一种超导电缆拉伸性能的测试架的制作方法

1.本实用新型涉及超导输电领域，更具体地，涉及一种超导电缆拉伸性能的测试架。


背景技术：

2.目前，超导技术在电力系统中的应用越来越多。与电力电缆相比，超导电缆具有很大的优越性，例如：输电能力较强，成本节约、占用空间小、线路阻抗极低、输电损耗小、抗磁干扰能力强；允许采用相对较低的电压进行长距离输电，也可以地下输电从而避免超高压高空输电所带来的噪声、电磁污染和安全隐患，保护生态环境。
3.现有技术中，为了考虑到超导电缆在不同条件下敷设要求的不同，能够给超导电缆敷设工程设计出参数余量，同时能够为敷设工程提供标准和参考，需要对超导电缆及其衬芯的拉伸性能进行了解，并通过测试获取其机械拉伸性能的相关参数。背景技术1：nbti、nb3sn超导线拉伸性能研究，戴超等，低温物理学报，第36卷第6期，2014年12月。背景技术中公开了对超导线热处理前后的拉伸测试以及拉伸曲线。然而，现有技术中的测试方法结构复杂、测量精度低、成本高。
4.因此，亟需一种新的超导电缆拉伸性能的测试架。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种超导电缆拉伸性能的测试架，通过在卧式试验台上放置两根悬垂线，并基于应力的改变测量悬垂线的位移从而获得测试样带的收缩率和杨氏模量，使得测试结果准确、测试方法简便。
6.本实用新型采用如下的技术方案。
7.一种超导电缆拉伸性能的测试架，包括试样放置架1、拉力单元、测量单元、测试样带2，其中，试样放置架1一端具有悬挂平台，用于悬挂拉力单元；拉力单元一端固定于悬挂平台上，另一端与测试样带一端固定连接，用于对测试样带2施加负载，并测量试验过程中施加的负载；测试样带2被放置于试样放置架1上，一端通过拉力单元获得测试拉力，另一端固定于试样放置架1的另一端；测量单元与测试样带2中一点或多点位置绑定，用于测量位置在拉力单元施加负载并发生形变时的偏移量。
8.优选地，拉力单元包括拉力计3、手动葫芦4、滑轮和不锈钢钢索；并且，拉力计悬挂于悬挂平台上，下接手动葫芦4；不锈钢钢索一端穿过手动葫芦4作为拉力提供部，另一端经过滑轮与测试样带2一端固定连接。
9.优选地，测量单元包括第一测量单元和第二测量单元；并且，第一测量单元和第二测量单元中分别包括一条悬垂线5、一个指针陀螺7和一把尺子8。
10.优选地，悬垂线5悬挂于天花上并穿过指针陀螺7的一个指针垂直固定于测试样带的相应位置上；指针陀螺7基于测试样带相应位置的偏移量而偏移；尺子8测量指针陀螺的偏移并换算出测试样带相应位置的偏移量。
11.优选地，指针陀螺和尺子摆放于第一和第二测量平台上，指针陀螺的中心可旋转
的固定于平台，指针陀螺具有三条分别间隔120度的指针，且一根指针与悬垂线固定连接。
12.优选地，尺子与指针陀螺中心的距离相比悬垂线与指针陀螺中心的距离为变比δl，当变比δl大于1时，实现对悬垂线位移δl倍的放大并读数。
13.优选地，第一测量单元和第二测量单元固定于测试样带上的位置分别距离测试样带第一、第二端的距离相等。
14.优选地，拉力计与手动葫芦的量程均为5t；并且，拉力计为电子拉力计。
15.优选地，测试架还包括液氮槽6，设置于试样放置架外部，当其内部灌满液氮时，确保测试样带置于77k的液氮环境中。
16.优选地，试样放置架容纳10米的测试样带；并且，测试样带为铜衬芯或长短样超导电缆。
17.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型中一种超导电缆拉伸性能的测试架，能够将测试样带水平放置于试验架上，并对铜衬芯和超导电缆分别进行测试，以及获得在常温和液氮环境等不同情况下的拉伸性能，方法简单、仪器使用简便、成本低、测试准确。
18.本实用新型的有益效果还包括：
19.1、本实用新型中拉伸装置是水平于地面设置的，因此克服了测试过程中重力因素对测量中过程数据和测量结果数据的影响，保证了测试的准确性。
