CN206096305U - 用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，包括机架(10)、机架(10)顶部安装的制冷机(1)、机架(10)顶部底面悬挂的外筒体、冷屏和固氮腔(5)；且冷屏置于外筒体中、固氮腔(5)又置于冷屏中；制冷机(1)的导冷杆(4)伸入固氮腔(5)中；其特征在于：所述的制冷机(1)的导冷杆(4)上装有电加热器(6)和温度传感器一(7)，且电加热器(6)和温度传感器一(7)均与外筒体外部的温控仪电连接。该装备用于高温超导材料热电特性测试时，操作简单方便、装备能自动保持在设定的恒温，其测试结果更精确、可靠。

Description

用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备

技术领域

本实用新型涉及高温超导材料测试用的低温冷却装备，具体来讲是一种便于装卸的可控温固氮冷却装备。

背景技术

随着高温超导带材的性能不断提高，由高温超导带材绕制的高温超导磁体在电力装备中应用越来越广泛，比如超导储能，超导电机以及超导变压器等。对高温超导磁体装备的稳定性的要求也越来越高。而超导磁体装备的稳定性主要取决于其低温冷却装备的稳定性。随着制冷机的发展，制冷机可以很容易实现10K以下的温度，这极大的促进了制冷机冷却的高温超导磁体装备的应用。制冷机传导冷却最大的优势在于操作方便，结构紧凑，运行成本低。然而由于制冷机制冷功率较低，如果磁体励磁速度过快，或者在运行过程中受到过大的局部热扰动，导致磁体温升过高，磁体就很容易失超，使得制冷机冷却的高温超导磁体装备的稳定性受到很大影响。由于固氮在低温下有很高的热容，固氮可以做为超导磁体装备的额外制冷剂，当磁体温升过高时，固氮可以吸收磁体发热而降低磁体温升，从而提高超导磁体装备的热稳定性。目前这种制冷机+固氮的固氮制冷装备在超导磁体装备中得到了广泛的应用。

为了设计出更加合理的固氮制冷的高温超导磁体装备，需要获得固氮冷却条件下、不同温度对应的高温超导材料及其线圈的热电特性。目前国内外已有的固氮冷却装备均不能进行自动控温。测试热电特性时，需要打开制冷机进行制冷，装备温度快速降低，当测试人员观察到装备的温度仪表显示的温度降到测试温度值时，停止或断开制冷机，再进行相关的热电特性测试操作。制冷机停机或断开后由于固氮的保温作用，装备的温度将缓慢上升，使得相关的热电特性测试操作尚未完成，装备温度已上升。此时又必须打开或连接制冷机，装备温度又快速降低，在此过程中测试人员需保持高度的注意力，当温度降低至设定测试温度时需立即关掉或断开制冷机。如此循环，最后完成设定温度下的高温超导带材及其线圈的热电特性测试。其存在的问题是：1、需要随时观察温度仪表、多次进行制冷机的启、停或断开操作，操作复杂、对操作人员的要求高。2、热电特性测试时，温度并不保持在一个稳定的恒定值上，而是处于上下限的变化状态中，其测试结果的精确性、准确性有待提高。3、制冷机的启、停频繁会降低制冷机的使用寿命；使用可断开的制冷装备进行不停机的断开操作，虽不影响制冷机寿命，但需加装断开装置，装备的复杂性提高、可靠性降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，该装备用于高温超导材料热电特性测试时，操作简单方便、装备能自动保持在设定的恒温，其测试结果更精确、可靠。

本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是：一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，包括机架、机架顶部安装的制冷机、机架顶部底面悬挂的外筒体、冷屏和固氮腔；且冷屏置于外筒体中、固氮腔又置于冷屏中；制冷机的导冷杆伸入固氮腔中；其特征在于：所述的制冷机的导冷杆上装有电加热器和温度传感器一，且电加热器和温度传感器一均与外筒体外部的温控仪电连接。

