一种用于高温超导带材的在线温度监测系统技术方案

一种用于高温超导带材的在线温度监测系统，其包括：1)高温超导磁体系统；2)传导冷却制冷系统，该制冷系统包括制冷机冷头、铜导冷连接盘及铜导冷骨架；3)低温杜瓦系统；4)温度测试装置；该温度测量装置包括：渗碳陶瓷温度传感器、测量用锰铜线、温度变送器、第一光纤转换器、光纤、第二光纤转换器计算机、压接铜片、渗碳陶瓷温度传感器和及低温高真空脂。测量用锰铜线的中间部分包覆在铜导冷骨架上的导热绝缘层上。渗碳陶瓷温度传感器直接压靠在高温超导带材的表面，两端通过焊接直接固定到高温超导带材的表面。低温高真空脂填充在压接铜片与渗碳陶瓷温度传感器和高温超导带材之间的缝隙中，辅助固定渗碳陶瓷温度传感器并导热。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于高温超导带材的在线温度监测系统，其包括：1)高温超导磁体系统；2)传导冷却制冷系统，该制冷系统包括制冷机冷头、铜导冷连接盘及铜导冷骨架；3)低温杜瓦系统；4)温度测试装置；该温度测量装置包括：渗碳陶瓷温度传感器、测量用锰铜线、温度变送器、第一光纤转换器、光纤、第二光纤转换器计算机、压接铜片、渗碳陶瓷温度传感器和及低温高真空脂。测量用锰铜线的中间部分包覆在铜导冷骨架上的导热绝缘层上。渗碳陶瓷温度传感器直接压靠在高温超导带材的表面，两端通过焊接直接固定到高温超导带材的表面。低温高真空脂填充在压接铜片与渗碳陶瓷温度传感器和高温超导带材之间的缝隙中，辅助固定渗碳陶瓷温度传感器并导热。【专利说明】-种用于高温超导带材的在线温度监测系统
本专利技术涉及一种用于高温超导带材的温度监测系统。
技术介绍
1911年，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现了超导体。超导体具有零电阻、完全 抗磁性和量子隧道效应等奇特的物理特性，超导体自从其被发现一来，超导电性及其应用 一直是当代科学技术中最活跃的前沿研究领域之一，在能源、信息、交通、科学仪器、医疗技 术、国防以及重大科学工程等方面均具有重要的应用价值。 超导电性是1911年由荷兰物理学家Onnes首先在汞中发现的。它指超导体在温度 下降到某一值时，电阻突然消失的现象。这个特征温度被定义为临界转变温度Tc。自从那 时起，物理学家和材料科学家们在超导电性的实验和理论研究方面进行了不懈的努力。超 导体具有三种基本特性：零电阻、抗磁性和宏观量子特性。1986年以前，人们发现的Tc最 局的超导体是Nb 3Ge，23. 2K。1986年4月Bednorz和Muller发现了 LaBaCuO超导体，其Tc 超过30K，随后发现了 Tc高于90K的YBC0超导体，从而揭开了超导电性研究的新纪元。 超导材料是超导技术得以广泛应用的基础，超导材料主要分为低温超导材料（以 NbTi和Nb3Sn为代表）和高温超导材料（以YBCO、BSCCO、TBCC0等为代表）。几十年来的 努力使超导材料研究和实用化都取得了很大进展。传统的低温超导材料，特别是以NbTi合 金和Nb 3Sn合金为主的低温超导材料，由于其具有优良的机械加工性能及超导电性，从上实 际80年代开始一直处于超导市场的主导地位。一些科研工程项目，如加速器、热核聚变堆 以及质子对撞机等都需要大量的NbTi和Nb 3Sn超导材料；目前，医学核磁共振成像的磁体 大都用的是低温超导材料。但是，由于低温超导材料只能工作在4. 2K的液氦温区，低温环 境成为超导技术大规模应用的瓶颈。 以YBC0、BSCC0、TBCC0等为代表的高温超导材料可以工作在液氮温区（77K)、甚至 液化天然气温区（113K)，由于氮气资源的极其丰富以及77K的液氮温区比液氦温度高出73 度，带来制冷成本的大大降低，使得超导技术的大规模工业化应用成为可能。