專利名稱：高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)技術(shù)是利用某些物質(zhì)在溫度降低到一定值時(shí)電阻會消失的超導(dǎo)電性來研究其性質(zhì)、功能以及研制開發(fā)超導(dǎo)材料、超導(dǎo)器件的技術(shù)。超導(dǎo)材料包括金屬低溫超導(dǎo)材料、陶瓷高溫超導(dǎo)材料和有機(jī)超導(dǎo)材料等。超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用對軍事技術(shù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和醫(yī)療衛(wèi)生等具有重大價(jià)值。由于超導(dǎo)材料的臨界溫度T。(即超導(dǎo)材料由有電阻狀態(tài)變成無電阻狀態(tài)時(shí)的溫度)、臨界磁場H。(即超導(dǎo)材料在一定溫度和無電流的情況下，超導(dǎo)電性消失時(shí)的磁場閾值)和臨界電流I。(即超導(dǎo)材料由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的電流密度值)等指標(biāo)直接影響到超導(dǎo)體的性能，在實(shí)踐中不斷尋找具備更大數(shù)值的 ；、Η。和I。的超導(dǎo)材料，以便更為廣泛的實(shí)際應(yīng)用。所謂高溫超導(dǎo)材料，是指具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度(Τ。)能在液氮溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導(dǎo)材料。其中的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線性能近年來獲得了長足的提高，隨之帶動了高溫超導(dǎo)裝置比如高溫超導(dǎo)磁儲能裝置、電機(jī)、變壓器、限流器和高場磁體等的巨大發(fā)展。這些裝置的核心部件就是用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成的超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)磁體電流密度大，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)，因此高溫超導(dǎo)導(dǎo)線會承受強(qiáng)大的電磁力。為了保證高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在正常工作和故障狀態(tài)下不會受電磁力的損害而出現(xiàn)大的性能退化，保證高溫超導(dǎo)磁體的安全工作，在高溫超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)之前必須進(jìn)行高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力試驗(yàn)。高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力試驗(yàn)主要是測量不同溫度，不同的應(yīng)力應(yīng)變下高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流，即導(dǎo)線在不同溫度下的機(jī)械性能和電氣性能，從而獲得設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)的對高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的試驗(yàn)方法是(I)制作超導(dǎo)導(dǎo)線樣品；(2)把樣品夾持在拉力機(jī)上，在室溫下分別加載不同的應(yīng)力，測得對應(yīng)的應(yīng)變；(3)再把樣品放入低溫環(huán)境，測量發(fā)生不同應(yīng)變時(shí)導(dǎo)線一定長度上的電壓變化也即臨界電流，從而得到應(yīng)力一應(yīng)變一超導(dǎo)導(dǎo)線臨界電流的對應(yīng)關(guān)系。這種試驗(yàn)方法的缺陷在于高溫超導(dǎo)磁體一般工作在20Κ-77Κ的低溫溫區(qū)，磁體設(shè)計(jì)時(shí)需要的數(shù)據(jù)是不同低溫溫度下的應(yīng)力應(yīng)變和臨界電流的對應(yīng)曲線，而現(xiàn)在通行的試驗(yàn)方法是在室溫下先加載應(yīng)力，使導(dǎo)線發(fā)生應(yīng)變，然后將帶材置于低溫下測量臨界電流，實(shí)際上此時(shí)導(dǎo)線因?yàn)槔渲率湛s的原因，應(yīng)變已經(jīng)沒有在室溫下那么大而是縮小了。