CN210954311U

CN210954311U - 公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置

Info

Publication number: CN210954311U
Application number: CN201921830040.3U
Authority: CN
Inventors: 张永军; 蔡传兵; 陆齐; 孙佳阳; 胡宏伟
Original assignee: Shanghai Creative Superconductor Technologies Co ltd
Current assignee: Shanghai Creative Superconductor Technologies Co ltd
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-10-29

Abstract

本实用新型涉及公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置。主要解决现有测试装置存在的测试速度慢、可测试时间短、无法加载电流的技术问题。本实用新型包括低温箱，低温箱内两个并排间隔设置电压电极和位于其下方外侧并排设置两个电流电极，两个电流电极中间设有导向轮c，低温箱固定在升降杆上，升降杆由与之相连的升降电机驱动，低温箱内装有液氮，低温箱的上部设有预热烘干装置，包括导向轮b和导向轮d，导向轮b和导向轮d内侧均装有电热丝，低温箱两侧分别设有放卷箱和收卷箱，放卷箱内设有放卷盘，放卷盘内上侧分上下设有导向轮f和导向轮e，收卷箱内设有收卷盘，收卷盘内上侧分上下设有计米轮和导向轮a，放卷箱上设有电流源和电压表，收卷箱上设有工控机和显示器。

Description

公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种超导带材传输临界电流测试装置，特别涉及公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置。

背景技术

自1987年Y-Ba-Cu-O (YBCO) 被发现以来的30多年里，RE-Ba-Cu-O (REBCO，RE=稀土元素) 超导体得到重大发展，制备长度达到成百，甚至上千米量级，第二代高温超导（2G-HTS）带材已经处于商用化的前夜。而临界电流（I _C）是表征超导体载流能力的重要参量，也是表征2G-HTS带材超导性能的重要技术指标，因此，第二代高温超导长带临界电流准确表征刻不容缓。

目前，临界电流的测试方法主要分为两类：磁感应法和传输法（或四引线法），前者尽管没有接触电阻引起的焦耳热，也适于超导长带均匀性的表征，但它是间接测量方式，需要通过理论模型来计算，临界电流绝对值存在一定误差；而后者简单、直观、准确，是国际上超导临界电流测量的常规方法，但是它易对样品造成破坏，长样测试难度大等。

2018年10月17日至20日，IEC/TC90在韩国釜山会展中心（BEXCO）组织召开第十六届大会，会议期间，在Mini-Workshop上，各国就有关“超导长线均匀性测试技术的需求”作了报告和进行了热烈讨论，并形成了基本共识：传输法和非接触感应法是测量高温超导长带临界电流不均匀性的两种互补的方法，其中应以传输法为主导，其测试数据是用户要求的，因此，建立传输法测量装置对于第二代高温超导长带临界电流测量标准的制订及推动2G HTS的产业化发展具有重要的意义。

传输法测量装置可以分为两类：一是连续动态测试，二是步进式测试，但前者无法给出n-值，后者不仅可以得出临界电流及其长度方向的均匀性，还可以得出n-值。目前，步进式测试装置测试速度慢，无法满足产业化生产测试需求，同时，由于长时间测试，在走带过程中不可避免引入水汽，在电流电极结冰，导致无法加载电流。

发明内容

本实用新型提供了一种公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，主要解决现有测试装置存在的测试速度慢、可测试时间短、水汽引入导致无法加载电流的技术问题。

为实现上述的目的，本实用新型提供的技术方案是：

公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，包括低温箱，低温箱内两个并排间隔设置电压电极和位于其下方外侧并排设置两个电流电极，两个电流电极中间设有导向轮c，低温箱固定在升降杆上，升降杆由与之相连的升降电机驱动，低温箱内装有液氮，低温箱的上部设有预热烘干装置，包括导向轮b和导向轮d，导向轮b和导向轮d内侧均装有电热丝，低温箱两侧分别设有放卷箱和收卷箱，放卷箱内设有放卷盘，放卷盘内上侧分上下设有导向轮f和导向轮e，收卷箱内设有收卷盘，收卷盘内上侧分上下设有计米轮和导向轮a，超导带材经放卷盘、导向轮f、导向轮e、导向轮d、电流电极b、电压电极b、导向轮c、电压电极a、电流电极a、导向轮b、导向轮a、计米轮至收卷盘；放卷箱上设有电流源和电压表，收卷箱上设有工控机和显示器。

