CN114739899A - 一种超导带材在多变形模式的临界特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法，包括：选择当前待测的超导带材多变形模式；若选择弯曲变形模式，则进一步选择曲率规格，将符合当前规格的部件固定在G10拉杆三的下端，并选择适当长度的一整根带材进行弯曲变形的临界测试，并进行在线应力调节；若选择拉伸和扭曲变形模式，则选择可更换夹持部件的拉伸和扭转角度规格，将符合角度规格的可更换夹持部件固定在G10拉杆三的下端，并选择适当长度的二根带材进行拉伸和扭曲变形的临界测试；本发明通过设置轴对称的结构、比较观察无加载电流的超导带材和加载电流的超导带材之间应力差值，找到了热应力扰动造成的误差值，从而消除了叠加应力中的干扰因素，提高了应力测试的精度。

Description

一种超导带材在多变形模式的临界特性测试方法

技术领域

本发明涉及超导带材临界特性测试的领域，具体涉及一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法。

背景技术

自1911年荷兰物理学家麦林昂尼斯发现汞在低温下具有的“零电阻”、“迈斯纳效应”的超导特性，就展示出来诱人的应用前景。目前超导材料以及相关技术正在越来越多地应用于科研、交通、电力、能源、生物医学、国防军事等诸多领域，然而由于受极端低温工作环境的制约和高成本，以及核心原材料供给问题，低温超导应用正在面临着越来越显著的危机与挑战。近年来，随着高温超导带材的实用化进程进一步加快，世界上许多高科技公司、研究机构和大学实验室相继开展了基于高温超导带材测试及绕制的研究。

在工程实践与研究中表明，高温超导材料在外界机械压力或变形情形下，会出现临界特性的改变，主要表现为临界电流Ic的退化现象，甚至失去超导特性。可见高温超导材料的特性不但受到其物理性能的影响，还收到其力学性能的显著影响。在实际应用中不免受到外界的机械载荷、电磁力载荷、温度扰动等等其他类型的载荷。因此，开展极端环境条件下的超导带材力学问题，直接关系到高温超导磁体的安全设计与稳定运行，亟需发展相应的可以提供极端多场环境并能表征高温超导电磁材料热学、电磁学和力学宏微观性能的测试平台和评估手段等。

现有技术超导带材应力测试装置如图8所示，其存在的问题之一：无法在线调节应力：传统方法预先在室温环境下调整好变形应力：将带材粘贴到横梁的上表面上，通过转动横梁两侧之间的双向丝杠螺母实现横梁左右两个支点之间的距离增加，从而给带材施加拉伸应力。缺点是：一旦调整好变形应力将其放入超低温环境中测试，在测试过程中无法在线调节应力。因为承载带材和承载双向丝杠调节螺母的都是同一个机构_横梁，其中应力变形手工调节只能在常温环境下、超导带材测试也只能在超低温环境下，由于是同一个机构由于不能拆分，所以传统方法不能做到一边测试一边在线调节应力。其存在的问题之二：无法在采用同一传动机构装置中，实现弯曲、拉伸和扭转的多变形模式测试，如图8所示的采用双向丝杠调节螺母的方法，该方法仅限于拉伸和弯曲测试，而不能实现扭转的测试，若要实现扭转的测试，必须采用另外一种传动机构。其存在的问题之三：应力测试中不能消除热应力的扰动误差，当给带材加载电流时会产生热应力，此时作用在超导带材上的应力就是叠加应力，例如测试超导带材的弯曲应力，由于加载了电流，读出的应力中包含的热应力的干扰因素，但是由于叠加在一起，无法消除热应力带来的误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超导带材在多变形模式的临界特性测试方法，目的之一在于解决传统方法无法在线调节应力的问题，目的之二在于解决无法在同一个传动机构装置中进行多边形模式测试的问题；目的之三在于解决应力测试中不能消除热应力的扰动误差的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法，该测试方法基于一种超导带材在多变形模式的临界特性测试装置，该装置包括：该装置包括：由上下两层构成的骨架支撑和真空腔1、穿过骨架支撑和真空腔1的上下两层并向下延伸至超低温测试层的可调拉力部件2、固接在可调拉力部件2底端的带材夹持工装3、以及布设在待测超导带材上的电流引线端子4；所述骨架支撑和真空腔1，其上层为室温环境、用于可调拉力部件2在室温环境下进行在线调节应力；其下层为真空环境、设有真空腔、真空腔用于隔绝热气；所述带材夹持工装3包括固定夹持部件3-1、可更夹持部件，所述的可换夹持部件，包括可更换弯曲工装夹持部件3-2、可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3，通过不同夹持部件的组合装置，可实现对带材拉伸、弯曲、扭转的多种变形模式；所述可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3采用能够消除非基准应力干扰的轴对称装置3-1、3-3-2，该轴对称装置3-1、3-3-2进行拉伸或扭转带材测试时，分别将两根带材固定在测试装置上，其中一根带材为基准带材、基准带材用于测试基准应力，另一根带材为非基准带材、非基准带材用于测试叠加应力；

