用于测试超导带材载流特性的系统和方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种用于测试超导带材载流特性的系统和方法。系统包括密封容器、加热装置、恒温装置、温度传感器、电压电流测量装置和控制装置。加热装置用于加热密封容器内的液氮；恒温装置用于将超导带材夹在内部以保持超导带材恒温，在测试时间开始前，液氮浸没恒温装置和加热装置；温度传感器用于检测超导带材的温度；电压电流测量装置用于测量超导带材的电压信号和电流信号；控制装置为超导带材提供测试电流，为加热装置提供加热电流，并基于温度信号、电压信号和电流信号确定超导带材在各目标温度下的载流特性。上述系统和方法可测试超导带材在高于77K，特别是85‑90K的温度下的载流特性。

【技术实现步骤摘要】
用于测试超导带材载流特性的系统和方法
本专利技术涉及超导带材
，更具体地涉及一种用于测试超导带材载流特性的系统和方法。
技术介绍
随着西气东输，西电东送等工程的陆续启动，气电同时输送进入超导研究的视野。可以根据液化天然气(LNG)和电力对低温环境的共同需求，使用混合工质作为超导电缆的冷却剂，实现LNG和电力的一体化输送。例如，在超导直流能源管道的基础研究项目中，利用天然气输送管道内流动的LNG以及其他类型液体燃料作为超导电缆的制冷剂，在管道内架设超导电缆，同时实现超导电力运输，达到电力/LNG输送一体化。在能源管道中，超导电缆与LNG共用制冷系统、绝热管道和制冷站，能降低综合成本、提高能源利用效率，为能源互联网建设提供了先进技术方案。在上述能源管道中超导电缆工作在85-90K的混合工质温区。但是目前拟用于高温超导电缆本体的Bi-2223超导带材，国内外只有其在常压液氮温区(77K)下的载流特性数据，缺乏在85-90K温区下的载流特性的实验数据。
技术实现思路
考虑到上述问题而提出了本专利技术。本专利技术提供了一种用于测试超导带材载流特性的系统和方法。根据本专利技术一个方面，提供了一种用于测试超导带材载流特性的系统，包括：密封容器，密封容器包括容器本体和容器盖，容器本体用于容纳液氮，容器盖具有电压引线端子、电流引线端子、温度引线端子和加热电源端子；加热装置，用于在测试时间内布置在容器本体内部并用于加热液氮，加热装置具有用于连接至加热电源端子的加热引线，测试时间是测试超导带材的载流特性的时间；恒温装置，用于在测试时间内布置在容器本体内部，恒温装置包括左侧恒温组件、右侧恒温组件以及位于左侧恒温组件和右侧恒温组件之间的中间恒温组件，左侧恒温组件、右侧恒温组件和中间恒温组件中的每一个的热导率高于预设热导率阈值并且比热容高于预设比热容阈值，其中，中间恒温组件用于在测试时间内将超导带材的中间带材段夹在内部，并且中间恒温组件与超导带材相互绝缘，左侧恒温组件和右侧恒温组件分别用于在测试时间内将超导带材的左侧带材段和右侧带材段夹在各自内部，并且左侧恒温组件和右侧恒温组件与超导带材电气连通，其中，左侧恒温组件和右侧恒温组件分别连接有用于连接至电流引线端子的电流引线，中间带材段连接有用于连接至电压引线端子的电压引线；温度传感器，用于在测试时间内布置在超导带材周围预设距离内，以检测超导带材的温度，温度传感器具有用于连接至温度引线端子的温度引线；电压电流测量装置，用于在测试时间内与电压引线端子和电流引线端子连接并测量对应的电压信号和电流信号；控制装置，用于在测试时间内与电流引线端子、温度引线端子、加热电源端子和电压电流测量装置连接，用于经由电流引线端子为超导带材提供测试电流，经由加热电源端子为加热装置提供加热电流，经由温度引线端子接收温度传感器输出的温度信号，接收电压电流测量装置输出的电压信号和电流信号，并基于温度信号、电压信号和电流信号确定超导带材在各目标温度下的载流特性，其中，在测试时间开始前，液氮浸没恒温装置和加热装置。示例性地，控制装置包括冲击电流发生器和/或直流电源，冲击电流发生器用于在测试时间内经由电流引线端子为超导带材提供冲击电流，直流电源用于在测试时间内经由电流引线端子为超导带材提供直流电流，测试电流包括冲击电流和/或直流电流，电流信号包括与冲击电流相对应的冲击电流信号和/或与直流电流相对应的直流电流信号；控制装置还包括控制单元，控制单元用于基于温度信号、电压信号和冲击电流信号确定超导带材在各目标温度下的短路电流冲击特性，和/或基于温度信号、电压信号和直流电流信号确定超导带材在各目标温度下的临界电流，载流特性包括短路电流冲击特性和临界电流。示例性地，控制装置还包括双掷开关转换装置，冲击电流发生器和直流电源经由双掷开关转换装置与电流引线端子连接，双掷开关转换装置用于控制输入电流引线端子的电流在冲击电流和直流电流之间切换。示例性地，中间恒温组件具有电压引线凹槽和温度引线凹槽，电压引线凹槽用于容纳电压引线，温度引线凹槽用于容纳温度引线。