[发明专利]多场耦合下高温超导带材与线圈载流能力测试装置和方法

权利要求书

1.一种多场耦合下高温超导带材与线圈载流能力测试实验装置，其特征在于：该装置包括加载系统模块、低温系统模块、磁场系统模块、测量系统模块；所述加载系统模块、低温系统模块、磁场系统模块用于综合模拟高温超导带材实际的应用环境，其中，低温系统模块用于为高温超导带材或者线圈测试提供20K~70K低温宽温区的低温环境、模拟高温超导带材在不同的温度下超导特性；加载系统模块用于模拟高温超导带材或线圈在绕制、冷却时所受到弯曲、扭转、拉伸应力；所述磁场系统模块用于模拟高温超导带材或线圈测试所需的不同磁场环境；所述测量系统模块用于高温超导带材或线圈在受到温区扰动、磁场扰动、以及应力应变的状态下，测量高温超导带材或线圈的特征参数；

所述低温系统模块用于为高温超导带材提供20K~70K的宽温区的低温环境，该低温系统模块包括GM制冷机、制冷剂、温度传感器、真空杜瓦、制冷剂罐、加热片、抽气机组、安全阀、压力表；其中真空杜瓦是通过真空抽气机组获得一个高真空环境，以实现内外的真空隔热，减少内外之间的热传导、热辐射以及热交换，降低热损；GM制冷机用于获得最低20K低温，并冷却制冷剂，将制冷剂也冷却到20K；制冷剂用于循环对高温超导带材与线圈冷却；加热片用于改变功率、改变低温系统模块的热损，实现温度在20K~70K的宽温区可调性；

所述测量系统模块用于利用PLC和数据采集卡采集监测测试实验台架的环境条件，获取高温超导带材和线圈的测试参数；该测量系统模块包括恒流源、纳伏表、真空计、应变计、温度计、PLC以及数据采集卡；

温度情况一：通过控制低温系统模块使得高温超导带材与超导线圈处于某一温度的下，控制恒流源不断的改变，检测纳伏表测得高温超导带材与线圈的电压超过一定值时，即判断此时为高温超导带材与线圈的最大载流能力；

应力情况一：通过控制加载系统模块使得高温超导带材与超导线圈处于某一应力应变的下，控制恒流源不断的改变，检测纳伏表测得高温超导带材与线圈的电压超过一定值时，即判断此时为高温超导带材与线圈的最大载流能力；

多场耦合情况一：通过控制低温系统模块和加载系统模块使得高温超导带材与超导线圈处于某一多场耦合下，控制恒流源不断的改变，检测纳伏表测得高温超导带材与线圈的电压超过一定值时，即判断此时为高温超导带材与线圈的最大载流能力；

三个模拟环境的独立系统通过载流能力实现桥接关系，所述独立系统包括低温系统模块、加载系统模块、磁场系统模块；所述桥接关系就是这三个系统之间虽然没有直接的关系，但是每个模拟环境的独立系统对于载流能力的单独影响会干扰和影响另一个模拟环境的独立系统对载流能力的单独影响：加载系统模块对载流能力的变化会影响低温系统模块对载流能力的影响；磁场系统模块也会因为其对载流能力的影响而影响到其它模拟环境的独立系统对载流能力的影响；三个模拟环境的独立的系统其中任何一个都会对另外两个产生影响，但不是直接作用的影响，而是通过载流能力产生的影响。

2.根据权利要求1所述载流能力测试实验装置，其特征在于：所述加载系统模块包括伺服电机、丝杠、夹具装置，通过伺服电机带动丝杠传动到夹具装置上，实现对高温超导带材施加应力应变加载；所述夹具装置用于加载系统模块反复更换，实现对施加拉伸、弯曲、扭转不同的应力应变。

3.根据权利要求1所述载流能力测试实验装置，其特征在于：所述磁场系统模块包括线圈组件、电源，通过调节电源改变线圈组件电流的大小，以实现对磁场大小的的改变。

4.基于权利要求1所述的一种多场耦合下高温超导带材与线圈载流能力测试实验装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、获得一个高真空环境和低温环境，所述的高真空环境的真空度好于5.0×10-4Pa；所述的低温环境为20K~70K之间的低温环境；

步骤二、依据实验所要求的实验环境条件参数，控制加载系统模块对高温超导带材与线圈进行应力加载，利用应变计测量其当前所受到的应力大小；或者控制磁场系统模块对高温超导带材与线圈进行磁场加载，利用霍尔传感器计测量其当前所受到的磁感应强度大小；

步骤三、当达到实验环境所要求的条件时，控制恒流源对高温超导带材或者线圈进行电流加载，并记录纳伏表的变化，直至其发生失超时，记录此时恒流源的电流以及纳伏表的电压。