磁感线圈法测量超导线中输运电流装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁感线圈法测量超导线中输运电流装置，属于超导应用技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：测量原理为：超导线中输运直流电流时，在其外面形成稳恒的静磁场，在导线外放置开口线圈，如果线圈做垂直导线和线圈中心点所在的平面旋转，则在线圈中产生感生电动势，通过测量这一感生电动势间接测量输运电流；整个装置改进刚性罗柯夫斯基线圈测量超导线中的输运电流，装置探头部件是刚性罗柯夫斯基线圈由通过底部固定在自制支架上的的步进电机驱动，实现通过探头检测线圈里磁通量对时间的变化，相当于罗柯夫斯基线圈在测量交流电流的变化磁场，实现满足罗柯夫斯基线圈测试条件。

A device for measuring the transport current in superconducting wire by magnetic induction coil method

【技术实现步骤摘要】
磁感线圈法测量超导线中输运电流装置
本专利技术属于超导应用
，具体涉及一种磁感线圈法测量超导线中输运电流装置。
技术介绍
高温超导电缆具有特大电流密度和超低输电损耗等特点，并具有节能、零电磁干扰、非爆炸性、不可燃及无毒等环保优势，是一种极具应用前景的大容量紧凑型输电电缆，超导技术是解决目前电力系统中上述困难的有效途径。随着高温超导材料及相关技术的不断进步，高温超导电缆逐渐从实验室走向实际并网运行，但是截至目前，实际并入电网的高温超导电缆项目都是针对交流输电的场合而研究和设计的。事实上，高温超导材料的零电阻特性只有在直流应用条件下才能满足，而在交流应用中，不可避免的存在交流损耗。而且相对交流输电而言，直流输电本身具有更灵活的控制特性。近年来，超导电力装置的研究也取得了巨大进步。然而，超导电力装置的应用却带来一些新的问题，特别是在系统的大电流下，超导装置的失超是一个比较严重的问题，将直接危害到装置和系统的安全。这都要求能够准确的在线测量和控制超导线中输运的电流。然而超导线中输运电流一般很大，霍尔片饱和失效；超导的一个基本特性是零电阻，直流超导时电流的热效应趋近零；也没有电磁能量的交换不发生电磁辐射——电磁能量是静态的，这些都为测量带来了麻烦。目前测量直流大电流主要有以下几种方法：分流器法、磁调制法、核磁共振法、磁光效应法、霍尔效应法、罗柯夫斯基线圈法、直流比较仪法等，这些方法是对常规导导线的测量，都不能直接应用于超导线的在线测量。可是超导电力装置的性能检测技术与增强超导电力技术的可靠性密切相关。为使超导电力装置进入电力系统，必须研究其检测方法、检测标准等关键技术，以实现对研制开发的超导电力装置进行全面而科学的性能检测，保证运行的超导电力装置具有良好的技术和可靠的运行性能。但是，目前对超导线中输运直流电流进行测量还没有有效的手段。罗柯夫斯基线圈是一种交流电流传感器，是一个空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量，对导体、尺寸都无特殊要求，具有较快的瞬间反应能力等优点。广泛应用在高频、大电流测量。研究能否改进使用罗柯夫斯基线圈原理测量直流超导线中输运电流，制备工程上测量超导线中直流输运电流装置是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决对工程应用的超导线中输运直流电流进行测量的问题，本专利技术提供了一种磁感线圈法测量超导线中输运电流装置。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，磁感线圈法测量超导线中输运电流装置在于：当超导线中输运直流电流时，在其外面形成稳恒的静磁场，在导线外放置开口线圈，如果线圈做垂直导线和线圈中心点所在的平面旋转，则在线圈中产生感生电动势。根据毕奥-萨伐尔定律任意载流电流I的导线在线外距离为r的点P处的磁感强度为：设线圈面积为S，线圈匝数为N，线圈的转角速率为W，则线圈感生电动势为：式中L1，L2分别为导线中心距线圈上下边沿距离，θ为相位，则通过测量这一感生电动势通过计算间接得到测量输运电流。由于罗柯夫斯基线圈主要是通过测量交流电流的交流磁场，进而测得导线中的电流，所以不能直接使用罗柯夫斯基线圈测量超导线中输运直流电流，本专利技术装置改进刚性罗柯夫斯基线圈测量超导线中的输运电流。