本发明涉及一种高温超导带材在循环载荷下的临界电流测试装置及其测试方法。
背景技术：
超导带材在实际应用过程中会受到各种不同类型的载荷作用。以超导磁体为例，将高温超导带材绕制成饼状线圈时，超导带材会发生弯曲变形；当超导磁体在常温和低温两个不同温区之间变化时，材料会发生热胀冷缩现象，并且高温超导带材与外部加固材料之间的热膨胀系数不同，超导带材会受到热应力作用。超导磁体励磁之后，超导带材之间会受到电磁力的作用；并且大部分超导电力设备是工作在交流模式下，所以当通电电流为交变电流时，带材受到的电磁力则为周期性的电磁力。
周期性的循环载荷或周期性的电磁力及二者的共同作用均会使超导带材中的高温超导材料内部微观结构发生不同程度的变化，例如使超导晶粒发生偏转、滑移、甚至使超导芯或超导层产生不可恢复的裂纹，造成超导电流传输面积的减小，进而导致整个超导带材临界电流(处于超导态的超导体通以直流电流增加到临界值时样品转入正常态，称为临界电流)的下降。通常情况下这种临界电流的下降是不可逆的，而且超导带材微观结构的不良变化会在载荷的持续作用下进一步发展，最终致使超导带材丧失应有的使用价值。因此，需要对高温超导带材在循环载荷作用下的临界电流进行测试，以确定循环载荷或电磁力及二者的共同作用对带材的临界电流的影响，从而为循环载荷环境下使用超导带材的超导设备的抗循环载荷设计和制造提供试验依据。
现有的高温超导带材临界电流测试装置，只能测试静态应力对超导带材临界电流的影响，不能测试循环载荷作用下的临界电流，更不能测试循环载荷与交变电磁场共同作用下的高温超导带材临界电流。
技术实现要素：
本发明的第一发明目的是提供一种循环载荷下高温超导带材临界电流测试装置，该装置能够测出不同大小、频率的循环载荷下的高温超导带材的临界电流，也能测出交变背景电磁场与循环载荷共同作用下的高温超导带材临界电流。从而为循环载荷环境下，使用超导带材的超导设备的抗循环载荷设计和制造，提供更可靠的试验依据。
本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是：一种循环载荷下高温超导带材临界电流测试装置，其组成是：
底板上放置环形的电磁铁壳，电磁铁壳的内腔嵌置杜瓦，电磁铁壳的夹层中安装励磁线圈，且杜瓦内腔的壁上左右对称固定有左夹具和右夹具；
底板上还固定有围住电磁铁壳的四个立柱，顶板固定于四个立柱的顶端；顶板上安装的振动电机的轴穿过顶板向下与传动杆的顶端相连，传动杆的下端固定有弧形夹具。
本发明的第二发明目的是提供一种使用上述的循环载荷下高温超导带材临界电流测试装置，进行循环载荷下高温超导带材临界电流的测试方法，该方法能够快速、方便地测出不同大小、频率的循环载荷下的高温超导带材的临界电流，也能快速、方便地测出背景电磁场与循环载荷共同作用下的高温超导带材临界电流。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用上述的循环载荷下高温超导带材临界电流测试装置，进行循环载荷下高温超导带材临界电流的测试方法，其操作是：
a、将高温超导带材穿过弧形夹具，并将高温超导带材左端和右端分别穿入左夹具和右夹具，随后用弧形夹具、左夹具和右夹具将高温超导带材夹持固定；
b、将纳伏表的两输出端通过电压引线与高温超导带材的左侧和右侧相连接，向杜瓦内腔注入液氮，直到高温超导带材完全淹没在液氮中；
c、给励磁线圈通以设定的电流，使其激发出恒定的或连续变化的交变背景电磁场；同时，启动振动电机，使振动电机带动传动杆做往垂向往复振动，给高温超导带材施加设定大小、频率和次数的循环载荷；随后停止给高温超导带材施加循环载荷；