相應(yīng)地，這種測試方法所得到的應(yīng)力-應(yīng)變-臨界電流對應(yīng)曲線不是真正意義上的不同低溫溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變-臨界電流的對應(yīng)曲線。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和技術(shù)需求，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備，其通過將高溫超導(dǎo)導(dǎo)線直接置于低溫環(huán)境下并對其加載不同應(yīng)力，在測量應(yīng)變的同時(shí)測量臨界電流，相應(yīng)地可以提高低溫拉力測試的準(zhǔn)確性，并便于操作。按照本實(shí)用新型，提供了一種高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備，所述設(shè)備包括[0007]杜瓦，該杜瓦內(nèi)部貯存有低溫液體以形成拉力測試所需的低溫環(huán)境；夾持及拉力提供裝置，該夾持及拉力提供裝置設(shè)置在杜瓦內(nèi)部，用于分別夾持待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的兩端并對該導(dǎo)線在每次拉力測試中提供不同的拉力；輔助夾持裝置，該輔助夾持裝置設(shè)置在杜瓦內(nèi)部處于所述夾持及拉力提供裝置的下方，其下端表面呈弧狀，用于將待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的中部套設(shè)在該弧面上并與所述夾持及拉力提供裝置共同完成對該導(dǎo)線的夾持定位；其中待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線通過電源線與直流電源構(gòu)成一個(gè)回路，并且在該導(dǎo)線上分別設(shè)置有用于測量其一定長度上的電壓變化的電壓檢測器和用于檢測其自身應(yīng)變狀況的應(yīng)變傳感器，由此當(dāng)通過夾持及拉力提供裝置對待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線提供不同的拉力測試時(shí)，所述電壓檢測器和應(yīng)變傳感器獲知該導(dǎo)線在各種拉應(yīng)力情況下的臨界電流和應(yīng)變狀況。通過以上構(gòu)思，由于在低溫環(huán)境下同時(shí)測量特定力下高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流和應(yīng)變，可以較大程度地提高低溫拉力測試的準(zhǔn)確性；此外，整體設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、便于操作，尤其通過輔助夾持裝置對導(dǎo)線中部進(jìn)行支撐定位，能夠保證圓導(dǎo)線或扁平帶材之類的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在測試過程中不易偏移斷裂，并有助于提高測試結(jié)果的可靠性。·作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述夾持及拉力提供裝置包括豎直設(shè)置并與拉力機(jī)相連由此提供拉力的主拉桿、與該主拉桿固定相連的水平橫梁、分別沿著豎直方向固定連接在所述橫梁左右兩側(cè)的副拉桿，以及設(shè)置在各個(gè)副拉桿下端用于對待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線兩端分別予以夾持的夾具。通過以上構(gòu)思的夾持及拉力提供裝置具體構(gòu)造，可以以簡單結(jié)構(gòu)來為待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線兩端提供了左右對稱的、基本相等的拉力，并通過和輔助夾持裝置的配合，方便了對待測試導(dǎo)線的裝夾。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述夾具由導(dǎo)電性材料制成，所述電源線直接與該導(dǎo)電性夾具相連，由此實(shí)現(xiàn)待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與所述電源之間的電連接。