一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统及方法，包括单轭双调电磁铁、液氮腔体、夹持装置、应力加载系统、数据采集系统，数据分析系统。夹持装置的夹具可移动，可以保证测量不同长度的超导带材，且可以通过应力加载装置对超导带材施加不同大小的应力；加持装置的转动可以改变超导带材平面在磁场中的角度。因此，本发明专利技术在液氮温度下实现不同长度超导带材不同应力大小，不同磁场大小和超导带材在磁场中不同角度下的临界电流测试，综合了多种复杂情况下超导带材的临界电流测试，避免了室温拉伸

【技术实现步骤摘要】
一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统及方法


[0001]本专利技术属于高温超导
，尤其涉及一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统及方法。

技术介绍

[0002]超导材料在一定的温度和一定磁场下呈现出电阻等于零以及排斥磁场力性质的材料。高温超导带材是敏感磁强计和通信领域中最有应用前景的材料之一。在实际应用中，如在超导量子干涉器的高温超导滤波器中，超导材料往往经受着一定的应力水平和一定的磁场环境。超导材料在磁场中会产生临界性能衰退的现象。同时由于超导层的脆性，在拉应力的作用下，超导层有产生裂纹导致超导器件破坏的风险。伴随着超导性能的衰退和超导结构的破坏，超导器件的精确性和稳定性面临风险。
[0003]目前采用的超导带材临界电流测试系统存在如下问题：1、超导带材在磁场中往往会出现临界电流衰退的现象，对于现有的超导带材临界电流测试系统，通常只考虑应力作用影响，忽略了磁场对超导带材临界电流的影响。
[0004]2、对于应力变形下超导带材的临界电流测试系统，是在室温下对超导带材施加应力后再在液氮温度下测量临界电流，该过程中总会存下热循环对超导结构产生影响。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中指出的不足，本专利技术提供了一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统及方法，避免了从室温下变形到液氮温度下测试所引起的热循环对超导带材临界电流的影响，同时缩短了测试时间，节约了液氮。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，包括单轭双调电磁铁、液氮腔体、夹持装置、应力加载系统、数据采集系统，数据分析系统；所述夹持装置包括一根粗圆管及两个位于粗圆管上的圆盘状可移动导电夹具，用于承载超导带材；一个圆盘状可移动导电夹具在圆盘处焊接固定于粗圆管上，另一个圆盘状可移动导电夹具通过导向滑槽配合固定于粗圆管上，实现在粗圆管上的轴向运动；所述夹持装置的整体通过粗圆管两端的轴承座固定于液氮腔体上，粗圆管一端延长连接旋转手柄，通过旋转手柄使得粗圆管转动，中间附刻度指针和限位装置；圆盘状可移动导电夹具通过施力杆连接外部载荷施加设备，实现其在导向滑槽的运动和应力施加；所述液氮腔体置于单轭双调电磁铁上，使得待测超导带材置于电磁铁产生的匀强磁场中；所述应力加载系统为一根施力杆通过套筒连接外部载荷施加设备和圆盘状可移动导电夹具；所述数据采集系统采用四引线法通过数字采集器采集超导带材两端的电压和电流；所述数据分析系统是通过分析软件制作电压
‑
电流曲线判断失超点，获得临界电流数据。
[0007]进一步地，所述刻度指针指示旋转角度，限位装置限制旋转角度在0
‑
90
°
内。
[0008]进一步地，所述超导带材中间段设有应变片，记录拉应力。
[0009]进一步地，所述单轭双调电磁铁在电磁铁极柱之间产生0
‑
1T的均匀强磁场，记录超导带材当前处于的磁场大小。
[0010]进一步地，所述导向滑槽安装有防滑橡胶条，以增加圆管和可移动导电夹具之间的摩擦力，保证临界电流测试的稳定性。
[0011]进一步地，所述液氮腔体采用隔热材料制成。
[0012]本专利技术还提供一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试方法，利用上述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统进行，包括以下步骤：步骤（1）将待测的超导带材两端固定于圆盘状可移动导电夹具上，通过施力杆调整圆盘状可移动导电夹具的位置，使得超导带材处于舒展平行于水平面的位置；初始状态为不施加载荷，无外加磁场；整理好电路之后，开启电源，获得当前状态下超导带材的临界电流；步骤（2）测量不同拉应力大小对超导带材临界电流的影响：步骤（1）之后，调整施力杆，使得圆盘状可移动导电夹具移动，进而给超导带材施加拉应力载荷，当前状态为施加拉应力载荷，无外加磁场；整理好电路之后，开启电源，获得当前状态下超导带材的临界电流；不断调整施力杆，改变拉应力大小，重复步骤（2），测得超导带材在不同拉应力大小下临界电流的变化曲线；步骤（3）测量不同磁场大小对超导带材临界电流的影响：步骤（1）之后，打开单轭双调电磁铁，调至磁场大小为0.1T，当前状态为不施加载荷，外加磁场为0.1T，超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角为0
°
；整理好电路之后，开启电源，获得当前状态下超导带材的临界电流；不断调整单轭双调电磁铁，改变磁场大小，重复步骤（3），测得超导带材在不同磁场大小下临界电流的变化曲线；步骤（4）测量超导带材平面与磁场方向成不同角度对超导带材临界电流的影响：步骤（1）之后，转动旋转手柄，调至超导带材平面法线方向与磁场方向夹角为10
°
；当前状态为不施加载荷，外加磁场调整至任意大小，超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角为10
°