电压电极和电流电极均为滚轮，通过导轮组结构设计使电压引线间距达5.6m，步长为5.4m，测试段长度增加，效率显著提高；保证浸入液氮前和出液氮后具有足够的带材长度处于烘干室内，保持带材的干燥，从而可长时间进行测试。测试速度达200~250m/h，满足产业化生产测试的需求。

预热烘干装置加热并使烘干箱保持一定的温度。使带材在浸入液氮前充分预热烘干，保持带材的干燥，防止水汽进入液氮后结冰，影响电流加载等，实现长时间测试。同时，将测试完成带材恢复至室温。

收卷盘、放卷盘直径达100cm，可以检测的超导带材（厚度为0.38mm）的连续长度>1000m。

本实用新型的有益效果：测量结果准确、直观，可获得带材详细的临界电流和均匀性信息。具有如下特点：

（1）自动化程度高，具有恒张力，可以实现稳定快速的走带；

（2）测试速度达200~250m/h，满足产业化生产测试的需求；

（3）优化设计了预热烘干装置，可以长时间测试，避免水汽引入导致无法加载电流的情况；

（4）收卷盘、放卷盘直径达100cm，可以检测的超导带材（厚度为0.38mm）的连续长度>1000m；

（5）低温箱四周和底部壁内设有加热丝。检测前，预热烘干低温箱，防止在充入液氮时，低温箱内水汽结冰，影响测量；测试完成后，加热可加快液氮挥发，为下一次测试做准备。

附图说明

图1 为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型电路控制图。

图3为本实用新型临界电流在长度方向分布点状图。

图4为本实用新型临界电流在长度方向分布柱状图。

图中：1 – 收卷箱，2- 低温箱，3- 收卷盘，4- 计米轮，5-工控机和显示器，6- 导向轮a，7- 导向轮b，8- 电流电极a，9- 加热部件a，10- 电压电极a，11- 导向轮c，12- 电压电极b，13- 加热部件b，14- 电流电极b，15- 导向轮d，16- 导向轮e，17- 导向轮f，18- 电流源和电压表，19- 超导带材，20- 放卷盘，21- 放卷箱，22- 升降杆，23- 升降电机，24-主电路控制模块，25-熔断器，26- PLC控制器，27-升降电机控制模块，28-电极驱动器，29-加热模块，30-电热丝。

具体实施方式

参照图1，公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，包括低温箱2，低温箱2内两个并排间隔设置电压电极a10和电压电极b12，以及位于其下方外侧并排设置两个电流电极a8、电流电极b14，两个电流电极中间设有导向轮c11，低温箱固定在升降杆22上，升降杆22由与之相连的升降电机23驱动，低温箱2内装有液氮，低温箱2的上部设有预热烘干装置，包括导向轮b7和导向轮d15，导向轮b7和导向轮d15内侧均装有电热丝，低温箱2两侧分别设有放卷箱21和收卷箱1，放卷箱21内设有放卷盘20，放卷盘20内上侧分上下设有导向轮f17和导向轮e16，收卷箱1内设有收卷盘3，收卷盘3内上侧分上下设有计米轮4和导向轮a6，超导带材19经放卷盘20、导向轮f17、导向轮e16、导向轮d15、电流电极b14、电压电极b12、导向轮c11、电压电极a10、电流电极a8、导向轮b7、导向轮a6、计米轮4至收卷盘3；放卷箱21上设有电流源和电压表18，收卷箱1上设有工控机和显示器5（数据采集及处理系统）。

收、放卷盘直径达100cm，可以检测的超导带材（厚度为0.38mm）的连续长度>1000m。

在低温箱2的四周和底部壁内设有加热丝30，其作用是检测前，预热烘干低温温箱，防止充液氮时，水汽凝结，影响测试；当完成测试后，协助液氮挥发，为下一次测试做准备。

在收卷箱1内设置计米轮4，准确计算带材长度。收卷箱1上方的工控机和显示器5，进行数据采集及处理并显示测试结果。放卷箱21上方的电流源和电压表18，属于测试系统，电流源向带材施加电流，电压表测量电压，通过数据采集及处理，获得并显示U-I曲线以及临界电流在带材长度方向的分布图形，参照图3，图4。

整个测试过程描述如下：

首先，通过主电路控制模块24打开主电路开关，为设备通电。把低温箱2四周和底部壁内加热丝的控制开关打开，对低温箱进行预热烘干，保持干燥。预热烘干完成后，关闭加热丝开关。

