CN117554561A - 一种超导线铜超比测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超导线铜超比测量方法，包括：建立超导线的铜超比和截面积及线密度的数学模型；截取超导线样品；测量超导线样品的截面积；测量超导线样品的线密度；根据数学模型、截面积和线密度确定超导线样品的铜超比。本申请的方法能够替代铜溶解法进行超导线铜超比测量，单个样品测量时间由40min缩短至3min，大幅提高了测量效率；且摆脱了铜超比测量对化学试剂HNO3的依赖，避免环境污染与测量员身体上的伤害。
Description
技术领域
本申请涉及超导线材技术领域，特别涉及一种超导线铜超比测量方法。
背景技术
超导线材，例如铜铌钛(Cu/NbTi)超导线，在核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、大型粒子加速器及超导储能系统(SMES)，磁约束核聚变装置(Tokamak)等多个领域有着极其广泛的应用。
铜超比是超导线非常重要的一项性能指标，对于表征超导线稳定性具有重要意义。目前测量铜超比的方法主要采用铜溶解法，然而铜溶解法也存在一定的缺陷：1)测量周期长效率低，测量一个样品需要40分钟；2)测量过程使用的化学试剂HNO3对环境产生一定的污染。
发明内容
本申请实施例提供了一种超导线铜超比测量方法，用以解决现有技术中铜溶解法存在效率低和污染环境的问题。
一方面，本申请实施例提供了一种超导线铜超比测量方法，包括：
建立超导线的铜超比和截面积及线密度的数学模型；
截取超导线样品；
测量超导线样品的截面积；
测量超导线样品的线密度；
根据数学模型、截面积和线密度确定超导线样品的铜超比。
在一种可能的实现方式中，数学模型为：
其中，β为铜超比，m为超导线样品的质量，l为超导线样品的长度，ρnt为超导线样品中铌钛芯丝的密度，S为超导线样品的截面积，ρcu为超导线样品中铜的密度。
在一种可能的实现方式中，在测量超导线样品的截面积时，先测量超导线样品的截面尺寸，然后根据截面尺寸确定截面积。
在一种可能的实现方式中，在测量超导线样品的截面尺寸时，从多个角度测量超导线样品的截面尺寸，并取多次测量的截面尺寸的平均值。
在一种可能的实现方式中，在测量超导线样品的线密度时，首先测量超导线样品的长度和质量，然后根据测量得到的质量和长度确定线密度。
本申请中的一种超导线铜超比测量方法，具有以下优点：
能够替代铜溶解法进行超导线铜超比测量，单个样品测量时间由40min缩短至3min，大幅提高了测量效率；且摆脱了铜超比测量对化学试剂HNO3的依赖，避免环境污染与测量员身体上的伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的超导线的截面示意图；
图2为本申请实施例提供的测量方法与传统的铜溶解法的对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种超导线铜超比测量方法，该方法包括以下步骤：
S100，建立超导线的铜超比和截面积及线密度的数学模型。
示例性地，本申请实施例中的超导线为铜铌钛(Cu/NbTi)超导线，其由内部的铌钛芯丝和外部的铜包套组成，该铜包套具体采用无氧铜制成。因此建立的数学模型可以表示为：
其中，β为铜超比，m为超导线样品的质量，单位g，l为超导线样品的长度单位m，ρnt为超导线样品中铌钛芯丝的密度，经过实际测量为6.06g/cm3，S为超导线样品的截面积，单位mm2，ρcu为超导线样品中铜的密度，经过实际测量为8.93g/cm3。上述数学模型中的m/l即为线密度。
上述数学模型可由以下数学表达式推算得到：
m＝ρnt×snt×l+ρcu×scu×l
其中，snt和scu分别表示超导线样品中铌钛芯丝和铜包套的截面积，单位mm2。
S110，截取超导线样品。
示例性地，可以从待测量的超导线上截取一段，作为超导线样品。
S120，测量超导线样品的截面积。
