CN117554427A - 基于电阻的铜比测量方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超导材料测量技术领域,涉及基于电阻的铜比测量方法、装置、计算机设备和存储介质。本发明提供了一种基于电阻的铜比测量方法,用于内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量,其包括:获取内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻、无氧铜的电阻、无氧铜的电阻率、超导体的电阻、超导体的电阻率、测量长度和内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积,确定内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比。本发明解决了现有内稳定型Nb3Sn超导线铜比测量技术中,测试效率低和依赖熟练的样品抛光技术等问题。
Description
技术领域
本发明属于超导材料测量技术领域,涉及基于电阻的铜比测量方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
内稳定型青铜Nb3Sn超导线在核聚变堆、高能物理、核磁共振(NMR)成像等装置建设所需的超导线材之一,在多个领域有着极其广泛的应用。铜比是内稳定型青铜Nb3Sn超导线的重要性能指标,在验收时必须准确测量内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比。
在复合超导体中,铜与超导体的体积比主要用以计算超导线材的临界电流密度。目前对于内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量采用纸张称重法,其将样品垂直的镶嵌在树脂中进行抛光,样品抛光依赖于成熟的抛光技术,且一个样品测试从抛光、拍照、复印、剪纸、称重到最后的铜比计算大约需要2h。因此,纸张称重法不但依赖于熟练的样品抛光技术,且测试周期也无法满足生产过程需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,解决纸张称重法存在测试效率低和依赖于熟练的样品抛光技术等问题。
基于上述目的,本发明提供了基于电阻的铜比测量方法、装置、计算机设备和存储介质来满足本领域内的这种需要。
内稳定型青铜Nb3Sn超导线由内稳定体和超导体构成,所述内稳定体为无氧铜,所述超导体为青铜和Nb。内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比定义为:Nb3Sn超导线中,无氧铜与超导体的体积比。
为实现上述目的,本发明是采取如下技术方案予以实现的:
一方面,本发明涉及一种基于电阻的铜比测量方法,用于内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量,内稳定型青铜Nb3Sn超导线由内稳定体和超导体构成,所述内稳定体为无氧铜,所述超导体为青铜和Nb,其包括:获取内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻、无氧铜的电阻、无氧铜的电阻率、超导体的电阻、超导体的电阻率、测量长度和内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积,确定内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比。
进一步地,本发明提供的基于电阻的铜比测量方法中,通过公式一确定内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比;
公式一:
其中,Rm表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻(mΩ),RCu表示无氧铜的电阻(mΩ),RQ表示超导体的电阻(mΩ),ρCu表示无氧铜的电阻率(mΩ×mm),L表示测量长度(mm),S表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积(mm2),β表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比,ρQ表示超导体的电阻率(mΩ×mm)。
进一步地,本发明提供的基于电阻的铜比测量方法中,获取无氧铜在第一温度下的电阻率、无氧铜电阻率在第一温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定无氧铜的电阻率,所述第一温度在第一温度范围中。
进一步地,本发明提供的基于电阻的铜比测量方法中,获取超导体在第二温度下的电阻率、超导体电阻率在第二温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定超导体的电阻率,所述第二温度在第二温度范围中。
进一步地,本发明提供的基于电阻的铜比测量方法中,通过公式二确定无氧铜或超导体的电阻率;
公式二:材料的电阻率=材料在第N温度时的电阻率×(1+材料电阻率在第N温度范围时的温度系数×(测量时的温度-第N温度));
所述第N温度在第N温度范围中。
另一方面,本发明涉及一种基于电阻的铜比测量方法的测量装置,所述装置包括:
获取模块,用于获取多个内稳定型青铜Nb3Sn超导线和/或不同测试条件下单一内稳定型青铜Nb3Sn超导线的内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻、无氧铜的电阻、无氧铜的电阻率、超导体的电阻、超导体的电阻率、测量长度和内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积;
第一确定模块,获取无氧铜在第一温度下的电阻率、无氧铜电阻率在第一温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定无氧铜的电阻率,所述第一温度在第一温度范围中;
