CN217638452U - 强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，包括超导磁体、测试支架、低温容器、放线组件、收线组件和载荷施加组件，测试支架的下端与超导磁体的上侧面连接，低温容器的下端设置在室温通孔内，带材的第一端与放线组件连接，带材的第二端与收线组件连接，带材的中段穿过低温容器的上端端面设置在低温容器内，且载荷施加组件的移动端对带材施加向下的作用力；本实用新型可以实现对带材的连续测量，并且通过将低温容器设置在超导磁体内，通过超导磁体对带材施加强磁场，最终可以实现强磁场与局部变形场共同作用下的高温超导带材临界电流连续测试，并且可以对高温超导带材的钉扎效应进行连续测试。

Description

强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置

技术领域

本实用新型涉及高温超导带材检测技术领域，具体涉及一种强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置。

背景技术

高温超导带材在强磁场下具有良好的载流性能，同时能够在高于液氦温度下运行，使其成为强磁场与大电流应用环境中的理想材料，被广泛应用于电力电缆，超导储能，超导电机，超导限流器和强磁场导体与磁体等。

在实际应用中，高温超导带材往往处于复杂机械应力与磁场环境中，当外加应变超过材料的不可逆应变时，超导体中容易出现局部缺陷，造成临界电流的下降，并最终极大降低了局部最小失超能，当制冷效率不足时，容易引发失超损毁等严重后果。

为了满足高温超导带材的机械性能测试，对带材施加载荷以造成局部应变的改变是普遍采用的方法。但是，高温超导带材中的超导体和非超导体的弹性极限、残余应变和断裂应变都存在不同程度随机性，如果不能实现高温超导带材的连续测量，将不能得到高温超导带材机械特性的完整信息。

另外，磁场也是研究物理现象和机理的重要工具，在高温超导带材机械特性沿长度方向的一致性还不十分明确的前提下，运用超导磁体磁场进行高温超导带材在局部变形条件下的连续测试，有助于加深对高温超导机械特性的一致性以及高温超导带材局部缺陷与外磁场相互作用机理的理解，为未来高温超导设备走向更广泛的应用提供重要的参考。

目前，在超导磁体磁场中对高温超导带材机械特性研究中，大多数测试装置测试内容单一，大多只能进行短样品测试，还没有充分利用到超导磁体可变强磁场的特性，对高温超导带材机械特性在强磁场中的一致性研究较少。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是目前对高温超导带材的测试中，大多数测试装置测试内容单一，大多只能进行短样品测试，还没有充分利用到超导磁体可变强磁场的特性，目的在于提供一种强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，可以对高温超导带材进行连续性的机械性能测试，并且能研究高温超导带材机械特性在强磁场中的一致性。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，包括：

超导磁体，其上侧面设置有室温通孔；

测试支架，其具有上端和下端，所述测试支架的下端与所述超导磁体的上侧面连接；

低温容器，其具有上端和下端，所述低温容器的下端设置在所述室温通孔内；

放线组件，其与所述测试支架的上端连接，带材的第一端与放线组件连接；

收线组件，其与所述测试支架的上端连接，所述带材的第二端与收线组件连接；

载荷施加组件，其具有固定端和移动端，所述载荷施加组件的固定端与所述测试支架连接，所述载荷施加组件的移动端穿过所述低温容器的上端端面设置在所述低温容器内；

其中，所述带材的中段穿过所述低温容器的上端端面设置在所述低温容器内，且所述载荷施加组件的移动端对所述带材施加向下的作用力。

可选地，所述测试支架包括：

顶板，其水平设置在所述超导磁体的上方；

支撑杆，多个所述支撑杆均竖直设置，且所述支撑杆的上端与所述顶板固定连接，所述支撑杆的下端与所述超导磁体的上法兰固定连接。

可选地，所述放线组件为转轴与所述顶板固定连接的放线盘，所述带材的第一端缠绕在所述放线盘上；

所述收线组件为转轴与所述顶板固定连接的收线盘，所述带材的第二端缠绕在所述收线盘上，所述收线盘设置有驱动其转动的伺服电机；

所述放线盘的转轴轴线和所述收线盘的转轴轴线平行设置，且以所述载荷施加组件为对称轴对称设置，所述放线盘设置有阻止其转动的磁体制动器。

可选地，所述载荷施加组件包括：

上下移动组件，其具有移动端和固定端，所述上下移动组件的固定端与所述测试支架固定连接；

压力传感器，其用于测量所述载荷施加组件对所述带材施加的压力值；

连接杆，其竖直设置，所述连接杆的上端通过所述压力传感器与所述上下移动组件的移动端连接，所述连接杆的下端穿过所述低温容器的上端端面设置在所述低温容器内，且对所述带材施加向下的作用力；

