CN115308653A - 一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高温超导带材性能测试的样品冷却装置，包括真空装置、制冷机传导冷却装置、样品座装置和多元电流引线装置，所述多元电流引线结构包括第零引线段‑第一超导电流引线段‑第二柔性超导电流引线段，所述第零引线段‑第一超导电流引线段能够有效降低漏热，所述第二柔性超导电流引线段由具有较好柔性的ReBCO系高温超导带材构成，与被测样品连接，能够随样品座旋转，其柔性可旋转的性能在样品座旋转时不会对其产生较大的阻力，从而有利于调节角度的精确性。

Description

一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置

技术领域

本发明属于高温超导材料技术领域，具体涉及一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置。

背景技术

强磁场技术在工业、医疗、国防和科研领域都有着广泛的应用，普通导线绕制的磁体，由于在运行过程中会产生焦耳热，其磁场强度提高有限。超导材料在低温条件下能够产生零电阻效应，电流流经超导体时不会发生热损耗，因而能够形成强大的电流，从而产生超强磁场，很好的解决了焦耳热效应导致的磁场强度有限问题。早期，人们发现的超导材料只有在极低的温度，例如23K以下，才显示超导性质，严苛的低温条件限制了其应用。后来，经过科学家们的不断探索和研发，目前具有工程实用价值的超导材料临界温度已达到液氮温区（77K）以上，这类超导材料被称为高温超导材料，用这类高温超导材料制成的带材绕制成的线圈能够产生非常强的磁场。

高温超导带材的载流能力是进行超导磁体设计的关键数据，其载流能力受温度、外界磁场强度以及磁场与带材之间表面夹角的影响。因此在测试高温超导带材的载流能力时，需要将样品置于低温环境中，并调整其相对背景磁场的角度，以获得其在不同条件的测试数据。现有的用于高温超导带材载流能力测试的样品冷却装置一般采用氦气或液氦冷却系统，该种系统操作复杂，不利环保，且成本较高；样品测试过程中无法旋转相对于背景磁场的角度，无法实现背景场下多角度测量；电流引线的载流能力小，从而可测的电流范围小；不能灵活调控被测样品的温度范围，无法实现多温度条件下的测试。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的部分或全部不足，本发明目的在于提供一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置，所述样品冷却装置的多元电流引线装置在降低漏热的同时，能够适应于样品座的旋转，避免电流引线结构的硬度阻碍样品座旋转；多元电流引线装置具有较大的载流能力，能够满足大电流传输的需求；装置无需采用氦气或液氦冷却，降低制冷成本。

为实现上述全部或部分发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置，包括真空装置，制冷机传导冷却装置、样品座装置和多元电流引线装置；

所述真空装置包括真空罩，所述真空罩内形成制冷空间；所述制冷机传导冷却装置包括制冷机，所述制冷机密封安装于所述真空罩上，用于对所述真空罩内输送冷量；

样品座装置包括样品座机构和角度调节机构，所述样品座机构包括转动设置的样品座，用于放置被测样品，所述角度调节机构密封穿透所述真空罩且与所述样品座连接，用于驱动所述样品座旋转；

所述多元电流引线装置包括依次相连的第零引线段、第一超导电流引线段和第二柔性超导电流引线段，所述第零引线段密封穿过所述真空罩与外界相连，所述第一超导电流引线段和第二柔性超导电流引线段与所述制冷机的冷级相连，所述第二柔性超导电流引线段连接所述样品座中的被测样品。

该技术方案的有益效果在于，采用的制冷系统为制冷机传导冷却系统，制冷机利用绝热放气制冷原理直接制冷，并通过固体导冷的方式将冷量传递至样品座，从而使被测样品置于低温环境中，相比于液氦冷却系统制冷成本低；多元电流引线装置中与被测样品连接的为第二柔性超导电流引线段，其柔性可旋转的性能使其能够随样品座旋转，且在样品座旋转时不会对其产生较大的阻力，从而有利于调节角度的精确性；第一超导电流引线段和第二柔性超导电流引线段都为超导材料，用其作为电流引线能够降低电流传输的焦耳热效应。

所述样品座机构还包括冷却框架和安装架，所述冷却框架的一端连接所述制冷机的冷级，另一端连接所述安装架；所述安装架上设有第一旋转轴安装位，所述第一旋转轴安装位上可转动安装所述第一旋转轴，所述样品座的两端固定在所述第一旋转轴上。

