CN116794577A - 一种快速准确测量Nb3Sn超导接头临界电流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，属于超导领域，包括制备第一超导接头和第二超导接头，第二超导线中绕制一个1匝的第一线圈，第一超导线中绕制5‑10匝的第二线圈。所述的通过第三超导线和第四超导线通电过程中的磁场信号，可获得在第一超导线支路上通过单位电流时的磁场信号，在通过YBCO感应线圈在第二超导线支路中感应电流时可与直接通电时的单位电流产生的磁场信号对比，当感应电流产生的磁场信号不再随YBCO感应线圈电流线性增大时，超导接头回路的电流达到了临界状态，即为超导接头的临界电流。
Description
技术领域
本发明属于超导领域，具体涉及一种快速准确测量超导接头临界电流的方法。
背景技术
超导材料是大于10T强磁场超导磁体的重要材料，/>超导材料和低磁场的NbTi超导材料在低温超导材料中占有垄断性的份额。目前世界范围内的强磁场核磁共振谱仪在大于400MHz的仪器中所采用的超导磁体为/>与NbTi混合超导磁体。
超导磁体采用先绕制后反应的方法制造，首先/>导线密绕成线圈结构，然后经过长时间的高温热处理扩散反应产生/>超导相，在超导磁体中形成超导回路径，最后热处理后的/>超导线圈经过真空压力浸渍，填充绝缘和加强材料。由于/>导线的制备工艺的限制，单根/>导线的长度有限，尤其高性能的/>导线很难做到千米量级，而超导磁体尤其大尺寸的超导磁体，需要长距离的/>导线，这在制造工艺上需要将导线通过超导接头的形式进行连接，以满足超导磁体如核磁共振谱仪中/>超导磁体的要求。
核磁共振谱仪中的超导磁体，工作在闭环状态，一个稳定运行高稳定的超导磁体要求超导磁体中接头的超导接头的电阻极低，至少低于/>量级。才能满足电流在流过超导接头时的极低的能量损耗，以及电流产生磁场的高稳定度。因此，/>超导磁体在建造过程中，对于超导接头的要求较高，制备低电阻的超导接头是建造高稳定度/>超导磁体的重要一环。
超导接头将两个/>超导线连接起来，超导接头的电阻和超导接头的载流能力是评价/>超导接头质量的两个重要参数。超导接头的电阻测量已经得到了应用，但对于/>超导接头的载流能力的测试是较困难的。对于高性能的/>超导接头其载流能力接近/>导线本身，其在低场下的电流承载能力较高，通常达到几百至上千安培，很难找到如此大的电源和支撑大电流的测试平台对/>超导接头的载流能力进行测量。/>超导接头的载流能力在大于10T的强磁场下会出现衰减，一般/>超导线的载流能力测试需要将导线至于大于10T的强磁场下对/>导线进行通电。而10T的背场磁体的建造成本较高，从/>超导接头的测试角度，为测试载流能力单独建造大于10T的超导磁体是困难的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，能够测量/>超导接头的临界电流，同时保证测量精度的准确性。在/>超导磁体的建造过程中，操作人员无需建造强磁场背景磁体，即可获得/>超导接头的临界电流，以此评价/>超导接头的质量。本发明工艺简单，易于实施。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，包括：制备第一/>超导接头和第二/>超导接头，第一/>超导接头和第二/>超导接头通过第一/>超导线和第二/>超导线连接，第一/>超导接头中伸出第三/>超导线，第二/>超导接头中伸出第四/>超导线，第三/>超导线和第四/>超导线分别作为两根电流引线对超导接头回路进行通电；在第二/>超导线的支路中绕制一个1匝的第一线圈，在第一线圈内部插入感应线圈，所述第一线圈通过感应线圈感应电流从而接入超导接头回路；在第一/>超导线的支路中绕制5-10匝的第二线圈，用于储存电流产生的磁场能量。
