底座上，将冷量传导至共用导冷底座。测试容器的测试导冷底座固定于共用导冷底座上，将冷量传导至测试容器的测试导冷底座，4K冷头的冷量通过固体热传导给测试容器及超导线圈进行降温，使测试容器的降温速度加快、液氦消耗减少。

本发明所提供的超导开关测试装置，4K冷头通过对流换热和热传导的方式，给测试容器及超导线圈进行双重降温，双重换热，换热效率高，降温速度加快；漏热较小，实现零挥发，降低了液氦消耗，操作简化，提高了开关测试效率，提高了测试的低温稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种典型的开关测试装置的示意图；

图2为本发明中一种具体实施方式所提供的超导开关测试装置的结构示意图。

附图中标记如下：

300K容器1、冷屏拉杆2、开关测试组件3、50K冷屏4、气体连通管5、测试容器6、超导线圈7、液体连通管8、超导开关9、绝缘导冷片10、测试导冷底座11、支撑块12、共用导冷底座13、冷头导冷底座14、铜软连接15、冷头容器16、金属冷屏17、热连接金属公头18、热连接金属母头19、冷头二级20、控制电路21、4K冷头22。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种超导开关测试装置，该超导开关测试装置通过对流换热和热传导同时给测试容器降温，降温速度较快，液氦消耗减少，低温稳定性提高。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2为本发明中一种具体实施方式所提供的超导开关测试装置的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的超导开关9测试装置，包括300K容器1、内置于300K容器1内的50K冷屏4、安装于50K冷屏4内且内部具有液氦的测试容器6、安装于50K冷屏4内用于放置4K冷头22的冷头容器16，50K冷屏4内具有共用导冷底座13，测试容器6的测试导冷底座11和冷头容器16的冷头导冷底座14均固定于共用导冷底座13上，4K冷头22与冷头导冷底座14连接，测试容器6和冷头容器16通过气体连通管5连通，开关测试组件3安装于测试容器6内且测试开关浸没于液氦中，测试容器6的下部设置有超导线圈7。

上述结构中，超导开关9测试装置包括300K容器1、50K冷屏4、测试容器6、冷头容器16、共用导冷底座13以及超导线圈7，300K容器1内为室温，50K冷屏4内置于300K容器1内，50K冷屏4内温度低于300K容器1内温度。

测试容器6的下部安装于50K冷屏4内，上部位于300K容器1处，测试容器6内部具有液氦，开关测试组件3安装于测试容器6内且测试开关浸没于液氦中，在测试过程中液氦使开关测试组件3处于超导状态。测试容器6的下部设置有超导线圈7，在测试过程中，提供电磁场。

冷头容器16安装于50K冷屏4内，4K冷头22放置于冷头容器16内，4K冷头22为冷源，对超导开关9测试装置内各部件进行降温。测试容器6和冷头容器16通过气体连通管5连通，测试容器6和冷头容器16在气体连通管5处进行对流换热，冷头容器16的冷量对测试容器6及超导线圈7进行降温。

4K冷头22与冷头导冷底座14连接，将冷量传导至冷头导冷底座14。需要说明的是，导冷底座具有导冷作用，可进行冷量传导。优选地，导冷底座为铜板，导冷性较好，成本较低。

50K冷屏4内具有共用导冷底座13，冷头容器16的冷头导冷底座14固定于共用导冷底座13上，将冷量传导至共用导冷底座13。

测试容器6的测试导冷底座11固定于共用导冷底座13上，将冷量传导至测试容器6的测试导冷底座11，4K冷头22的冷量通过固体热传导给测试容器6及超导线圈7进行降温，使测试容器6的降温速度加快、液氦消耗减少。

本发明所提供的超导开关9测试装置，4K冷头22通过对流换热和热传导的方式，给测试容器6及超导线圈7进行双重降温，双重换热，换热效率高，降温速度加快；漏热较小，实现零挥发，降低了液氦消耗，操作简化，提高了开关测试效率，提高了测试的低温稳定性。

在上述具体实施方式的基础上，测试容器6的下部和冷头容器16的下部通过液体连通管8连通，对液氦进行对流换热；结合测试容器6的上部和冷头容器16的上部通过气体连通管5连通，对气氦进行对流换热，气液分离，气液分别进行对流换热，并且测试容器6和冷头容器16在气体连通管5和液体连通管8之间形成循环对流，换热效率较高，降温速度加快，提高了4K冷头22的制冷效率，同时增加了测试容器6的低温稳定性。

优选地，气体连通管5和液体连通管8的管路内径不小于5mm，保证对流换热顺畅。

进一步的，液体连通管8和气体连通管5均沿水平方向设置，冷量水平移动，距离较近，冷量阻力较小，对流换热效果较好，降温速度较快。

在上述各个具体实施方式的基础上，测试容器6的测试导冷底座11延伸至侧壁的下部，也就是测试容器6侧壁的下部为导冷侧壁，冷量传导至导冷侧壁，超导线圈7安装于导冷侧壁处，导冷侧壁对超导线圈7接触，对超导线圈7降温，且降温速度加快。

