一種混合應力下的超導線材臨界電流測試裝置及測試方法與流程

2023-10-29 19:05:37

本發明涉及一種混合應力下的超導線材臨界電流測試裝置及測試方法。

背景技術：

超導線材的力學特性是決定超導線使用性能的重要因素之一。而在生產和應用過程中，超導線材所受到的應力是多因素共同作用的。例如利用超導線材製作超導電纜絞制過程中的拉力、扭曲、彎曲和電纜載流時產生的電磁力都會使超導線發生各種應變,從而對其臨界性能造成影響。其次，超導設備應用時一般都存在背景磁場，即超導線處於力-電-磁多物理場之中。通過實驗測試得出超導線在各種應變和背景磁場的共同作用對其臨界性能的影響，能為使用超導線材的超導設備的設計、製備、使用和維護，提供實驗依據。

現有的測試裝置只能測試超導線材單向拉伸或者拉伸扭曲或者拉伸彎曲作用下的臨界性能，更不能測試背景磁場與應變共同作用下超導線材的臨界性能。由於其測試工況和超導設備實際運行狀態不相吻合，從而無法為超導設備的設計和維護提供準確、可靠的實驗數據。

技術實現要素：

本發明的第一目的是提供一種混合應力下的超導線材臨界電流測裝置，該裝置能夠測量不同彎曲半徑、不同拉力、不同扭曲角度及不同背景磁場下的超導線材臨界電流，從而為使用超導線材的超導設備的設計和製造提供更加準確、可靠的實驗依據。

本發明實現其第一發明目的所採用的技術方案是，一種混合應力下的超導線材臨界電流測試裝置，其組成是：

底板上放置方形的杜瓦，杜瓦左右兩側固定有電磁鐵殼，電磁鐵殼的內腔中安裝勵磁線圈；

底板上固定有四個立柱，頂板固定於四個立柱的頂端；輸出軸殼通過軸承安裝在頂板上並穿過頂板；電機的主軸與主齒輪相連接，主齒輪與輸出軸殼周面上固定的齒環相嚙合；

輸出軸殼的頂端固定垂向伺服電機，垂向伺服電機的輸出軸向下穿出輸出軸殼後與上夾具相連，上夾具夾持超導線材的上端；超導線材的下端夾持於下夾具；杜瓦內腔的底部固定有固定底座，下夾具固定在固定底座上；

底板的左部設置有高於杜瓦、低於頂板的支撐臺，支撐臺的臺面安裝有橫向伺服電機，橫向伺服電機與導向杆的左端相連，導向杆的右端與伸入杜瓦的傳力杆的上端相連，傳力杆下端右側與四聚氟乙烯圓盤相連，四聚氟乙烯圓盤位於超導線材中部的左側；位移傳感器的基座固定於頂板上，位移傳感器的傳感頭與傳力杆相連。

本發明的第二目的是提供一種使用上述的混合應力下的超導線材臨界電流測裝置，進行混合應力下超導線材臨界電流的測試方法，該方法能夠快速、方便的測出不同彎曲半徑、不同拉力、不同扭曲角度及不同背景磁場下的超導線材臨界電流。

本發明實現其第二發明目的所採用的技術方案是，一種使用上述的混合應力下的超導線材臨界電流測試裝置，進行混合應力下超導線材臨界電流的測試方法，其操作是：

a、將納伏表的兩輸出端與超導線材的兩電壓引線相連接；

b、向低溫杜瓦中注入液氮，直到超導線材完全淹沒在液氮中；

c、啟動垂向伺服電機，垂向伺服電機驅動輸出軸及上夾具上移，給超導線材施加設定的拉伸應力；

d、啟動電機，電機帶動主齒輪、齒環、輸出軸殼、垂向伺服電機及其輸出軸和上夾具轉動設定的角度，給超導線材施加設定的扭曲應力；

e、啟動橫向伺服電機，橫向伺服電機依次帶動導向杆、傳力杆和四聚氟乙烯圓盤向右移動設定的距離，給超導線材施加設定的彎曲應力；

f、給勵磁線圈通以設定的電流，使其激發出設定的的交變背景磁場；

g、給超導線材通以從小到大的直流電，讀出納伏表上的電壓值；當納伏表的電壓值和對應的超導線材的長度比值達到1μv/cm時，通過超導線材的電流值即為超導線材臨界電流值。