通過將夾具設(shè)置為由導(dǎo)電性材料制成，這樣在對高溫超導(dǎo)導(dǎo)線執(zhí)行實(shí)際拉力測試的過程中，可以通過夾具直接向高溫超導(dǎo)導(dǎo)線供電，省略了高溫超導(dǎo)到導(dǎo)線和電源線焊接的工序，也避免了焊接過程中可能對高溫超導(dǎo)導(dǎo)線機(jī)械性能的影響，相應(yīng)地，簡化了操作步驟同時(shí)有助于提高測試結(jié)果的精確性。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線被夾持的兩端位置處包裹金屬片。由于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在執(zhí)行低溫拉力測試的過程中容易從夾具處產(chǎn)生斷裂，為了避免此種情況的發(fā)生，通過在待測試導(dǎo)線被夾持的兩端位置處包裹有譬如銅片的金屬片，可以增加導(dǎo)線在此位置的強(qiáng)度，避免在低溫拉力測試時(shí)斷裂，由此保證低溫拉力測試的順利進(jìn)行。而且，金屬片還可以為超導(dǎo)導(dǎo)線分流，即使超導(dǎo)導(dǎo)線由于夾具夾持的原因出現(xiàn)性能衰退也不影響試驗(yàn)的進(jìn)行，金屬片與高溫超導(dǎo)導(dǎo)線之間可以譬如通過焊接的方式包裹。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線為圓導(dǎo)線或扁平帶材，所述輔助夾持裝置的弧面寬度大于該圓導(dǎo)線的直徑或扁平帶材的寬度。通過將輔助夾持裝置用于套設(shè)高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的弧面寬度設(shè)定為大于導(dǎo)線自身的直徑或?qū)挾?，這樣可以防止導(dǎo)線在試驗(yàn)時(shí)滑脫，此外，可以避免弧面過窄可能對導(dǎo)線造成的損傷。[0019]總體而言，按照本實(shí)用新型的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備，與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的優(yōu)點(diǎn)I、由于在低溫環(huán)境下同時(shí)測量特定拉應(yīng)力下導(dǎo)線的臨界電流和應(yīng)變，可以較大程度地提高低溫拉力測試的準(zhǔn)確性，此外，通過采用輔助夾持裝置與導(dǎo)線兩端夾持裝置的配合，能夠保證圓導(dǎo)線或扁平帶材之類的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在測試過程中不易偏移斷裂，并有助于提高測試結(jié)果的可靠性；2、與常規(guī)的測試工序相比減少了部分步驟，相應(yīng)能夠節(jié)約制作樣品的導(dǎo)線長度，同時(shí)便于操作；通過對樣品的夾持位置提供金屬片包裹，可以避免在低溫拉力測試時(shí)發(fā)生斷裂，同時(shí)還可以為超導(dǎo)導(dǎo)線分流，由此保證測試過程的順利進(jìn)行。

圖I是按照本實(shí)用新型的用于對高溫超導(dǎo)導(dǎo)線執(zhí)行拉力測試的整體設(shè)備結(jié)構(gòu)示 意圖，其中I主拉桿2橫梁3副拉桿4夾具5電源線6待測試導(dǎo)線7輔助夾持裝置8應(yīng)變傳感器9電壓檢測器10杜瓦11低溫液體液面
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖I是按照本實(shí)用新型的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I中所示，按照本實(shí)用新型的拉力測試設(shè)備主要包括夾持及拉力提供裝置、輔助夾持裝置7、和杜瓦10等。杜瓦10譬如為長方體形，可以由良好隔熱性能的材料粘合而成，杜瓦10的內(nèi)部裝有譬如為液氮的低溫液體，由此在杜瓦內(nèi)部提供拉力測試所需的低溫環(huán)境。夾持及拉力提供裝置設(shè)置在杜瓦10內(nèi)部并處于其上端，用于分別夾持待測試導(dǎo)線6的兩端并對它提供不同的拉力。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該夾持及拉力提供裝置譬如包括豎直設(shè)置并與拉力機(jī)相連由此提供拉力的主拉桿I、與主拉桿I固定相連的水平橫梁2、分別沿著豎直方向固定連接在橫梁2左右兩側(cè)的兩個(gè)副拉桿3，以及設(shè)置在各個(gè)副拉桿3下端用于對待測試導(dǎo)線6兩端分別予以夾持的夾具4。