所述第二柔性超导电流引线段包括接合的压紧段和悬空弯曲段，所述压紧段压紧在所述冷却框架上，所述悬空弯曲段与所述被测样品连接。该技术方案的有益效果在于，第二柔性超导电流引线段的压紧段被压紧在冷却框架下进行冷却，悬空弯曲段用以进一步提高其旋转时灵活度。

所述第二柔性超导电流引线段包括多层叠用的ReBCO系高温超导带材。该技术方案的有益效果在于，多层叠用的设置方式能够增大载流能力，满足大电流传输的需求，优选为3~5层的ReBCO系高温超导带材叠用，以保证其同流能力是被测样品载流能力的3倍以上。

所述第一超导电流引线段为BSCCO系高温超导带材。

所述第零引线段为铜引线。

所述真空装置还包括内设于所述真空罩中的至少一级冷屏，所述冷屏将真空罩内部的空间分成至少两级制冷区域；所述制冷机具有与所述制冷区域级数相同的冷级数。

所述制冷机包括相连的第一冷级和第二冷级，所述第零引线段连接外界的电流引线接头和第一冷级，所述第一超导电流引线段连接所述第一冷级和第二冷级，所述第二柔性超导电流引线段连接所述第二冷级和所述样品座中的被测样品。

所述角度调节机构包括驱动件、以及与所述驱动件连接的传动机构，所述传动机构连接所述样品座，所述驱动件通过所述传动机构驱动所述样品座转动。该技术方案的有益效果在于，对高温超导材料被测样品进行性能测试时，需要将其置于背景磁场环境下，并通过调节被测样品相对背景磁场的角度，以测试不同角度下的性能，所述角度调节机构的设置能够方便的调节样品座的旋转角度，进而调节样品座中被测样品的角度，满足不同角度下的测试需求；将驱动件的旋转运动转换为样品座的旋转运动，操作人员可在外部通过驱动件对样品座的旋转角度进行方便地调节。

所述驱动件例如可以为调节把手，所述制冷机传导冷却装置包括顶板，所述顶板上开设穿孔，所述调节把手穿过所述穿孔与所述传动机构连接。

所述传动机构还包括依次相连的传动杆、换向组件和第二旋转轴，所述传动杆的另一端连接所述驱动件，所述换向组件将所述传动杆旋转方向转换为所述第二旋转轴旋转方向；所述冷却框架上设有第二旋转轴安装位，所述第二旋转轴安装位上可转动安装所述第二旋转轴；所述第二旋转轴和第一旋转轴平行设置且通过圆柱齿轮组件传动。

所述换向组件例如可以为：所述换向组件包括相互啮合的第一圆锥齿轮和第二圆锥齿轮，所述第一圆锥齿轮安装在所述传动杆的末端，所述第二圆锥齿轮固定套接在所述第二旋转轴上。

所述圆柱齿轮组件例如可以为：所述圆柱齿轮组件包括两个第一圆柱齿轮和两个第二圆柱齿轮，两个所述第一圆柱齿轮分别固定安装在所述第一旋转轴的两端，两个所述第二圆柱齿轮分别固定安装在所述第二旋转轴的两端；位于所述冷却框架同一侧的所述第一圆柱齿轮与第二圆柱齿轮相互啮合。

所述冷却框架包括冷却盘，所述冷却盘位于所述样品座下方，所述冷却盘上设置有若干导冷带，用于冷却所述样品座。

所述样品座包括上压板和下压板，所述上压板和下压板之间设置有样品放置区，被测样品置于所述样品放置区上时，样品所在平面通过所述第一旋转轴的轴线。该技术方案的有益效果在于，样品所在平面通过所述第一旋转轴的轴线时，保证驱动件的旋转角度等于、或接近于样品的旋转角度，即保证调节角度的精确度。

所述样品座上设置有加热器和温度传感器。该技术方案的有益效果在于，通过加热器和温度传感器调节样品座的温度，以测试不同温度条件下的样品性能。

所述真空罩包括贯通的上部空间和下部空间，所述下部空间直径小于上部空间；所述制冷机设置在所述上部空间中，所述样品座机构设置在所述下部空间中。该技术方案的有益效果在于，下部空间具有较小体积，能够在消耗较少能量的条件下将样品座冷却到目标低温。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