位移传感器，其与所述连接杆/所述上下移动组件的移动端固定连接，且用于测量所述连接杆的下移距离。

进一步，所述测量装置还包括绕线组件，其设置在所述低温容器内，位于所述低温容器内的所述带材绕过所述绕线组件且位于所述超导磁体的励磁线圈内；

具体地，所述绕线组件包括：

竖直杆，其上端与所述测试支架固定连接；

上隔板，其设置在所述低温容器内，且与所述竖直杆固定连接；

下隔板，其设置在所述上隔板的下方，且与所述竖直杆固定连接；

第一上导轮和第二上导轮，其转轴均与所述上隔板固定连接，且所述第一上导轮和所述第二上导轮分别位于所述连接杆的两侧，并位于所述连接杆的下端的上方；

第一下导轮和第二下导轮，其转轴均与所述下隔板固定连接，且所述第一下导轮和所述第二下导轮分别位于所述连接杆的两侧，并位于所述连接杆的下端的下方；

所述带材依次绕过所述第一下导轮的下部、所述第一上导轮的上部、所述连接杆的下端、所述第二上导轮的上部和所述第二下导轮的下部。

可选地，所述上隔板、所述下隔板、所述低温容器的上端端面均设置有供所述带材穿过的矩形通孔。

可选地，所述上隔板的上方和所述下隔板的下方还设置有与所述竖直杆连接的辅助隔板。

可选地，所述连接杆的下端设置有可更换的凸滑块。

进一步，所述测量装置还包括霍尔传感器阵列，其设置在所述连接杆的下端与所述下隔板之间，且用于测试高温超导带材表面的屏蔽磁场。

可选地，所述低温容器包括：

下部圆桶结构，其设置在所述超导磁体的室温通孔内；

上部圆桶结构，其设置在所述超导磁体的上方，且所述上部圆桶结构的直径大于所述下部圆桶的直径，所述上部圆桶结构与所述下部圆桶结构连通，所述上部圆桶结构的下端面与所述超导磁体的上侧面连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型通过将带材设置在放线组件内，并绕过设置在低温容器内的载荷施加组件的移动端后，通过载荷施加组件对带材施加作用力，从而可以实现对带材的机械性能测试；然后通过收线组件将带材回收，从而可以实现对带材的连续测量，并且通过将低温容器设置在超导磁体内，通过超导磁体对带材施加强磁场，最终可以实现强磁场与局部变形场共同作用下的高温超导带材临界电流连续测试，并且可以对高温超导带材的钉扎效应进行连续测试。

附图说明

附图示出了本实用新型的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本实用新型的原理，其中包括了这些附图以提供对本实用新型的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1是根据本实用新型所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置的结构示意图。

附图标记：1-室温通孔，2-顶板，3-放线组件，4-支撑杆，5-低温容器，6-上法兰，7-第一上导轮，8-凸滑块，9-霍尔传感器阵列，10-超导磁体，11-上下移动组件，12-位移传感器，13-压力传感器，14-收线组件，15-连接杆，16-竖直杆，17-上隔板，18-带材，19-励磁线圈。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本实用新型的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

为了便于进行描述，本实施例中的上端、下端都是基于副图1所示的方位。

实施例一

一种强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，包括超导磁体10、测试支架、低温容器5、放线组件3、收线组件14和载荷施加组件，

超导磁体10的上侧面设置有室温通孔1，通过将低温容器5放置在超导磁体10的室温通孔1内，可以对整个测量装置提供磁源。

低温容器5的下端设置在室温通孔1内，低温容器5为一个通过液氮降温的中空筒体，其内部作为测量区域。

测试支架的下端与超导磁体10的上侧面连接，为了便于稳定连接，一般情况下超导磁体10的上端均设置有上法兰6，因此，可以将测试支架的下端与上法兰6进行连接，从而使测试支架与超导磁体10连接稳定。

