[發明專利]多樣品高溫超導材料性能測試系統

無效

• 申請號: 201410277102.8
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104034983A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 朱志芹;滕玉平;戴少濤;宋乃浩;張京業;馬韜;張東
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 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任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于檢測變溫變壓力條件下多根超導帶材的通電性能的測試系統。

背景技術

隨著高溫超導材料的制備技術取得了長足發展并實現商業化，超導電力技術的研究開發在世界范圍內迅速展開，所涉及的領域包括高溫超導限流器、高溫超導變壓器、高溫超導電纜、超導儲能系統等。而制冷裝置是各個超導裝置運行系統中必不可少的核心部件，采用制冷機循環制冷的密閉超導系統可將常壓狀態下77K的液氮溫度降低至60幾K，超導裝置工作壓力大于1個大氣壓。例如文獻“Design?of?a380m?DC?HTS?Power?Cable”(Xuemin?Liang,Shaotao?Dai?et?al，IEEE?TRANSACTIONS?ON?APPLIED?SUPERCONDUCTIVITY,VOL.20,NO.3,JUNE2010)中介紹世界上傳輸容量最大的10kA超導電纜運行溫度為67～90K，工作壓力為1～5bar。

超導裝置必須運行在低溫條件下，不同溫度條件、不同壓力條件下超導材料具有不同的電磁性能。超導材料承載的電流超過一定值、或者其工作溫度高于臨界值，將引起超導裝置失超，超導裝置將無法正常運行。超導材料電磁特性測試時超導電力裝置設計的基本依據，因而，對超導材料在不同壓力、不同溫度下臨界電流特性進行測試研究，對超導電力裝置的設計和運行維護具有重要意義。臨界電流特性是超導材料電磁特性之一，主要掌握超導材料電壓電流特性，1μV/cm對應的電流值即為超導材料的臨界電流值，如圖1所示。

對臨界電流特性的主要測試方法通常采用超導材料物性測試系統，獨立測試一組超導材料樣品在變溫和變壓力條件下的臨界電流特性。超導材料物性測試系統主要測試對象為低溫超導材料短樣。超導材料物性測試系統的測試腔用于給待測超導帶材短樣提供一個密封的低溫環境。測試前需將待測樣品預先安裝在測試腔內，然后將測試腔密封，在對測試腔充分冷卻并達到低溫條件后才能開始測試。現有的超導材料物性測試系統的測試腔空間很小，且只有一組電流引線，只能在測試腔密封冷卻前預先安裝一個待測樣品，而無法將多個待測樣品同時預先安裝在同一個測試腔內，因而測試腔一次密封冷卻只能完成單個超導材料短樣品的測試，無法在一次密封冷卻后，開展較長樣品、多個樣品或超導線圈性能測試。由于超導材料臨界電流特性測試研究需在低溫條件下進行，樣品測試安裝完畢后，需較長時間冷卻達到穩定狀態后才能滿足測試條件，單次實驗完成后，樣品更換需要在設備回溫后才能進行，更換周期較長，、測試效率低下。

對于高溫超導線圈或高溫超導材料，其工作溫度為67K-300K，工作溫度相對較高。制冷設備在該溫區的制冷效率較高，在67K條件下實現較大制冷功率輸出相對比較容易，同時，由于較長的高溫超導材料樣品或較大的高溫超導線圈樣品性能測試研究的需要，要求有較大的低溫測試空間。

發明內容

本發明的目的在于針對工作溫度相對較高的高溫超導材料，克服現有超導材料物性測試系統存在的電流引線少、測試腔空間小、無法在測試腔密封冷卻前將多個待測樣品同時預先安裝在同一個低溫杜瓦內，無法開展較長樣品、多個樣品或超導線圈性能測試的技術問題，提出一種超導帶材樣品的通電性能測試系統。本發明可在67K-300K溫度可調和0-5bar壓力可調條件下，實現高溫超導帶材樣品通電特性測試研究，并能夠預安裝多根超導帶材樣品，通過不同電流引線的組合，依次完成所預安裝的不同超導帶材樣品性能測試，減少樣品更換周期，提高測試效率。

本發明測試系統包括：

低溫杜瓦，所述低溫杜瓦用于提供超導帶材樣品測試所需的低溫環境，所述的低溫杜瓦內部充有液氮；

蓋板，所述蓋板置于低溫杜瓦頂部，是室溫環境與低溫環境的過渡設備，本發明測試系統的電流引線、制冷機冷頭、測量引線引出端均密封固定安裝在所述蓋板上。

制冷機冷頭，所述制冷機冷頭用于向低溫杜瓦內提供冷量。制冷機冷頭通過導冷管與制冷機連接。制冷機冷頭溫度測量信號輸出端與測量引線引出端連接，通過測量引線引出端及外部的測量引線與數據采集卡連接，溫度測量信號通過數據采集卡輸入計算機控制系統。