一种高温超导带材临界电流特性的测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高温超导带材临界电流特性的测量装置，该装置包括超导带材样本架１，霍尔磁场探头２，温度探头３，背景磁场磁体４，旋转杆５，旋转把手６，超导带材电流引线７，背景磁场磁体电流引线８，低温杜瓦９，冷却介质存储容器１０，低温冷却介质１１，抽气阀门１２，汽化器１３，真空机组１４，ＧＭ制冷机１５，背场磁体直流电源１６，超导直流电源１７，系统控制、数据采集及处理系统１８。该装置可以简单、快速的计算温度、背景磁场及其磁场方向变化的影响因素，适合于钇系氧化物ＹＢＣＯ高温超导带材临界电流特性的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及第2代高温超导带材临界电流特性的测量装置，特别涉及到钇系氧化物YBCO超导带材在不同温度区间，在不同背景磁场及磁场方向下临界电流特性的测量实现装置。
技术介绍
1991年日本藤仓公司(Fujikura)采用离子束辅助沉积法(IBAD)，真空条件下在柔软非织构的金属(一般为镍合金)带上获得了一层高度织构钇稳定的氧化锆(YSZ)膜，接着又用脉冲激光沉积(PLD)工艺，在该基带涂层上外延沉积了钇系氧化物YBCO，宣告第2代高温超导带材的问世。随后，美国洛斯阿拉莫斯实验室(LANL)对这些工艺进行了优化，于1995年宣布制成在77K温度下超导临界电流密度达到1MA/cm2的短样，这一结果引起了世界范围的轰动，并吸引了越来越多的研究机构和科学家的介入。较之第1代BSCCO高温超导带材，第2代钇系氧化物YBCO高温超导带材具有一系列明显的优势：物理特性上电流密度更高，发生超导的临界温度有进一步提高的潜能；交流损耗低，较容易通过一定形式来限制故障电流；在液氮温区在较高的磁场下具有比第1代高温超导材料更好的载流能力，其超导电性的各向异性比较弱；最重要的是省去了贵金属银，理论成本远低于第一代。在超导带材的整体性能中，临界电流特性是其中最重要的特性之一。钇系氧化物YBCO超导带材的临界电流随温度、背景磁场和磁场方向的变化规律是高温超导应用的重要参量，也是衡量超导带材质量的重要技术指标。钇系氧化物YBCO高温超导带材的Jc—B—θ临界电流特性曲线，如图1所示。图2则是第1代高温超导带材的临界电流变化特性曲线。从图1和图2的比较可知，钇系氧化物YBCO高温超导带材与第1代高温超导带材类似，它们的临界电流既是温度又是背景磁场和背景磁场方向的函数，同时临界电流还随温度和磁场的增加而下降。但钇系氧化物YBCO高温超导带材有不同于第1代BSCCO高温超导带材的临界电流特性，它的临界电流值会在磁场方向与其带材表面夹角为40度附近减小到最小值，随后在夹角接近90度时，-->临界电流又会稍加增大。而对于第1代高温超导带材而言，仅当磁场方向与带材表面夹角为90度时它的临界电流才会减少到最小值。传统的测量超导带材临界电流的方法是四引线法，通常两条引线用于给超导带材通入一定直流电流，另外两条引线测量超导带材端电压，以1μV/cm为失超判据来确定该超导线的临界电流。图3为传统四引线法测量临界电流的示意图，图4是四引线法测量中，根据1μV/cm为失超判据确定临界电流的定义方法。但是，四引线法测量临界电流特性时，并不能够对超导带材的性能做出完整的评测。尤其对于钇系氧化物YBCO高温超导带材，由于具有不同于第1代高温超导带材的特殊的临界电流特性，其临界电流值不仅随环境温度变化，而且还受背景磁场及背景磁场方向变化的影响。传统的四引线法由于无法考虑这些因素带来的影响，所以并不适用。需要基于四引线法，设计一种新颖的装置，综合考虑环境温度、背景磁场和磁场方向变化的具体影响，测量钇系氧化物YBCO高温超导带材的临界电流特性，从而获得较全面的钇系氧化物YBCO高温超导带材临界电流性能参数，为高温超导磁体优化设计提供前提条件。
技术实现思路
本专利技术设计了一种简单、快速、可以计算温度、背景磁场及其磁场方向变化的影响因素，适合于钇系氧化物YBCO高温超导带材临界电流特性测量的装置。本专利技术的测量方法是基于四引线法，构造了一个集成有背景磁场发生器的减压降温的真空装置样机，应用该装置，实现钇系氧化物YBCO超导带材在不同温区、不同磁场及磁场方向下的临界电流特性的测量。本专利技术的测量装置功能齐全，可以准确获得不同温度、不同背景磁场和磁场方向下，钇系氧化物YBCO高温超导带材的临界电流变化特性曲线族。该测量装置为全面了解钇系氧化物YBCO超导带材特性，进行钇系氧化物YBCO超导带材的生产和应用具有重要的实用价值。本专利技术的一种超导带材临界电流特性测量装置，其特征在于包括超导带材样本架，霍尔磁场探头，温度探头，背景磁场磁体，旋转杆，旋转把手，超导带材电流引线，背景磁场磁体电流引线，低温杜瓦，冷却介质存储容器，低温冷却介质，抽气阀门，汽化器，真空机组，GM制冷机，背场磁体直流电源，超导直流电源，系统控制、数据采集及处理系统。其中冷却介质存储容器，抽气阀门，汽化器，真空机组，GM制冷机，直流电源，系统控制、数据采集及处理系统置于室温环境，超导带材样本架，霍尔磁场探头，温度探头，背景磁-->场磁体，旋转杆，背场磁体电流引线，超导带材电流引线均置于低温容器中的冷却介质当中。