CN114280514A

CN114280514A - 一种超导带材临界电流低点快速定位方法及装置

Info

Publication number: CN114280514A
Application number: CN202111638644.XA
Authority: CN
Inventors: 王玉山; 周彬; 王炷桥; 叶适; 迮建军; 古宏伟; 蔡渊
Original assignee: Eastern Superconductor Science & Technology Suzhou Co ltd
Current assignee: Eastern Superconductor Science & Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开一种超导带材临界电流低点快速定位方法及装置，包括将待测的带材装在放线单元上，待测带材外端的引带依次穿过电流极、若干对电压极、电流极至收线单元；冷媒浸没电流极、电压极和待测带材；将待测带材走带至电流极之间，增加电流并监控电压值，直至目标的电压值，停止电流，采集每一个电流值及对应的电压值，绘制电流‑电压曲线；判定临界电流和N值无异常时，继续走带一定长度，重复上一步骤；当出现临界电流值低点时，电流源持续输出合适大小的电流，将电压表监测通道依次切换到电压极间距较小的通道上，定位临界电流值位置，直至待测带材全部测试完成。实现使用电测法对超导带材临界电流低点的精确定位和低点处的临界电流值的测量。

Description

一种超导带材临界电流低点快速定位方法及装置

技术领域

本发明涉及超导材料技术领域，具体地涉及一种超导带材临界电流低点快速定位方法及装置。

背景技术

随着国民经济不断发展，超导技术的不断进步，各个领域不断的推进超导的应用，对超导带材的需求不断提升。随着超导带材的在多个领域和项目中的成功应用，对超导带材也逐渐提出了一些适应于工程实用化的质量要求。带材的临界电流是衡量超导带材质量指标的关键性指标。对于成品的连续测试，目前行业内大范围使用的主要有两种方法，一种是采用磁测法，实现超导带材沿长度方向临界电流均匀性的非接触式连续测量，其优点是连续性好，速度快，对带材损伤低，但是不能直接测量带材的临界电流，需要采用四点法进行标定，存在误差。对于有缺陷的点，往往不能确定其真实的临界电流值；另外一种方法是利用电测法，实现超导带材沿长度方向临界电流均匀性的测试，其优点是可以直接测试出带材某一段的临界电流，但是速度较磁测法慢，测试过程中电流极和电压极需要接触超导带材，而接触不良或接触面积过小会导致接触电阻过大，存在烧毁超导带材的风险。在工程应用中，特别是在超导电缆中，对超导带材的临界电流要求非常严格，对于每根超导带材沿长度方向的临界电流需要测得其最低点，以保证在电缆通流时，每根超导带材的临界电流均能满足要求。低点的临界电流值，会随着电压引线间距的变化而表现不同，包括其N值和临界电流值。目前两种测试方法中，电测法最适合于电缆用的超导带材，但是目前还没有一种方法和装置可以在满足电测法效率的同时，以较小的电压引线间距精确的测量低点的实际临界电流值。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是提供一种超导带材临界电流低点快速定位方法及装置，可以实现对超导带材连续测试时对临界电流低点的定位和以小电压引线间距进行临界电流测试。

本发明的技术方案是：

本发明的一个目的在于提供一种超导带材临界电流低点快速定位方法，包括以下步骤：

步骤1、将待测的带材装在放线单元上，待测带材外端应接有引带，将引带依次穿过电流极、若干对电压极、电流极至收线单元；

步骤2、在杜瓦罐内灌入冷媒，浸没电流极、电压极和待测带材；

步骤3、将待测带材最外端的一端走带至电流极之间，以一定的电流步长和时间间隔增加电流并监控电压值，直至目标的电压值，停止电流，采集每一个电流值及对应的电压值，绘制电流-电压曲线，按照1uV/cm确定电流极之间的待测带材的临界电流并计算N值；

步骤4、判定临界电流和N值无异常时，继续走带一定长度，重复步骤3；

步骤5、当出现临界电流值低点时，电流源持续输出合适大小的电流，将电压表监测通道依次切换到电压极间距较小的通道上，定位临界电流值位置，直至待测带材全部测试完成。

当临界电流值低点位置进入电压极间距较小的通道时，电压表会监测到有电压值的升高，并精确测量此处临界电流值。临界电流值低点依次进入电压极间距逐渐减小的区域，并依次测量临界电流值。结合走带计米系统，即可以精确定位超导带材临界电流低点位置，并精确测量低点处的临界电流值。

本发明的还有一个目的在于提供一种装置，用于上述超导带材临界电流低点快速定位方法，包括：

放线单元，用于储存超导带材和放线；

收线单元，用于收线；

电流源和一对电流极，所述一对电流极间隔且相对连接在所述放线单元和收线单元之间的超导带材上并与所述电流源连接以构成闭合回路；

纳伏表和若干对电压极，所述若干对电压极间隔设置在所述一对电流极之间并分别与所述纳伏表和所述超导带材连接以构成回路，任一电压极对之间并联连接，以分别靠近所述一对电流极的两个电压极作为第一电压极和第n电压极，所述第一电压极和所述第n电压极之间的间距为第一间距，位于所述第一电压极和所述第n电压极之间的其他电压极对之间的间距由大至小依次向电流极靠近且均小于所述第一间距。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明的超导带材临界电流低点快速定位方法，实现使用电测法对超导带材临界电流低点的精确定位和低点处的临界电流值的测量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的超导带材临界电流低点快速定位方法所涉及的装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例