放线组件3与测试支架的上端连接，带材18的第一端与放线组件3连接，即未进行测量的带材18均设置在放线组件3内。

收线组件14与测试支架的上端连接，带材18的第二端与收线组件14连接，即已经进行了测量的带材18均设置在收线组件14内。

载荷施加组件具有固定端和移动端，载荷施加组件的固定端与测试支架连接，载荷施加组件的移动端穿过低温容器5的上端端面设置在低温容器5内，带材18的中段穿过低温容器5的上端端面设置在低温容器5内，且载荷施加组件的移动端对带材18施加向下的作用力。

通过放线组件3、载荷施加组件和收线组件14构成一个测量结构，即将带材18置于低温容器5内，并将低温容器5置于超导磁体10内，通过载荷施加组件对带材18施加向下的作用力，使带材18产生形变或形变趋势，从而能够都带材18进行机械性能测试，同时又将超导磁体10作为磁源，对带材18施加强磁场，实现了强磁场和局部变形共同作用。

实施例二

下面对测试支架的结构进行简单说明，测试支架包括顶板2和支撑杆4。

顶板2水平设置在超导磁体10的上方，本实施例中顶板2为圆形的不锈钢钢板。

多个支撑杆4均竖直设置，且支撑杆4的上端与顶板2固定连接，支撑杆4的下端与超导磁体10的上法兰6固定连接。

本实施例中支撑杆4的数量为4，对顶板2起到支撑作用。

实施例三

放线组件3和收线组件14可以为多种结构，本实施例中：

放线组件3为转轴与顶板2固定连接的放线盘，带材18的未测试部分缠绕在放线盘上，放线盘设置有阻止其转动的磁体制动器；

收线组件14为转轴与顶板2固定连接的收线盘，带材18的第二端缠绕在收线盘上，收线盘设置有驱动其转动的伺服电机；

放线盘的转轴轴线和收线盘的转轴轴线平行设置，且以载荷施加组件为对称轴对称设置。

通过驱动电机和磁体制动器实现对带材18的移动，在收线盘和放线盘的拖拽共同作用下，超导带材18从放线盘中经过低温容器5中的载荷施加组件的下端，并最终达到放线盘，从而实现高温超导带材18的连续测试。

实施例四

本实施例对载荷施加组件的结构加以说明，包括上下移动组件11、压力传感器13、连接杆15和位移传感器12。

上下移动组件11具有移动端和固定端，上下移动组件11的固定端与测试支架固定连接，上下移动组件11可以采用电动伸缩杆、液压伸缩杆等自带伸缩的杆体实现上下移动，也可以设置为通过螺纹丝杠结构，通过电机带动上下移动，本领域技术人员可以根据具体情况进行设置。

连接杆15的上端通过压力传感器13与上下移动组件11的移动端连接，连接杆15的下端穿过低温容器5的上端端面设置在低温容器5内，且对带材18施加向下的作用力；连接杆15在上下移动组件11的作用下下移，可以对超导带材18施加原位机械载荷，从而造成带材18的局部变形，压力传感器13用于测量载荷施加组件对带材18施加的压力值，即实现测试高温超导带材18上的张力的功能。