與現有的技術相比，本發明的有益效果是：

一、本發明裝置可以同時給超導線材施加設定的拉伸、彎曲、扭曲應力，還能產生設定的背景磁場，既能測出單一的應力或磁場對超導線材臨界電流的影響，更能測出這些應力、磁場的交互作用對超導線材臨界電流的影響，使其測試工況與超導線材在實際應用中各種場景匹配，從而為使用超導線材的超導設備的設計和製造提供更加準確、可靠的實驗依據。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1為本發明實施例的結構示意圖。

具體實施方法

實施例

圖1示出，本發明的一種具體實施方式是，一種混合應力下的超導線材臨界電流測試裝置，其組成是：

底板21上放置方形的杜瓦8，杜瓦8左右兩側固定有電磁鐵殼6，電磁鐵殼6的內腔中安裝勵磁線圈7；

底板21上固定有四個立柱5，頂板11固定於四個立柱5的頂端；輸出軸殼20通過軸承22安裝在頂板11上並穿過頂板11；電機12的主軸與主齒輪18相連接，主齒輪18與輸出軸殼20周面上固定的齒環19相嚙合；

輸出軸殼20的頂端固定垂向伺服電機10，垂向伺服電機10的輸出軸13向下穿出輸出軸殼20後與上夾具14相連，上夾具14夾持超導線材15的上端；超導線材15的下端夾持於下夾具16；杜瓦8內腔的底部固定有固定底座17，下夾具16固定在固定底座17上；

底板21的左部設置有高於杜瓦8、低於頂板11的支撐臺4，支撐臺4的臺面安裝有橫向伺服電機3，橫向伺服電機3與導向杆2a的左端相連，導向杆2a的右端與伸入杜瓦8的傳力杆2的上端相連，傳力杆2下端右側與四聚氟乙烯圓盤9相連，四聚氟乙烯圓盤9位於超導線材15中部的左側；位移傳感器1的基座固定於頂板11上，位移傳感器1的傳感頭與傳力杆2相連。

一種本例的混合應力下的超導線材臨界電流測試裝置，進行混合應力下超導線材臨界電流的測試方法，其操作是：

a、將納伏表的兩輸出端與超導線材15的兩電壓引線相連接；

b、向低溫杜瓦8中注入液氮，直到超導線材15完全淹沒在液氮中；

c、啟動垂向伺服電機10，垂向伺服電機10驅動輸出軸13及上夾具14上移，給超導線材15施加設定的拉伸應力；

d、啟動電機12，電機12帶動主齒輪18、齒環19、輸出軸殼20、垂向伺服電機10及其輸出軸13和上夾具14轉動設定的角度，給超導線材15施加設定的扭曲應力；

e、啟動橫向伺服電機3，橫向伺服電機3依次帶動導向杆2a、傳力杆2和四聚氟乙烯圓盤9向右移動設定的距離，給超導線材15施加設定的彎曲應力；

f、給勵磁線圈7通以設定的電流，使其激發出設定的的交變背景磁場；

g、給超導線材15通以從小到大的直流電，讀出納伏表上的電壓值；當納伏表的電壓值和對應的超導線材的長度比值達到1μv/cm時，通過超導線材15的電流值即為超導線材15臨界電流值。固定有齒環19，主齒輪18與齒環19相嚙合。通過主齒輪18的轉動可以帶動齒環19、輸出軸殼20依次轉動。進而給超導線材15施加不同角度的扭曲應力。