根据相对运动关系，在测直流电流外稳定的磁场时，让近超导线外放置的线圈，用刚性罗柯夫斯基线圈由步进电机驱动运动，实现通过探头检测线圈里磁通量对时间的变化，相当于罗柯夫斯基线圈在测量交流电流的变化磁场，实现满足罗柯夫斯基线圈测试条件。整个装置是探头部件刚性罗柯夫斯基线圈由通过底部固定在自制支架上的的步进电机驱动，积分运算放大电路模块和数字显示等模块可采用罗柯夫斯基线圈检测设备，通过修改进植入本装置参数，使用时把设备卡在超导输运线上进行测量读数。进一步优选，所述探头刚性罗柯夫斯基线圈型号LS-N-1000；进一步优选，所述步进电机百格拉步进电机型号VRDM31122/LWB；进一步优选，所述设置步进电机转速50转/秒。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：采用改进刚性罗柯夫斯基线圈法测量超导线中输运电流装置改变了罗柯夫斯基线圈不能测直流电流特性；解决了在线测量超导线中大输运电流的问题；与常用测直流电的霍尔传感器相比本方法受测量环境温度影响较小，不会出现大电流（超导线理论输运电流MA量级）下霍尔传感器的半导体饱和失效；本设备不仅可以测量超导线中大输运电流，还可以测普通导线大直流电流。附图说明图1是本专利技术实施例设备测量原理示意图。图中1)导线及直流电流方向，2)电流的磁场，3)线圈；图2是本专利技术实施例装备示意图。图中1)支架的三抓，2)超导线，3)支架的竖杆，4)底座，5)探头的线圈，6)探头线圈的驱动和结果数显；图3是本专利技术实施例探头线圈与驱动装备示意图。图中1)探头线圈，2)步进电机；图4是本专利技术实施例测量电流与实际电流对比表。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例如图1所示本专利技术设备测量原理在通电导线外放置旋转线圈，由于电线中电流在外形成磁场，线圈做垂直导线和线圈中心点所在的平面旋转，则在线圈中产生感生电动势。线圈中产生感生电动势和通电导线中电流I大小，线圈面积和转速，以及磁针与通电导线间的距离有关。当线圈和转速确定，放在超导线外距离不变，如图2本专利技术实施例装备示意图所示，在探头线圈转速一定情况下，固定探头的支架三抓卡住通电超导线，即使通电超导线粗细有些变化，但总能保持超导线中心线距离探头保持不变。探头线圈由底部步进电机驱动旋转，如图3所示，即使直流电流稳恒磁场，让线圈旋转，使通过线圈面的磁通量变化，即可满足罗柯夫斯基线圈法测量电流的条件，通过积分运算放大电路模块，由数字显示装置输出结果。图4是本专利技术设备在一般直流导线和电解铝线路实验测量电流与实际电流对比表，由表中数据对比分析可知，测量值和实际电流十分接近，也说明本设备能准确测量量程范围较广的电流值。以上实施例描述了本专利技术的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术原理的范围下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本专利技术保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.磁感线圈法测量超导线中输运电流装置，其特征在于：/n（1）测量原理为：超导线中输运直流电流时，在其外面形成稳恒的静磁场，在导线外放置开口线圈，如果线圈做垂直导线和线圈中心点所在的平面旋转，则在线圈中产生感生电动势，通过测量这一感生电动势间接测量输运电流；/n（2）整个装置改进刚性罗柯夫斯基线圈测量超导线中的输运电流，装置探头部件是刚性罗柯夫斯基线圈由通过底部固定在自制支架上的的步进电机驱动，实现通过探头检测线圈里磁通量对时间的变化，相当于罗柯夫斯基线圈在测量交流电流的变化磁场，实现满足罗柯夫斯基线圈测试条件，由数字显示装置输出结果。/n

【技术特征摘要】
1.磁感线圈法测量超导线中输运电流装置，其特征在于：
（1）测量原理为：超导线中输运直流电流时，在其外面形成稳恒的静磁场，在导线外放置开口线圈，如果线圈做垂直导线和线圈中心点所在的平面旋转，则在线圈中产生感生电动势，通过测量这一感生电动势间接测量输运电流；
（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志超，刘岩，王金龙，申建芳，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：河南;41