（1）多元电流引线结构包括第零引线段-第一超导电流引线段-第二柔性超导电流引线段，所述第零引线段-第一超导电流引线段能够有效降低漏热，所述第二柔性超导电流引线段由具有较好柔性的ReBCO系高温超导带材构成，与被测样品连接，能够随样品座旋转，其柔性可旋转的性能在样品座旋转时不会对其产生较大的阻力，从而有利于样品座的角度调节；

（2）将第二柔性超导电流引线段与被测样品连接的部分设置为悬空弯曲段，以进一步提高其旋转时的灵活度；

（3）第二柔性超导电流引线段可包括多层叠用的ReBCO系高温超导带材，增大载流能力；

（4）所述样品冷却装置包括冷却框架，为第一超导电流引线段、第二柔性超导电流引线段和样品座提供冷却通路；

（5）采用制冷机传导冷却系统，无需氦气循环冷却或液氦冷却，降低制冷成本；

（6）角度调节机构可调控样品座的角度，满足不同角度下的测试需求；

（7）样品座上设置加热器和温度传感器以调节样品座温度，满足不同温度条件下的样品性能测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明一实施例中样品冷却装置的外部结构示意图；

图2是本发明一实施例中样品冷却装置的剖视图；

图3是本发明一实施例中样品冷却装置的内部结构示意图；

图4是本发明一实施例中样品冷却装置的局部结构示意图；

附图标记：101-真空罩，1011-顶板，1012-上部空间，1013-下部空间，102-冷屏，103-第一冷级，1031-一级冷头，1032-一级导冷板，104-第二冷级，1041-二级冷头，1042-二级导冷板，105-冷却框架，1051-平立部，1052-安装架，1053-冷却盘，1054-铜板，1055-连接板，2-样品座，301-驱动件，302-传动杆，303-换向组件，3031-第一圆锥齿轮，3032-第二圆锥齿轮，304-第二旋转轴，305-第一圆柱齿轮，306-第二圆柱齿轮，307-第二旋转轴安装位，308-第一旋转轴安装位，401-第零引线段，402第一超导电流引线段，403-第二柔性超导电流引线段，4031-压紧段，4032-悬空弯曲段，5-电流引线接头。

具体实施方式

下面将对本发明具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

本发明提供一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置，请结合参考图1-4，包括真空装置、制冷机传导冷却装置、样品座装置和多元电流引线装置：

真空装置包括真空罩101，真空罩101内部为中空结构以构成一个导冷空间，制冷机传导冷却装置包括制冷机，制冷机密封安装在真空罩101的顶板1011上，制冷机的冷级内设于真空罩101内部，用于对真空罩101内输送冷量；样品座装置包括样品座机构和角度调节机构，样品座机构包括可转动的样品座2，样品座2用于放置被测样品，角度调节机构密封穿透真空罩101的顶板1011并与样品座2连接，用于驱动样品座2旋转；多元电流引线装置包括依次相连的第零引线段401、第一超导电流引线段402和第二柔性超导电流引线段403，第零引线段401密封穿过真空罩101与外界的电流引线接头5相连，第一超导电流引线段402和第二柔性超导电流引线段403与制冷机的冷级相连，第二柔性超导电流引线段403连接样品座2中的被测样品。

在本实施例中，真空装置还包括内设于真空罩101的冷屏102，冷屏102将真空罩101内部的空间划分成位于冷屏102外部的一级制冷区域和位于冷屏102内部的二级制冷区域；制冷机包括自上而下设置的第一冷级103和第二冷级104，第一冷级103连接冷屏102，第二冷级104位于冷屏102内部，样品座2设置在冷屏102内部；第零引线段401的常温端连接电流引线接头5和第一冷级103，第一超导电流引线段402的两端分别连接第一冷级103和第二冷级104，第二柔性超导电流引线段403的两端分别连接第二冷级104和样品座2中的被测样品。

具体的，制冷机的第一冷级103包括一级冷头1031和与其相连接的一级导冷板1032，第二冷级104包括二级冷头1041和与其相连接的二级导冷板1042，第零引线段401与第一超导电流引线段402的连接接头位于一级导冷板1032上，第一超导电流引线段402与第二柔性超导电流引线段403的连接接头位于二级导冷板1042上。需要注意的是，本实施例中，制冷机的一级导冷板1032与冷屏102合围以将真空罩101划分成一级制冷区域和二级制冷区域，样品座2设置于二级制冷区域中；但在其他实施例中，冷屏102可以为一个上端封闭结构，即冷屏102自身将真空罩101划分成一级制冷区域和二级制冷区域。此外，本实施例中的制冷机为两级制冷机，但在其他实施例中，也可以根据需要采用一级制冷或更多级制冷。