示例性地，超导线样品的截面如图1所示，在测量超导线样品的截面积时，先测量超导线样品的截面尺寸，然后根据截面尺寸确定截面积。
进一步地，在测量超导线样品的截面尺寸时，从多个角度测量超导线样品的截面尺寸，并取多次测量的截面尺寸的平均值。
在本申请的实施例中，超导线样品的截面存在圆形(或类似形状)以及矩形两种情况，在截面是圆形(或类似形状)的情况下，可以采用千分尺等测量工具测量超导线样品的线径，然后计算截面积。在截面是矩形的情况下，可以测量超导线样品的截面宽和高，再计算截面积。
S130，测量超导线样品的线密度。
示例性地，在测量超导线样品的线密度时，首先测量超导线样品的长度和质量，然后根据测量得到的质量和长度确定线密度。在测量长度时，精度需要达到1mm，测量得到质量和长度后，将质量和长度求商即可得到线密度。
S140，根据数学模型、截面积和线密度确定超导线样品的铜超比。
示例性地，将步骤S120和S130计算得到的截面积和线密度带入S100建立的数学模型，即可确定超导线样品的铜超比。
可行性分析
分析铜超比的数学模型，该数学模型中有5个参数，分别是m、l、ρnt、S、ρcu。其中，已知铌钛芯丝的密度ρnt为6.06g/cm3(单片阻隔层的Nb47Ti的密度)，铜包套的密度ρcu为8.93g/cm3。故通过测量样品长度l，测量样品线径计算样品截面积S，测量样品质量m，将此5个参数代入到数学模型中计算出样品的铜超比β，故本申请的测量方法是可行的。为了保证测量精度，本申请对测量数据的精度提出如下要求：
——样品长度l的测量：长度l的测量精确至1mm；
——样品线径的测量：样品线径的测量精确至0.001mm；
——质量m的测量：质量m的测量精确至0.1mg。
有效性证明
取10个铜铌钛超导线样品，分别进行本申请的线密度法与传统的铜溶解法铜超比测量，测量数据见表1。图2是本申请的方法与铜溶解法超导线样品测量比对结果。
表1线密度法与铜溶解法铜超比测量数据
通过表1和图2可以得出对于铜铌钛超导线，采用本申请的方法与铜溶解法铜超比的测量结果比对误差落在3％以内。
实施例
准备测量工具：
——定长工装/钢板尺；
——外径千分尺；
——精密电子秤。
样品选择与测量：用钢板尺量取0.500m的铜铌钛超导线样品，采用本申请的方法，在室温下测量样品线径D＝1.583mm，得到样品的截面积S＝1.968mm2，用精密电子秤称量0.5米的样品质量为7.3545g，ρnt为6.06g/cm3，ρcu为8.93g/cm3，依据数学模型计算出样品的铜超比为0.971，同时采用铜溶解法测量的铜超比是0.982，本申请方法测量结果与铜溶解法测量结果的百分比误差是1.17％，在3％以内，满足使用需求。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种超导线铜超比测量方法，其特征在于，包括：
建立超导线的铜超比和截面积及线密度的数学模型；
截取超导线样品；
测量所述超导线样品的截面积；
测量所述超导线样品的线密度；
根据所述数学模型、截面积和线密度确定所述超导线样品的铜超比。
2.根据权利要求1所述的一种超导线铜超比测量方法，其特征在于，所述数学模型为：
其中，β为铜超比，m为超导线样品的质量，l为超导线样品的长度，ρnt为超导线样品中铌钛芯丝的密度，S为超导线样品的截面积，ρcu为超导线样品中铜的密度。
3.根据权利要求1所述的一种超导线铜超比测量方法，其特征在于，在测量所述超导线样品的截面积时，先测量所述超导线样品的截面尺寸，然后根据所述截面尺寸确定所述截面积。
4.根据权利要求3所述的一种超导线铜超比测量方法，其特征在于，在测量所述超导线样品的截面尺寸时，从多个角度测量所述超导线样品的截面尺寸，并取多次测量的截面尺寸的平均值。
5.根据权利要求1所述的一种超导线铜超比测量方法，其特征在于，在测量所述超导线样品的线密度时，首先测量超导线样品的长度和质量，然后根据测量得到的质量和长度确定所述线密度。
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