实施例五

为了增加带材18在低温容器5内的形成，本实施例的测量装置还包括绕线组件。

绕线组件其设置在低温容器5内，且带材18缠绕在绕线组件上，实现增加形成的功能。

另外，位于低温容器5内的带材18绕过绕线组件且位于超导磁体10的励磁线圈19内，通过励磁线圈19产生的磁场可以作用在带材18上。

绕线组件包括竖直杆16、上隔板17、下隔板、第一上导轮7、第二上导轮、第一下导轮和第二下导轮。

竖直杆16的上端与测试支架固定连接，因此需要在低温容器5的上端端面设置供竖直杆16穿过通孔。

上隔板17设置在低温容器5内，且与竖直杆16固定连接；下隔板设置在上隔板17的下方，且与竖直杆16固定连接。

第一上导轮7和第二上导轮的转轴均与上隔板17固定连接，且第一上导轮7和第二上导轮分别位于连接杆15的两侧，并位于连接杆15的下端的上方；

第一下导轮和第二下导轮的转轴均与下隔板固定连接，且第一下导轮和第二下导轮分别位于连接杆15的两侧，并位于连接杆15的下端的下方。

第一上导轮7、第二上导轮、第一下导轮和第二下导轮均为陶瓷滚轮。

另外，上隔板17和下隔板之间可以增设连接钢筋，增加其连接稳定性。

在使用时，带材18依次绕过第一下导轮的下部、第一上导轮7的上部、连接杆15的下端、第二上导轮的上部和第二下导轮的下部。

为了带材18可以进入低温容器5，在上隔板17、下隔板、低温容器5的上端端面均设置有供带材18穿过的矩形通孔，矩形通孔的尺寸应略大于带材18的横截面尺寸。

另外，为了增加稳定性，在上隔板17的上方和下隔板的下方还设置有与竖直杆16连接的辅助隔板。

为了减少带材18与载荷施加组件的移动端之间的摩擦，在连接杆15的下端设置有可更换的凸滑块8。

凸滑块8的弯曲半径、形状和材料都可以替换，在收线盘的拉力作用下，可以调整施加在带材18上的机械载荷大小，从而测试不同变形程度。

实施例六

本实施例中。测量装置还包括霍尔传感器阵列9，其设置在连接杆15的下端与下隔板之间，且用于测试高温超导带材18表面的屏蔽磁场。

另外还设置位移传感器12，位移传感器12与连接杆15/上下移动组件11的移动端固定连接，且用于测量连接杆15的下移距离。

霍尔传感器与超导带材18之间的距离可以通过位移传感器12测量，可以测试高温超导带材18表面的屏蔽磁场，并从中得到超导带材18的临界电流特性和磁通钉扎特性。

另外，为了使低温容器5可以稳定的与超导磁体10连接，低温容器5包括下部圆桶结构和上部圆桶结构，即低温容器5构成倒“凸”型结构。

将下部圆桶结构设置在超导磁体10的室温通孔1内；上部圆桶结构设置在超导磁体10的上方，且上部圆桶结构的直径大于下部圆桶的直径，上部圆桶结构与下部圆桶结构连通，上部圆桶结构的下端面与超导磁体10的上侧面连接。

实施例七

本实施例提供具体的工作方法。

在强磁场和局部变形共同作用下对高温超导带材18的临界电流和钉扎特性进行连续测试时，首先将超导带材18安装在放线盘和收线盘之间，并通过绕线组件将带材18的行进路线固定，之后将超导带材18充分冷却至超导态，接着通过载荷施加组件将凸滑块8降下顶住超导带材18，并继续调整位移使得超导带材18与霍尔传感器阵列9之间的相对位置保持固定。

将超导磁体10励磁线圈19的电流值升高到一定值并保持，与此同时，调节放线盘和收线盘的卷绕速度，实时监测压力传感器13中的数值，以保证施加在超导带材18上的机械载荷恒定。

超导带材18将在强磁场和局部变形共同作用下进行卷对卷运动，通过霍尔传感器阵列9实时监测超导带材18在原位变形条件下的剩余磁场，就可以得到临界电流和钉扎特性，实现在强磁场和局部变形共同作用下的高温超导带材18临界电流和钉扎特性连续原位测试。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本实用新型，而并非是对本实用新型的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述实用新型的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，包括：

超导磁体(10)，其上侧面设置有室温通孔(1)；

测试支架，其具有上端和下端，所述测试支架的下端与所述超导磁体(10)的上侧面连接；

低温容器(5)，其具有上端和下端，所述低温容器(5)的下端设置在所述室温通孔(1)内；

放线组件(3)，其与所述测试支架的上端连接，带材(18)的第一端与放线组件(3)连接；

收线组件(14)，其与所述测试支架的上端连接，所述带材(18)的第二端与收线组件(14)连接；

载荷施加组件，其具有固定端和移动端，所述载荷施加组件的固定端与所述测试支架连接，所述载荷施加组件的移动端穿过所述低温容器(5)的上端端面设置在所述低温容器(5)内；