第二柔性超导电流引线段403为二代高温超导材料，例如ReBCO系高温超导材料组成的带材，其中Re例如可以为钇(Y)、钆(Gd)、钐(Sm)等稀土元素，优选为YBCO。本实施例中，第二柔性超导电流引线段403由多层叠用的二代高温超导带材组成，优选3~5层二代高温超导带材叠用，以提高载流能力，保证其同流能力是被测样品载流能力的3倍以上。第一超导电流引线段402例如可以为一代高温超导材料，优选BSCCO系高温超导材料组成的带材，例如Bi2212和Bi2223等，或者其他临界转变温度高于77K的高温超导材料。本实施例中，第零引线段401例如可以为铜引线。需要说明的是，在多元电流引线装置为铜引线-一代高温超导带材（例如BSCCO系超导材料）-二代高温超导带材（ReBCO系高温超导材料）构成的电流引线结构时，二代高温超导带材的柔性保证可旋转性能，且由于一代高温超导带材的导热系数小于二代高温超导带材的导热系数，因此相比于全部使用二代高温超导带材的方案，其不容易引起制冷机二级冷头1041上的温度上升，从而不易影响该样品冷却装置的性能。

本发明中的电流引线采用第零引线段401、第一超导电流引线段402和第二柔性超导电流引线段403构成的多元电流引线装置，第零引线段401和第一超导电流引线段402有利于减少漏热，有效降低第二冷级104的冷量需求；第二柔性超导电流引线段403采用具有良好柔性的二代高温超导带材，适用于样品座2可旋转的检测装置，其柔性可旋转的性能不会对样品座2的旋转产生较大的阻力，从而有利于样品座2调节角度的可控性和精确性；同时其相对于一代高温超导带材，在场性能好，载流密度高，而且受益于哈氏合金或者不锈钢基底的优秀机械性能，其具有更优异的轴向力学性能，受到弯曲后临界载流能力衰减小。

如图2和图3所示，本实施例中的样品座机构还包括冷却框架105和安装架1052，冷却框架105的一端连接在制冷机的二级导冷板1042上，另一端连接安装架1052；安装架1052上设有第一旋转轴安装位308，第一旋转轴安装位308上可转动安装第一旋转轴，样品座2的两端固定在第一旋转轴上，进而样品座2可随第一旋转轴旋转。

具体的，冷却框架105包括平立部1051和连接板1055，平立部1051纵向设置且其上端通过铜板1054连接于二级导冷板1042，平立部1051的下端通过连接板1055与安装架1052相连。

在本实施例中，冷却框架105包括两个对称设置的平立面，两个平立面上端都通过铜板1054固定在二级导冷板1042上，下端都连接连接板1055。安装架1052包括两个相对设置的支撑臂，两个支撑臂平行且纵向设置，两个支撑臂的上端都固定安装在连接板1055上。第一旋转轴安装位308开设在两个支撑臂相同的Z轴高度上，使第一旋转轴水平设置在安装架1052上。

第二柔性超导电流引线段403包括接合的压紧段4031和悬空弯曲段4032，在其中一个较为优选的实施例中，第二柔性超导电流引线段403的压紧段4031被纵向压紧在冷却框架105的平立部1051的其中一个平立面上，且第一旋转轴平行于该平立面。第二柔性超导电流引线段403的悬空弯曲段4032的一端朝向样品座2弯曲并焊接或压接至样品座2中被测样品上。被测样品例如可以为高温超导带材，两条第二柔性超导电流引线段403分别与待测的高温超导带材的两端连接，例如可以以90度的角度焊接或压接至被测样品的两端。本实施例中的第零引线段401、第一超导电流引线段402和第二柔性超导电流引线段403都对称设有两条。第二柔性超导电流引线段403与被测样品连接的悬空弯曲段4032可以进一步提高其旋转时的灵活度。

