CN1831546A - 一种高温超导带材失超传播速率测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种高温超导带材失超传播速率测量方法，在被测样品[L]上沿长度方向以一定间隔焊接或粘接若干电压引线[M]，测量电压引线[M]接点处的电压，以相邻接点间是否存在显著的电压降判断接点间是否存在非超导区域。其特征在于通过控制加热器[J]的电源加热样品[L]，使样品[L]在与加热器[J]接触的那一点开始失超；样品[L]通以测速工作电流，测速工作电流值略小于样品的临界电流值。通过测量失超区域扩展至各接点的时间计算失超传播速率。应用本发明方法的装置包括与被测样品局部一点保持热接触的加热器[J]及其可控电源。样品[L]、加热器[J]和部分引线置于两端开口的“U”形金属屏蔽外壳[C]中，屏蔽外壳[C]置于低温液体容器[A]内。

Description

一种高温超导带材失超传播速率测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种高温超导带材失超传播速率测量方法及其装置。

背景技术

高温超导带材由于局部过热、过电流或受其他因素影响，使一部分超导材料失去超导电性，即失超。发生失超的区域由于自身发热和磁、电耦合等原因，将逐渐向未失超区扩展，这一过程即为失超传播。失超传播速率是超导材料的一项重要性能参数。对于高温超导材料，由于失超传播较慢，可以直接测量。目前，直接测量高温超导材料中失超传播速率的方法有多点电压测量和多点温度测量两种。多点电压测量法是通过测量分布在被测材料长度方向上的多个电压引线接点处的电压，以相邻接点间是否存在显著的电压降判断接点间是否存在非超导区域，并通过测量失超区域扩展至各接点的时间，计算失超传播速率。这一测量方法所用的装置较为简单，一般是直接在样品上沿长度方向，以一定间隔依次焊接或用导电胶粘接若干电压引线，通过与这些引线连接的电压表监测电压。多点温度测量法与多点电压测量法相仿，但是通过分布在被测样品长度方向上的多个温度计来监测相应部分样品的温度，根据显著温度上升来判断温度计处的材料是否已经失超，该方法同样以检测点间的距离除以检测到失超信号的时间间隔得到失超传播速率。由于超导样品必须处于低温环境中才呈现超导电性，上述测量装置中，样品一般通过直接浸泡在低温液体(如液氮)中来获得低温。也可采用传导冷却的方式，将样品与制冷机或一端浸泡在低温液体中的导热材料用导热胶粘接或直接紧密接触连接，这样可以比较方便地控制样品温度。文献“QuenchPropagation in AFM Bi-2223 Conductors for Current Lead Applications”给出了上述依靠过电流或温度波动产生局部失超的测量方法：[L.Martini等，IEEE Trans.on Appl.Supercond.，Vol.11pp.2607，(2001)]。由于从发生失超现象到出现显著温度变化需要一定时间，通过监测温度测量失超速率的方法响应速度较慢，并且如果样品直接浸泡在低温液体中，温度计也必然会浸泡在低温液体中，测得的温度将同时受到样品和低温液体的影响。此外，在失超传播速率测量中，如果被测带材受到外界温度波动的影响，也会产生电压和温度变化，影响测量准确性。最后，目前公知的测量高温超导材料中失超传播速率的方法和装置中，失超现象的产生均直接依赖于流经超导体的电流，虽然这样比较接近实际应用中的情况，但不利于控制失超发生的时间和起始位置，只能根据测量结果推断失超传播的起点位置及该处的失超开始时间，这造成了测量结果的不准确。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术在测量准确性方面的缺点，提供了一种高温超导带材失超传播速率直接测量方法和应用该方法进行失超传播速率测量的装置，该装置不仅可完成失超传播速率的直接测量，而且可使测量者主动控制失超发生的起始点和起始时间。