第二确定模块,获取超导体在第二温度下的电阻率、超导体电阻率在第二温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定超导体的电阻率,所述第二温度在第二温度范围中。
进一步地,本发明提供的基于电阻的铜比测量方法的测量装置中,所述不同测试条件包括多个测量长度或多个测量温度。
另一方面,本发明涉及一种计算机设备,所述计算机设备包括:处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行以实现上述的基于电阻的铜比测量方法中所执行的操作。
另一方面,本发明涉及一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行以实现如上述的基于电阻的铜比测量方法的测量方法中所执行的操作。
与现有技术相比,本发明提供的技术方案至少具备下述的有益效果或优点:
本发明提供了一种基于电阻的铜比测量方法,用于内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量,属于无损测试,测试过程不会破坏内稳定型青铜Nb3Sn超导线。本方法解决了纸张称重法进行内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比测试存在的缺陷,单个样品测试时间由2h缩短至3min,大幅提高了测试效率。
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。
图1是内稳定型青铜Nb3Sn超导线截面的照片。
图2是无氧铜的电阻率ρCu随温度变化测试图。
图3是超导体的电阻率ρQ随温度变化测试图。
图4是四引线法测电阻原理图。其中,I表示电流,U表示电压。
图5是本发明方法与纸张称重法内稳定型青铜Nb3Sn超导线样品铜比测试比对结果图。
具体实施方式
下面,结合实施例对本发明的技术方案进行说明,但是,本发明并不限于下述的实施例。各实施例中所述实验方法和检测方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可在市场上购买得到。
实施例1
本实施例提供了一种基于电阻的内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量方法的实现过程。
本发明为一种基于电阻的内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量方法,内稳定型青铜Nb3Sn超导线由内稳定体和超导体构成,所述内稳定体为无氧铜,所述超导体为青铜和Nb,截面如图1所示。根据电阻并联原理,通过测试线材总电阻计算内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比。
内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻测试法数学模型建立:内稳定型青铜Nb3Sn超导线由内稳定体和超导体构成,其铜比的电阻测试方法是将内稳定型青铜Nb3Sn超导线看做无氧铜与超导体的并联,利用并联原理建立铜比数学模型,并联模型见公式三,无氧铜的电阻与超导线截面积见公式四,超导体的电阻与超导体截面积关系见公式五。
公式三:
公式四:
公式五:
根据公式三、公式四和公式五得到内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比的计算公式,如公式一所示:
其中,Rm表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻(mΩ),RCu表示无氧铜的电阻(mΩ),RQ表示超导区的电阻(mΩ),ρCu表示无氧铜的电阻率(mΩ×mm),L表示测量长度(mm),S表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积(mm2),β表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比,ρQ表示超导区的电阻率(mΩ×mm)。
通过公式二确定无氧铜或超导体的电阻率;
公式二:材料的电阻率=材料在第N温度时的电阻率×(1+材料电阻率在第N温度范围时的温度系数×(测量时的温度-第N温度));
所述第N温度在第N温度范围中。
实施例2
本实施例提供了一种基于电阻的内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量方法用于内稳定型青铜Nb3Sn超导线样品铜比测试的实验。
取长度是60mm,线径是0.764mm的无氧铜线作为标准样品,进行电阻随温度变化的测试,通过计算拟合得到无氧铜的电阻率随温度变化见图2。
无氧铜的电阻率的计算公式为:
无氧铜的电阻率=无氧铜在293K时的电阻率×(1+无氧铜在273K~315K时的温度系数×(测量时的温度-293K))
由图2可得:
ρCu=0.01739×(1+0.00381×(测量时的温度-293K))
同理,图3是超导体电阻率ρTI随温度变化测试图,由图3可得:
ρTI=0.14735×(1+0.00192×(测量时的温度-293K))
其中,ρCu为无氧铜的电阻率(mΩ×mm),0.01739为无氧铜在293K时的电阻率(mΩ×mm),0.00381为无氧铜电阻率在273K~315K的温度系数;ρHF为超导体的电阻率(mΩ×mm),0.14735为超导体在293K时的电阻率(mΩ×mm),0.00192为超导体电阻率在273K~315K的温度系数。
L表示测量长度,用钢板尺测量样品长度,精确至1mm;
S表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积,用千分尺测量样品线径/(长,宽),精确至0.001mm;
T表示测量时的温度,用lakeshore温度计与其配套温度监视器,精度为30mK或更高;