冷却框架105的两个支撑臂的下端可以连接水平状的冷却盘1053，样品座2通过第一旋转轴悬空在冷却盘1053上方，冷却盘1053上设置有若干导冷带（图中未示出），用于冷却样品座2。样品座2包括上压板和下压板，上压板和下压板之间设置有样品放置区（未图示），被测样品置于样品放置区上时，样品所在平面通过第一旋转轴的轴线。在其他实施例中，冷却框架105也可以设置为其他结构，例如安装架1052设置为中空柱状结构，样品座2悬空设置在其内部，安装座2的内壁上可设置导冷带以冷却样品座2，在相应位置可设置通孔以便于第二柔性超导电流引线段403穿过与被测样品连接。

角度调节机构包括位于真空罩101外部的驱动件301、以及与驱动件301连接的传动机构，传动机构连接样品座2，驱动件301通过传动机构驱动第一旋转轴旋转，从而驱动安装在第一旋转轴上的样品座2旋转，进而调节样品座2中被测样品的角度，以满足多角度测试的需求。

在本实施例中，传动机构包括传动杆302、换向组件303和第二旋转轴304，在安装架1052的两个支撑臂上开设有第二旋转轴安装位307，第二旋转轴安装位307位于第一旋转轴安装位308的上方，第二旋转轴304平行于第一旋转轴安装在第二旋转轴安装位307上。

传动杆302平行于Z轴纵向设置在真空罩101内，传动杆302的上端连接驱动件301，传动杆302的下端连接换向组件303，换向组件303连接第二旋转轴304，第二旋转轴304和第一旋转轴之间通过圆柱齿轮组件传动。驱动件301驱动传动杆302竖直旋转，换向组件303将传送杆302的竖直旋转运动转化为第二旋转轴304的水平旋转运动，第二旋转轴304通过圆柱齿轮组件带动第一旋转轴水平旋转，从而带动样品座2旋转。

具体的，换向组件303包括第一圆锥齿轮3031和第二圆锥齿轮3032，第一圆锥齿轮3031在其转动轴线上开设第一通孔，第一圆锥齿轮3031通过第一通孔固定套设在传动杆302的末端，第二圆锥齿轮3032在其转动轴线上设有第二通孔，第二旋转轴304穿过第二通孔且与第二圆锥齿轮3032固定，第一圆锥齿轮3031和第二圆锥齿轮3032啮合。传动杆302带动第一圆锥齿轮3031以及与其啮合的第二圆锥齿轮3032旋转，进而带动与第二圆锥齿轮3032固定的第二旋转轴304旋转。一级导冷板1032、二级导冷板1042、铜板1054以及连接板1055上都开设有通孔，传动杆302穿过通孔使其末端的第一圆锥齿轮3031与第二旋转轴304上的第二圆锥齿轮3032啮合。

圆柱齿轮组件包括两个第一圆柱齿轮305和两个第二圆柱齿轮306，两个第一圆柱齿轮305分别固定安装在第一旋转轴的两端，两个第二圆柱齿轮306分别固定安装在第二旋转轴304的两端，位于安装架1052同一侧的第一圆柱齿轮305与第二圆柱齿轮306相互啮合。第二旋转轴304旋转以带动两端的第二圆柱齿轮306旋转，从而带动与其啮合的第一圆柱齿轮305旋转，进而转化为第一旋转轴，即样品座2的旋转运动。第一圆锥齿轮3031、第二圆锥齿轮3032和圆柱齿轮组件可采用不锈钢或者黄铜制造而成，不易生锈，提高使用寿命，传动杆302例如可采用炭纤维传动杆。

本实施例中，驱动件301为调节把手，真空罩101的顶板1011上开设穿孔，调节把手穿过穿孔与传动杆302连接，相对应调节把手设置有刻度盘（未图示），用于指示调节把手调节的角度，操作人员通过调节把手调控样品座2的旋转角度。为了保证真空效果，调节把手与穿孔的连接处可设置例如密封圈等密封机构。在其他实施例中，驱动件301例如也可以为精密的旋转电机、气缸等。

样品座2上可以设置加热器和温度传感器，以灵活调节样品座2的温度，实现在多温度条件下测量样品。本实施例中，冷却框架105连接二级导冷板1042，冷却框架105为设置在安装架1052上的样品座2提供冷却通路，因此样品座2温度受二级导冷板1042的冷量调控，在测试时，例如一级导冷板1032上的温度设置为50K左右，二级导冷板1042上的温度为10K左右，样品座2温度的最低值可等于或近似达到二级导冷板1042的温度（10K左右），若需要测试样品在其他温度条件下的载流能力，则通过加热器对样品座2进行加温，以调整到目标测试温度。在其中一个实施例中，样品座2的温度可以在10K-60K之间调节。