同时，液氦置于导冷侧壁处，液氦与导冷侧壁接触，进一步加快降液氦的温速度、液氦消耗减少。

优选地，导冷侧壁上具有导冷架，超导线圈7安装于导冷架中，导冷架对超导线圈7进行固定，固定方便；将超导线圈7包裹在导冷架内，超导线圈7与导冷架接触面积较大，快速超导磁体的降温速度。

在上述各个具体实施例的基础上，超导线圈7的控制电路21通过超导开关9控制，超导开关9固定于共用导冷底座13上，且超导开关9与共用导冷底座13之间填充有绝缘导冷片10，以保证超导开关9的绝缘及导冷，提高超导开关9的使用性能。绝缘导冷片10的材质可以为氮化铝，绝缘及导冷较好。

在上述各个具体实施例的基础上，共用导冷底座13用支撑块12固定在50K冷屏4的底部，支撑块12不导冷，支撑块12将共用导冷底座13和50K冷屏4的底部分割开，4K冷头22对共用导冷底座13单独进行热传导，降温效果较好和降温速度较快。

另一种较为可靠的实施例中，在上述任意一个实施例的基础之上，4K冷头22的冷头二级20上安装有热连接金属母头19，冷头导冷底座14通过铜软连接15与热连接金属公头18连接，热连接金属公头18与铜软连接15形成组件，热连接金属公头18安装插入热连接金属母头19中。4K冷头22的冷头二级20，通过公母接头的固体热传导，可将冷量高效传导至导冷底座，从而实现对测试容器6、超导磁体的快速降温，提高了降温效率。

优选地，热连接金属母头19的材质为无氧铜，冷头二级20和热连接金属母头19通过螺栓连接，连接方便，连接牢固可靠。

另一种较为可靠的实施例中，在上述任意一个实施例的基础之上，还包括温区为4K的金属冷屏17，金属冷屏17材质不做限制，比如为铜，通常金属冷屏17内的温度区间为4K，温度更低，

超导线圈7、冷头容器16、测试容器6、共用导冷底座13的下部分置于金属冷屏17内，金属冷屏17将冷头容器16低温段、测试容器6低温段、超导开关9、超导磁体与50K冷屏4隔离，降低了50K冷屏4对冷头容器16、测试容器6、超导磁体、超导开关9的辐射传热的影响，保证冷头容器16、测试容器6、超导磁体、超导开关9温度分布均匀。

另一种较为可靠的实施例中，在上述任意一个实施例的基础之上，50K冷屏4通过冷屏拉杆2悬挂在300K容器1的顶部，50K冷屏4和300K容器1相分离，相互之间温度不受干涉。

另一种较为可靠的实施例中，在上述任意一个实施例的基础之上，测试容器6的上部具有加气口，加气口与冷头容器16连通，对气氦进行冷却以转化为液氦，操作简便，保证4K容器内储存有充足的液氦。测试容器6的上部有加液口，当测试容器6内液氦量较少时，通过加液口添加液氦，进一步保证4K容器内储存有充足的液氦。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的超导开关9测试装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种超导开关测试装置，其特征在于，包括300K容器（1）、内置于300K容器（1）内的50K冷屏（4）、安装于50K冷屏（4）内且内部具有液氦的测试容器（6）、安装于50K冷屏（4）内用于放置4K冷头（22）的冷头容器（16），所述50K冷屏（4）内具有共用导冷底座（13），所述测试容器（6）的测试导冷底座（11）和冷头容器（16）的冷头导冷底座（14）均固定于共用导冷底座（13）上，所述4K冷头（22）与冷头导冷底座（14）连接，所述测试容器（6）和冷头容器（16）通过气体连通管（5）连通，开关测试组件（3）安装于测试容器（6）内且测试开关浸没于液氦中，所述测试容器（6）的下部设置有超导线圈（7）。

2.根据权利要求1所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述测试容器（6）和冷头容器（16）通过液体连通管（8）连通。

3.根据权利要求2所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述液体连通管（8）和气体连通管（5）均沿水平方向设置。

4.根据权利要求1所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述测试容器（6）的测试导冷底座（11）延伸至侧壁的下部，且超导线圈（7）安装于导冷侧壁处。

5.根据权利要求1所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述超导线圈（7）的控制电路（21）通过超导开关（9）控制，所述超导开关（9）固定于共用导冷底座（13）上，且超导开关（9）与共用导冷底座（13）之间填充有绝缘导冷片（10）。

6.根据权利要求1所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述共用导冷底座（13）用支撑块（12）固定在50K冷屏（4）的底部。

7.根据权利要求1-6任一项所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述4K冷头（22）的冷头二级（20）上安装有热连接金属母头（19），冷头导冷底座（14）通过铜软连接（15）与热连接金属公头（18）连接，热连接金属公头（18）安装插入热连接金属母头（19）中。

8.根据权利要求1-6任一项所述的超导开关测试装置，其特征在于，还包括温区为4K的金属冷屏（17），所述超导线圈（7）、冷头容器（16）、测试容器（6）、共用导冷底座（13）的下部分置于金属冷屏（17）内。

9.根据权利要求1-6任一项所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述50K冷屏（4）通过冷屏拉杆（2）悬挂在300K容器（1）的顶部。

10.根据权利要求1-6任一项所述的超导开关测试装置，其特征在于，所述测试容器（6）的上部具有加气口和加液口，所述加气口与冷头容器（16）连通。

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