Rm表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻,如图4所示采用四引线法测电阻原理进行Rm测量;采用2182纳伏计进行电压采集,纳伏计精度为20nV,Rm的测量精度是20nΩ。
同一个内稳定型青铜Nb3Sn超导线样品进行电阻法与纸张称重法的铜比测试,并对结果进行分析,具体实验如下:
取10个规格是Φ0.80mm~Φ1.30mm的内稳定型青铜Nb3Sn超导线样品,对10个样品分别进行电阻法与纸张称重法(参考GB T31522-2015方法测试)进行铜比测试比对实验。试验工具包括:定长工装、测试信号线、外径千分尺、斜口钳、尖嘴钳。试验测量系统工具包括:2182ANANOVOLTMETER(纳伏计)、2000MULTIMETER(多功能数字万用表)、KEPCOPROGRAMMABLE POWER SUPPLY(可编程电流源)、211Temperature monitor(温度监视器)、USB-GPIB通讯数据采集线、DT670(温度计)。取矫直切断的内稳定型青铜Nb3Sn超导线样品1.5米,用本发明方法,测量样品长度L=1000mm,线径D=0.898mm,温度T=295.42K,样品电阻Rm=111.046mΩ,计算出铜比β=0.175,同时采用纸张称重法测试的铜比是0.180,本发明方法测试的结果与纸张称重法测试的结果百分比误差是3.03%。
表1,电阻法与纸张称重法铜比测试比对实验结果
由表1和图5可知,对于内稳定型青铜Nb3Sn超导线,本发明方法测试的结果与纸张称重法测试的结果百分比误差在4%以内,单个样品测试时间由2h缩短至3min,满足使用需求。
以上所述的实施例是是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。在依据本发明构思的条件下本领域普通技术人员进行的相关推演和替换,在没有作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。
Claims (9)
1.一种基于电阻的铜比测量方法,用于内稳定型青铜Nb3Sn超导线铜比的测量,内稳定型青铜Nb3Sn超导线由内稳定体和超导体构成,所述内稳定体为无氧铜,所述超导体为青铜和Nb,其特征在于,包括:获取内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻、无氧铜的电阻、无氧铜的电阻率、超导体的电阻、超导体的电阻率、测量长度和内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积,确定内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比。
2.根据权利要求1所述的基于电阻的铜比测量方法,其特征在于,通过公式一确定内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比;
公式一:
其中,Rm表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻,RCu表示无氧铜的电阻,RQ表示超导体的电阻,ρCu表示无氧铜的电阻率,L表示测量长度,S表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积,β表示内稳定型青铜Nb3Sn超导线的铜比,ρQ表示超导体的电阻率。
3.根据权利要求1所述的基于电阻的铜比测量方法,其特征在于,获取无氧铜在第一温度下的电阻率、无氧铜电阻率在第一温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定无氧铜的电阻率,所述第一温度在第一温度范围中。
4.根据权利要求1所述的基于电阻的铜比测量方法,其特征在于,获取超导体在第二温度下的电阻率、超导体电阻率在第二温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定超导体的电阻率,所述第二温度在第二温度范围中。
5.根据权利要求3或4所述的基于电阻的铜比测量方法,其特征在于,通过公式二确定无氧铜或超导体的电阻率;
公式二:材料的电阻率=材料在第N温度时的电阻率×(1+材料电阻率在第N温度范围时的温度系数×(测量时的温度-第N温度));
所述第N温度在第N温度范围中。
6.一种基于电阻的铜比测量方法的测量装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块,用于获取多个内稳定型青铜Nb3Sn超导线和/或不同测试条件下单一内稳定型青铜Nb3Sn超导线的内稳定型青铜Nb3Sn超导线的电阻、无氧铜的电阻、无氧铜的电阻率、超导体的电阻、超导体的电阻率、测量长度和内稳定型青铜Nb3Sn超导线的截面积;
第一确定模块,获取无氧铜在第一温度下的电阻率、无氧铜电阻率在第一温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定无氧铜的电阻率,所述第一温度在第一温度范围中;
第二确定模块,获取超导体在第二温度下的电阻率、超导体电阻率在第二温度范围下的温度系数和测量时的温度,确定超导体的电阻率,所述第二温度在第二温度范围中。
7.根据权利要求6所述的基于电阻的铜比测量方法的测量装置,其特征在于,所述不同测试条件包括多个测量长度或多个测量温度。
8.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括:处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行以实现权利要求1~5任一项所述的基于电阻的铜比测量方法中所执行的操作。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行以实现如权利要求1~5任一项所述的基于电阻的铜比测量方法的测量方法中所执行的操作。
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