本实施例中，真空罩101分为上部空间1012和下部空间1013，上部空间1012为直径较大的中空圆柱结构，下部空间1013为直径较小的中空圆柱结构，制冷机的第一冷级103和第二冷级104置于上部空间1012内，样品座2置于下部空间1013内，上部空间1012的直径可根据制冷机体积等因素适应性调整，下部空间1013的直径、形状可根据被测样品的宽度、测试装置的背景磁场室温孔径等因素调整。在一个较佳的实施例中，下部空间1013的直径小于上部空间1012的直径，从而下部空间1013具有较小体积，能够在消耗较少能量的条件下将样品座2冷却到目标低温。

对高温超导带材进行性能测试时，需要将待测的高温超导带材置于低温环境和背景磁场中，例如可以在背景磁场上开设与真空罩101的下部空间1013的直径相匹配的容置孔，在测试时，样品冷却装置的下部空间1013置于该容置孔中，以使位于下部空间1013内的样品座置于背景磁场下。本发明所提供的样品冷却装置一方面用于为被测样品提供低温环境，另一方面设置可旋转的样品座2，通过调节样品座2的旋转角度，以调节样品座2中的待测样品相对背景磁场角度，进而可获得不同角度下的测试数据。其中为被测样品提供低温环境的原理为：以制冷机作为冷源，冷却框架105连接在制冷机的二级导冷板1042上，样品座2设置在冷却框架105上，冷却框架105将制冷机二级导冷板1042上的冷量传导至样品座2上，进而冷却置于样品座2中的被测样品，冷却框架105上可进一步设置导冷带以冷却样品座2。其中样品座2的旋转原理为：操作人员转动驱动件301，与驱动件301连接的传动杆302竖直旋转，安装于传动杆302末端的第一圆锥齿轮3031旋转，进而带动与其啮合的第二圆锥齿轮3032旋转，由于第二圆锥齿轮3032固定在第二旋转轴304上，因此第二旋转轴304随之转动，并通过第一圆柱齿轮305和第二圆柱齿轮306带动第一旋转轴转动，从而实现安装在第一旋转轴上的样品座2的转动；与样品座2中的被测样品焊接或压接的电流引线为二代高温超导带材制成的电流引线，其具有良好的柔性，可在样品座2旋转时产生适应性形变，不会对样品座2的旋转产生较大的阻力，利于角度调节。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。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保护的范围内。

Claims (17)

1.一种用于高温超导材料性能测试的样品冷却装置，其特征在于，包括真空装置、制冷机传导冷却装置、样品座装置和多元电流引线装置：

所述真空装置包括真空罩（101），所述真空罩（101）内形成制冷空间；所述制冷机传导冷却装置包括制冷机，所述制冷机密封安装于所述真空罩（101）上，用于对所述真空罩（101）内输送冷量；

样品座装置包括样品座机构和角度调节机构，所述样品座机构包括转动设置的样品座（2），用于放置被测样品，所述角度调节机构密封穿透所述真空罩（101）且与所述样品座（2）连接，用于驱动所述样品座（2）旋转；

所述多元电流引线装置包括依次相连的第零引线段（401）、第一超导电流引线段（402）和第二柔性超导电流引线段（403），所述第零引线段（401）密封穿过所述真空罩（101）与外界相连，所述第一超导电流引线段（402）和第二柔性超导电流引线段（403）与所述制冷机的冷级相连，所述第二柔性超导电流引线段（403）连接所述样品座（2）中的被测样品。

2.根据权利要求1所述的样品冷却装置，其特征在于，所述样品座机构还包括冷却框架（105）和安装架（1052），所述冷却框架（105）的一端连接所述制冷机的冷级，另一端连接所述安装架（1052）；所述安装架（1052）上设有第一旋转轴安装位（308），所述第一旋转轴安装位（308）上可转动安装所述第一旋转轴，所述样品座（2）的两端固定在所述第一旋转轴上。

