CN106546838B - 一种高温超导带材临界电流特性的测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种高温超导带材临界电流特性的测量装置及其方法，其测量装置的特点是：所述的横板中部的孔中插有旋转杆，且旋转杆位于两个背景磁场磁体之间；所述的旋转杆的上端与支架上方的电机轴相连；旋转杆的下端与带材上夹具相连；所述的支架一侧的侧壁中下部固定有水平的下横板，旋转筒间隙嵌合于下横板的安装孔中，旋转筒下端与带材下夹具相连；且旋转筒竖向的内腔位于旋转杆的正下方；下横板设有内端与旋转筒接触的锁紧螺钉。该装置能方便的测出不同磁场方向变化、及不同扭曲应变方式下的高温超导带材的临界电流，得出磁场方向变化及扭曲应变对高温超导带材的临界电流的影响，为多根带材叠绕的高温超导装置的设计和应用提供更可靠的实验依据。

Description

一种高温超导带材临界电流特性的测量装置及其方法

技术领域：

本发明涉及一种高温超导带材临界电流特性的测量装置。

背景技术：

自1911年超导电性被发现以来，超导电性及其应用一直是当代科学技术中最活跃的前沿研究领域之一。由于超导表现出很多奇异的性质，如有限温度下的零电阻和完全抗磁性等。基于这些奇特的性质，超导可以在能源、医疗、交通、国防和大科学工程等方面有很多应用。然而超导受限于其极低的临界温度，起先没有得到广泛的应用，但是自1986年高温超导材料发现以来，将超导体的临界温度提高到液氮温区，引起了世界许多国家的跟踪发展，应用领域越来越广泛，如超导电机、超导限流器、超导磁储能、超导变压器等。

高温超导材料是超导产品的核心，而带材是高温超导材料的主要应用形式。在超导带材的整体性能中，临界电流特性是其中最重要的特性之一。临界电流就是指在温度，磁场一定的情况下，超导带材保持超导态的最大电流。超过临界电流值，则超导带材由超导态转变为正常态。而影响超导带材的临界电流特性的因素有很多，如背景磁场大小和磁场方向、应变方式等。

在超导装置研制的过程中，超导带材由于处在变化的磁场中，而不同的磁场方向对超导带材的临界电流有很大的影响，这就是超导带材的各向异性，因此研究超导带材的各向异性具有重要意义。为解决大型磁体应用中需要超过临界电流的大电流应用，可将多根带材叠绕，以实现高密度电流的传输。然而带材叠绕需要把带材进行扭转，一方面会使带材与磁场的相对角度发生变化，产生各向异性；另一方面，带材在扭转应变下，其临界电流也会衰减。所以测试带材在扭转状态下的临界电流特性，具有重要意义。

发明内容：

本发明的第一目的是提供一种高温超导带材临界电流特性的测量装置，该装置能方便的测出不同磁场方向变化、及不同扭曲应变方式下的高温超导带材的临界电流，得出磁场方向变化及扭曲应变对高温超导带材的临界电流的影响，为多根带材叠绕的高温超导装置的设计和应用提供更可靠的实验依据。

本发明实现其第一目的所采用的技术方案是，一种高温超导带材临界电流特性的测量装置，包括低温杜瓦(1)，在低温杜瓦(1)内部设有H型的支架，支架的横板底面固定有两个背景磁场磁体，其特征在于：

所述的横板中部的孔中插有旋转杆，且旋转杆位于两个背景磁场磁体之间；所述的旋转杆的上端与支架上方的电机轴相连；旋转杆的下端与带材上夹具相连；

所述的支架一侧的侧壁中下部固定有水平的下横板，旋转筒间隙嵌合于下横板的安装孔中，旋转筒下端与带材下夹具相连；且旋转筒竖向的内腔位于旋转杆的正下方；下横板设有内端与旋转筒接触的锁紧螺钉。

本发明的第二目的是提供一种使用上述装置的高温超导带材的临界电流进行测量的方法，该方法能方便快捷的测出不同磁场方向变化及不同扭曲应变方式下的高温超导带材的临界电流。

本发明实现其第二目的所采用的技术方案是，一种使用上述的高温超导带材临界电流特性的测量装置对高温超导带材临界电流特性进行测量的方法，其步骤是：

A、将待测的高温超导带材的上端夹持于带材上夹具上，下端穿过旋转筒并夹持于带材下夹具上；转动锁紧螺钉使其内端抵紧旋转筒，以锁紧旋转筒及高温超导带材的下端；再将纳伏表的两根引线分别连接于高温超导带材的上部、下部，将恒流源的两根引线分别与带材上夹具、带材下夹具电连接；

