[發明專利]一種非接觸式超導帶材載流能力測量裝置

有效

• 申請號: 201010163715.0
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101833027A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 顧晨;瞿體明;韓征和;鄒圣楠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱印康

技術領域

本發明屬于超導電工學領域，特別涉及一種非接觸式超導帶材載流能力測量裝置。

背景技術

超導材料為綠色，可持續能源經濟提供了重要的技術支持，超導電纜，超導風機都在逐步走向民用，大規模使用高溫超導材料的年代即將到來。電流載流性能是反映超導帶材性能的最基本參數。普遍采取“四引線法”測量臨界電流反映電流的載流性能，即在樣品兩端加載電流，觀測電壓信號。隨著電流的增加，通過觀測電壓的增加，以每厘米帶材長度產生1微伏作為失超判據，確定超導帶材的臨界電流。這種方法原理簡單，廣泛應用于實驗室級別的長度小于10cm的短樣品測量。目前Bi系高溫超導導線已經實現了產業化生產，單根Bi系導線長度已經超過了500米，正在發展中的Y系高溫超導導線長度也已經實現了百米量級，在線檢測長帶整體性能和局部缺陷十分重要。作為一種接觸式的測量方法，四引線法應用在長超導帶材的臨界電流測量有很多局限性。首先在測量中電流引線和電壓引線需要與帶材接觸，會對超導帶材造成機械損傷，其次測試效率也十分低下，不方便實現對百米級長帶的連續快速測量。

針對四引線法對于高溫超導帶材連續測量能力的不足，科研人員發展了一系列通過霍爾片測量帶材表面磁場，反映臨界電流的方法。其中一種方法是將超導帶材放置在外磁場下，通常由亥姆霍茨線圈提供，超導樣品中會感生環形電流抵抗外加磁場，環形電流產生一定的空間分布，通過在樣品表面一定高度處放置霍爾探頭，測量感生環形電流磁場分布和幅值，反算臨界電流。

另外一種方法是超導帶材樣品首先通過一個背景磁場，通常背景磁場需要大于兩倍的最大穿透場，然后將經過磁化后的超導帶材樣品移出背景磁場，此時在超導帶材內部會感生出類似渦流的環形電流，由于超導材料自身電阻很小，該環形電流會長時間存在，并產生一個磁場，通常稱該磁場為剩余磁場，剩余磁場在空間具有一定分布。在與帶材表面相對位置固定點放置磁場探測元件，通常為霍爾探頭，測量帶材表面某點的磁感應強度。探頭與樣品相對位置固定時，測量到剩余磁場的磁感應強度幅值與帶材臨界電流具有正比的關系，可反算帶材對應的臨界電流。

上述兩種測試方法已經發展多年，成為比較標準的測試方法，也有相關產品問世。但這種方法的主要缺點是帶材與霍爾探頭之間需要精確定位，由于樣品產生磁場在空間具有一定的分布，利用霍爾探頭測量僅僅是測量一個點或者幾個點的磁感應強度，從本質上講是一種“以點代面”的方法，帶材與霍爾探頭微小的相對位置改變，無論是左右的偏移，還是上下的偏移，都會對最終測試結果產生很大的影響。通常百微米級別的樣品與探頭的左右或上下位置偏移都會對測量結果產生很大誤差，測量者無法判斷磁場讀數變化是由于帶材與探頭相對位置變化導致的還是由于帶材本身臨界電流的變化導致的。基于這種原理的臨界電流連續測量裝置，為了盡可能保持霍爾探頭與樣品相對位置的穩定，帶材傳動裝置需要精密設計，并且以犧牲傳動速度來進一步提高樣品與霍爾探頭相對位置的穩定，造成測量效率低下，目前比較成熟的產品測量速度大約為60米/小時。即便如此，利用這種方法測試帶材臨界電流，其本底噪音都在幾個安培左右。

本申請人遞交的發明專利申請《非接觸式超導帶材臨界電流測量裝置》(申請號：201010033688.5)是一種基于雙磁路，通過測量帶材剩余磁場對于磁路的驅動能力測量臨界電流的方法，這種方法從本質上消除了機械振動對于測量的影響，實現了速度大于360米/小時，重復性優于1％的測量裝置，克服了上述利用測量超導帶材表面磁感應強度再反算臨界電流的方法的缺點。這種方法特別適用于快速檢驗帶材臨界電流。但這種方法只用于檢驗帶材在自場下，全穿透狀態下的臨界電流，是帶材在自場下載流能力的反應。由于超導帶材電流載流能力對于外加磁場十分敏感，同時不同穿透狀態下的載流能力也不盡相同，這種利用雙磁路測量剩磁的方法無法實現帶材在各種外磁場和各種穿透狀態下的載流能力測試，所測數據還不夠全面反映在不同工作磁場下的載流能力信息。

發明內容