3.根据权利要求2所述的样品冷却装置，其特征在于，所述第二柔性超导电流引线段（403）包括接合的压紧段（4031）和悬空弯曲段（4032），所述压紧段（4031）压紧在所述冷却框架（105）上，所述悬空弯曲段（4032）与所述被测样品连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的样品冷却装置，其特征在于，所述第二柔性超导电流引线段（403）包括多层叠用的ReBCO系高温超导带材。

5.根据权利要求1-3任一项所述的样品冷却装置，其特征在于，所述第一超导电流引线段（402）为BSCCO系高温超导带材。

6.根据权利要求1-3任一项所述的样品冷却装置，其特征在于，所述第零引线段（401）为铜引线。

7.根据权利要求1所述的样品冷却装置，其特征在于，所述真空装置还包括内设于所述真空罩中的至少一级冷屏（102），所述冷屏（102）将真空罩（101）内部的空间分成至少两级制冷区域；所述制冷机具有与所述制冷区域级数相同的冷级数。

8.根据权利要求7所述的样品冷却装置，其特征在于，所述制冷机包括相连的第一冷级（103）和第二冷级（104），所述第零引线段（401）连接外界的电流引线接头（5）和第一冷级（103），所述第一超导电流引线段（402）连接所述第一冷级（103）和第二冷级（104），所述第二柔性超导电流引线段（403）连接所述第二冷级（104）和所述样品座（2）中的被测样品。

9.根据权利要求2所述的样品冷却装置，其特征在于，所述角度调节机构包括驱动件（301）、以及与所述驱动件（301）连接的传动机构，所述传动机构连接所述样品座（2），所述驱动件（301）通过所述传动机构驱动所述样品座（2）转动。

10.根据权利要求9所述的样品冷却装置，其特征在于，所述驱动件（301）为调节把手，所述真空罩（101）包括顶板（1011），所述顶板（1011）上开设穿孔，所述调节把手密封穿过所述穿孔与所述传动机构连接。

11.根据权利要求9所述的样品冷却装置，其特征在于，所述传动机构包括依次相连的传动杆（302）、换向组件（303）和第二旋转轴（304），所述传动杆（302）的另一端连接所述驱动件（301），所述换向组件（303）将所述传动杆（302）旋转方向转换为所述第二旋转轴（304）旋转方向；所述冷却框架（105）上设有第二旋转轴安装位（307），所述第二旋转轴安装位（307）上可转动安装所述第二旋转轴（304）；所述第二旋转轴（304）和第一旋转轴平行设置且通过圆柱齿轮组件传动。

12.根据权利要求11所述的样品冷却装置，其特征在于，所述换向组件（303）包括相互啮合的第一圆锥齿轮（3031）和第二圆锥齿轮（3032），所述第一圆锥齿轮（3031）安装在所述传动杆（302）的末端，所述第二圆锥齿轮（306）固定套接在所述第二旋转轴（304）上。

13.根据权利要求11所述的样品冷却装置，其特征在于，所述圆柱齿轮组件包括两个第一圆柱齿轮（305）和两个第二圆柱齿轮（306），两个所述第一圆柱齿轮（305）分别固定安装在所述第一旋转轴的两端，两个所述第二圆柱齿轮（306）分别固定安装在所述第二旋转轴（304）的两端；位于所述冷却框架（105）同一侧的所述第一圆柱齿轮（305）与第二圆柱齿轮（306）相互啮合。

14.根据权利要求2所述的样品冷却装置，其特征在于，所述冷却框架（105）包括冷却盘（1053），所述冷却盘（1053）位于所述样品座（2）下方，所述冷却盘（1053）上设置有若干导冷带，用于冷却所述样品座（2）。

15.根据权利要求2所述的样品冷却装置，其特征在于，所述样品座（2）包括上压板和下压板，所述上压板和下压板之间设置有样品放置区，被测样品置于所述样品放置区上时，样品所在平面通过所述第一旋转轴的轴线。

16.根据权利要求1-3任一项所述的样品冷却装置，其特征在于，所述样品座（2）上设置有加热器和温度传感器。

17.根据权利要求1所述的样品冷却装置，其特征在于，所述真空罩（101）包括贯通的上部空间（1012）和下部空间（1013），所述下部空间（1013）直径小于上部空间（1012）；所述制冷机设置在所述上部空间（1012）中，所述样品座机构设置在所述下部空间（1013）中。

Images