主拉桿I、橫梁2和副拉桿3譬如都用不銹鋼制成，主拉桿I和橫梁2之間、橫梁2和副拉桿3之間都用螺桿和螺母固定，由此通過主拉桿I、橫梁2和副拉桿3之間力的傳遞，就可以為待測試高溫超導(dǎo)導(dǎo)線兩端提供左右對稱的、基本相等的拉力。在另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，夾具4可以譬如由銅合金之類的導(dǎo)電性材料制成，由此既保證了足夠的機(jī)械強(qiáng)度，又保證了足夠好的導(dǎo)電性。在杜瓦10的內(nèi)部下端，設(shè)置有輔助夾持裝置7。該輔助夾持裝置7的下端表面呈弧狀，由此便于將待測試導(dǎo)線6的中部套設(shè)在該弧面上，并與夾持及拉力提供裝置共同完成對待測試導(dǎo)線的夾持定位。輔助夾持裝置7譬如是用環(huán)氧樹脂板材加工而成，整體形狀例如為圓盤或其他適當(dāng)外形，圓盤半徑50mm,大于帶材最小彎曲半徑5. 5mm,弧面光滑，寬度為10mm，大于SCS4050帶材寬度4mm，由此可以防止導(dǎo)線在試驗(yàn)時(shí)滑脫；此外，可以避免弧面過窄可能對導(dǎo)線造成的損傷。輔助夾持裝置7圓盤譬如通過螺栓螺母固定在另一塊立板上，立板固定在杜瓦10底部，由此保證輔助夾持裝置7固定不動，只有拉力機(jī)帶動夾持及拉力提供裝置向上運(yùn)動，為待測試導(dǎo)線6提供拉力。待測試導(dǎo)線6通過電源線5與直流電源構(gòu)成一個(gè)回路，并且在待測試導(dǎo)線6上分別設(shè)置有應(yīng)變傳感器8和電壓檢測器9。電源線5譬如為橫截面為100平方毫米的銅導(dǎo)線，直流電源譬如為Agilent6681A，由此可以為待測試導(dǎo)線6提供最大580A的直流電流。待測試導(dǎo)線譬如為SuperPower公司生產(chǎn)的型號為SCS4050的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，寬4mm，厚O. Imm,該導(dǎo)線的超導(dǎo)層是是第二代 高溫超導(dǎo)材料YBC0，該導(dǎo)線形狀是扁帶材，該導(dǎo)線的液氮溫度(77.3K)下，自場臨界電流約為125A。待測試高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流采用四引線法測量，即直流電源通過電源線為待測試導(dǎo)線供電，通過電壓檢測器9的電壓變化來判斷是否失超，失超判據(jù)為lyV/cm。電壓檢測器9譬如為兩根漆包線，兩根漆包線間的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線長度為4cm，兩根漆包線間的電壓送入Keithley2700數(shù)據(jù)采集卡，就可以記錄兩根漆包線間的電壓變化。Keithley2700數(shù)據(jù)采集卡精度為O. I μ V，該精度足以分辨出4cm長高溫超導(dǎo)導(dǎo)線上細(xì)微的電壓變化。在一定拉力下，認(rèn)為電壓檢測器9上的電壓上升量為4 μ V時(shí)就認(rèn)為待測試導(dǎo)線失超，此時(shí)的直流電源輸出電流即為該應(yīng)力應(yīng)變對應(yīng)的臨界電流。應(yīng)變傳感器8譬如為布拉格光柵，布拉格光柵可以在低溫下準(zhǔn)確測量待測試導(dǎo)線6的應(yīng)變。下面將以SCS4050帶材為例，具體介紹按照本實(shí)用新型的拉力測試方法。(I)制作樣品，在制作樣品過程中可以在導(dǎo)線兩端焊上銅片，銅片厚度為O. 5mm，寬度為8mm,大于SCS4050帶材寬度4mm,長度為40mm,長于夾具4夾口的長度,這樣可以增加導(dǎo)線在此位置的強(qiáng)度，避免在低溫拉力測試時(shí)斷裂；而且銅片還可以為超導(dǎo)導(dǎo)線分流，即使超導(dǎo)導(dǎo)線由于夾具夾持的原因出現(xiàn)性能衰退也不影響試驗(yàn)的進(jìn)行。然后，在待測試導(dǎo)線上焊接兩根漆包線作為測量電壓變化的電壓檢測器9，兩根漆包線焊點(diǎn)間的距離例如為4cm，再在待測試導(dǎo)線上用低溫膠粘接布拉格光柵，將其作為用于檢測其自身應(yīng)變狀況的應(yīng)變傳感器8。(2)通過夾持及拉力提供裝置分別夾持SCS4050帶材樣品的兩端，然后將其中部套設(shè)在處于杜瓦內(nèi)部的夾持輔助裝置7的下半圓弧面上并使其繃緊。(3)向杜瓦10中加裝液氮，提供例如為77. 3K左右的低溫試驗(yàn)環(huán)境。