目前以BSCC0 高温超导带材为代表的第一代高温超导带材已经进入产业化阶段，并开始用于实用化超导 设备及装置研发。以YBC0涂层导体为代表的第二代高温超导带材，由于其在高场下载流能 力大大优于第一代BSCC0高温超导带材，在近年来成为超导材料领域的研究热点，美国和 曰本相继开展了大规模研究计划，投入了大量的人力物力，同时也取得了很好的研究成果。 超导电力技术是利用超导体的无阻高密度载流能力及超导体的超导态-正常态 相变的物理特性发展起来的应用技术。近二十年来，采用超导电力技术，已在超导输电，限 流器，变压器，储能，电机等超导电力装置的研制与示范应用方面取得了良好的成绩。利用 超导电力技术，不仅可以明显改善电能的质量，提高电力系统运行的稳定性和可靠性，降低 电压等级，提高电网的安全性，使超大规模电网的实现成为可能，而且还可以大大提高单机 容量和电网的输送容量，并大大降低电网的损耗。不仅如此，通过超导储能还可以大大改善 可再生能源的电能质量，并使其与大电网有效地联结。 近年来，我国也在超导电力技术方面取得了重大进展，在高温超导限流器方面，先 后研制出10. 5kV/l. 5kA三相改进桥路型、35kV/90MVA饱和铁芯型和220kV/800A饱和铁芯 型高温超导限流器样机，并挂网试验运行；在高温超导变压器方面，先后研制成功了我国首 台630kVA、10. 5kV/400V三相变压器和300kVA、25kV/860V单相变压器样机；以及在高温超 导储能方面，先后研制出100kJ/25kV、500kJ/150kVA和35kJ/7kW的高温超导储能样机等 等。而以上这些高温超导电力装置的核心部件，就是高温超导磁体系统。 随着高温超导技术的不断发展，以及第二代高温超导带材制备技术的突破，基于 第二代高温超导带材所研发的高温超导磁体系统正在进入实用化的新阶段，并具有广泛的 应用前景。而第二代高温超导带材所绕制的高温超导磁体局部过热是可能导致高温超导磁 体失超或者烧毁的关键因素，从而有侧重的对高温超导磁体内部的温度薄弱点进行监控， 对于基于第二代高温超导带材所研制的高温超导磁体来说非常重要。然而，高温超导磁体 的主要构成部分高温超导带材一般都处于高电压、强磁场的环境下，对于温度监测比较困 难。尤其对于传导冷却条件下的高温超导磁体，不但需要对其进行局部是否过热的温度监 控，而且监控系统的本身要保证不能随便引入外部热量，而加剧潜在的过热点的危险性，因 为针对第二代高温超导带材，带材本身超导层非常薄，单位长度超导带材体积小，从而热容 小，失超时温度上升快，一旦温度过热，非常容易烧断，从而导致整个磁体系统的失超并烧 毁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提出开发一种用于高电压、强磁场、低温 传导冷却条件下的高温超导带材的在线温度监测系统。本专利技术，能够更精确和方便地测试 进行在高电压、强磁场、低温传导冷却条件下的高温超导磁体内部的高温超导带材的温度 测试。 本专利技术用于高温超导带材的在线温度监测系统，包括： 1)高温超导磁体系统，所述高温超导磁体系统包括：高温超导带材和传导冷却超 导磁体骨架，所述高温超导带材绕制在所述传导冷却超导磁体骨架上； 2)传导冷却制冷系统，所述传导冷却制冷系统包括：制冷机冷头、铜导冷连接盘 和铜导冷骨架。所述制冷机冷头与所述铜导冷盘连接；所述铜导冷骨架的一端与所述铜导 冷连接盘连接，所述铜导冷骨架用于对所述高温超导磁体系统进行传导冷却； 3)低温杜瓦系统，所述低温杜瓦系统包括：低温杜瓦和低温杜瓦盖板。高温超导 磁体系统、制冷机冷头、铜导冷连接盘，以及所述铜导冷骨架置于低温杜瓦内。低温杜瓦盖 板覆盖在低温杜瓦的开口上，形成真空密封结构； 4)温度测试装置，所述温度测试装置包括安装在所述高温超导带材的表面的渗碳 陶瓷温度传感器。