所述可调拉力部件2包括上、中、下三层，上层对应骨架支撑和真空腔1的室温环境，中层对应骨架支撑和真空腔(1)的真空环境，上层设有调节螺母2-2、压力传感器2-3，中层设有金属波纹管2-4，上层和中层共用一个不锈钢可调丝杆2-1，下层设有G10拉杆2-5，所述可调拉力部件2通过旋转调节螺母2-2，改变可调丝杆2-1行程实现对带材的应力加载，通过读取压力传感器2-3的变化，获得带材所承受的拉力，其中带材所承受的压力为δ＝F/A，其中δ：应力；F：拉力；A：带材的截面积；所述的非基准应力干扰包括热应力的干扰；

所述可调拉力部件2的第三层设有3根G102-5拉杆，中间为G10拉杆三2-5-3，两侧为G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2，两侧的G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2与不锈钢可调丝杆2-1连接，中间的G10拉杆三2-5-3是固定不动的、没有与不锈钢可调丝杆(2-1)连接，当旋转调节螺母(2-2)时，G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2随着金属波纹管2-4上下移动，由于带材固定在G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2的末端，所以带材也随着金属波纹管2-4上下移动；

所述的固定夹持部件3-1，分别通过螺栓与G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2实现固定连接，其在应力的加载的过程中，随着可调拉力杆一起上下移动；

所述的可更换弯曲工装夹持部件3-2，包括圆柱支架3-2-1以及不同曲率支撑圆柱3-2-2，其中圆柱支架3-2-1固定在G10拉杆2-5-3上，支撑圆柱3-2-2放置在圆柱支架3-2-1上，带材绕过不同曲率支撑圆柱3-2-2可实现模拟在不同的弯曲半径下，进行临界特性的测试；

其特点是，该测试方法包括以下步骤：

步骤一、选择当前待测的超导带材多变形模式，所述多变形模式包括弯曲变形模式、以及拉伸和扭曲变形模式；

步骤二、若选择弯曲变形模式，则进一步选择可更换弯曲工装夹持部件3-2的曲率规格，将符合当前规格的可更换弯曲工装夹持部件3-2固定在G10拉杆三2-5-3的下端，并选择适当长度的一整根带材进行弯曲变形的临界测试，并进行在线应力调节；若选择拉伸和扭曲变形模式，则进一步选择可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3的拉伸和扭转角度规格，将符合角度规格的可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3固定在G10拉杆三2-5-3的下端，并选择适当长度的二根带材进行拉伸和扭曲变形的临界测试，其中一根带材为基准带材、该基准带材用于测试基准应力，另一根带材为非基准带材、该非基准带材用于测试叠加应力，并进行在线应力调节；

所述进行弯曲变形的临界测试，具体过程如下：

1)选择可更换弯曲工装夹持部件3-2，并选取合适弯曲直径的曲率圆柱(3-2-2)，所述曲率圆柱3-2-2的曲率包括5mm、10mm、12mm、15mm、20mm；

2)截取的一根长度为24～28cm的超导带材，用酒精、无纺布等材料擦拭超导带材的表面，在合适的位置粘贴低温应变片，以及电压引线的焊接；

3)将预处理好的带材固定在固定夹持部件3-1、以及拉伸扭转夹持部件3-2上；

4)将临界特性测试装置与低温恒温器连接，并引出电流引线、应变测试线、电压引线等，并对临界特性测试装置与低温恒温器进行抽真空；

5)直至真空好于5×10-3Pa，开启制冷机进行降温，并配合加热片，将制冷机稳定在一恒定的温度下，进行超导带材的临界电流、应力加载，并实时记录超导带材上的电压信号，判断其是否失超；

