CN117630112A - 一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超导线银超比测量技术领域，公开了一种Bi‑2212超导线银超比的银基电阻测量方法。Bi‑2212超导线的结构中，稳定体是纯银及银合金，统称为银基，超导体为Bi‑2212粉末，稳定体银基的电阻很小，而超导体Bi‑2212的前驱粉末是绝缘体。利用Bi‑2212前驱粉末的绝缘特性，测量银基的电阻，计算出银基的截面积，从而计算出Bi‑2212超导线的银超比β。大量测试比对实验表明：本发明的方法与图像处理法测试比对误差在4％以内，满足使用需求。本发明的方法与图像处理法相比，效率提升90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及超导线银超比测量技术领域，具体为一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法。
背景技术
Bi2Sr2CaCu2Ox(简称Bi-2212)高温超导线具有较高的临界电流，是高温超导材料的重要分支之一，可以取代低温超导线用于制备大电流缆线或绕制内插磁体以制备超高磁场磁体。
银超比是Bi-2212超导线非常重要的一项性能指标，对于超导线临界电流密度计算有着重要意义。现有技术中大部分时候均是采用纸张称重法对基-超比进行测量。然而原始的纸张称重法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、称重到最后的基-超比计算大约需要2h。因此纸张称重法不但依赖于熟练的样品抛光人员，且测试周期也无法满足生产过程需求，整体的测试周期较长，且效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，包括以下步骤：
建立Bi-2212超导线银超比和截面积及电阻的数学模型；
获取Bi-2212超导线样品；
获取Bi-2212超导线样品银基的电阻；
获取Bi-2212超导线样品银基的截面积；
根据所述数学模型、银基的截面积、及Bi-2212超导线样品银基的电阻确定所述Bi-2212超导线银超比。
2.根据权利要求1所述的一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于：所述数学模型为
式中，β为Bi-2212超导线的银超比；ρAg为Bi-2212超导线的银基电阻率(mΩ×mm)；L为Bi-2212超导线样品的长度(mm)；RAg为Bi-2212超导线银基的电阻(mΩ)；S为Bi-2212超导线样品截面积(mm2)。
3.根据权利要求1所述的一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于：所述Bi-2212超导线的结构中，稳定体是纯银及银合金，统称为银基，超导体为Bi-2212粉末。
4.根据权利要求2所述的一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于：所述Bi-2212超导线的银基电阻率，计算如下式：
ρAg＝ρAg_293K×(1+A1×(T-293)) (2)，
式中，ρAg为银基的电阻率(mΩ×mm)；ρAg_293K为银基在293K时的电阻率(mΩ×mm)；A1为银基的电阻率温度系数；T为温度(273K～315K)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种Bi-2212超导线银超比的电阻测量方法，测量过程中，代替了原有的纸张称重法进行Bi-2212超导线银超比测试，摆脱了通过原有的纸张称重法进行银超比测试时对样品抛光人员的依赖。且单个样品测试时间由120min缩短至3min，大幅提高了测试效率。
附图说明
图1是银基电阻率ρAg随温度变化；
图2是四引线法测电阻原理；
图3是本发明方法与图像处理法Bi-2212银超比的测试比对结果；
图4是本发明Bi-2212超导线截面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，包括以下步骤：
建立Bi-2212超导线银超比和截面积及电阻的数学模型；数学模型为
式中，β为Bi-2212超导线的银超比；ρAg为Bi-2212超导线的银基电阻率(mΩ×mm)；L为Bi-2212超导线样品的长度(mm)；RAg为Bi-2212超导线银基的电阻(mΩ)；S为Bi-2212超导线样品截面积(mm2)。
获取Bi-2212超导线样品；从待测量的Bi-2212超导线上截取一段，作为Bi-2212超导线样品。
获取Bi-2212超导线样品银基的电阻；
获取Bi-2212超导线样品银基的截面积；Bi-2212超导线样品的截面如图4所示，在测量Bi-2212超导线样品的截面积时，先测量Bi-2212超导线样品的截面尺寸，然后根据截面尺寸确定截面积。
根据数学模型、银基的截面积、及Bi-2212超导线样品银基的电阻确定Bi-2212超导线银超比。
本发明中，Bi-2212超导线的结构中，稳定体是纯银及银合金，统称为银基，超导体为Bi-2212粉末。
本发明中，Bi-2212超导线的银基电阻率，计算如下式：
ρAg＝ρAg_293K×(1+A1×(T-293)) (2)，