本发明所采用的技术方案如下。

本发明所采用的失超传播速率测量装置包括以下部分：广口低温液氮容器，可用不锈钢真空夹层或泡沫塑料制作，内盛低温液体，如液氮；将不锈钢管制成“U”形的屏蔽外壳浸泡在液氮内，保持不锈钢管两端的开口部分高于液氮液面，样品通过外壳传热冷却，而不直接接触液氮；为安装样品方便，该“U”形屏蔽外壳由两个直角段和一个水平直段组成，用两个法兰连接两个直角段和水平直段。在屏蔽外壳的水平直段内，用导热胶(如硅胶，为安装方便最好不固化，以便随时可以取出)兼作样品热沉粘接样品支架，样品用双面胶带(也可用导热胶，但要保证绝缘，如样品支架用非导体制作，可不考虑这个问题)固定在样品支架上，在样品上沿长度方向焊接或用导电胶(如中国科学院上海冶金所生产的导电银胶)粘接若干根电压引线，并按顺序编号，记录接点间的距离，以便测量和计算失超传播速率用；引线会聚成一束，即电压引线束，从屏蔽外壳的一端开口引出，并用导热胶粘接在屏蔽外壳的弯管下部直角段与直段连接部分，以减少由室温向低温部分的漏热，粘接时应注意引线与外壳绝缘(可采用有绝缘的导线，如漆包线作为电压引线)。在样品的两端焊接或压接一对电流引线，并通过屏蔽外壳的两端开口分别引出，这对引线采用有绝缘的导线，如胶皮电缆，也用导热胶分别粘接在外壳的弯管下部直角段与直段连接部分，并应注意与屏蔽外壳绝缘。在样品的一端，位于电压引线和电压接点组之间，用导热胶粘或者直接紧密接触安置一个电阻加热器，加热器的引线：漆包线或有绝缘皮的软导线也从外壳的一端开口引出，并用导热胶粘接在外壳的弯管下部直角段与直段连接部分。

测量时，首先向容器内加入液氮，使样品降温到进入超导状态。判断样品是否进入超导状态的方法是给样品加一小电流，通过测量电压接点组之间的电压，均为0时即表明样品已经超导。待温度均匀后，通常应等待10分钟左右，或更长时间，通过电流引线给样品通以略小于其临界电流的测速工作电流，此时电压引线组各点间应没有电压，可通过反复增加、减小电流寻找样品接近失超，但尚未失超的电流值，或根据已知的样品临界电流值选择。在选择好样品上所通的测速工作电流值，并保持电流稳定后，控制加热器的电源，在选定的时刻通电，加热样品，人为地造成带材样品在与加热器接触的那一点开始失超。如失超现象发生，通过同时计时，并监测各电压引线接点处的电压，分别确定各点开始失超，即电压迅速上升的时刻，将失超区域通过相应接点的时间间隔除接点间的距离，即得到失超传播速率的直接测量值。

本发明的有益效果是：被测样品放置在具有热屏蔽作用的不锈钢屏蔽外壳内，该外壳可减少温度波动对测量结果的影响，提高测量准确度；具有独立可控的加热元件，可精确控制失超起始区域和起始时间，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明中高温超导带材失超传播速率测量装置的结构示意图。图中：A液氮容器，B液氮，C不锈钢屏蔽外壳，D测量引线束，E、F电流引线，G加热器引线，H、I法兰，J加热器，K样品支架，L样品，M电压引线接点。

具体实施方式

如附图所示，在广口液氮容器A中，放置一两端开口的不锈钢管“U”形屏蔽外壳C，“U”形屏蔽外壳C的两端高于液氮B液面。“U”形屏蔽外壳C由两个直角段和一个水平直段组成，用两个法兰H、I连接两个直角段和水平直段。在屏蔽外壳C的水平直段内绝缘支架K上安放被测高温超导带材样品L。带材样品L两端压接或焊接电流引线E、F，电流引线E、F与提供测速工作电流的直流恒流电源(如美国IGC公司180 A超导磁体用直流电源)的电流输出端连接。带材样品L上沿长度方向均匀焊接或用导电胶粘接若干电压引线M。在被测带材样品L一端的最靠近电流引线E或F处，用导热胶粘接或直接紧密接触(压装)一带有绝缘外壳的2W、10电阻作为加热器[J]，加热器[J]以独立的电流引线G与作为可控加热电源的0-5V可调直流电流源连接。绝缘外壳必须与样品L绝缘。所有引线均从“U”形管C的两端高于液氮B液面两端的开口中引出，并用导热胶沾在屏蔽外壳的弯管下部直角段与直段连接部分的管壁上。