如图1所示，本发明实施例的超导带材临界电流低点快速定位方法的装置包括用于储存超导带材05和放线的放线单元01，放线单元01可具备张力控制组件和计米组件，放线单元或收线单元为伺服电机控制带带盘结构，并具有张力控制器，还应包括可以稳定输出直流电源的电流源，和可测量纳伏的电压表，以及一对可传输电流的电流极，若干对可用于测电压的电压极。以分别靠近一对电流极的两个电压极作为第一电压极和第n电压极，第一电压极和第n电压极之间的间距为第一间距也即如图1所示的L1，位于第一电压极和第n电压极之间的其他电压极对之间的间距由大至小依次向电流极靠近且均小于第一间距。具体的，如图1所示，其中一对电压极也即如图1所示的分别靠近两个电流极的两个电压极（第一电压极11和第五电压极15）可以为较大长度（如1m-10m），其他电压极（第二电压极12、第三电压极13和第四电压极14）对靠近收放卷单元一侧，且每对电压极引线间距由大到小依次向电流极靠近。直流电源可以通过第一电流极02和第二电流极03给超导带材05输出直流电流，第一电流极02和第二电流极03可以采用导轮、压接等方式接触超导带材。第一电压极11、第二电压极12、第三电压极13和第四电压极14均连接纳伏表右引线并且分别配有通道开关S1、S2、S3、S4，通道开关S1、S2、S3、S4同时最多有一个闭合，第五电压极15连接纳伏表左引线。纳伏表通过第五电压极15和第一电压极11、第二电压极12、第三电压极13和第四电压极14的其中一个测试相应段的超导带材的电压值。第五电压极15和第四电压极14之间的间距为L4，第五电压极15和第三电压极13之间的间距为L3，第五电压极15和第二电压极12之间的间距为L2，第五电压极15和第一电压极11之间的间距为L1。第一电压极11和第一电流极02之间的间距以及第五电压极15和第二电流极03之间的间距均不宜过小，长度过小会由于和超导带材的接触电阻造成电流转移，导致测试结果异常。L4、L3、L2、L1可根据测试精度情况进行设定，本实施例设定为L4=50mm，L3=150mm，L2=250mm，L1=2000mm。

具体定位方法步骤如下：

步骤1：将待测样品走带至第二电流极03，确保第一电流极02和第二电流极03之间为待测样品。

步骤2：闭合开关S1，监测电压值，根据样品期望的临界电流值，选择合适的电流步长，从0A开始施加电流直至电压值为1uV/cm（可根据工程情况选择合适的值，本实施例选择1uV/cm）时结束。绘制电流-电压曲线，以1uV/cm所对应的电流值为该段样品也即电流极之间的带材的临界电流值。根据电流-电压曲线计算N值，一般的，U∝Iⁿ。

步骤3：当判定临界电流值和N值无异常时，继续走带一定长度，一般的单次走带长度≤L1。重复步骤2，测试该段临界电流值和N值。

步骤4：重复步骤3和步骤2，依次测量长带的临界电流值和N值，当出现临界电流值或N值异常时执行步骤5。

一般地，判定异常的情况主要包括：

1.临界电流值低于客户要求值或低于平均水平较多；

2.N值低于客户要求值或低于平均水平较多；

3.电流-电压曲线在未达到正常的拐点前，以一定斜率爬升。

步骤5：当出现临界电流值或N值异常时，断开开关S1，闭合开关S2，纳伏表监测第五电压极15和第二电压极12内电压值。持续施加一定的电流值，降速走带。当施加的电流值为第五电压极15和第二电压极12段内样品的临界电流值时，此时纳伏表应显示在0uV/cm附近（考虑设备漂移）。当临界电流低点进入第二电压极12和第三电压极13内，纳伏表的电压值会明显升高，约在1uV/cm。

步骤6：断开开关S2，闭合开关S3。纳伏表监测第五电压极15和第三电压极13内电压值。持续施加一定的电流值，以更慢的走带速度走带。当临界电流低点进入第四电压极14和第三电压极13内，纳伏表的电压值会明显升高，约在1uV/cm。

步骤7：断开开关S3，闭合开关S4。纳伏表监测第五电压极15和第四电压极14内电压值。持续施加一定的电流值，以更慢的走带速度走带。当临界电流低点进入第四电压极14和第五电压极15内，纳伏表的电压值会明显升高，约在1uV/cm，记录此时米数L_low1。

