一种超导材料磁浮力测量装置制造方法及图纸

一种超导材料磁浮力测量装置，包括一用于支撑、固定各功能部件的机架，其特征在于所述的功能部件包括有：一置放被测超导材料的低温容器、测量用磁体、至少含一垂直移动机构的移动机构、力与位移的测量元件及输出信号显示单元和整体装置的驱动及控制单元；所述的垂直移动机构与低温容器和磁体其中之一者相联接。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超导材料磁浮力测量装置。
技术介绍
完全抗磁性和零电阻效应是超导材料的主要特征。当一个超导体处于外界磁场中时，由于抗磁性和磁通钉扎效应的作用，在超导体内部将感应出屏蔽电流，又由于零电阻效应所致，屏蔽电流几乎不随时间衰减。在超导体内持续流动的屏蔽电流产生的磁场与外磁场发生相互作用，从而产生超导磁悬浮现象。以超导磁悬浮现象为基础的超导磁悬浮技术在能源(飞轮储能)、交通(磁浮车)、机械工业(无摩擦轴承)等诸多领域具有潜在的应用价值。磁悬浮力是超导材料在磁悬浮技术上应用的重要参数。磁悬浮力随悬浮间隙的变化一方面取决于超导材料自身的性质，另一方面取决于包括磁场强度和分布、温度等测量条件。磁浮力与俘获磁场是表征块状超导材料特性的重要参数。虽然后者更能全面地反映材料的本征特性，但由于测试条件要求复杂，费用昂贵而不能作为材料的常规检测手段。相比之下，磁浮力测量简单易行，而且对于使用者来讲，磁浮力数据是一个必不可少的设计依据，因而这种测量被人们广泛地用于在不破坏样品的情况下对块材的质量进行判别。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种超导材料磁浮力测量装置，利用本技术的装置可实现测量高温超导块材的磁浮力，并对样品进行比较。为实现上述目的，本技术采取以下设计方案一种超导材料磁浮力测量装置，包括一用于支撑、固定各功能部件的机架，所述的功能部件包括有一置放被测超导样品的低温容器、测量用磁体、至少含一垂直移动机构的移动机构、力与位移的测量元件及输出信号显示单元和整体装置的驱动及控制单元；所述的垂直移动机构与低温容器和磁体其中之一者相联接。所述的移动机构还可以包括一水平移动机构。所述的低温容器为带有真空夹层的金属容器或夹布胶木加工成的容器。本技术的优点是方便测量，且可以保证测量过程的准确性及连续性。附图说明图1为本技术超导材料磁浮力测量装置一实施例结构示意图图2为本技术超导材料磁浮力测量装置另一实施例结构示意图图3为本技术垂直移动机构结构示意图图4为本技术水平移动机构结构示意图图5为本技术容器和样品固定架的结构示意图图6为本技术驱动控制电原理图图7为一典型的悬浮力与悬浮间隙的关系曲线图图8为测试的吸引力与悬浮间隙的关系曲线图具体实施方式如图1、图2所示，本技术超导材料磁浮力测量装置包括一用于支撑、固定各功能部件的机架7，一置放被测超导样品的低温容器1，测量用磁体2，一垂直移动机构3及一水平移动机构(图中未示出，应用于图2所示的实施例中)，力与位移的测量元件4、5及输出信号显示单元6和整体装置的驱动及控制单元；所述的垂直移动机构3与低温容器1或磁体2相联接。所述的机架7由碳钢制成的立柱和上下面板构成。上、下面板分别固定垂直、水平移动机构的电机及传动机构、力与位移测量元件(即力和位移传感器)4、5以及用来固定和冷却超导体的低温容器1。应保证在测量过程机架与电机不产生共振。所述的垂直移动机构3由可连续调速的直流电机301、丝杠302、带有滑动导向槽的丝母303、丝杠外套304和丝母导向销钉305组成(参见图3)，转动的丝杠带动与丝母相连接的部分上下移动。电机功率和转速的选择与所测超导样品的力的大小及移动速度范围有关。该垂直移动机构既可以与供测量用的磁体(多采用永久磁铁)2连接，也可与用来固定并冷却超导样品的容器1连接。垂直移动机构3与磁体连接时，丝母303的下方可以是一个铁制的圆柱，磁体2吸附在铁制的圆柱下方与传动机构相连做垂直方向的移动(参见图1)。