进一步地，在第二超导线的支路上绕制一个1匝的第一线圈后，在第一线圈内部插入YBCO高温超导带材绕制的感应线圈；在第二/>超导线的支路上安装加热器和温度传感器；在第一/>超导线的支路上安装霍尔传感器，用于测量第一/>超导线的支路上测量点处的磁场信号；将超导接头回路浸入液氦中，对超导接头回路进行降温；打开第二/>超导线的支路上的加热器，触发第二/>超导线的支路失超，通过第三/>超导线和第四/>超导线对第一/>超导线的支路进行通电，电流为1A-100A，测量霍尔传感器处的磁场信号，通过换算，得到第一/>超导线的支路上承载的单位电流在霍尔传感器处的磁场信号，恢复初始测试状态；对感应线圈进行通电，使第二/>超导线的支路上感应电流，记录第一/>超导线的支路上的磁场信号，与第一/>超导线的支路上承载的单位电流在霍尔传感器处的磁场信号进行对比，计算得到第一和第二/>超导接头的临界电流。
其中，所述的第一超导接头连接第一/>超导线、第二/>超导线和第三超导线，第二/>超导接头连接第一/>超导线、第二/>超导线和第四/>超导线。
所述的感应线圈在液氦温度可承载上百安培的大电流，并可绕制紧凑型的线圈，具有大的安匝数，在与第二超导线的支路的电磁感应过程中，可在第一和第二/>超导线的支路中感应大的感应电流。
所述的第一超导线的霍尔传感器处安装屏蔽壳用于屏蔽感应线圈在霍尔传感器处的磁场信号。
通过第三超导线和第四/>超导线通电过程中的磁场信号，可获得在第一超导线的支路上通过单位电流时的磁场信号，在通过感应线圈在超导接头回路中感应电流时，可与直接通电时的单位电流产生的磁场信号对比，当感应电流产生的磁场信号不再随感应线圈的电流线性增大时，超导接头回路的电流达到了临界电流状态，此时通过磁场信号反推出超导接头回路上的承载电流，即为第一和第二/>超导接头的临界电流。
有益效果：
本发明通过制备第一超导接头和第二/>超导接头，并在第一/>超导接头中加入第三/>超导线，在第二/>超导接头中加入第四/>超导线，使第三超导线和第四/>超导线作为电流引线对/>超导接头回路进行直接通电，获得接头回路中单位电流产生的磁场信号。然后加入紧凑型可产生大安匝数的YBCO感应线圈，在/>超导接头回路中感应大电流，并与直接通电时的单位电流产生的磁场信号对比计算，得到/>超导接头回路中的临界电流。本发明巧妙地利用直接通电产生的数据准确性，和YBCO感应线圈能够对超导接头回路产生大的感应电流，对二者进行对比，得到了准确的超导接头临界电流数据。无需引入千安级别的大电源和测试平台，也不需进入超过10T的背场磁体来降低/>超导接头的承载电流。
附图说明
图1为超导接头示意图；
图2 为超导接头测试结构示意图；
图3 为超导接头临界电流测试流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明制备的超导接头，包含第一/>超导接头1和第二/>超导接头2，两个/>超导接头通过第一/>超导线3和第二/>超导线4连接，第一超导接头1中伸出第三/>超导线5，第二/>超导接头2中伸出第四/>超导线6，第三/>超导线5和第四/>超导线6分别作为两根电流引线对超导接头回路进行通电。第二/>超导线4中绕制一个1匝的第一线圈7，用于通过感应线圈8感应电流从而接入超导接头回路，第一/>超导线3中绕制5-10匝的第二线圈9用于储存电流产生的磁场能量，第二线圈9使通过第三/>超导线5和第四/>超导线6对超导接头回路通电时产生的电流在第一/>超导线3的支路产生磁场能量，在第三/>超导线5和第四/>超导线6退电流时，电流能够进入第二/>超导线4的支路，从而形成超导电流闭合回路，流经第一/>超导接头1和第二/>超导接头2。
所述的第三超导线5和第四/>超导线6在制备超导接头时加入，第三超导线5与第一/>超导线3、第二/>超导线4制备形成第一/>超导接头1，第四/>超导线6与第一/>超导线3、第二/>超导线4制备形成第二/>超导接头2。
