一种高温超导带材载流能力的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及高温超导材料技术领域，具体涉及一种高温超导带材载流能力的测试装置。


背景技术：

2.强磁场技术在工业，医疗，国防和科研领域有广泛的应用。超导磁体在高强磁场领域有广阔的应用前景。但超导磁体运行过程中，需要保证磁体运行温度在超导线的临界温度以下。超导磁体运行温度越高，维持超导磁体低温环境所需的制冷费用越低，因此提高超导磁体运行温度，寻找临界温度高的超导带材是超导磁体发展的重要技术方向。目前具有工程实用价值的高温超导带材，临界温度已达到液氮温区(77k)以上。尽管高温超导磁体理论运行温度可以达到77k以上，但是为了提高运行电流，提高磁体运行的稳定性，降低超导带材初投资，大部分高温超导磁体设计运行温度在30k及以下温度。
3.超导高温超导带材的载流能力是评判高温超导带材临界温度的主要参数，也是进行超导磁体设计的关键数据，需要通过实验测量获取。高温超导带材的载流能力主要由其本体温度、所处位置的磁场强度和磁场方向决定，同时受带材的弯曲半径和应变状态影响。
4.目前高温超导带材在磁场和低温下的测量装置一般为磁场和样品处于同一低温恒温器；更换样品时，需要对样品及磁体退磁和复温，从测试装置中转移已测试的样品，放入新的待测样品。这就造成测试过程繁琐，耗时过长；同时装置可测的磁场小且无法更换,无法满足高载流能力样品的测试要求。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高温超导带材载流能力的测试装置。
6.为实现上述部分或全部或其他目的，本实用新型提供以下技术方案：
7.一种高温超导带材载流能力的测试装置，包括支架、用于放置样品的样品恒温器及为样品提供背景磁场的磁体恒温器；
8.所述样品恒温器连接于设置在所述支架上；所述样品恒温器内部分为第一中空区域和第二中空域，所述第一中空区域用于安装为样品提供冷量的传导冷却装置，所述第二中空域用于放置样品；
9.所述磁体恒温器包含有由第一真空罩与第二真空罩形成的环形真空空间以及放置于所述环形真空空间中的所述磁场线圈组件；所述环形真空空间的中心形成室温孔，所述第二中空域容纳于所述室温孔中。
10.在测试高温超导样品载流能力的过程中，所述第二中空区域容纳于所述室温孔中，启动测试装置，此时所述磁场线圈组件提供背景磁场；样品位于背景磁场中，所述传导冷却装置提供冷量，通过外接电流表测试样品的载流性能。
11.所述支架上设置有涡轮丝杆升降机，所述涡轮丝杆升降机上设置有升降螺母，所
述升降螺母上连接有负载固定台，所述样品恒温器安装于所述负载固定台上。通过设置涡轮丝杆升降机，调节样品恒温器的位置；
12.所述涡轮丝杆升降机上设置有用于调整丝杆高度的升降把手。当测试进行时，通过驱动所述升降把手，使得所述第二中空域插入所述室温孔中；当测试结束或者中途更换样品时，驱动所述升降把手，调节样品恒温器升高，便于单独调整所述样品恒温器或者所述磁体恒温器。
13.所述支架上位于所述涡轮丝杆升降机的两侧设置有滑轨，所述两侧滑轨上分别设置有滑块，所述负载固定台的两侧连接所述滑块。所述滑块沿所述滑轨上下移动，在升降过程中起到导向作用；通过设置滑轨与滑块增加样品恒温器上下移动是的顺滑力。
14.所述负载固定台朝向地面两侧分别与两块金属板活动连接形成三角支撑架,使得样品恒温器处于水平状态。同时三角支撑架保证整个样品恒温器固定台不弯曲。
15.所述支架贴合地面的底面设置有第一滑轮，所述支架在所述滑轨的背面设置推动把手，通过所述推动把手使所述支架及所述样品恒温器移动。
16.所述传导冷却装置包含第一制冷机、真空罩及套设于所述真空罩内部的第一冷屏，所述真空罩包裹所述样品恒温器，所述第一制冷机贯穿设置于所述真空罩顶部的顶板。所述传导冷却装置为样品提供适合样品高温超导特性的温度，同时所述真空罩与所述第一冷屏避免了所述样品恒温器内部与外部温度交换导致内部温度下降的问题。