6)直至超导带材失超，并记录电流I、电压V、拉力、应变，获得超导临界特性参数，然后进行复温，完成测试；

7)在线进行弯曲应力的调节：读取应变片上的数据，若应力没由达到要求，则手动调节调节螺母2-2，直至弯曲应力达到设定要求为止。

所述进行拉伸和扭曲变形的临界测试，具体过程如下：

1)选取可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3，并选取合适角度的拉伸扭转压块一3-3-1，所述拉伸扭转压块一的角度包括0度、5度、10度、15度、20度；

2)截取两根长度12～16cm的超导带材，用酒精、无纺布等材料擦拭超导带材的表面，在合适的位置粘贴低温应变片，以及电压引线的焊接；

3)分别将预处理好的两根带材以轴对称方式固定在轴两侧各自的固定夹持部3-1、拉伸扭转压块一3-3-1、拉伸扭转压块二3-3-2上；

4)将临界特性测试装置与低温恒温器连接，并将引出电流引线、电压引线与其中一根超导带材连接、应变测试线等，并对临界特性测试装置与低温恒温器进行抽真空；

5)直至真空好于5×10-3Pa，开启制冷机进行降温，并配合加热片，将制冷机稳定在一恒定的温度下，进行超导带材的临界电流、应力加载，并实时记录超导带材上的电压信号，判断其是否失超；

6)在带材临界电流的加载过程中，比较观察无加载电流的超导带材和加载电流的超导带材之间应力差值，其差值主要是热应力的扰动造成的；

7)在线进行拉伸和扭转应力的调节：读取每个带材上应变片上的数据，若拉伸和扭转应力没由达到要求，则手动调节调节螺母2-2，直至拉伸和扭转应力达到设定要求为止。

8)直至超导带材失超，并记录电流I、电压V、拉力、应变，获得超导临界特性参数，然后进行复温，完成测试。

本发明的优点效果

1、本发明通过将可调拉力部件分为上、中、下三层，并且上中下三层相互支持和相互依存：上下两层均离不开中层的真空腔，否则不能隔绝热气上层和下层就不能达到在线调节的效果；中层也离不开上下两层的支持，没有上下两层，中层抽真空就失去了意义。组合以后产生了相比组合以前优越得多的效果，实现了应力测试在线可调。

2、本发明通过将测试装置分为共性的部分、非共性的部分、共性部分中的固定结构、非固定结构，非共性部分中的固定结构、非固定结构，从而实现了通过同一个传动装置实现多变形模式的应力调节，由现有技术每类工装只针对一种模式的应力测试，改进为通过同一个工装即可实现至少十几种的应力测试，取得了从量变到质变的飞跃。

3、本发明通过设置轴对称的结构、通过在带材临界电流的加载过程中，比较观察无加载电流的超导带材和加载电流的超导带材之间应力差值，找到了热应力扰动造成的误差值，从而消除了叠加应力中的干扰因素，提高了应力测试的精度。

附图说明

图1为发明多变形模式-弯曲变形测试装置整体结构图；

图2为发明可调拉力部件G10拉杆结构图；

图3为发明可更换弯曲工装夹持部件结构图；

图4为发明多变形模式-拉伸扭转测试装置整体结构图；

图5为发明可更换拉伸扭转工装夹持部件立体图；

图6为发明可更换拉伸扭转工装夹持部件俯视图；

图7骨架支撑和真空腔；

图8传统方法的超导带材应力测试装置；

图9本发明临界特性测试方法流程图；

1：骨架支撑和真空腔；1-1：真空腔；2：可调拉力部件；2-1：可调丝杆；2-2：调节螺母；2-3：压力传感器；2-4：金属波纹管；2-5：G10拉杆；2-5-1：G10拉杆一；2-5-2：G10拉杆二；2-5-3：G10拉杆三；3：带材夹持工装；3-1：固定夹持部件；3-2：可更换弯曲工装夹持部件；3-2-1：圆柱支架；3-2-2：不同曲率支撑圆柱；3-3：可更换拉伸扭转工装夹持部件；3-3-1：拉伸扭转压块一；3-3-2：拉伸扭转压块二；4：电流引线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出进一步的解释：