示例性地，温度传感器紧贴超导带材布置，和/或温度传感器采用热敏电阻实现。示例性地，中间带材段采用绝缘胶带包裹。示例性地，中间恒温组件、左侧恒温组件和右侧恒温组件采用铜块实现。示例性地，电压电流测量装置包括霍尔元件和电压表，霍尔元件用于在测试时间内与电流引线端子连接并测量对应的电流信号；电压表用于在测试时间内与电压引线端子连接并测量对应的电压信号。示例性地，恒温装置还包括固定板，中间恒温组件包括第一中间恒温件和第二中间恒温件，第一中间恒温件用于在测试时间内通过第一连接件固定在固定板上，第二中间恒温件用于在测试时间内通过第二连接件固定在第一中间恒温件上，其中，在测试时间内，第一中间恒温件和第二中间恒温件贴合，中间带材段夹在第一中间恒温件和第二中间恒温件之间。示例性地，左侧恒温组件包括第一左侧恒温件和第二左侧恒温件，第一左侧恒温件用于在测试时间内通过第三连接件固定在固定板上，第二左侧恒温件用于在测试时间内通过第四连接件固定在第一左侧恒温件上，其中，在测试时间内，第一左侧恒温件和第二左侧恒温件贴合，左侧带材段夹在第一左侧恒温件和第二左侧恒温件之间。示例性地，右侧恒温组件包括第一右侧恒温件和第二右侧恒温件，第一右侧恒温件用于在测试时间内通过第五连接件固定在固定板上，第二右侧恒温件用于在测试时间内通过第六连接件固定在第一右侧恒温件上，其中，在测试时间内，第一右侧恒温件和第二右侧恒温件贴合，右侧带材段夹在第一右侧恒温件和第二右侧恒温件之间。示例性地，密封容器是杜瓦。根据本专利技术另一方面，提供了一种用于测试超导带材载流特性的方法，应用于上述系统，方法包括：将超导带材夹放在恒温装置内部，其中，中间带材段、左侧带材段和右侧带材段分别夹放在中间恒温组件、左侧恒温组件和右侧恒温组件内部；将加热装置和恒温装置布置在容器本体中；将温度传感器布置在超导带材周围预设距离内；将电压引线、电流引线、温度引线和加热引线分别与电压引线端子、电流引线端子、温度引线端子和加热电源端子连接；向容器本体内加入液氮，直至液氮浸没加热装置和恒温装置；将容器盖与容器本体结合，以使容器本体处于密封状态；将电压电流测量装置与电压引线端子和电流引线端子连接；将控制装置与电流引线端子、温度引线端子、加热电源端子和电压电流测量装置连接；通过控制装置控制加热装置对液氮进行加热，当基于温度信号确定超导带材达到任一目标温度时，基于电压信号和电流信号确定超导带材在当前目标温度下的载流特性。根据本专利技术实施例的用于测试超导带材载流特性的系统和方法，可以测试超导带材在高于常压液氮77K的温度，例如85-90K温区下的载流特性，这可以为能源管道中超导电缆的优化设计及安全运行提供重要的参考依据，对整个超导直流能源管道的基础研究项目意义重大。附图说明通过结合附图对本专利技术实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测试超导带材载流特性的系统，包括：/n密封容器，所述密封容器包括容器本体和容器盖，所述容器本体用于容纳液氮，所述容器盖具有电压引线端子、电流引线端子、温度引线端子和加热电源端子；/n加热装置，用于在测试时间内布置在所述容器本体内部并用于加热所述液氮，所述加热装置具有用于连接至所述加热电源端子的加热引线，所述测试时间是测试所述超导带材的载流特性的时间；/n恒温装置，用于在所述测试时间内布置在所述容器本体内部，所述恒温装置包括左侧恒温组件、右侧恒温组件以及位于所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件之间的中间恒温组件，所述左侧恒温组件、所述右侧恒温组件和所述中间恒温组件中的每一个的热导率高于预设热导率阈值并且比热容高于预设比热容阈值，其中，所述中间恒温组件用于在所述测试时间内将所述超导带材的中间带材段夹在内部，并且所述中间恒温组件与所述超导带材相互绝缘，所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件分别用于在所述测试时间内将所述超导带材的左侧带材段和右侧带材段夹在各自内部，并且所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件与所述超导带材电气连通，其中，所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件分别连接有用于连接至所述电流引线端子的电流引线，所述中间带材段连接有用于连接至所述电压引线端子的电压引线；/n温度传感器，用于在所述测试时间内布置在所述超导带材周围预设距离内，以检测所述超导带材的温度，所述温度传感器具有用于连接至所述温度引线端子的温度引线；/n电压电流测量装置，用于在所述测试时间内与所述电压引线端子和所述电流引线端子连