17.所述第一制冷机包含第一冷级与第二冷级，所述第一冷级贯穿所述顶板与所述第一冷屏，所述第二冷级位于所述第一冷屏内；所述第二冷级包含二级冷头及第二导冷板，所述第二导冷板上设置有用于传动件穿过的孔洞，所述传动件穿过孔洞连接传动机构。此时传动件带动传动机构调整样品位于背景磁场中的角度，可以实现测量样品在背景磁场中呈不同角度下样品的载流特性。
18.所述样品恒温器中设置有样品放置架，所述样品放置架包含驱动把手、调整样品放置角度的传动件及与传动件连接的传动机构，样品放置于样品座中，所述样品座安装于所述传动机构中。传动机构位置调整带动样品座位置调整，进而样品呈现不同角度。
19.所述磁场线圈组件为高温超导线圈组件，所述环形真空空间内套装有第二冷屏，所述第二真空罩内设置有第二制冷机，所述第二制冷机连接有导冷铜板为高温超导线圈组件提供冷量。高温超导材料作为磁场线圈组件的材料具有体积小、重量轻、和传输容量大的优点，可以降低装置占地空间同时降低传输损耗；所述第二制冷机为高温超导线圈组件提供冷量，使其体现高温超导特性，同时设置所述第二冷屏可避免所述磁体恒温器内部与外部温度交换，避免冷量损耗。
20.与现有技术相比，本实用新型提供的一种高温超导带材载流能力的测试装置主要具有以下有益效果：
21.1、通过独立设置样品恒温器与磁体恒温器的结构，此时样品与背景磁场位于两个独立空间，便于在测试间隙更换样品或调整背景磁场场强时单独复温或复磁，节省生产成本及时间。
22.2、在样品恒温器中设置样品放置架，通过驱动把手可以调整样品在背景磁场中的测试角度，可以测量样品与背景磁场呈不同角度下样品的载流特性。
23.3、在样品恒温器与磁体恒温器中设置真空罩及冷屏，可以避免样品恒温器与磁体
恒温器内部与外部热量交换，避免造成热量损耗。
24.4、在磁体恒温器中设置磁场线圈组件，可根据需求更换或调整背景磁场的大小，满足高载流能力样品的测试要求。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型实施例所提供的一种高温超导带材载流能力的测试装置的结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例所提供的一种高温超导带材载流能力的测试装置的支架与样品恒温器的结构示意图；
28.图3为本实用新型实施例所提供的一种高温超导带材载流能力的测试装置的磁体恒温器的结构示意图；
29.图4为本实用新型实施例所提供的一种高温超导带材载流能力的测试装置的样品恒温器中的局部结构示意图。
30.附图标记：支架-100；推动把手-101；第一滑轮-102；涡轮丝杆升降机-103；升降把手-1031；负载固定台-104；滑轨-105；滑块-106；三角支撑架-107；样品恒温器-200；真空罩-201；第一冷屏-202；样品座-203；样品座安装位-2031；传动件-204；驱动把手-205；第一高温超导引线段-206；第一铜引线段-207；电流引线接头-208；第一制冷机-209；第一冷级-2091；第二冷级-2092；顶板-210；第一中空域-211；第二中空域-212；安装座-214；旋转轴-215；旋转轴安装位-2151；换向组件-216；第一圆锥齿轮-216a；第二圆锥齿轮-216b；第一圆柱齿轮-217；第二圆柱齿轮-218；冷却盘-219；磁体恒温器-300；第二滑轮-301；高温超导线圈组件-302；第一真空罩-303；第二真空罩-304；第二冷屏-305；室温孔-306；第二制冷机-307；导冷铜板-308；第二铜引线段-309；第二高温超导引线段-310；电源引线接头-311。
具体实施方式
31.下面将对本实用新型具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.实施例：
33.如图1、图2、图3所示的一种高温超导带材载流能力的测试装置，包括支架100、用于放置样品的样品恒温器200及为样品产生背景磁场的磁体恒温器300。