20.2、本实用新型中采用具有一定测量放大倍数的指尖陀螺，从而使得测量结果更加准确可靠，大幅减小了测量误差。并且，本实用新型中的测量仪器十分简单，但是设计方式巧妙，能够以极低的成本，较小的代价，实现对于电缆长度变化的准确测量和评估。
21.3、本实用新型充分地预估了测试试验架的系统误差，在测试开始前，通过拉伸电缆等方式克服了系统误差对测试结果的影响，提高了测试准确性。
附图说明
22.图1为本实用新型中一种超导电缆拉伸性能的测试架中所使用的拉伸测试试验架的示意图；
23.图2为本实用新型中一种超导电缆拉伸性能的测试架中所使用的拉伸测试试验架的测量单元示意图。
24.附图标记：
25.1-试样放置架；
26.2-测试样带；
27.3-拉力计；
28.4-手动葫芦；
29.5-悬垂线；
30.6-液氮槽；
31.7-指针陀螺；
32.8-尺子；
33.9-细焊丝。
具体实施方式
34.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
35.图1为本实用新型中一种超导电缆拉伸性能的测试架中所使用的拉伸测试试验架的示意图。如图1所示，一种超导电缆拉伸性能的测试架，包括试样放置架1、拉力单元、测量单元、测试样带2。试样放置架1一端具有悬挂平台，用于悬挂拉力单元；拉力单元一端固定于悬挂平台上，另一端与测试样带2一端固定连接，用于对测试样带2施加负载，并测量试验过程中施加的负载；测试样带2被放置于试样放置架1上，一端通过拉力单元获得测试拉力，另一端固定于试样放置架1的另一端；测量单元与测试样带2中一点或多点位置绑定，用于测量一点或多点位置在拉力单元施加负载并发生形变时的偏移量。
36.优选地，拉力单元包括拉力计3、手动葫芦4、滑轮和不锈钢钢索；并且，拉力计3悬挂于悬挂平台上，下接手动葫芦4。不锈钢钢索一端穿过手动葫芦4作为拉力提供部，另一端经过滑轮与测试样带2一端固定连接。
37.可以理解的是，当测试样带2被放置于试验架并被测试单元绑定于固定位置时，通过手动葫芦4可以向测试样带2的一端施加逐渐增加或逐渐减小的负载。根据不同的负载大小，测试样带2的拉伸情况会有所不同。此时，通过测量单元测量出固定位置上的偏移量，即可获知测试样带2整体的拉伸情况。与此同时，通过手动葫芦4向测试样带一端施加的负载大小可以通过拉力计3被准确地测量出来。因此，在逐渐增加或逐渐减小负载的情况下，试验可以获取一条测试样带2的应力应变曲线，并根据该曲线精确地计算出测试样带2的杨氏模量。
38.同样地，可以将试验架置于不同的测试环境中，如常温环境或是液氮环境。并且在施加相同负载的情况下，测量出测试样带2在不同环境下的收缩率。
39.优选地，测量单元包括第一测量单元和第二测量单元；并且，第一测量单元和第二测量单元中分别包括一条悬垂线5、一个指针陀螺7和一把尺子8。
40.优选地，悬垂线5悬挂于天花上并穿过指针陀螺7的一个指针垂直固定于测试样带2的相应位置上；指针陀螺7基于测试样带2相应位置的偏移量而偏移；尺子8测量指针陀螺7的偏移并换算出测试样带2相应位置的偏移量。
41.图2为本实用新型中一种超导电缆拉伸性能的测试架中所使用的拉伸测试试验架的测量单元示意图。如图2所示，优选地，指针陀螺和尺子摆放于第一和第二测量平台上，指针陀螺的中心可旋转的固定于平台，指针陀螺具有三条分别间隔120度的指针，且一根指针与悬垂线固定连接。
42.具体来说，该拉伸测试试验架中测量单元的连接方式具体为指针陀螺的中心固定于放置陀螺的平台上，指针陀螺可以以其固定的中心位置为轴进行自由旋转。本实用新型中的指针陀螺上包括三个互相呈120度角的指针，即细焊丝，其中一个指针与悬垂方向上的悬垂线固定连接。本实用新型中可以采用胶水固定或者焊接固定等多种方式进行连接固定。另外，其余的一个或两个指针的远端，可以根据指针陀螺旋转的角度对悬垂线的位移进行测量。
43.可以理解的是，为了准确的测量悬垂线的位移，本实用新型中可以设置悬垂线与指针的固定点距离指针陀螺中心的长度成倍数的小于尺子和另一指针的交界点距离指针