本发明设计原理

1、在线可调节应力的设计原理。在线调节应力的关键问题是将可调拉力部件2的有关常温下操作的部件和超低温下操作的部件分别布设在不同温度环境下，具体为：将可调丝杆2-1、调节螺母2-2、压力传感器2-3布设在常温环境下；将G10拉杆一、G10拉杆二、G10拉杆三布设在超低温环境下；但是这样一来，在有关常温下操作的部件和超低温下操作的部件二部分的结合部，如果密封做得不好，会产生热气泄露，为了解决二部分的结合部的热气泄露问题，本发明的可调拉力部件分成上、中、下三段，中间段增加真空室，用来隔绝热气。

2、采用同一个传动机构实现多变形测试的设计原理：第一个关键点是把测试装置分成共性的部分和非共性的部分，三个主要部件中，共性的部分有二个：骨架支撑和真空腔1、以及可调拉力部件2，非共性部分是带材夹持工装3；第二个关键点是把非共性的带材夹持工装3分成固定夹持部件3-1、以及可变夹持部件3-2、3-3；第三个关键点是把共性的可调拉力部件2分成固定不动的G10拉杆2-5-3、以及可移动的G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2；固定不动的G10拉杆三2-5-3对应带材夹持工装3的可变夹持部件3-2、3-3，可移动部分的G10拉杆一、G10拉杆二对应超导带材。总之，大的方面分成共性的部件、非共性的部件，小的方面，在共性的部件中分成固定的部件、可移动的部件，非共性的部件中又分成固定的部件、可以动的部件。

3、消除热应力干扰因素的设计原理。第一、测试干扰因素是实际应用的需要。本发明测试装置是为了测试临界电流而设计的，加载应力只是增加了一个实际应用中的环境，实际应用中是有应力的，究竟有多少应力则需要测试一下。因此，实际应用中带材所受到的应力应该是叠加应力，不仅包含电流的热应力，还包括机械应力。第二、测试干扰因素仅限于拉伸和扭曲的测试，弯曲测试由于是整根带材无法测试，而只有二根带材的情况下才能将其中一根侧基准应力，另一根侧叠加应力。第三，轴对称装置以可调丝杆2-1、G10拉杆三2-5-3为轴，它们两侧从上至下依次对称设有同等长度的G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2、同等长度的带材、相对而设的拉伸扭转压块二3-3-2。第四、左右二根带材上各自贴有应变片，该应变片用于读取带材上锁收到的应力，第四，在带材临界电流的加载过程中，比较观察无加载电流的超导带材和加载电流的超导带材之间应力差值，其差值主要是热应力的扰动造成的。

基于以上原理，本发明涉及了一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法。

一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，该测试方法基于一种超导带材在多变形模式的临界特性测试装置，该装置包括：该装置包括：由上下两层构成的骨架支撑和真空腔1、穿过骨架支撑和真空腔1的上下两层并向下延伸至超低温测试层的可调拉力部件2、固接在可调拉力部件2底端的带材夹持工装3、以及布设在待测超导带材上的电流引线端子4；所述骨架支撑和真空腔1，其上层为室温环境、用于可调拉力部件2在室温环境下进行在线调节应力；其下层为真空环境、设有真空腔、真空腔用于隔绝热气；所述带材夹持工装3包括固定夹持部件3-1、可更夹持部件，所述的可换夹持部件，包括可更换弯曲工装夹持部件3-2、可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3，通过不同夹持部件的组合装置，可实现对带材拉伸、弯曲、扭转的多种变形模式；所述可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3如图2、图5所示，采用能够消除非基准应力干扰的轴对称装置3-1、3-3-2，该轴对称装置3-1、3-3-2进行拉伸或扭转带材测试时，分别将两根带材固定在测试装置上，其中一根带材为基准带材、基准带材用于测试基准应力，另一根带材为非基准带材、非基准带材用于测试叠加应力；所述的非基准应力干扰包括热应力的干扰；

所述可调拉力部件2如图1、图4所示，包括上、中、下三层，上层对应骨架支撑和真空腔1的室温环境，中层对应骨架支撑和真空腔(1)的真空环境，上层设有调节螺母2-2、压力传感器2-3，中层设有金属波纹管2-4，上层和中层共用一个不锈钢可调丝杆2-1，下层设有G10拉杆2-5，所述可调拉力部件2通过旋转调节螺母2-2，改变可调丝杆2-1行程实现对带材的应力加载，通过读取压力传感器2-3的变化，获得带材所承受的拉力，其中带材所承受的压力为δ＝F/A，其中δ：应力；F：拉力；A：带材的截面积；