B、向低温杜瓦中通入液氮，使液氮淹没至横板，启动电机使旋转杆旋转设定的旋转角度，而旋转筒不转，高温超导带材则随之扭曲旋转设定的角度；开启恒流源向高温超导带材通入逐渐增大的恒流，同步记录纳伏表测出的电压，电压突然增高时，对应的恒流即为高温超导带材在设定的扭曲角度下的临界电流；

C、改变设定的旋转角度和/或更换不同的背景磁场磁体，随后重复B步的操作，即可得到高温超导带材在不同扭曲角度和/或不同背景磁场下的临界电流。

本发明实现其第三目的所采用的技术方案是，一种使用上述的高温超导带材临界电流特性的测量装置对高温超导带材临界电流特性进行测量的方法，其步骤是：

A、将待测的高温超导带材和长度与其相同的环氧片的上端一起夹持于带材上夹具上，下端一起穿过旋转筒并夹持于带材下夹具上；再将纳伏表的两根引线分别连接于高温超导带材的上部、下部，将恒流源的两根引线分别与带材上夹具、带材下夹具电连接；

B、向低温杜瓦中通入液氮，使液氮淹没至横板，启动电机使旋转杆及旋转筒旋转设定的旋转角度；高温超导带材随之整体无扭曲的旋转设定的角度；开启恒流源向高温超导带材通入逐渐增大的恒流，同步记录纳伏表测出的电压，电压突然增高时，对应的恒流即为高温超导带材在无扭曲应变下的设定旋转角度下的临界电流；

C、改变设定的旋转角度和/或更换不同的背景磁场磁体，随后重复B步的操作，即可得到高温超导带材在无扭曲应变下的不同旋转角度和/或不同背景磁场下的临界电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过电机旋转控制旋转杆旋转、而旋转筒随之转动(第一种方法)或不转(第二种方法)，使得高温超导带材产生有扭曲应变(第一种方法)或无扭曲应变(第二种方法)下的设定角度旋转。从而不仅可以精确测量磁场方向变化对高温超导带材临界电流特性的影响(高温超导带材的各向异性)。而且可以测量扭曲应变条件下的高温超导带材的各向异性。成功解决了大电流应用时，多根高温超导带材叠绕在一起，带材发生扭曲应变情形下的高温超导带材临界电流特性的测量问题。为高温超导装置的设计和应用，尤其是多根高温超导带材叠绕的大电流高温超导装置的设计和应用，提供了更可靠的实验依据。

二、更换磁体，即可变换不同的背景磁场。可以方便的测出不同的背景磁场及不同的扭曲角度或旋转角度下，高温超导带材的临界电流特性。

三、电机可以控制旋转杆及带材进行任意角度的旋转，从而可以保证在扭曲应变条件下扭曲角度的连续性，能进行连续测量以保证实验结果的精确和可靠。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明

附图说明：

图1是本发明实施例的测量装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的测量装置的电气原理示意图。

具体实施方式：

图1-2示出，本发明的一种具体实施方式是，一种高温超导带材临界电流特性的测量装置，包括低温杜瓦1，在低温杜瓦1内部设有H型的支架2，支架2的横板15底面固定有两个背景磁场磁体6，其特征在于：

所述的横板15中部的孔中插有旋转杆3，且旋转杆3位于两个背景磁场磁体6之间；所述的旋转杆3的上端与支架2上方的电机5轴相连；旋转杆3的下端与带材上夹具4相连；

所述的支架2一侧的侧壁中下部固定有水平的下横板14，旋转筒8间隙嵌合于下横板14的安装孔中，旋转筒8下端与带材下夹具9相连；且旋转筒8竖向的内腔位于旋转杆3的正下方；下横板14设有内端与旋转筒8接触的锁紧螺钉10。

一种本例的高温超导带材临界电流特性的测量装置对高温超导带材临界电流特性进行测量的第一种方法，其步骤是：

A、将待测的高温超导带材7的上端夹持于带材上夹具4上，下端穿过旋转筒8并夹持于带材下夹具9上；转动锁紧螺钉10使其内端抵紧旋转筒8，以锁紧旋转筒8及高温超导带材7的下端；再将纳伏表12的两根引线分别连接于高温超导带材7的上部、下部，将恒流源13的两根引线分别与带材上夹具4、带材下夹具9电连接；

B、向低温杜瓦1中通入液氮，使液氮淹没至横板15，启动电机5使旋转杆3旋转设定的旋转角度，而旋转筒8不转，高温超导带材7则随之扭曲旋转设定的角度；开启恒流源13向高温超导带材7通入逐渐增大的恒流，同步记录纳伏表12测出的电压，电压突然增高时，对应的恒流即为高温超导带材在设定的扭曲角度下的临界电流；