(4)通過拉力機(jī)產(chǎn)生不同的拉力，相應(yīng)獲取被測試導(dǎo)線在各種拉應(yīng)力情況下的臨界電流和應(yīng)變狀況，由此完成整個(gè)低溫拉力測試過程。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括 杜瓦(10)，該杜瓦(10)內(nèi)部貯存有低溫液體以形成拉力測試所需的低溫環(huán)境； 夾持及拉力提供裝置，該夾持及拉力提供裝置設(shè)置在杜瓦(10)內(nèi)部，用于分別夾持待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(6)的兩端并對該導(dǎo)線在每次拉力測試中提供不同的拉力； 輔助夾持裝置(7)，該輔助夾持裝置(7)設(shè)置在杜瓦(10)內(nèi)部處于所述夾持及拉力提供裝置的下方，其下端表面呈弧狀，用于將待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(6)的中部套設(shè)在該弧面上并與所述夾持及拉力提供裝置共同完成對該導(dǎo)線的夾持定位；其中待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(6)通過電源線(5)與直流電源構(gòu)成一個(gè)回路，并且在該導(dǎo)線上分別設(shè)置有用于測量其一定長度上的電壓變化的電壓檢測器(9)和用于檢測其自身應(yīng)變狀況的應(yīng)變傳感器(8)，由此當(dāng)通過夾持及拉力提供裝置對待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線提供不同的拉力測試時(shí)，所述電壓檢測器(9)和應(yīng)變傳感器(8)獲知該導(dǎo)線在各種拉應(yīng)力情況下的臨界電流和應(yīng)變狀況。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述夾持及拉力提供裝置包括豎直設(shè)置并與拉力機(jī)相連由此提供拉力的主拉桿(I)、與該主拉桿(I)固定相連的水平橫梁(2)、分別沿著豎直方向固定連接在所述橫梁(2 )左右兩側(cè)的副拉桿(3 )，以及設(shè)置在各個(gè)副拉桿(3 )下端用于對待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(6)兩端分別予以夾持的夾具(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述夾具(4)由導(dǎo)電性材料制成，所述電源線(5)直接與該導(dǎo)電性夾具相連，由此實(shí)現(xiàn)待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(6)與所述電源之間的電連接。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(6)被夾持的兩端位置處包裹金屬片。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述待測試的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線為圓導(dǎo)線或扁平帶材，所述輔助夾持裝置(7)的弧面寬度大于該圓導(dǎo)線的直徑或扁平帶材的寬度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高溫超導(dǎo)導(dǎo)線拉力測試設(shè)備，包括用于在其內(nèi)部形成拉力測試所需低溫環(huán)境的杜瓦；設(shè)置在杜瓦內(nèi)部，用于分別夾持待測試導(dǎo)線的兩端并提供不同拉力的夾持及拉力提供裝置；設(shè)置在杜瓦內(nèi)部且其下端表面呈弧狀，用于將待測試導(dǎo)線的中部套設(shè)在該弧面上的輔助夾持裝置；其中待測試導(dǎo)線與直流電源構(gòu)成一個(gè)回路，并且在該待測試導(dǎo)線上分別設(shè)置有用于測量其一定長度上的電壓變化的電壓檢測器和用于檢測其自身應(yīng)變狀況的應(yīng)變傳感器。按照本實(shí)用新型，可以在測量應(yīng)變的同時(shí)測量臨界電流，并能夠提高低溫拉力測試的準(zhǔn)確性，便于操作。
文檔編號G01R19/00GK202614829SQ201220251828
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者宋萌, 曹昆南, 王達(dá)達(dá), 任麗, 竇建中, 郝層 申請人:云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院, 華中科技大學(xué)