[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

说明书

本发明公开了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，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超导线材实际的应用环境，所述测量系统模块用于超导线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，测量超导线材或线圈的特征参数。还公开了一种方法：获得高真空环境和低温环境，控制加载系统对高温超导带材与线圈进行应力加载，或者控制磁场系统对高温超导带材与线圈进行磁场加载；控制恒流源对超导带材或者线圈进行电流加载，并记录纳伏表的变化；本发明解决了高温超导带材测试的多场耦合测试问题，填补了国内空白。

技术领域

本发明涉及回旋加速器的领域，具体涉及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。

背景技术

自1911年荷兰物理学家麦林昂尼斯发现汞在低温下具有的“零电阻”的超导特性。到目前超导材料发展早已日新月异，尤其是在1986年后，高温超导材料突破性的进展，将超导的实际运行温度提升到了液氮温区，对于超导的应用具有重大的实际意义。伴随着低温制冷技术的迅速发展，也开始越来越多的人进行超导材料实际应用研究。如：超导电机、超导磁铁、超导电缆等等各方面的应用研究。

相比于低温超导体，高温超导体的出现，由于其相对较低于低温超导体更高的临界磁场，且制冷剂更加的廉价、更易获得，成本的降低不受外界的约束等，尤其二代高温超导带材的出现，更加速推动了高温超导带材的载流特性的研究和应用。

相比于低温超导线材的应用中，高温超导带材与线圈的载流能力更易受到温度、磁场、应力的影响：实际的应用环境中带材与线圈在制造的过程中会受到不同程度应力载荷，以及其超导磁体在运行的过程中会受到温度(温度的扰动)、磁场(自场与外场的影响)、应力(冷却应力)因素影响其载流能力的变化，从而引发超导磁体系统不能正常工作。因此，研究高温超导带材与线圈在不同的温度、应力、磁场下的载流能力大小，对超导磁体的线圈组件、低温系统、失超保护系统等设计非常必要。但截至目前，国际上尚无适用于高温超导带材测试的多场耦合测试系统。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出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，目的在于解决现有技术不能在多场耦合状态下测试高温超导带材载流的问题，填补国内空白。

本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：

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，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超导线材实际的应用环境，其中，低温系统模块用于为超导线材或者线圈测试提供20K～70K低温宽温区的低温环境、模拟超导线材在不同的温度下超导特性；加载系统模块用于模拟超导线材或线圈在绕制、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者线圈测试提供模拟真实超导磁体运行时所受到的磁场环境；所述测量系统模块用于超导线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，测量超导线材或线圈的特征参数。

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，实现对超导线材施加应力应变加载；所述夹具装置用于被加系统模块反复更换，实现对施加拉伸、弯曲、扭转等不同的应力应变。

所述低温系统模块，用于为超导线材提供20K～70K的宽温区的低温环境，该模块包括GM制冷机、制冷剂(冷媒)、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，较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；制冷剂用于循环对超导线材与线圈冷却；加热片用于改变功率、改变低温系统的热损，实现温度在20K～70K的宽温区可调性。