接并测量对应的电压信号和电流信号；/n控制装置，用于在所述测试时间内与所述电流引线端子、所述温度引线端子、所述加热电源端子和所述电压电流测量装置连接，用于经由所述电流引线端子为所述超导带材提供测试电流，经由所述加热电源端子为所述加热装置提供加热电流，经由所述温度引线端子接收所述温度传感器输出的温度信号，接收所述电压电流测量装置输出的电压信号和电流信号，并基于所述温度信号、所述电压信号和所述电流信号确定所述超导带材在各目标温度下的载流特性，/n其中，在所述测试时间开始前，所述液氮浸没所述恒温装置和所述加热装置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于测试超导带材载流特性的系统，包括：
密封容器，所述密封容器包括容器本体和容器盖，所述容器本体用于容纳液氮，所述容器盖具有电压引线端子、电流引线端子、温度引线端子和加热电源端子；
加热装置，用于在测试时间内布置在所述容器本体内部并用于加热所述液氮，所述加热装置具有用于连接至所述加热电源端子的加热引线，所述测试时间是测试所述超导带材的载流特性的时间；
恒温装置，用于在所述测试时间内布置在所述容器本体内部，所述恒温装置包括左侧恒温组件、右侧恒温组件以及位于所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件之间的中间恒温组件，所述左侧恒温组件、所述右侧恒温组件和所述中间恒温组件中的每一个的热导率高于预设热导率阈值并且比热容高于预设比热容阈值，其中，所述中间恒温组件用于在所述测试时间内将所述超导带材的中间带材段夹在内部，并且所述中间恒温组件与所述超导带材相互绝缘，所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件分别用于在所述测试时间内将所述超导带材的左侧带材段和右侧带材段夹在各自内部，并且所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件与所述超导带材电气连通，其中，所述左侧恒温组件和所述右侧恒温组件分别连接有用于连接至所述电流引线端子的电流引线，所述中间带材段连接有用于连接至所述电压引线端子的电压引线；
温度传感器，用于在所述测试时间内布置在所述超导带材周围预设距离内，以检测所述超导带材的温度，所述温度传感器具有用于连接至所述温度引线端子的温度引线；
电压电流测量装置，用于在所述测试时间内与所述电压引线端子和所述电流引线端子连接并测量对应的电压信号和电流信号；
控制装置，用于在所述测试时间内与所述电流引线端子、所述温度引线端子、所述加热电源端子和所述电压电流测量装置连接，用于经由所述电流引线端子为所述超导带材提供测试电流，经由所述加热电源端子为所述加热装置提供加热电流，经由所述温度引线端子接收所述温度传感器输出的温度信号，接收所述电压电流测量装置输出的电压信号和电流信号，并基于所述温度信号、所述电压信号和所述电流信号确定所述超导带材在各目标温度下的载流特性，
其中，在所述测试时间开始前，所述液氮浸没所述恒温装置和所述加热装置。


2.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制装置包括冲击电流发生器和/或直流电源，所述冲击电流发生器用于在所述测试时间内经由所述电流引线端子为所述超导带材提供冲击电流，所述直流电源用于在所述测试时间内经由所述电流引线端子为所述超导带材提供直流电流，所述测试电流包括所述冲击电流和/或所述直流电流，所述电流信号包括与所述冲击电流相对应的冲击电流信号和/或与所述直流电流相对应的直流电流信号；
所述控制装置还包括控制单元，所述控制单元用于基于所述温度信号、所述电压信号和所述冲击电流信号确定所述超导带材在各目标温度下的短路电流冲击特性，和/或基于所述温度信号、所述电压信号和所述直流电流信号确定所述超导带材在各目标温度下的临界电流，所述载流特性包括所述短路电流冲击特性和所述临界电流。


3.如权利要求2所述的系统，其中，所述控制装置还包括双掷开关转换装置，所述冲击电流发生器和所述直流电源经由所述双掷开关转换装置与所述电流引线端子连接，
所述双掷开关转换装置用于控制输入所述电流引线端子的电流在所述冲击电流和所述直流电流之间切换。


4.如权利要求1至3任一项所述的系统，其中，所述中间恒温组件具有电压引线凹槽和温度引线凹槽，所述电压引线凹槽用于容纳所述电压引线，所述温度引线凹槽用于容纳所述温度引线。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宇光，尹超，赵广睿，杜威，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11