将待测试整卷超导带材19放置在放卷盘20上，把超导带材19起始端依次穿过导向轮17、导向轮16、导向轮15、电流电极b14、电压电极b12、导向轮c11、电压电极a10、电流电极a8、导向轮b7、导向轮a6、计米轮4，最终在缠绕在收卷盘3上，进行收卷。

低温箱2通过升降电机23和升降杆22向上移动到虚线位置，使电流电极和电压电极等组件全部没入低温箱2，再向低温箱2充入液氮（低温介质），当测试段部分冷却到液氮温度，打开工控机和显示器5，打开测试软件，进行测试数据采集和处理，打开电流源和电压表18开关。在一个标准大气压下，在测试段两端施加直流电，检测样品的电压，电流从0开始逐渐增加，同时记录下对应的U-I关系。各测试段的临界电流体现的是，在特定电压引线间距下，达到特定电场（E _C）的电压值（U _C）对应的电流即为临界电流。当检测完成一个测试段a后，通过卷对卷系统使带材连续传动一个步长，进行下一个测试段b的检测，检测过程同上，以此类推，测试直至覆盖整个高温超导带材的长度。

当整条带材测试完成后，低温箱2通过升降电机23和升降杆22向下移动到实线位置，将低温箱2四周和底部壁内加热丝的控制开关打开，协助液氮的挥发，防止低温箱内水汽和水珠的产生和存留。当下一次测试超导带材前，首先应对低温箱预热烘干，保持低温箱干燥。

该装置对应的电路控制图如图2所示，主要包括主电路控制模块24（正泰DZ47-32）、熔断器25（正泰DZ47-25）、PLC控制器26（三菱中控器PLCFX5U-64MT和AD采样模块、研华串口通讯器DAQM4204）、升降电机控制模块27（西门子SIEMENS1TL0750）、电机驱动器28（松下MCDLN35SF）、加热模块29（美格森JRD-G800和DALE-RH50）。主电路控制模块24分别连接熔断器25和PLC控制器26，熔断器25和PLC控制器26连接，PLC控制器26分别连接升降电机控制模块27、电机驱动器28、加热模块29。测试带材前，主电路控制模块24打开开关为设备供电，主电路上连接熔断器25，起过载保护作用。加热模块29用来预热烘干低温箱2，保持低温箱的干燥，无水汽。预热烘干完成的低温箱，通过升降电机23将低温箱2上移到虚线位置，之后通液氮，进行检测，当测试段a完成之后，收、放卷装置通过电机驱动，进行走带一个步长，之后再进行测试，如此反复，直至测试完成整条带材。测试完成后，将低温箱2向下移动到实线位置，将加热模块29控制电热丝30的开关打开，协助液氮的挥发，防止低温箱内水汽和水珠的产生和存留。设备的走带等动作，都是在PLC控制器26控制下完成。

Claims

1.一种公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，其特征是：包括低温箱，低温箱内两个并排间隔设置电压电极和位于其下方外侧并排设置两个电流电极，两个电流电极中间设有导向轮c，低温箱固定在升降杆上，升降杆由与之相连的升降电机驱动，低温箱内装有液氮，低温箱的上部设有预热烘干装置，包括导向轮b和导向轮d，导向轮b和导向轮d内侧均装有电热丝，低温箱两侧分别设有放卷箱和收卷箱，放卷箱内设有放卷盘，放卷盘内上侧分上下设有导向轮f和导向轮e，收卷箱内设有收卷盘，收卷盘内上侧分上下设有计米轮和导向轮a，放卷箱上设有电流源和电压表，收卷箱上设有工控机和显示器。

2.根据权利要求1所述的公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，其特征是：所述两个电压电极为电压电极a和电压电极b，所述两个电流电极为电流电极a和电流电极b；超导带材经放卷盘、导向轮f、导向轮e、导向轮d、电流电极b、电压电极b、导向轮c、电压电极a、电流电极a、导向轮b、导向轮a、计米轮至收卷盘。

3.根据权利要求1所述的公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，其特征是：电压电极和电流电极均为滚轮，其材料为单晶铜。

4.根据权利要求1所述的公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，其特征是：收卷盘、放卷盘直径为100cm，检测的超导带材的连续长度>1000m。

5.根据权利要求1所述的公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，其特征是：电压引线间距达5.6m，步长为5.4m。

6.根据权利要求1所述的公里级第二代高温超导长带传输临界电流测试装置，其特征是：低温箱四周和底部壁内设有加热丝。