一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置的制作方法

本发明是一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置。

背景技术：

聚变能作为一种清洁能源，是人类的梦想能源之一，托卡马克型磁约束核聚变装置是产生聚变能的可靠装置，全超导托卡马克是实现聚变堆连续运行的重要保障。中国在成功建立并运行全超导非圆截面托克马克east的基础上，积极开展国际热核聚变实验堆iter的建设工作。同时，各个国家也开始了下一代聚变堆的预研工作。超导电缆是托卡马克装置的重要部件，其技术是聚变工程的关键技术。超导电缆由超导线绞制而成，因而，超导线的研究是其中十分重要的工作。

目前，nb3sn和nbti两种低温超导材料已经成熟地应用在聚变装置磁体中。并且也在其他诸如大型加速器磁体以及用于生物材料领域提供背景场中得到广泛应用。而随着技术和研究的发展，对磁场强度的要求也随之提高，nb3sn和nbti受其上临界场（hc2）的限制，已经逐渐无法满足需求。于是，具有高临界场的高温超导材料逐渐吸引了人们的目光。

高温超导材料中,bi系高温超导体具有很高的上临界磁场和电流密度。其中，bi-2212材料成相机制和制备工艺简单，并且是目前唯一可以制备成圆线的高温超导体。相比于带材，圆线可以绞制电缆，制备成大型cicc导体，这为今后使用其发展大型超导磁体、线圈提供了有利条件。

无论低温超导还是高温超导，在绞制电缆以及电缆在磁场中运行时，超导股线都不可避免地会发生弯曲应变，过大的应变量会影响导体的超导性能，并且在未来随着导线工作场强的增大，这种影响也会越加剧烈。因此，在导体电缆的设计、生产过程中需要对导体所用股线的弯曲应变临界性能进行测试。

为此，我们设计了一套用于测试超导股线弯曲应变临界性能测试装置。可用于nb3sn、nbti、mgb2以及bi-2212等超导线的弯曲临界性能测试。

超导线弯曲临界性能测试实验中，采用四引线法进行测量。

为了消除边界效应，选取了样品中间40mm的长度进行测量。

实验内容主要包括：不同弯曲程度以及不同磁场下4.2k时超导线的临界电流和n值测试。

测试样品浸泡在液氦中进行通电实验，测试过程中需要在液氦中给样品施加弯曲应力，需要设计一套可靠的测试装置，固定测试超导样品并施加载荷，并且在一定的背景磁场中给样品通入直流电流，测试样品临界电流和n值。

目前国际上各个低温实验室采用的超导线弯曲应变临界性能测试装置结构不尽相同，为了能够安全、准确、可靠、高效的测量超导线的弯曲临界性能，装置设计时必须考虑以下几点：

1.测试样品固定牢靠；

2.弯曲应变节距易于更换；

3.弯曲应力加载可靠；

4.电流引线优化设计；

5.放入样品杆时电流引线易于冷却以节省液氦；

6.更换样品时样品杆易于干燥；

7.可靠的电绝缘。

技术实现要素：

本发明目的就是为了填补目前国内在该领域的技术空白，提供一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

超导股线弯曲应变临界性能测试装置，包括有样品杆、上应力加载杆、下应力加载杆、支撑杆、上电流引线、下电流引线和弯曲测试模块，所述的样品杆为套筒结构，上应力加载杆和下应力加载杆通过加载杆导向连接块连接，上应力加载杆和下应力加载杆位于样品杆的内部，上应力加载杆的上端伸出样品杆的上端，且在样品杆的上端设有动密封装置，所述的下应力加载杆的下端伸出样品杆的下端，下应力加载杆的下端与所述的弯曲测试模块连接，弯曲测试模块与样品杆的下端固定连接，所述的上电流引线和下电流引线连接，上电流引线和下电流引线从样品杆内穿过，上电流引线的上端伸出样品杆的上端，下电流引线的下端与弯曲测试模块连接，所述的支撑杆位于样品杆内部，支撑杆的下端伸出样品杆的下端与弯曲测试模块固定连接。