式中，ρAg为银基的电阻率(mΩ×mm)；ρAg_293K为银基在293K时的电阻率(mΩ×mm)；A1为银基的电阻率温度系数；T为温度(273K～315K)。取一个已知银超比的样品，计算获得银基的面积，测量银基的电阻随温度变化，拟合得到银基电阻率ρAg，如图(1)所示。
银超比测试：取大于L米的Bi-2212超导线样品，Bi-2212超导线样品测量长度为L，样品截面积为S，测量Bi-2212超导线样品所处的环境温度为T，测量L米Bi-2212超导线样品的银基的电阻RAg。通过公式(1)、(2)计算出Bi-2212超导线样品的银超比。
可行性分析
分析数学模型(1)、(2)，要计算银超比，需要测量Bi-2212超导线样品所处环境温度T，从而获得银基的电阻率ρAg；测量Bi-2212超导线样品长度L，Bi-2212超导线样品截面积S，测量Bi-2212超导线样品银基的电阻RAg。选择以下方式进行相关参数测量，计算银超比。
温度T：用lakeshore温度计与其配套温度监视器，精度为30mK或更高；Bi-2212超导线样品长度L：用钢板尺测量Bi-2212超导线样品长度，精确至1mm；Bi-2212超导线样品截面积S：用千分尺测量Bi-2212超导线样品线径/(长，宽)，精确至0.001mm；银基电阻RAg测量：Bi-2212超导线的前驱粉末是绝缘体，通入电流后电流只从银基上通过。采用四引线法测电阻原理(见图2)测量银基的电阻RAg，给Bi-2212超导线样品加载1A/mm2的电流，用纳伏计测量Bi-2212超导线样品的电压，纳伏计精度为20nV。将温度T代入到公式(2)中计算出Bi-2212超导线样品所处环境温度T时的电阻率ρAg，将ρAg、L、S、RAg代入到公式(1)中计算出Bi2212超导线样品的银超比β。
有效性证明
取10个Bi-2212超导线样品，对10个Bi-2212超导线样品分别进行银超比的银基电阻测试法与图像处理法，比对测试数据见图3，数据见表1；
表1
通过表1，图3可以看出对于Bi-2212超导线，采用本发明方法与图像处理法的测试结果比对误差全部落在4％以内。
实施例
准备的测量工装：
——外径千分尺；
——2182ANANOVOLTMETER(纳伏计)；
——2000MULTIMETER(多功能数字万用表)；
——KEPCO PROGRAMMABLE POWER SUPPLY(可编程电流源)；
——211Temperature monitor(温度监视器)；
——DT670(温度计)；
取样与测试：取Bi-2212超导线样品。用本发明方法进行银超比β测量计算，相关参数测量如下：
——测量Bi-2212超导线样品长度L＝390mm；
——用千分尺测量Bi-2212超导线样品的线径，得到Bi-2212超导线样品截面积S＝0.793mm2；
——用DT670温度计及211Temperature monitor(温度监视器)测量环境温度是T＝298.58K；
——用电流源给定1A电流，2000数字多用表采集电流，2182纳伏计采集Bi-2212超导线样品电压，采用四引线法测电阻原理测得Bi-2212超导线样品电阻RAg＝13.058mΩ。
将温度T＝298.58K代入到公式(2)中计算出银基电阻率ρAg＝0.01906mΩ×mm，将ρAg＝0.01906mΩ×mm，L＝390mm，S＝0.793mm2，RAg＝13.058mΩ代入到公式(1)中，计算出Bi-2212超导线样品的银超比是2.539，用图像处理法测试的银超比为2.622。本发明方法测试的结果与图像处理法的测试的结果百分比误差是-3.17％，在4％以内，满足使用需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立Bi-2212超导线银超比和截面积及电阻的数学模型；
获取Bi-2212超导线样品；
获取Bi-2212超导线样品银基的电阻；
获取Bi-2212超导线样品银基的截面积；
根据所述数学模型、银基的截面积、及Bi-2212超导线样品银基的电阻确定所述Bi-2212超导线银超比。
2.根据权利要求1所述的一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于：所述数学模型为
式中，β为Bi-2212超导线的银超比；ρAg为Bi-2212超导线的银基电阻率(mΩ×mm)；L为Bi-2212超导线样品的长度(mm)；RAg为Bi-2212超导线银基的电阻(mΩ)；S为Bi-2212超导线样品截面积(mm2)。
3.根据权利要求1所述的一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于：所述Bi-2212超导线的结构中，稳定体是纯银及银合金，统称为银基，超导体为Bi-2212粉末。
4.根据权利要求2所述的一种Bi-2212超导线银超比的银基电阻测量方法，其特征在于：所述Bi-2212超导线的银基电阻率，计算如下式：
ρAg＝ρAg_293K×(1+A1×(T-293)) (2)，
式中，ρAg为银基的电阻率(mΩ×mm)；ρAg_293K为银基在293K时的电阻率(mΩ×mm)；A1为银基的电阻率温度系数；T为温度(273K～315K)。
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