d、给高温超导带材通入从小到大的直流电，当纳伏表测出的电压值和带材电压引线长度比值达到1μv/cm时，此时通入高温超导带材的电流值即为测出的临界电流值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明装置不给励磁线圈通电，只启动振动电机即可以测量特定大小，频率的循环载荷下的高温超导带材的临界电流，通过多次试验即可得出高温超导带材在不同大小、频率的循环载荷下的疲劳行为。
二、测试时，给励磁线圈通电，但不启动振动电机即可以测出特定的交变背景电磁场对高温超导带材临界电流的影响。通过多次试验即可得出高温超导带材在不同大小、频率的交变背景电磁场下的疲劳行为。
三、既给励磁线圈通电、同时启动振动电机，即可以测量循环载荷下与背景电磁场共同作用下的高温超导带材的临界电流，通过多次试验即可得出高温超导带材在不同大小、频率的背景电磁场与不同大小、频率的循环载荷下的疲劳行为。从而得出各种实际工况下，高温超导带材的疲劳行为，为超导电力设备的设计和制造提供更加准确、可靠的实验依据。
进一步，本发明的弧形夹具的具体结构为：上凹的上弧形板和下凹的下弧形板通过两个螺钉连接，上弧形板的上凹面中部与传动杆的下端固定连接。
这样，高温超导带材穿过上弧形板、下弧形板之间，两个螺钉内的间隙，再拧紧螺钉，即可方便简单的将高温超导带材夹持在弧形夹具上，既能方便的将循环载荷传递给高温超导带材，同时又使高温超导带材的弯曲限制在临界弯曲半径以内，避免其损坏。
进一步，本发明的左夹具和右夹具的具体结构均是：下平板左右对称固定于杜瓦内腔的壁上，上平板通过两个螺钉连接于下平板的上面。
这样，将高温超导带材的端部置于下平板上表面的两颗螺钉之间，再将两颗螺钉拧紧，上平板压紧下平板即可简单方便的将高温超导带材端部夹持在左夹具或右夹具上。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的装置的结构示意图。
具体实施方法
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种循环载荷下高温超导带材临界电流测试装置，其组成是；
底板12上放置环形的电磁铁壳3，电磁铁壳3的内腔嵌置杜瓦8，电磁铁壳3的夹层中安装励磁线圈5，且杜瓦8内腔的壁上左右对称固定有左夹具4a和右夹具4b；
底板12上还固定有围住电磁铁壳3的四个立柱2，顶板6固定于四个立柱2的顶端；顶板6上安装的振动电机1的轴穿过顶板6向下与传动杆7的顶端相连，传动杆7的下端固定有弧形夹具。
本例的弧形夹具的具体结构为：上凹的上弧形板9a和下凹的下弧形板9b通过两个螺钉连接，上弧形板9a的上凹面中部与传动杆7的下端固定连接。
本例的左夹具4a和右夹具4b的具体结构均是：下平板固定于杜瓦8内腔的壁上，上平板通过两个螺钉连接于下平板的上面。
一种使用本例的循环载荷下高温超导带材临界电流测试装置，进行循环载荷下高温超导带材临界电流的测试方法，其操作是：
a、将高温超导带材10穿过弧形夹具，并将高温超导带材10左端和右端分别穿入左夹具4a和右夹具4b，随后用弧形夹具、左夹具4a和右夹具4b将高温超导带材10夹持固定；
b、将纳伏表的两输出端通过电压引线与高温超导带材10的左侧和右侧相连接，向杜瓦8内腔注入液氮，直到高温超导带材10完全淹没在液氮中；
c、给励磁线圈5通以设定的电流，使其激发出恒定的或连续变化的交变背景电磁场；同时，启动振动电机1，使振动电机1带动传动杆7做往垂向往复振动，给高温超导带材10施加设定大小、频率和次数的循环载荷；随后停止给高温超导带材10施加循环载荷；
d、给高温超导带材10通入从小到大的直流电，当纳伏表测出的电压值和带材电压引线长度比值达到1μv/cm时，此时通入高温超导带材10的电流值即为测出的临界电流值。