所述的弯曲测试模块包括有弯曲模块连接法兰、上压块、下压块、位移引伸计、下基板和下连接法兰，所述的弯曲模块连接法兰与样品杆的下端固定连接，下应力加载杆的下端穿过弯曲模块连接法兰的中心，且所述的上压块固定在下应力加载杆的下端，所述的支撑杆的下端穿过弯曲模块连接法兰并与下基板和下连接法兰固定连接，下基板紧贴在下连接法兰的上面，所述的下压块和位移引伸计均安装在下基板上，当上应力加载杆和下应力加载杆给上压块压力时，上压块压在下压块上，所述的下电流引线固定在下基板和弯曲模块连接法兰上。

本发明的优点是：本发明在超导股线弯曲应变临界性能测试中发挥很大作用，弯曲模块分块设计，上下压块均为可拆卸设计，便于更换弯曲节距，加载杆分段设计并添加导向块有利于提高加载杆刚度，以及更好地保证样品杆与上下压块的垂直度，样品杆套筒结构易于干燥，使得更换样品的时间大大缩短，不会发生样品杆表面凝结水放入液氦杜瓦后结冰的现象，样品骨架与基板连接接触可靠，低温下不会松动，同时拆卸样品骨架操作简单、可靠，不会损伤测试样品，适用于超导股线弯曲应变临界性能测试实验，其样品弯曲应力加载结构设计新颖，在低温下可靠接触，并可以通入大电流，更换样品时操作简易，不会损伤超导线。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明局部放大结构图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种超导股线弯曲应变临界性能测试装置，包括有样品杆4、上应力加载杆1、下应力加载杆9、支撑杆5、上电流引线3、下电流引线7和弯曲测试模块8，所述的样品杆4为套筒结构，上应力加载杆1和下应力加载杆9通过加载杆导向连接块6连接，上应力加载杆1和下应力加载杆9位于样品杆5的内部，上应力加载杆1的上端伸出样品杆4的上端，且在样品杆4的上端设有动密封装置2，所述的下应力加载杆9的下端伸出样品杆4的下端，下应力加载杆9的下端与所述的弯曲测试模块8连接，弯曲测试模块8与样品杆4的下端固定连接，所述的上电流引线3和下电流引线7连接，上电流引线3和下电流引线7从样品杆4内穿过，上电流引线3的上端伸出样品杆4的上端，下电流引线7的下端与弯曲测试模块8连接，所述的支撑杆5位于样品杆4内部，支撑杆5的下端伸出样品杆4的下端与弯曲测试模块8固定连接。

所述的弯曲测试模块8包括有弯曲模块连接法兰10、上压块11、下压块12、位移引伸计13、下基板14和下连接法兰15，所述的弯曲模块连接法兰10与样品杆4的下端固定连接，下应力加载杆9的下端穿过弯曲模块连接法兰10的中心，且所述的上压块11固定在下应力加载杆9的下端，所述的支撑杆5的下端穿过弯曲模块连接法兰10并与下基板14和下连接法兰15固定连接，下基板14紧贴在下连接法兰15的上面，所述的下压块12和位移引伸计13均安装在下基板14上，当上应力加载杆1和下应力加载杆9给上压块11压力时，上压块11压在下压块12上，所述的下电流引线7固定在下基板和连接法兰10上。

上应力加载杆1，上端连接精密电机，用于实验过程中给样品加载；动密封装置2，防止气化的氦气沿着加载杆泄漏；上电流引线3，材料为无氧铜，用于连接外电源为实验样品提供电源，电流引线横截面经过优化设计，通流能力达到1000a；样品杆4和支撑杆5，起结构支撑作用；加载杆导向连接块6，用于保证加载杆的同轴度，并用于连接下加载杆9;下端电流引线7，材料为无氧铜；弯曲测试模块8，用于放置样品进行实验，其结构局部放大图如下图2，下加载杆9，与上加载杆1连接用于给样品加载；弯曲模块连接法兰10，用于将弯曲模块与上端样品杆连接；上、下压块11、12，用于给样品施加弯曲应力；位移引伸计13，用于测量样品受载下的位移；下基板14用于支撑下压块12和样品；下连接法兰15，用于支撑整个弯曲模块。