本实用新型的工作过程和原理是：

将高温超导样品置于固氮腔中，启动制冷机；待固氮腔冷却到液氮温度后，向固氮腔中注入液氮，继续冷却，液氮转换为固氮；再继续冷却直至固氮腔温度达到设定值。此时温控仪通过温度传感器一对固氮腔的温度进行反馈控制，即：当温度低于设定温度时，温控仪向电加热器通以设定电流，电加热器发热，使固氮腔升温；当温度高于设定值时，温控仪则控制加热器功率减小或者停止工作，使固氮腔降温；从而使固氮腔内温度始终保持在设定的恒温值。在此恒温阶段，操作人同时进行相关的高温超导材料热电特性测试，直至测试完成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、在对高温超导材料的热电特性测试过程中，由温控仪通过温度传感器一和电加热器对固氮腔的温度进行反馈控制，使固氮腔温度能长时间保持在设定的温度。操作人员只需进行热电特性测试的相关操作，而无需人工观察温度，人工启、停或断开制冷。其操作简单方便，对操作人员要求低。

二、测试时，温度自动保持在设定的恒温值，对温度的控制更精确，从而使得其测出的设定温度下的高温超导材料热电特性数据更精确、可靠。

三、制冷机只需进行一次开停机操作，避免了频繁开停机对制冷机的损坏；同时也无需对制冷装备加装断开装置，降低了测试的成本。

上述的外筒体由上筒体和下筒体通过法兰连接构成；所述的冷屏由上冷屏和下冷屏通过法兰连接构成。

这样，只需拆下下筒体及下冷屏，即可从下部取出固氮腔。使得超导材料测试样品在固氮腔内的安放和取出极为方便。

上述的固氮腔内设有连接高温超导样品的引线，该引线从固氮腔内向上贯穿上冷屏和上筒体后与电流源相连；所述的引线位于冷屏及固氮腔内的部分由高温超导材料制成，且该引线位于冷屏内的部位设置有温度传感器二。

这样，引线的主要部分由高温超导材料制成，其电热量极小，使得整个装备的制冷效率更高，稳定性更好；同时，在冷屏内的引线上布置温度传感器，可以监测出其温度，当发现引线温度超过超导临界温度时，立即关闭装备，以避免由于各种原因使引线失超，发热剧增造成装备故障甚至事故。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构剖视图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本实用新型的一种具体实施方式是，一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，包括机架10、机架10顶部安装的制冷机1、机架10顶部底面悬挂的外筒体、冷屏和固氮腔5；且冷屏置于外筒体中、固氮腔5又置于冷屏中；制冷机1的导冷杆4伸入固氮腔5中；其特征在于：所述的制冷机1的导冷杆4上装有电加热器6和温度传感器一7，且电加热器6和温度传感器一7均与外筒体外部的温控仪电连接。

本例的外筒体由上筒体8a和下筒体8b通过法兰连接构成；所述的冷屏由上冷屏9a和下冷屏9b通过法兰连接构成。

本例的固氮腔5内设有连接高温超导样品的引线2，该引线2从固氮腔5内向上贯穿上冷屏9a和上筒体8a后与电流源相连；所述的引线2位于冷屏及固氮腔5内的部分由高温超导材料制成，且该引线2位于冷屏内的部位设置有温度传感器二3。

Claims (3)

1.一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，包括机架(10)、机架(10)顶部安装的制冷机(1)、机架(10)顶部底面悬挂的外筒体、冷屏和固氮腔(5)；且冷屏置于外筒体中、固氮腔(5)又置于冷屏中；制冷机(1)的导冷杆(4)伸入固氮腔(5)中；其特征在于：所述的制冷机(1)的导冷杆(4)上装有电加热器(6)和温度传感器一(7)，且电加热器(6)和温度传感器一(7)均与外筒体外部的温控仪电连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，其特征在于：所述的外筒体由上筒体(8a)和下筒体(8b)通过法兰连接构成；所述的冷屏由上冷屏(9a)和下冷屏(9b)通过法兰连接构成。

3.根据权利要求1所述的一种用于高温超导材料测试的恒温固氮冷却装备，其特征在于：所述的固氮腔(5)内设有连接高温超导样品的引线(2)，该引线(2)从固氮腔(5)内向上贯穿上冷屏(9a)和上筒体(8a)后与电流源相连；所述的引线(2)位于冷屏及固氮腔(5)内的部分由高温超导材料制成，且该引线(2)位于冷屏内的部位设置有温度传感器二(3)。