如图2所示，超导接头测试结构中的霍尔传感器10安装于第一/>超导线3的支路上远离感应线圈8的位置，并在霍尔传感器10周围安装屏蔽壳11，用于抵消感应线圈8在此处产生的磁场信号。
所述的第二超导线4的支路上安装加热器12和温度传感器13，通过加热器12加热第二/>超导线4的支路使加热处的温度超过18K，通过温度传感器13读取加热处的温度。
所述的感应线圈8采用YBCO高温超导带材绕制，绕制匝数50-100匝，感应线圈8的直径大于10mm。YBCO高温超导带材具有较小的临界弯曲半径，带材厚度在0.1mm左右，可绕制紧凑型的高温超导线圈作为初级的感应线圈，感应线圈在液氦温度工作时，可以通入大电流，形成具有大安匝数的紧凑型感应线圈。
如图3所示，本发明的快速准确测量超导接头临界电流的方法，其测试步骤如下：
步骤（1）制备第一超导接头1和第二/>超导接头2；
步骤（2）第二超导线4的支路上绕制一个1匝的第一线圈7，在第一线圈7内部插入YBCO高温超导带材绕制的感应线圈8，第一/>超导线3的支路上绕制一个5-10匝的第二线圈9；
步骤（3）在第二超导线4的支路上安装加热器12和温度传感器13；
步骤（4）在第一超导线3的支路上安装霍尔传感器10，用于测量第一/>超导线3的支路上测量点处的磁场信号；
步骤（5）将超导接头回路浸入液氦中，对超导接头回路进行降温。
步骤（6）打开第二超导线4的支路上的加热器12，触发第二/>超导线4的支路失超，通过第三/>超导线5和第四/>超导线6对第一/>超导线3的支路进行通电，电流1A-100A，测量霍尔传感器10处的磁场信号，通过换算，可得到第一/>超导线3的支路上承载的单位电流在霍尔传感器10处的磁场信号，恢复初始测试状态。
步骤（7）对感应线圈8进行通电，使第二超导线4的支路上感应电流，记录第一/>超导线3的支路上的磁场信号，对步骤（6）中的单位电流在霍尔传感器10处的磁场信号进行对比，计算得到第一/>超导接头1和第二/>超导接头2的临界电流。
实施例一
制备超导接头，包括第一/>超导接头1和第二/>超导接头2。第二超导线4的支路上绕制一个1匝的第一线圈7，在第一线圈7内部插入YBCO高温超导带材绕制的感应线圈8，绕制匝数50匝，线圈直径10mm。第一/>超导线3支路上绕制一个5匝的第二线圈9。在第二/>超导线4的支路上安装加热器12和温度传感器13。在第一/>超导线3的支路上安装霍尔传感器10，用于测量第一/>超导线3的支路上测量点处的磁场信号。将超导接头回路浸入液氦中，对超导接头回路进行降温。打开第二/>超导线4的支路上的加热器12，触发第二/>超导线4的支路失超，通过第三/>超导线5和第四超导线6对第一/>超导线3支路进行通电，电流1A，测量霍尔传感器10处的磁场信号，通过换算，可得到第一/>超导线3的支路上承载单位电流在霍尔传感器10处的磁场信号，恢复初始测试状态。对感应线圈8进行通电，使第二/>超导线4的支路上感应电流，记录第一/>超导线3的支路上的磁场信号，进行对比，计算得到第一/>超导接头1和第二/>超导接头2的临界电流。
实施例二
制备超导接头，包括第一/>超导接头1和第二/>超导接头2。第二超导线4支路上绕制一个1匝的第一线圈7，在第一线圈7内部插入YBCO高温超导带材绕制的感应线圈8，绕制匝数100匝，线圈直径10mm。第一/>超导线3支路上绕制一个10匝的第二线圈9。在第二/>超导线4的支路上安装加热器12和温度传感器13。在第一/>超导线3的支路上安装霍尔传感器10用于测量第一/>超导线3的支路上测量点处的磁场信号。将超导接头回路浸入液氦中，对超导接头回路进行降温。