在所述高温超导带材绕制完毕，并且安装渗碳陶瓷温度传感器后，用环氧 固化剂对传导冷却超导磁体骨架、高温超导带材和渗碳陶瓷温度传感器进行浸渍固化； 测量用锰铜线，所述测量用锰铜线的一端与所述渗碳陶瓷温度传感器的引出线通 过焊接而彼此连接； 导热绝缘层，所述导热绝缘层包覆在所述铜导冷骨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高温超导带材的在线温度监测系统，包括：1)高温超导磁体系统(6)，所述高温超导磁体系统(6)包括：高温超导带材(1)和传导冷却超导磁体骨架(2)；所述高温超导带材(1)绕制在所述传导冷却超导磁体骨架(2)上；2)传导冷却制冷系统，所述传导冷却制冷系统包括：制冷机冷头(10)、铜导冷连接盘(9)和铜导冷骨架(8)；所述制冷机冷头(10)与所述铜导冷连接盘(9)连接；所述铜导冷骨架(8)的一端与所述铜导冷连接盘(9)连接，所述铜导冷骨架(8)用于对所述高温超导磁体系统(6)进行传导冷却；3)低温杜瓦系统，所述低温杜瓦系统包括低温杜瓦(13)和低温杜瓦盖板(12)；所述的高温超导磁体系统(6)、制冷机冷头(10)、铜导冷连接盘(9)和铜导冷骨架(8)置于所述的低温杜瓦(13)内；所述的低温杜瓦盖板(12)覆盖在所述低温杜瓦(13)的开口上，形成真空密封结构；4)温度测试装置，其特征在于，所述温度测试装置包括：安装在所述高温超导带材(1)的表面的渗碳陶瓷温度传感器(4)，在所述高温超导带材(1)绕制完毕并且所述渗碳陶瓷温度传感器(4)安装后，用环氧固化剂(3)对所述传导冷却超导磁体骨架(2)、所述高温超导带材(1)和所述渗碳陶瓷温度传感器(4)进行浸渍固化；测量用锰铜线(5)，所述测量用锰铜线(5)的一端与所述渗碳陶瓷温度传感器(4)的引出线通过焊接而彼此连接；导热绝缘层(7)，所述导热绝缘层(7)被包覆在所述铜导冷骨架(8)的外周上，所述测量用锰铜线(5)的中间部分被大致螺旋形状地缠绕在所述导热绝缘层(7)上；温度变送器(14)，所述测量用锰铜线(5)的另一端和所述温度变送器(14)电连接；第一光纤转换器(15)，所述第一光纤转换器(15)通过信号线与所述温度变送器(14)电连接，所述第一光纤转换器(15)用于将电信号转化成光信号；光纤(16)，所述光纤(16)的一端与所述第一光纤转换器(15)光连接，所述光纤(16)用于进行光信号的传输；第二光纤转换器(17)，所述光纤(16)的另一端与所述第二光纤转换器(17)光连接，所述第二光纤转换器(17)用于将光信号再转化为电信号；计算机(18)，所述计算机(18)通过信号线与所述第二光纤转换器(17)电连接，用于对由所述第二光纤转换器(17)转化过来的电信号进行采集、显示、分析和处理；压接铜片(19)，所述压接铜片(19)的中间部分将所述渗碳陶瓷温度传感器(4)直接压靠在所述高温超导带材(1)的表面，所述压接铜片(19)的两端通过焊接直接固定在所述高温超导带材(1)的表面，用以将所述渗碳陶瓷温度传感器(4)紧固在所述高温超导带材(1)的表面；低温高真空脂(20)，所述低温高真空脂(20)填充在所述压接铜片(19)与所述渗碳陶瓷温度传感器(4)和所述高温超导带材(1)之间的缝隙中，用于辅助固定所述渗碳陶瓷温度传感器(4)，并且起导热作用。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许熙，马韬，李侠，郭文勇，牛帅，张京业，王玉平，戴少涛，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，中国西电电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11