步骤8：停止走带，保持闭合开关S4，监测电压值，根据样品期望的临界电流值，选择合适的电流步长，从0A开始施加电流直至电压值为1uV/cm（可根据工程情况选择合适的值，本实施例选择1uV/cm）时结束。绘制电流-电压曲线，以1uV/cm所对应的电流值为该段样品的临界电流值Ic_low。根据电流-电压曲线计算N_low值，一般的，U∝Iⁿ。持续施加电流值Ic_low，继续走带，当临界电流低点，走过第五电压极15时纳伏表的电压值会明显降低，约在0uV/cm附近（考虑设备漂移）。记录此时米数L_low2；

则定位在L_low1和L_low2位置处存在临界电流低点，确定临界电流值为Ic_low，N值为N_low；

步骤9：重复步骤2至步骤8，直至样品全部测试完成。

本发明实施例的定位方法及装置，具有如下有益效果：

其一：实现使用电测法对超导带材临界电流低点的精确定位和低点处的临界电流值测量；

其二：用单直流电源和单电压表实现，具有经济效益；

其三：可在长待测试过程中，在不反复倒带的情况下，即可以实现目标，提高测试效率。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种超导带材临界电流低点快速定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3、将待测带材最外端的一端走带至电流极之间，以一定的电流步长和时间间隔增加电流并监控电压值，直至目标的电压值，停止电流，采集每一个电流值及对应的电压值，绘制电流-电压曲线，按照1uV/cm确定电流极之间的带材的临界电流并计算N值；

2.根据权利要求1所述的超导带材临界电流低点快速定位方法，其特征在于，步骤4中的继续走带的长度不大于分别靠近两个电流极的两个电压极之间的间距。

3.根据权利要求1所述的超导带材临界电流低点快速定位方法，其特征在于，沿放线单元至收线单元的方向上，靠近所述放线单元一侧的一个电压极连接纳伏表的一个引线，其余的电压极连接纳伏表的另一个引线且其余的电压极中、每个电压极与所述纳伏表之间设有一个通道开关。

4.根据权利要求3所述的超导带材临界电流低点快速定位方法，其特征在于，所述电压极的数量为五个，沿放线单元至收线单元的方向上，所述电流极分别为第一电流极和第二电流极，所述电压极分别为第五电压极、第四电压极、第三电压极、第二电压极和第一电压极，对应的通道开关为S4、S3、S2、S1，第五电压极与第四电压极之间的间距为L4，第五电压极与第三电压极之间的间距为L3，第五电压极与第二电压极之间的间距为L2，第五电压极与第一电压极之间的间距为L1；

第五电压极与第一电流极以及第一电压极与第二电流极之间均设有间距。

5.根据权利要求1所述的超导带材临界电流低点快速定位方法，其特征在于，步骤3和步骤4中具体包括：

S1、闭合开关S1，监测电压值，根据待测带材期望的临界电流值，选择合适的电流步长，从0A开始施加电流直至电压值为1uV/cm时结束，根据电流-电压曲线，确定电流极之间的待测带材的临界电流值并计算N值；

S2、当判断临界电流值和N值无异常时，继续走带一定长度并重复步骤S1，依次测量待测带材的各段的临界电流值和N值；

S3、重复步骤S1和S2，依次测得待测带材的临界电流值和N值。

6.根据权利要求5所述的超导带材临界电流低点快速定位方法，其特征在于，步骤S2中，当判断临界电流值和N值异常时，断开开关S1，闭合开关S2，纳伏表监测地五电压极与第二电压极内的电压值，持续施加一定的电流值，降速走带，当施加的电流值为第五电压极和第二电压极段内待测带材的临界电流值时，纳伏表显示在0uV/cm附近；

断开开关S2，闭合开关S3，纳伏表监测第五电压极和第三电压极内的电压值，持续施加一定的电流值，以更慢的走带速度走带，当临界电流低点进入第四电压极和第三电压极内，纳伏表的电压值在1uV/cm；

断开开关S3，闭合开关S4，纳伏表监测第五电压极和第四电压极内的电压值，持续施加一定的电流值，以更慢的走带速度走带，当临界电流低点进入第四电压极和第五电压极内，纳伏表的电压值在1uV/cm，记录此时米数L_low1；

停止走带，保持闭合开关S4，监测电压值，根据待测带材期望的临界电流值，选择合适的电流步长，从0A开始施加电流直至电压值为1uV/cm时结束，绘制电流-电压曲线，以1uV/cm所对应的电流值为该段待测带材的临界电流值Ic_low，根据电流-电压曲线计算N_low值；

持续施加电流值Ic_low，继续走带，当临界电流低点，走过第五电压极时，纳伏表的电压值在0uV/cm附近，记录此时米数L_low2；则定位在L_low1和L_low2位置处存在临界电流低点确临界电流值为Ic_low，N值为N_low；

重复以上步骤，直至待测带材全部测试完成。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的超导带材临界电流低点快速定位方法的装置，其特征在于，包括：

放线单元，用于储存超导带材和放线；

收线单元，用于收线；

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电流极和/或所述电压极采用导轮或压接方式与所述超导带材接触。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，除靠近所述放线单元的电流极附近的一个所述电压极与所述纳伏表之外，其余所述电压极与所述纳伏表之间均设有通道开关。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述放线单元和/或收线单元为伺服电机控制带带盘结构，并具有张力控制器。