打开第二/>超导线4的支路上的加热器12，触发第二/>超导线4的支路失超，通过第三/>超导线5和第四超导线6对第一/>超导线3的支路进行通电，电流100A，测量霍尔传感器10处的磁场信号，通过换算，可得到第一/>超导线3的支路上承载单位电流在霍尔传感器10处的磁场信号，恢复初始测试状态。对感应线圈8进行通电，使第二/>超导线4的支路上感应电流，记录第一/>超导线3的支路上的磁场信号，进行对比，计算得到/>超导接头的临界电流。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，其特征在于，包括：制备第一超导接头和第二/>超导接头，第一/>超导接头和第二/>超导接头通过第一/>超导线和第二/>超导线连接，第一/>超导接头中伸出第三/>超导线，第二/>超导接头中伸出第四/>超导线，第三/>超导线和第四/>超导线分别作为两根电流引线对超导接头回路进行通电；在第二/>超导线的支路中绕制一个1匝的第一线圈，在第一线圈内部插入感应线圈，所述第一线圈通过感应线圈感应电流从而接入超导接头回路；在第一/>超导线的支路中绕制5-10匝的第二线圈，用于储存电流产生的磁场能量。
2.根据权利要求1所述的一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，其特征在于，通过第三/>超导线和第四/>超导线对超导接头回路通电时，所述第二线圈使电流在第一/>超导线的支路产生磁场能量；在第三/>超导线和第四/>超导线退电流时，电流进入第二/>超导线的支路，流经第一/>超导接头和第二/>超导接头，从而形成超导电流闭合回路。
3.根据权利要求1所述的一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，其特征在于，在制备第一/>超导接头和第二/>超导接头时加入第三/>超导线和第四超导线，第三/>超导线与第一/>超导线、第二/>超导线制备形成第一超导线接头，第四/>超导线与第一/>超导线、第二/>超导线制备形成第二超导线接头。
4.根据权利要求1所述的一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，其特征在于，在所述的第一/>超导线的支路上远离感应线圈的位置安装霍尔传感器，并在霍尔传感器周围安装屏蔽壳，用于抵消感应线圈在此处产生的磁场信号。
5.根据权利要求4所述的一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，其特征在于，所述的感应线圈采用YBCO高温超导带材绕制，绕制匝数50-100匝，感应线圈的直径大于10mm。
6.根据权利要求1所述的一种快速准确测量超导接头临界电流的方法，其特征在于，包括：
在第二超导线的支路上绕制一个1匝的第一线圈后，在第一线圈内部插入YBCO高温超导带材绕制的感应线圈；在第二/>超导线的支路上安装加热器和温度传感器；在第一/>超导线的支路上安装霍尔传感器，用于测量第一/>超导线的支路上测量点处的磁场信号；将超导接头回路浸入液氦中，对超导接头回路进行降温；打开第二/>超导线的支路上的加热器，触发第二/>超导线的支路失超，通过第三/>超导线和第四超导线对第一/>超导线的支路进行通电，电流为1A-100A，测量霍尔传感器处的磁场信号，通过换算，得到第一/>超导线的支路上承载的单位电流在霍尔传感器处的磁场信号，然后恢复初始状态；对感应线圈进行通电，使第二/>超导线的支路上感应电流，记录第一/>超导线的支路上的磁场信号，与第一/>超导线的支路上承载的单位电流在霍尔传感器处的磁场信号进行对比，计算得到第一/>超导接头和第二/>超导接头的临界电流。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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