陀螺中心的长度。通过这种方式可以对悬垂线的长度进行呈比例的放大，即便测试过程中会发生误差，但在进行悬垂线位移的换算中，该误差也将成比例的减小。因此，本实用新型中的方法提高了测量的精确程度，准确地获取悬垂线的位移和电缆长度在不同应力作用下的变化特性。
44.将测试样带2置于测试架中，一端与测试架端部固定，另一端与不锈钢钢索连接，将第一和第二悬垂线5绑定于测试样带的相应位置上。通常来说，第一和第二悬垂线5可以分别绑定于测试样带2的前端附近位置和后端附近位置上，并且，第一和第二悬垂线5均垂直于测试样带2以及放置测试样带2的测试架中的放置架上。悬垂线5可以经过固定于指针陀螺7中的一个指针的固定点后，固定在测试样带2上，且在固定后，仍然能够保证悬垂线5的垂直状态。
45.优选地，尺子与指针陀螺中心的距离相比悬垂线与指针陀螺中心的距离为变比δl，当变比δl大于1时，实现对悬垂线位移δl倍的放大并读数。
46.本实用新型中创造性的采用了非常常见的指针陀螺和尺子作为测量工具，成本非常低。但通过尺子与指针陀螺中心的距离相比悬垂线与指针陀螺中心的距离的比例关系，实现了对于悬垂线实际偏移值的放大，同时降低了误差，使得测量结果具有非常准确的效果。
47.另外，采用指针陀螺7的原因在于，由于试样受力时的拉伸量较小，不便于读取，也会造成读数误差。因此，将实际测试样带2的拉伸量放大后再进行数据读取，可在一定程度上减少由于读数而造成的误差。本试验就利用指针陀螺7来对测试样带2的拉伸量进行放大并读数，后续将放大后读取得到的数据通过一定的换算后，得到测试样带2实际的拉伸量。
48.优选地，第一测量单元和第二测量单元固定于测试样带2上的位置分别距离测试样带第一、第二端的距离相等。通过这种设置方法，在计算测试样带2整体的长度变化时，只需要将第一、第二测量单元测量到的固定点的位移量相加即可，能够很大程度上简化计算。
49.优选地，拉力计3与手动葫芦4的量程均为5t；并且，拉力计3为电子拉力计。由于拉力计3与手动葫芦4的量程均为5t，因此可以通过手动葫芦4向测试样带2的一端施加0～5t的负载，以便于测试的进行。在试验进行测量过程时，可以通过手动葫芦4来给测试样带2施加拉力，施加的拉力值可通过观察电子拉力计3的显示读数直接获得。
50.优选地，测试架还包括液氮槽6，设置于试样放置架外部，当其内部灌满液氮时，确保测试样带置于77k的液氮环境中。可以理解的是，设置有液氮槽6后，可以使得测试样带2在试验过程中，处于多种不同的测试环境中。当液氮槽6中未充入液氮时，可以测试测试样带2在常温293k环境下的拉伸性能。当液氮槽6中充入液氮时，可以测试测试样带2在液氮环境中，即77k环境下的拉伸性能。同时，当施加负载不变时，还可以根据常温和液氮环境中测量单元读数的不同而获得测试样带2的收缩率。
51.具体的，可以通过手动葫芦4向不锈钢钢索施加初始应力，以使得测试样带2处于绷直且不发生拉伸形变的状态，此时记录测量单元的读数。而后，向液氮槽6中灌入液氮时，始终保持测试样带的拉力不变，并等待试样降温。由于测试样带2从常温至液氮温度下的收缩量较大，因此可以等待测试样带收缩稳定后，再进行测量。此时，仍然通过测量悬垂线5在尺子8上位置的变化即可获得测试样带2的收缩量。进一步地，测试样带2的收缩率即为收缩量除以测试样带2的长度。
52.优选地，试样放置架1容纳10米的测试样带2；并且，测试样带2为铜衬芯或长短样超导电缆。因此，可以分别对铜衬芯和长短样超导电缆的拉伸性能分别进行测试并分析。
53.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型中一种超导电缆拉伸性能的测试架，能够将测试样带水平放置于试验架上，并对铜衬芯和超导电缆分别进行测试，以及获得在常温和液氮环境等不同情况下的拉伸性能，方法简单、仪器使用简便、成本低、测试准确。
54.本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的实用新型精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。