所述可调拉力部件2的第三层如图1、图4所示，设有3根G102-5拉杆，中间为G10拉杆三2-5-3，两侧为G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2，两侧的G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2与不锈钢可调丝杆2-1连接，中间的G10拉杆三2-5-3是固定不动的、没有与不锈钢可调丝杆(2-1)连接，当旋转调节螺母(2-2)时，G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2随着金属波纹管2-4上下移动，由于带材固定在G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2的末端，所以带材也随着金属波纹管2-4上下移动；

所述的固定夹持部件3-1如图2所示，分别通过螺栓与G10拉杆一2-5-1、G10拉杆二2-5-2实现固定连接，其在应力的加载的过程中，随着可调拉力杆一起上下移动；

所述的可更换弯曲工装夹持部件3-2如图3所示，包括圆柱支架3-2-1以及不同曲率支撑圆柱3-2-2，其中圆柱支架3-2-1固定在G10拉杆2-5-3上，支撑圆柱3-2-2放置在圆柱支架3-2-1上，带材绕过不同曲率支撑圆柱3-2-2可实现模拟在不同的弯曲半径下，进行临界特性的测试；

其特点是，该测试方法如图9所示，包括以下步骤：

步骤一、选择当前待测的超导带材多变形模式，所述多变形模式包括弯曲变形模式、以及拉伸和扭曲变形模式；

步骤二、若选择弯曲变形模式，则进一步选择可更换弯曲工装夹持部件3-2的曲率规格，将符合当前规格的可更换弯曲工装夹持部件3-2固定在G10拉杆三2-5-3的下端，并选择适当长度的一整根带材进行弯曲变形的临界测试，并进行在线应力调节；若选择拉伸和扭曲变形模式，则进一步选择可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3的拉伸和扭转角度规格，将符合角度规格的可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3固定在G10拉杆三2-5-3的下端，并选择适当长度的二根带材进行拉伸和扭曲变形的临界测试，其中一根带材为基准带材、该基准带材用于测试基准应力，另一根带材为非基准带材、该非基准带材用于测试叠加应力，并进行在线应力调节；

所述进行弯曲变形的临界测试，具体过程如下：

1)选择可更换弯曲工装夹持部件3-2，并选取合适弯曲直径的曲率圆柱(3-2-2)，所述曲率圆柱3-2-2的曲率包括5mm、10mm、12mm、15mm、20mm；

2)截取的一根长度为24～28cm的超导带材，用酒精、无纺布等材料擦拭超导带材的表面，在合适的位置粘贴低温应变片，以及电压引线的焊接；

3)将预处理好的带材固定在固定夹持部件3-1、以及拉伸扭转夹持部件3-2上；

4)将临界特性测试装置与低温恒温器连接，并引出电流引线、应变测试线、电压引线等，并对临界特性测试装置与低温恒温器进行抽真空；

5)直至真空好于5×10-3Pa，开启制冷机进行降温，并配合加热片，将制冷机稳定在一恒定的温度下，进行超导带材的临界电流、应力加载，并实时记录超导带材上的电压信号，判断其是否失超；

6)直至超导带材失超，并记录电流I、电压V、拉力、应变，获得超导临界特性参数，然后进行复温，完成测试；

7)在线进行弯曲应力的调节：读取应变片上的数据，若应力没由达到要求，则手动调节调节螺母2-2，直至弯曲应力达到设定要求为止。

所述进行拉伸和扭曲变形的临界测试，具体过程如下：

1)选取可更换拉伸扭转工装夹持部件3-3，并选取合适角度的拉伸扭转压块一3-3-1，所述拉伸扭转压块一的角度包括0度、5度、10度、15度、20度；

2)截取两根长度12～16cm的超导带材，用酒精、无纺布等材料擦拭超导带材的表面，在合适的位置粘贴低温应变片，以及电压引线的焊接；

3)分别将预处理好的两根带材以轴对称方式固定在轴两侧各自的固定夹持部3-1、拉伸扭转压块一3-3-1、拉伸扭转压块二3-3-2上；

4)将临界特性测试装置与低温恒温器连接，并将引出电流引线、电压引线与其中一根超导带材连接、应变测试线等，并对临界特性测试装置与低温恒温器进行抽真空；

5)直至真空好于5×10-3Pa，开启制冷机进行降温，并配合加热片，将制冷机稳定在一恒定的温度下，进行超导带材的临界电流、应力加载，并实时记录超导带材上的电压信号，判断其是否失超；