34.支架100上呈l状，竖直于地面部分一面设置有推动把手101，另一面连接样品恒温器200；平行于地面部分设置有贴地的第一滑轮102，第一滑轮102设置有滑轮锁定装置，避免在测试的过程中装置滑动。推动把手101带动支架100在地面移动。支架100竖直于地面部分设置有涡轮丝杆升降机103，涡轮丝杆升降机103底部设置有固定座。其中涡轮处设置升
降把手1031进行升降，涡轮丝杆升降机103的升降螺母上连接有负载固定台104。支架100上位于涡轮丝杆升降机103的两侧还设有滑轨105，滑轨105上的滑块106与负载固定台104连接，在升降过程中起到导向作用。在本实施例中每侧滑轨105上安装有两个滑块106，在其他实施例中滑块106数量可以按需设置。
35.负载固定台104朝向地面两侧分别与两块金属板活动连接形成三角支撑架107；滑块106固定于三角支撑架107的竖直金属板的上下两端；三角支撑架107使得整个样品恒温器200固定不弯曲，保证样品恒温器200处于水平状态。样品恒温器200安装于负载固定台104上。
36.样品恒温器200包含传导冷却装置、样品放置架以及电流引线结构。样品恒温器200包括相连通的第一中空域211和第二中空域212，第一中空域211为直径较大的中空圆柱空间；第二中空域212位于第一中空域211下方，为直径较小的中空圆柱空间，且与第一中空域211偏心。
37.传导冷却装置包含减少样品恒温器200内部与外部热交换的真空罩201与第一冷屏202，及用于为样品提供冷量的第一制冷机209。第一中空域211和第二中空域212为真空罩201构成的空腔，真空罩201内套装有第一冷屏202，用于减少冷量在传输过程中的损耗。第一制冷机209包含相连接的第一冷级2091和第二冷级2092，第一冷级2091包含相连接的一级冷头和一级导冷板，其中一级冷头安装于真空罩201顶部的顶板210上，并延伸至第一中空域211。第二冷级2092位于第一冷级2091下方，包含相连接的二级冷头和二级导冷板，其中二级冷头连接一级冷头，二级导冷板一侧设有通孔，样品放置架安装于真空罩201顶部的顶板210上，并穿过所述通孔延伸至二级导冷板下方，即第二中空域212内。
38.在本实施例中，第一制冷机209采用小型制冷机的无液氦冷却方式，不需要补充气氦或液氦，降低了装置操作难度，减少了测试成本。
39.样品放置架包含驱动把手205、调整样品放置角度的传动件204及与传动件204连接的传动机构，传动机构连接样品座203。传动件204一端连接位于顶板210上的驱动把手205，通过驱动把手205带动传动件204转动，进而带动传动机构调整样品座203的位置，进而调节样品座203中被测样品的角度，以满足多角度测试的需求。
40.如图4所示，在本实施例中，传动机构包括与传动件204连接的换向组件216、旋转轴215以及连接样品座203的圆柱齿轮组件。传动机构包含于安装座214腔体内。在本实施例中，安装座214为中空圆柱结构。在安装座214两侧相同高度位置分别设置有两个对应的旋转轴安装位2151及两个对应的样品座安装位2031。样品座安装位2031上可转动安装有样品座203。旋转轴安装位2151位于样品座安装位2031的上方，旋转轴215平行于样品座203安装在旋转轴安装位2151上。
41.传动件204穿过设置在安装座214顶部的通孔连接换向组件216，换向组件216包括第一圆锥齿轮216a和第二圆锥齿轮216b，第一圆锥齿轮216a在其转动轴线上开设第一通孔，第一圆锥齿轮216a通过第一通孔固定套设在传动件204的末端；第二圆锥齿轮216b在其转动轴线上设有第二通孔。穿过第二通孔，第二圆锥齿轮216b固定连接有旋转轴215，第一圆锥齿轮216a和第二圆锥齿轮216b相互啮合。
42.旋转轴215两端连接有圆柱齿轮组件，圆柱齿轮组件包括两个第一圆柱齿轮217和两个第二圆柱齿轮218，其中，第一圆柱齿轮217固定安装于旋转轴215两端，第二圆柱齿轮
218与第一圆柱齿轮217相互啮合，此时两个第二圆柱齿轮218中间安装有样品座203，样品放置于样品座203内。
43.此时样品放置架的工作过程如下：