磁体在铁块上的位置可以随意调整，以使其与被测超导样品同轴。当磁体尺寸和重量比较大时，移动低温容器1比较方便，则垂直移动机构与低温容器连接，此时，其丝母303的下方带有与容器连接的结构，通过可拆卸螺栓实现与低温容器1的连接(参见图2)。圆筒形的低温容器应与丝杠同轴。本技术的磁浮力测量装置也可以用来测量在固定悬浮间隙时，超导样品和磁体之间横向运动时的作用力，又称为恢复力或刚度，是超导磁悬浮机构稳定工作的重要参数。在这种情况下，首先利用垂直移动机构固定一个悬浮间隙，然后利用安装在下面板上的水平移动机构推动磁体或是容器做水平移动。图4示出了横向移动机构示意图。图中301’为直流电机，302’是丝杠，303’是丝母，4是力传感器，磁体2或低温容器1经由力传感器4与横向移动机构连接，在滑轨上前后滑动，以减小摩擦力。恢复力等于测量到的总力减去摩擦力。所述的低温容器1必须使用保温性能好的材料制做因为放在容器中的超导样品是用液氮来冷却的，而液氮的温度是77K(零下196C)，很容易因蒸发而消耗。为了减少液氮的蒸发，低温容器通常是带有真空夹层的金属容器，可以长时间的保持液氮。由于磁浮力的测量时间比较短，也可使用非金属材料制成(如夹布胶木或尼龙)，为进一步减少液氮的蒸发，容器的内侧附以约2cm厚的聚乙烯泡沫板101进行热绝缘。低温容器1下面与测力传感器4串接固定在机架的下面板上(参见图1)。为使超导样品在测量过程中不发生移动，在低温容器1内设置了一样品固定架8。图5给出了容器和样品固定架的结构示意图，超导样品被紧固在固定架上，以免在电磁力的作用下发生移动。样品固定架8使用非铁磁性材料(如黄铜)制成，与低温容器1的底部以丝扣连接，并可以通过旋转丝扣调节样品固定架的高度以适应对不同厚度样品的测量。超导样品9的固定采用螺丝从侧面固定或用在低温下可以硬化的油脂粘接到样品固定架上(如真空硅脂)。在图2所示的实施例情况下，低温容器1与移动机构连接，用螺丝通过样品固定架将超导样品压紧在容器底部的中心位置上。磁浮力的大小与测试用磁体的性能和形状有很大关系，显然磁体产生的磁场越高，则超导样品的磁浮力就越大。磁学性质相当的磁体的尺寸对测量结果也会产生影响，采用与超导样品相对面尺寸一样或略小的永久磁体较好。在测量过程中要特别注意保持磁体的温度不变，即磁体不要浸入液氮之中，因为在低温下永久磁体(如NdFeB)的磁化强度会变小(在77K时，约下降20％)。另外，磁体进入液氮会导致液氮的迅速蒸发，从而使超导样品的温度上升，也会对试验结果产生不利影响。超导样品应在远离磁体的条件下冷却至液氮温度，以免磁体的磁场穿入超导材料。磁体用可调速的直流电机驱动缓慢而连续地移动。实验证明，磁体的移动速度在0.1~1.0mm/秒之间对测得的力(F)值影响不大；移动速度进一步减慢或中间停留会使F下降，这是因为磁通流动和磁通蠕动造成的衰减。在采用图1实施例方式移动磁体进行测量时，所述的磁体采用圆柱形、环形、四方体形或正多边体形的NdFeB或SmCo永磁材料磁体，其充磁方向如图中箭头所示，沿磁体的高度方向，具体形状依据被测超导样品的形状确定。通常，磁体的高度大于直径，以获得较大的磁感应强度。磁体表面的磁感应强度一般为0.4特斯拉左右，当磁体吸附在铁块上时，磁体的表磁强度增加到0.5特斯拉左右。为了进一步增加磁场强度，可以采用组合磁体的方式。如图2中箭头所示，磁体采用横向充磁，通过夹在两个永久磁铁之间的纯铁的聚磁作用，可将表面磁感应强度提高到1特斯拉左右，并在磁体上方得到一个近似垂直方向的磁场。由于组合磁体的体积和重量都比较大，不便于作为垂直移动部件。在这种情况下改为固定磁体，移动超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖玲，郑明辉，焦玉磊，任洪涛，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：实用新型
国别省市：