C、改变设定的旋转角度和/或更换不同的背景磁场磁体6，随后重复B步的操作，即可得到高温超导带材在不同扭曲角度和/或不同背景磁场下的临界电流。

使用本例的高温超导带材临界电流特性的测量装置对高温超导带材临界电流特性进行测量的第二种方法，其步骤是：

A、将待测的高温超导带材7和长度与其相同的环氧片11的上端一起夹持于带材上夹具4上，下端一起穿过旋转筒8并夹持于带材下夹具9上；再将纳伏表12的两根引线分别连接于高温超导带材7的上部、下部，将恒流源13的两根引线分别与带材上夹具4、带材下夹具9电连接；

B、向低温杜瓦1中通入液氮，使液氮淹没至横板15，启动电机5使旋转杆3及旋转筒8旋转设定的旋转角度；高温超导带材7随之整体无扭曲的旋转设定的角度；开启恒流源13向高温超导带材通入逐渐增大的恒流，同步记录纳伏表12测出的电压，电压突然增高时，对应的恒流即为高温超导带材在无扭曲应变下的设定旋转角度下的临界电流；

C、改变设定的旋转角度和/或更换不同的背景磁场磁体6，随后重复B步的操作，即可得到高温超导带材在无扭曲应变下的不同旋转角度和/或不同背景磁场下的临界电流。

Claims (1)

1.一种高温超导带材临界电流特性的测量装置的测量方法，测量装置包括低温杜瓦（1），在低温杜瓦（1）内部设有H型的支架（2），支架（2）的横板（15）底面固定有两个背景磁场磁体（6），其特征在于：

所述的横板（15）中部的孔中插有旋转杆（3），且旋转杆（3）位于两个背景磁场磁体（6）之间；所述的旋转杆（3）的上端与支架（2）上方的电机（5）轴相连；旋转杆（3）的下端与带材上夹具（4）相连；

所述的支架（2）一侧的侧壁中下部固定有水平的下横板（14），旋转筒（8）间隙嵌合于下横板（14）的安装孔中，旋转筒（8）下端与带材下夹具（9）相连；且旋转筒（8）竖向的内腔位于旋转杆（3）的正下方；下横板（14）设有内端与旋转筒（8）接触的锁紧螺钉（10）；

高温超导带材在不同扭曲角度和/或不同背景磁场下的临界电流的测量方法，其步骤是：

A、将待测的高温超导带材（7）的上端夹持于带材上夹具（4）上，下端穿过旋转筒（8）并夹持于带材下夹具（9）上；转动锁紧螺钉（10）使其内端抵紧旋转筒（8），以锁紧旋转筒（8）及高温超导带材（7）的下端；再将纳伏表（12）的两根引线分别连接于高温超导带材（7）的上部、下部，将恒流源（13）的两根引线分别与带材上夹具（4）、带材下夹具（9）电连接；

B、向低温杜瓦（1）中通入液氮，使液氮淹没至横板（15），启动电机（5）使旋转杆（3）旋转设定的旋转角度，而旋转筒（8）不转，高温超导带材（7）则随之扭曲旋转设定的角度；开启恒流源（13）向高温超导带材（7）通入逐渐增大的恒流，同步记录纳伏表（12）测出的电压，电压突然增高时，对应的恒流即为高温超导带材在设定的扭曲角度下的临界电流；

C、改变设定的旋转角度和/或更换不同的背景磁场磁体（6），随后重复B步的操作，即可得到高温超导带材在不同扭曲角度和/或不同背景磁场下的临界电流；

高温超导带材在无扭曲应变下的不同旋转角度和/或不同背景磁场下的临界电流的测量方法，其步骤是：

A、将待测的高温超导带材（7）和长度与其相同的环氧片（11）的上端一起夹持于带材上夹具（4）上，下端一起穿过旋转筒（8）并夹持于带材下夹具（9）上；再将纳伏表（12）的两根引线分别连接于高温超导带材（7）的上部、下部，将恒流源（13）的两根引线分别与带材上夹具（4）、带材下夹具（9）电连接；

B、向低温杜瓦（1）中通入液氮，使液氮淹没至横板（15），启动电机（5）使旋转杆（3）及旋转筒（8）旋转设定的旋转角度；高温超导带材（7）随之整体无扭曲的旋转设定的角度；开启恒流源（13）向高温超导带材通入逐渐增大的恒流，同步记录纳伏表（12）测出的电压，电压突然增高时，对应的恒流即为高温超导带材在无扭曲应变下的设定旋转角度下的临界电流；

C、改变设定的旋转角度和/或更换不同的背景磁场磁体（6），随后重复B步的操作，即可得到高温超导带材在无扭曲应变下的不同旋转角度和/或不同背景磁场下的临界电流。