6)在带材临界电流的加载过程中，比较观察无加载电流的超导带材和加载电流的超导带材之间应力差值，其差值主要是热应力的扰动造成的；

7)在线进行拉伸和扭转应力的调节：读取每个带材上应变片上的数据，若拉伸和扭转应力没由达到要求，则手动调节调节螺母2-2，直至拉伸和扭转应力达到设定要求为止。

8)直至超导带材失超，并记录电流I、电压V、拉力、应变，获得超导临界特性参数，然后进行复温，完成测试。

需要强调的是，上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对上述实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法，该测试方法基于一种超导带材在多变形模式的临界特性测试装置，该装置包括：该装置包括：由上下两层构成的骨架支撑和真空腔(1)、穿过骨架支撑和真空腔(1)的上下两层并向下延伸至超低温测试层的可调拉力部件(2)、固接在可调拉力部件(2)底端的带材夹持工装(3)、以及布设在待测超导带材上的电流引线端子(4)；所述骨架支撑和真空腔(1)，其上层为室温环境、用于可调拉力部件(2)在室温环境下进行在线调节应力；其下层为真空环境、设有真空腔、真空腔用于隔绝热气；所述带材夹持工装(3)包括固定夹持部件(3-1)、可更夹持部件，所述的可换夹持部件，包括可更换弯曲工装夹持部件(3-2)、可更换拉伸扭转工装夹持部件(3-3)，通过不同夹持部件的组合装置，可实现对带材拉伸、弯曲、扭转的多种变形模式；所述可更换拉伸扭转工装夹持部件(3-3)采用能够消除非基准应力干扰的轴对称装置(3-1)、(3-3-2)，该轴对称装置(3-1)、(3-3-2)进行拉伸或扭转带材测试时，分别将两根带材固定在测试装置上，其中一根带材为基准带材、基准带材用于测试基准应力，另一根带材为非基准带材、非基准带材用于测试叠加应力；

所述可调拉力部件(2)包括上、中、下三层，上层对应骨架支撑和真空腔(1)的室温环境，中层对应骨架支撑和真空腔(1)的真空环境，上层设有调节螺母(2-2)、压力传感器(2-3)，中层设有金属波纹管(2-4)，上层和中层共用一个不锈钢可调丝杆(2-1)，下层设有G10拉杆(2-5)，所述可调拉力部件(2)通过旋转调节螺母(2-2)，改变可调丝杆(2-1)行程实现对带材的应力加载，通过读取压力传感器(2-3)的变化，获得带材所承受的拉力，其中带材所承受的压力为δ＝F/A，其中δ：应力；F：拉力；A：带材的截面积；所述的非基准应力干扰包括热应力的干扰；

所述可调拉力部件(2)的第三层设有3根G10(2-5)拉杆，中间为G10拉杆三(2-5-3)，两侧为G10拉杆一(2-5-1)、G10拉杆二(2-5-2)，两侧的G10拉杆一(2-5-1)、G10拉杆二(2-5-2)与不锈钢可调丝杆(2-1)连接，中间的G10拉杆三(2-5-3)是固定不动的、没有与不锈钢可调丝杆(2-1)连接，当旋转调节螺母(2-2)时，G10拉杆一(2-5-1)、G10拉杆二(2-5-2)随着金属波纹管(2-4)上下移动，由于带材固定在G10拉杆一(2-5-1)、G10拉杆二(2-5-2)的末端，所以带材也随着金属波纹管(2-4)上下移动；

所述的固定夹持部件(3-1)，分别通过螺栓与G10拉杆一(2-5-1)、G10拉杆二(2-5-2)实现固定连接，其在应力的加载的过程中，随着可调拉力杆一起上下移动；

所述的可更换弯曲工装夹持部件(3-2)，包括圆柱支架(3-2-1)以及不同曲率支撑圆柱(3-2-2)，其中圆柱支架(3-2-1)固定在G10拉杆(2-5-3)上，支撑圆柱(3-2-2)放置在圆柱支架(3-2-1)上，带材绕过不同曲率支撑圆柱(3-2-2)可实现模拟在不同的弯曲半径下，进行临界特性的测试；