44.驱动把手205带动传动件204转动，进而带动第一圆锥齿轮216a转动，第一圆锥齿轮216a与第二圆锥齿轮216b相互啮合进而带动穿过第二圆锥齿轮216b的旋转轴215转动，旋转轴215连接圆柱齿轮组件，因此旋转轴215带动第一圆柱齿轮217转动，进而带动与第一圆柱齿轮217相啮合的第二圆柱齿轮218转动，第二圆柱齿轮218转动带动样品座203转动，此时放置于样品座203内的样品呈现不同测试角度。
45.在本实施例中，安装座214连接有冷却框架，冷却框架上端连接二级导冷板，下端连接有冷却盘219，冷却盘219底部设置有若干导冷带，用于冷却样品座203。冷量从二级导冷板传输至冷却框架，进而从冷却框架传输至位于冷却盘219上的导冷带，为位于样品座203中的样品提供冷量。
46.电流引线结构包含有两段第一铜引线段207、两段第一高温超导引线段206及两个设置于顶板210上的电流引线接头208。第一铜引线段207室温端连接电流引线接头208，第一铜引线段207与第一高温超导引线段206的连接接头位于一级导冷板上，第一高温超导引线段206另一端连接样品，电流引线接头208外接电流表；此时，外接电流表的电流引线接头208、两段第一铜引线段207、两段第一高温超导引线端206及样品形成完整回路，当样品在背景磁场中产生电流时，可通过外接电流表获得此时电流数据。此时，第一制冷机209为第一高温超导引线段206提供冷量使其发挥高温超导特性。
47.磁体恒温器300包含磁场线圈组件和第二制冷机307。所述磁场线圈组件位于第一真空罩303与第二真空罩304形成的环形真空空间中，在所述环形真空空间的中心形成室温孔306；所述环形真空空间内部套装有第二冷屏305，隔绝第一真空罩303与第二真空罩304内部与外部温度交换；室温孔306形状与样品恒温器200的下部空间形状相仿，其内径略大于样品恒温器200下部空间的外径，使样品恒温器200的下部即第二中空域212位于室温孔306内。在本实施例中，磁场线圈组件为4k的超导线圈组件302，在其他实施例中，可根据需求调整磁场线圈组件的材料及参数。磁体恒温器300底部设置有第二滑轮301，便于推动磁体恒温器300使室温孔306正对第二中空域212。第二制冷机307位于磁场线圈组件一侧，第二制冷机307为二级制冷机，其二级导冷板连接有导冷铜板308，并通过导冷铜板308将冷量导至高温超导线圈组件302，使得高温超导线圈组件302发挥高温超导特性。电源引线结构包含两段第二铜引线段309、两段第二高温超导引线段310以及两个电源引线接头311。第二铜引线段309室温端与电源引线接头311连接，低温端与第二高温超导引线段310连接且连接头位于第二制冷机307的第二冷级上，第二高温超导引线段310另一端与高温超导线圈组件302内部引出的导线部分连接。电源引线接头311外接外部电源为高温超导线圈组件302供电，第二制冷机307为高温超导线圈组件302提供冷量。启动外接电源，此时磁体恒温器300可产生背景磁场。在本实施例中，磁体恒温器300中的第二制冷机307与样品恒温器200中的第一制冷机209型号相同，在其他实施例中可根据需求选择不同型号品种。
48.在高温超导带材载流能力的测试装置的测试过程中，将样品放置于样品恒温器200的样品座203中，推动磁体恒温器300，使样品恒温器200的第二中空域212正对磁体恒温器300的室温孔306，驱动升降把手1031使得旋转涡轮丝杆升降机103带动样品恒温器200沿
滑轨105向下滑动，使得第二中空域212插入室温孔306中；调整驱动把手205带动样品座203转动，使样品处于所需角度；开启外接电源，使得高温超导线圈组件302产生背景磁场，查看外接电流表获得电流数据。
49.以上对本实用新型所公开的一种高温超导带材载流能力的测试装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的结构及工作原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求保护的范围内。