；整理好电路之后，开启电源，获得当前状态下超导带材的临界电流；不断调整旋转手柄，改变超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角，重复步骤（4），测得超导带材在不同超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角下临界电流的变化曲线；步骤（5）测量不同拉应力大小、不同磁场大小和不同超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角综合情况对超导带材临界电流的影响，在步骤（1）后进行如下操作：a.通过调整施力杆逐步给超导带材施加拉应力载荷；b.通过调整单轭双调电磁铁逐步改变匀强磁场的大小；c.通过调整旋转手柄逐步改变超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角；不断重复步骤（5），测得超导带材在不同拉应力大小、不同磁场大小和不同超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角的临界电流。
[0013]本专利技术将超导带材、圆盘状可移动导电夹具、粗圆管浸泡于液氮腔中的液氮内，通过施力杆改变施加在超导带材上的拉应力大小，通过调节单轭双调电磁铁改变超导带材所处磁场环境的大小，通过旋转手柄改变超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角，并且改变外部影响因素的过程中超导带材始终处于低温液氮腔中，避免了热循环对超导结构的影
响。通过夹持装置、应力加载系统和单轭双调电磁铁可进行拉应力加载和改变磁场环境，通过数据采集系统和数据分析系统即可进行超导材料临界电流测试。
[0014]由于测试不同超导带材平面法线方向与磁场方向的夹角下临界电流只需要考虑0
‑
90
°
，所以在粗圆管一侧安装限位装置，限制轴承转动角度在0
‑
90
°
之间。同时为保证应力加载系统能随夹持装置一起转动，一圆盘状可移动导电夹具焊接固定于圆管上，另一圆盘状可移动导电夹具通过导向滑槽固定于圆管上。在导向滑槽以及粗圆管与液氮腔体连接处安装防滑橡胶，以增加它们之间的摩擦力，同时粗圆管与液氮腔体之间做密封处理，保证临界电流测试的稳定性。
[0015]优选地，所述液氮腔体采用隔热材料制成，保证结构的稳定性和测试安全。
[0016]相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术在液氮环境中实现超导带材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，其特征在于：包括单轭双调电磁铁、液氮腔体、夹持装置、应力加载系统、数据采集系统，数据分析系统；所述夹持装置包括一根粗圆管及两个位于粗圆管上的圆盘状可移动导电夹具，用于承载超导带材；一个圆盘状可移动导电夹具在圆盘处焊接固定于粗圆管上，另一个圆盘状可移动导电夹具通过导向滑槽配合固定于粗圆管上，实现在粗圆管上的轴向运动；所述夹持装置通过粗圆管两端的轴承座固定于液氮腔体上，粗圆管一端延长连接旋转手柄，通过旋转手柄使得粗圆管转动，中间附刻度指针和限位装置；圆盘状可移动导电夹具通过施力杆连接外部载荷施加设备，实现其在导向滑槽的运动和应力施加；所述液氮腔体置于单轭双调电磁铁上，使得待测超导带材置于电磁铁产生的匀强磁场中；所述应力加载系统为一根施力杆通过套筒连接外部载荷施加设备和圆盘状可移动导电夹具；所述数据采集系统采用四引线法通过数字采集器采集超导带材两端的电压和电流；所述数据分析系统通过分析软件制作电压
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电流曲线判断失超点，获得临界电流数据。2.如权利要求1所述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，其特征在于，所述刻度指针指示旋转角度，限位装置限制旋转角度在0
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90
°
内。3.如权利要求1所述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，其特征在于，所述超导带材中间段设有应变片，记录拉应力。4.如权利要求1所述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，其特征在于，所述单轭双调电磁铁在电磁铁极柱之间产生0
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1T的均匀强磁场，记录超导带材当前处于的磁场大小。5.如权利要求1所述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，其特征在于，所述导向滑槽安装有防滑橡胶条。6.如权利要求1所述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统，其特征在于，所述液氮腔体采用隔热材料制成。7.一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试方法，利用权利要求1
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6任一项所述的一种复杂应力和磁场下超导带材临界电流测试系统进行，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）将待测的超导带材两端固定于圆盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑金星，王旭东，郑颖，刘菲，熊芬芬，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：