其中，所述带材(18)的中段穿过所述低温容器(5)的上端端面设置在所述低温容器(5)内，且所述载荷施加组件的移动端对所述带材(18)施加向下的作用力。

2.根据权利要求1所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述测试支架包括：

顶板(2)，其水平设置在所述超导磁体(10)的上方；

支撑杆(4)，多个所述支撑杆(4)均竖直设置，且所述支撑杆(4)的上端与所述顶板(2)固定连接，所述支撑杆(4)的下端与所述超导磁体(10)的上法兰(6)固定连接。

3.根据权利要求1所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述放线组件(3)为转轴与顶板(2)固定连接的放线盘，所述带材(18)的第一端缠绕在所述放线盘上，所述放线盘设置有阻止其转动的磁体制动器；

所述收线组件(14)为转轴与所述顶板(2)固定连接的收线盘，所述带材(18)的第二端缠绕在所述收线盘上，所述收线盘设置有驱动其转动的伺服电机；

所述放线盘的转轴轴线和所述收线盘的转轴轴线平行设置，且以所述载荷施加组件为对称轴对称设置。

4.根据权利要求1所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述载荷施加组件包括：

上下移动组件(11)，其具有移动端和固定端，所述上下移动组件(11)的固定端与所述测试支架固定连接；

压力传感器(13)，其用于测量所述载荷施加组件对所述带材(18)施加的压力值；

连接杆(15)，其竖直设置，所述连接杆(15)的上端通过所述压力传感器(13)与所述上下移动组件(11)的移动端连接，所述连接杆(15)的下端穿过所述低温容器(5)的上端端面设置在所述低温容器(5)内，且对所述带材(18)施加向下的作用力；

位移传感器(12)，其与所述连接杆(15)/所述上下移动组件(11)的移动端固定连接，且用于测量所述连接杆(15)的下移距离。

5.根据权利要求4所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，还包括绕线组件，其设置在所述低温容器(5) 内，位于所述低温容器(5)内的所述带材(18)绕过所述绕线组件且位于所述超导磁体(10)的励磁线圈(19)内；

所述绕线组件包括：

竖直杆(16)，其上端与所述测试支架固定连接；

上隔板(17)，其设置在所述低温容器(5)内，且与所述竖直杆(16)固定连接；

下隔板，其设置在所述上隔板(17)的下方，且与所述竖直杆(16)固定连接；

第一上导轮(7)和第二上导轮，其转轴均与所述上隔板(17)固定连接，且所述第一上导轮(7)和所述第二上导轮分别位于所述连接杆(15)的两侧，并位于所述连接杆(15)的下端的上方；

第一下导轮和第二下导轮，其转轴均与所述下隔板固定连接，且所述第一下导轮和所述第二下导轮分别位于所述连接杆(15)的两侧，并位于所述连接杆(15)的下端的下方；

所述带材(18)依次绕过所述第一下导轮的下部、所述第一上导轮(7)的上部、所述连接杆(15)的下端、所述第二上导轮的上部和所述第二下导轮的下部。

6.根据权利要求5所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述上隔板(17)、所述下隔板、所述低温容器(5)的上端端面均设置有供所述带材(18)穿过的矩形通孔。

7.根据权利要求5所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述上隔板(17)的上方和所述下隔板的下方还设置有与所述竖直杆(16)连接的辅助隔板。

8.根据权利要求4或5所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述连接杆(15)的下端设置有可更换的凸滑块(8)。

9.根据权利要求5所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，还包括霍尔传感器阵列(9)，其设置在所述连接杆(15)的下端与所述下隔板之间，且用于测试高温超导带材(18)表面的屏蔽磁场。

10.根据权利要求1所述的强磁场与局部变形场下的高温超导长带材连续测量装置，其特征在于，所述低温容器(5)包括：

下部圆桶结构，其设置在所述超导磁体(10)的室温通孔(1)内；

上部圆桶结构，其设置在所述超导磁体(10)的上方，且所述上部圆桶结构的直径大于所述下部圆桶的直径，所述上部圆桶结构与所述下部圆桶结构连通，所述上部圆桶结构的下端面与所述超导磁体(10)的上侧面连接。

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