[發(fā)明專利]一種高溫超導(dǎo)帶材失超傳播速度測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210122159.1
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102645597A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴少濤;馬韜;肖立業(yè);薛弛;趙連岐;許熙;張京業(yè);滕玉平;朱志芹;張志豐;張東;陸偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所;江蘇中天科技股份有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)帶材失超傳播速度測量裝置。

背景技術(shù)

伴隨超導(dǎo)帶材制備技術(shù)的不斷發(fā)展，超導(dǎo)電工應(yīng)用越來越廣泛。但熱干擾、電流沖擊等均可能導(dǎo)致超導(dǎo)體的局部溫度升高而失去超導(dǎo)電性，即失超，進(jìn)而通過自身發(fā)熱和電磁耦合等原因，可能導(dǎo)致失超區(qū)域擴(kuò)大，造成失超傳播。失超傳播速度是超導(dǎo)材料的重要性能參數(shù)，其直接體現(xiàn)超導(dǎo)體的動態(tài)特性，在電阻型超導(dǎo)限流器的應(yīng)用中更成為一項關(guān)鍵技術(shù)。目前測量失超傳播速度的裝置主要基于電壓和溫度測量兩種。中國發(fā)明專利200510011389.0公布了一種高溫超導(dǎo)帶材失超傳播速率測量方法和裝置，其在待測導(dǎo)體上按照預(yù)定間隔布設(shè)多跟電壓引線，通過測量引線間的電壓降來判斷引線間是否存在失超區(qū)域，經(jīng)由連續(xù)測量即可獲得超導(dǎo)線的失超傳播動態(tài)特性。中國發(fā)明專利201010540138.2公布了一種測量超導(dǎo)線圈失超傳播速度的裝置和方法，其測量方法也是通過在線圈的不同位置設(shè)置測量引線，通過多點電壓的測量獲得超導(dǎo)線圈失超傳播速度。

如果想通過測量電壓獲得較高精度的超導(dǎo)線材失超動態(tài)特性，則要求測量點足夠密集，如每厘米一個測量點。根據(jù)國際通行的失超判別準(zhǔn)則1微伏/厘米，即需要同步、高精度測量多通道微伏級，而當(dāng)前的儀表基本上無法實現(xiàn)。如納伏表可以高精度測量微弱電壓信號，但通道數(shù)有限、測量速度慢；多通道采集卡能同時測量數(shù)十個電壓信號，但精度遠(yuǎn)不能達(dá)到微伏級。因此通過多點電壓測量在當(dāng)前的儀表測量技術(shù)水平下，尚存在一定的缺陷。

基于多點溫度的測量裝置以樣品不同位置的溫度變化作為失超判別標(biāo)準(zhǔn)，但溫度的變化響應(yīng)較慢，不能準(zhǔn)確體現(xiàn)失超傳播的動態(tài)特性，且低溫環(huán)境中的溫度動態(tài)變化快速、準(zhǔn)確測量也較為困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有基于電壓和溫度的失超傳播測量裝置的缺點，提出一種基于電流的超導(dǎo)帶材失超傳播速度測量裝置。本發(fā)明通過在待測樣品上分段并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體，以其電流變化為依據(jù)作為失超判別準(zhǔn)則，提供基于分段電流測量的超導(dǎo)帶材失超傳播速度測量裝置。

本發(fā)明的高溫超導(dǎo)帶材失超傳播速度測量裝置包括：電流傳感器、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電流引線、并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體、低溫容器、絕緣支架等。其中，電流引線與待測超導(dǎo)帶材連接，并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體與待測超導(dǎo)帶材并聯(lián)。電流傳感器測量并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體的電流，電流傳感器的輸出由多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集后解算待測超導(dǎo)帶材失超傳播速度。待測超導(dǎo)帶材通過絕緣支架安放于低溫容器中，測量時在低溫容器內(nèi)注入液氮，保證待測超導(dǎo)帶材完全被液氮覆蓋即可。

所述的電流傳感器的原邊與并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體連接，電流傳感器的副邊與多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個通道連接，用于測量并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體的電流。當(dāng)前市場上尚未出現(xiàn)能夠工作于液氮溫區(qū)的高精度電流傳感器，因此電流傳感器目前只能工作于室溫，不能浸泡在液氮中。電流傳感器的數(shù)量依據(jù)待測超導(dǎo)帶材的長度和測量精度要求而定，例如待測超導(dǎo)帶材長度為L米，0.1米≤L≤1米，且需每M米給出一個測量值，0.01米≤M≤0.1米，則共需要并聯(lián)L/M段常規(guī)導(dǎo)體，需要L/M個電流傳感器。即所述的電流傳感器和常規(guī)并聯(lián)導(dǎo)體的數(shù)量為L/M，其中L為待測超導(dǎo)帶材長度，M為測量點的間隔距離。電流傳感器的量程依據(jù)待測超導(dǎo)帶材的失超電阻和并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體的電阻比例而定。

所述的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與各電流傳感器相連，用于同步采集各電流傳感器的輸出。根據(jù)電流傳感器輸出信號的延時和待測超導(dǎo)帶材間隔長度，則可以計算出失超傳播速度。

所述的電流引線與待測超導(dǎo)帶材連接，用于為待測超導(dǎo)帶材提供電流。

所述的并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體根據(jù)間隔設(shè)計與待測超導(dǎo)帶材并聯(lián)，用于待測超導(dǎo)帶材失超時分流部分電流。如當(dāng)前臨界電流200A的YBCO超導(dǎo)帶材，以1微伏/厘米為失超判據(jù)，則2厘米的超導(dǎo)帶材電壓降為2微伏。選擇并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體為10平方毫米線徑的銅線，長度取10厘米，則其電阻約為0.2毫歐姆。此時，并聯(lián)常規(guī)導(dǎo)體流過的電流約為10毫安，當(dāng)前市場上有成熟的可測量該量級電流的高精度電流傳感器。

所述的低溫容器為敞口杜瓦，用于測試時盛放液氮和安放待測超導(dǎo)帶材。低溫容器尺寸可依據(jù)待測超導(dǎo)帶材長度而定，能夠滿足測量需求即可，以減少測量時的液氮消耗。

所述的絕緣支架安裝在低溫容器內(nèi)，用于安裝待測超導(dǎo)帶材。絕緣支架應(yīng)在室溫和液氮溫區(qū)中形變較小，不會因形變導(dǎo)致其上安裝的待測超導(dǎo)帶材應(yīng)力變化，可采用環(huán)氧制作。

所述的液氮注入低溫容器內(nèi)，用于為待測超導(dǎo)帶材提供低溫運行環(huán)境，保證在整個測試過程中均能完全覆蓋待測超導(dǎo)帶材。

本發(fā)明測量過程步驟如下：