所述低温度杜瓦内部设置具有均匀空气隙的背景磁场磁体，超导带材能在该磁体的气隙中处于稳恒磁场的环境中。本专利技术的测量装置，其特征在于在所述样本架上安放了为超导带材通入直流电流的夹片，并在超导带材表面上，依据一定距离安放2-3组测量接头以测量失超电压信号，同时在超导带材中间位置还放置了磁场霍尔探头以测量空气隙中心区域的均匀磁场强度。本专利技术的测量装置，其特征在于所述超导带材样本架、固定背景磁场磁体的支架、吊杆和旋转杆是环氧树脂材料加工制成。本专利技术的测量装置，其特征在于所述低温系统由密封的低温杜瓦，真空机组、真空泵、汽化器组成，是将真空机组连接到具有密封性的低温杜瓦上，当杜瓦内装入液氮后，通过控制真空机组的抽速，实现低温杜瓦内部的温度逐渐降低，在低温杜瓦内部，当真空机组抽取的真空度达到最高后，继续应用GM制冷机使杜瓦内部液氮的温度进一步降低。本专利技术设计的钇系氧化物YBCO高温超导带材临界电流特性测量装置具有以下效果和优点：(1)能够测量钇系氧化物YBCO高温超导带材在温度、背景磁场和磁场方向变化等因素影响下的临界电流特性；(2)设计了减压降温的低温系统，从而可以利用液氮冷却剂实现钇系氧化物YBCO超导带材在77K或者低于77K温度范围区间内的临界电流特性测量；(3)背景磁场发生装置中的直流磁体为钇系氧化物YBCO超导带材临界电流特性测量提供了背场，能够根据需要通过控制磁体线圈的直流电流得到给定磁感应强度值下的稳恒磁场；(4)在背场磁体的空气隙中，钇系氧化物YBCO高温超导带材能随样本架在0—90度范围内旋转，通过带材表面与磁场夹角的变化从而等效实现背景磁场方向的改变；(5)控制和测试系统能够实现对超导直流电源的远程控制、对低温系统温度和背景磁场大小的监控，同时采集和处理由四引线法测得的钇系氧化物YBCO超导带材的临界电流特性参数。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。-->图1示出了钇系氧化物YBCO高温超导带材临界电流特性；图2示出了BSCCO高温超导带材的临界电流特性；图3示出了四引线法测量原理；图4示出了钇系氧化物YBCO高温超导带材临界电流的定义方法；图5示出了本专利技术测量装置组成示意图，其中：1-超导带材样本架，2-霍尔磁场探头，3-温度探头，4-背景磁场磁体，5-旋转杆，6-旋转把手，7-超导带材电流引线，8-背景磁场磁体电流引线，9-低温杜瓦，10-冷却介质存储容器，11-低温冷却介质，12-抽气阀门，13-汽化器，14真空机组，15-GM制冷机，16-背场磁体直流电源，17-超导直流电源，18-系统控制、数据采集及处理系统；图6示出了带空气隙铁芯的背景磁场磁体正视剖面图，其中：19-背场磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温超导带材临界电流特性的测量装置，其特征在于，该装置包括超导带材样本架（１），霍尔磁场探头（２），温度探头（３），背景磁场磁体（４），旋转杆（５），旋转把手（６），超导带材电流引线（７），背景磁场磁体电流引线（８），低温杜瓦（９），冷却介质存储容器（１０），低温冷却介质（１１），抽气阀门（１２），汽化器（１３），真空机组（１４），ＧＭ制冷机（１５），背场磁体直流电源（１６），超导直流电源（１７），系统控制、数据采集及处理系统（１８）；所述冷却介质存储容器，抽气阀门，汽化器，真空机组，ＧＭ制冷机，直流电源，系统控制、数据采集及处理系统置于室温环境；超导带材样本架，霍尔磁场探头，温度探头，背景磁场磁体，旋转杆，背场磁体电流引线，超导带材电流引线均置于低温容器中的冷却介质当中；所述低温度杜瓦内部设置具有均匀空气隙的背景磁场磁体，超导带材能在该磁体的气隙中处于稳恒磁场的环境中。

【技术特征摘要】
1、一种高温超导带材临界电流特性的测量装置，其特征在于，该装置包括超导带材样本架(1)，霍尔磁场探头(2)，温度探头(3)，背景磁场磁体(4)，旋转杆(5)，旋转把手(6)，超导带材电流引线(7)，背景磁场磁体电流引线(8)，低温杜瓦(9)，冷却介质存储容器(10)，低温冷却介质(11)，抽气阀门(12)，汽化器(13)，真空机组(14)，GM制冷机(15)，背场磁体直流电源(16)，超导直流电源(17)，系统控制、数据采集及处理系统(18)；所述冷却介质存储容器，抽气阀门，汽化器，真空机组，GM制冷机，直流电源，系统控制、数据采集及处理系统置于室温环境；超导带材样本架，霍尔磁场探头，温度探头，背景磁场磁体，旋转杆，背场磁体电流引线，超导带材电流引线均置于低温容器中的冷却介质当中；所述低温度杜瓦内部设置具有均匀空气隙的背景磁场磁体，超导带材能在该磁体的气隙中处于稳恒磁场的环境中。2、如权利要求1所述的测量装置，其特征在于在所述样本架上安放了为超导带材通入直流电流的夹片，并在超导带材表面上，依据...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸嘉慧，丘明，张宏杰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]