测量时，首先向容器A内注入液氮B，为加快降温速度，可向屏蔽外壳C内也注入少量液氮。通常应等待至少10分钟，当被测带材L、加热器J和屏蔽外壳C内与管壁保持热接触的加热器引线、电流引线和电压测量引线束一同降温至热平衡后，首先向被测带材L通以设定的测速工作电流，待工作电流稳定后，向加热器J通以适当的加热电流，使与其保持热接触的那一段超导带材的温度升高，并失去超导电性，从而使被测高温超导带材中的失超区域从与加热器接触点处开始向其它部分传播。此时，连续记录各电压接点M处依次出现＞＝1V/cm电压降的时间。电压降的计算方法为测得的相邻接点间电压除以相应接点间距，如果接点间距接近1cm，也可近似地以相邻接点间电压＞＝1V为判断标准，1V＝10^-6V，将实验前记录的各接点间距离除以对应的相邻点处出现显著电压降的时间间隔，即可得到被测带材中的失超传播速率。

Claims (2)

1、一种高温超导带材失超传播速率测量方法，在被测超导样品[L]上沿长度方向，以一定间隔焊接或用导电胶粘接若干电压引线[M]，测量电压引线[M]接点处的电压，以相邻接点间是否存在显著的电压降判断接点间是否存在非超导区域，并通过测量失超区域扩展至各接点的时间计算失超传播速率，其特征在于通过控制加热器[J]的电源加热样品[L]，使样品[L]在与加热器[J]接触的那一点开始失超；样品[L]通以测速工作电流，测速工作电流值略小于样品的临界电流，使样品接近失超，但尚未失超；可通过反复增加、减小加在样品上的电流值寻找该测速电流值，或根据已知的样品临界电流值选择；

具体测量步骤顺序如下：

测量时，首先向容器内加入液氮，使样品降温到进入超导状态，判断样品是否进入超导状态的方法是给样品加一小电流，通过测量电压接点组之间的电压，均为0时即表明样品已经进入超导状态；等待10分钟或更长时间，使温度均匀后，通过电流引线[E]、[F]给样品[L]通以测速工作电流；保持测速工作电流稳定后，控制加热器[J]的电源，加热样品[L]，造成样品[L]在与加热器[J]接触的那一点开始失超，同时计时并监测各电压引线[M]接点处的电压，分别确定各点开始失超，即电压迅速上升的时刻，将失超区域通过相应接点的时间间隔除接点间的距离，即得到失超传播速率的直接测量值。

2、应用权利要求1所述的高温超导带材失超传播速率测量方法的装置，其特征在于，用不锈钢真空夹层或泡沫塑料制作广口低温液氮容器[A]，内盛低温液体[B]，如液氮；不锈钢管制成的“U”形的屏蔽外壳[C]浸泡在液氮[B]内，“U”形的屏蔽外壳[C]两端的开口部分高于液氮[B]液面，带材样品[L]通过屏蔽外壳[C]传热冷却，而不直接接触液氮[B]；“U”形屏蔽外壳[C]由两个直角段和一个水平直段组成，两个法兰[H]、[I]连接两个直角段和水平直段；在屏蔽外壳[C]的水平直段内，用导热胶粘接兼作样品热沉的样品支架[K]，样品[L]固定在样品支架[K]上，在样品[L]上沿长度方向焊接或用导电胶粘接若干根电压引线[M]，电压引线[M]会聚成一束，从屏蔽外壳[C]的一端开口引出，并用导热胶粘接在屏蔽外壳[C]的弯管下部直角段与直段连接部分，引线可采用有绝缘的导线，并与外壳绝缘；在样品[L]的两端焊接或压接一对电流引线[E]、[F]，电流引线[E]、[F]采用有绝缘的导线，通过屏蔽外壳[C]的两端开口分别引出，用导热胶分别粘接在屏蔽外壳[C]的弯管下部直角段与直段连接部分，与外壳绝缘；电流引线[E]、[F]与提供测速工作电流的直流可调恒流电源的电流输出端连接；带材样品[L]上沿长度方向均匀焊接或用导电胶粘接若干电压引线[M]；在被测带材样品[L]一端的最靠近电流引线[E]或[F]处，用导热胶粘接或压装一带有绝缘外壳的电阻作为加热器[J]，加热器[J]以电流引线[G]与独立的可控直流电流源连接；加热器[J]的引线可采用漆包线或有绝缘皮的软导线，从屏蔽外壳[C]的一端开口引出，并用导热胶粘接在外壳的弯管下部直角段与直段连接部分。