其特征在于，该测试方法包括以下步骤：

步骤一、选择当前待测的超导带材多变形模式，所述多变形模式包括弯曲变形模式、以及拉伸和扭曲变形模式；

步骤二、若选择弯曲变形模式，则进一步选择可更换弯曲工装夹持部件(3-2)的曲率规格，将符合当前规格的可更换弯曲工装夹持部件(3-2)固定在G10拉杆三(2-5-3)的下端，并选择适当长度的一整根带材进行弯曲变形的临界测试，并进行在线应力调节；若选择拉伸和扭曲变形模式，则进一步选择可更换拉伸扭转工装夹持部件(3-3)的拉伸和扭转角度规格，将符合角度规格的可更换拉伸扭转工装夹持部件(3-3)固定在G10拉杆三(2-5-3)的下端，并选择适当长度的二根带材进行拉伸和扭曲变形的临界测试，其中一根带材为基准带材、该基准带材用于测试基准应力，另一根带材为非基准带材、该非基准带材用于测试叠加应力，并进行在线应力调节。

2.根据权利要求1所述的一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法，其特征在于，所述进行弯曲变形的临界测试，具体过程如下：

1)选择可更换弯曲工装夹持部件(3-2)，并选取合适弯曲直径的曲率圆柱(3-2-2)，所述曲率圆柱(3-2-2)的曲率包括5mm、10mm、12mm、15mm、20mm；

2)截取的一根长度为24～28cm的超导带材，用酒精、无纺布等材料擦拭超导带材的表面，在合适的位置粘贴低温应变片，以及电压引线的焊接；

3)将预处理好的带材固定在固定夹持部件(3-1)、以及拉伸扭转夹持部件(3-2)上；

4)将临界特性测试装置与低温恒温器连接，并引出电流引线、应变测试线、电压引线等，并对临界特性测试装置与低温恒温器进行抽真空；

5)直至真空好于5×10-3Pa，开启制冷机进行降温，并配合加热片，将制冷机稳定在一恒定的温度下，进行超导带材的临界电流、应力加载，并实时记录超导带材上的电压信号，判断其是否失超；

6)直至超导带材失超，并记录电流I、电压V、拉力、应变，获得超导临界特性参数，然后进行复温，完成测试；

7)在线进行弯曲应力的调节：读取应变片上的数据，若应力没由达到要求，则手动调节调节螺母(2-2)，直至弯曲应力达到设定要求为止。

3.根据权利要求1所述的一种超导带材在多变形模式下的临界特性测试方法，其特征在于，所述进行拉伸和扭曲变形的临界测试，具体过程如下：

1)选取可更换拉伸扭转工装夹持部件(3-3)，并选取合适角度的拉伸扭转压块一(3-3-1)，所述拉伸扭转压块一的角度包括0度、5度、10度、15度、20度；

2)截取两根长度12～16cm的超导带材，用酒精、无纺布等材料擦拭超导带材的表面，在合适的位置粘贴低温应变片，以及电压引线的焊接；

3)分别将预处理好的两根带材以轴对称方式固定在轴两侧各自的固定夹持部(3-1)、拉伸扭转压块一(3-3-1)、拉伸扭转压块二(3-3-2)上；

4)将临界特性测试装置与低温恒温器连接，并将引出电流引线、电压引线与其中一根超导带材连接、应变测试线等，并对临界特性测试装置与低温恒温器进行抽真空；

5)直至真空好于5×10-3Pa，开启制冷机进行降温，并配合加热片，将制冷机稳定在一恒定的温度下，进行超导带材的临界电流、应力加载，并实时记录超导带材上的电压信号，判断其是否失超；

6)在带材临界电流的加载过程中，比较观察无加载电流的超导带材和加载电流的超导带材之间应力差值，其差值主要是热应力的扰动造成的；

7)在线进行拉伸和扭转应力的调节：读取每个带材上应变片上的数据，若拉伸和扭转应力没由达到要求，则手动调节调节螺母(2-2)，直至拉伸和扭转应力达到设定要求为止；

8)直至超导带材失超，并记录电流I、电压V、拉力、应变，获得超导临界特性参数，然后进行复温，完成测试。

Images