一种临界电流测量系统的准确性与稳定性保障方法与流程

本发明涉及低温超导线材临界电流测量技术领域，具体为一种临界电流测量系统的准确性与稳定性保障方法。

背景技术：

低温超导线材是目前应用最广泛的超导体。在核磁共振成像仪(mri)、核磁共振谱仪(nmr)、大型粒子加速器及超导储能系统(smes)，磁约束核聚变装置(tokamak)等多个领域有着极其广泛的应用。

临界电流测量系统的准确性与稳定性是临界电流测量的基础，然而对于怎样保障临界电流测量系统准确性与稳定性，目前并没有明确的技术方法，本发明提供了一种临界电流测量系统准确性与稳定性保障的方法。测量系统升级优化后，可依据本方法校验测量系统的准确性；长期测量中可依据本方法定期校验测量系统，保障测量系统的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种临界电流测量系统的准确性与稳定性保障方法，以解决上述背景技术中提出的问题。所述临界电流测量系统的准确性与稳定性保障方法解决了目前临界电流测量系统准确性与稳定性保障方法的缺失。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种临界电流测量系统的准确性与稳定性保障方法，将临界电流测量系统分为各个子模块，包括测量仪器仪表，测量背景磁场，测量工装，制样模块，系统升级，分别对各个模块的准确性进行校验或进行比对实验，包括如下几个步骤：

第一，定期校验测量仪表，保障在校验期内使用；

第二，对测量子系统进行不定期维护，主要包括：

1)样品电流源：检查样品电流源，保证稳定可控的输出电流；

2)磁体系统：不定期标定磁场和检查磁体线圈，提供准确的背景磁场；

3)测试工装：检查测量样品杆内各电流接触点，更换样品杆内信号线，保证样品杆的测量精度；

第三，制定内部标准样品，开机前进行标准样品的测量，保障每次测量结果在误差允许范围内。

进一步的，系统的仪器仪表校验包括采用2000万用表和分流器采集样品电流和磁场，2182纳伏计采集样品的电压。

进一步的，背景磁场准确性确定保障包括如下步骤：首先，不定期用高斯计标定磁场；其次，定期检查磁体线圈电阻，确保线圈未被损坏，编写磁体电源远程控制程序，自动升降磁场至设定的目标场。

进一步的，样品杆工装测量一致性包括测量样品杆之间的比对实验，通过测量比对样品来确保多个样品杆之间的结果一致性。

进一步的，规范标准样品制样流程包括确定多道检验流程：1)样品的制备，根据不同的样品选择合适的配重，保证样品紧固在样品骨架上同时必须保证样品不被损坏，完成绕制的样品，必须对骨架上样品是否松动进行检验，松动的样品必须重新绕制；2)在样品杆安装样品，装配样品时必须确保样品与样品杆的电流接触点紧密接触以防测试失败，安装前操作人员必须先检查骨架两端面，保证光亮，平整无杂物；电压信号线焊接时焊点尽可能小，但要防止虚焊，焊点要干净，焊接完毕后用酒精清洁杂物尽量减小接触电阻，样品安装完毕后，需要测量样品两端的接触电势，接触电势必须小于0.01mv。

进一步的，系统升级采用集成样品电源与测量采集系统一体化，提升系统的自动化程度。

进一步的，系统准确性与稳定性校验方法包括：1)每年与其它实验室进行一次交叉验证实验，进行nbti与nb3sn的交叉比对实验来校验系统，通过比对即合格；2)升级或更新测量系统内任何配件用比对样重新测量比对。

进一步的，进行系统准确性实验合格后，还必须保障后续的每一次测量都能维持很好的准确性，这里称作系统稳定性校验，主要方法如下：1)每次测试开机首先测量比对样，分析各次比对样品的测量结果，比对样品的测量结果在误差允许范围内才能进行生产测试；2)当批量性测量同一种类线材，发现有明显性能偏高或偏低时，重复测量一组比对样进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法适用于测量条件为：磁场≤12t，温度是4.22k，临界电流(ic)<2300a的低温超导线材临界电流测量系统；填补了临界电流测量系统无校验保障方法的空白，低温超导线材测量人员可依据本方法来保障临界电流测量的准确性与稳定性。

附图说明

图1是现有技术临界电流测量系统原理图。

图2是本发明在labview环境下自主开发的测量软件测量界面图。

图3是本发明磁体电源远程控制程序前面板。

图4是本发明ic(临界电流)测量系统样品电源控制界面图。

图5是本发明4个相同国际比对样品测量曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：

第一部分：说明本发明的原理及完整方法

一、原理

将临界电流测量系统分为各个子模块，包括测量仪器仪表，测量背景磁场，测量工装，制样模块，系统升级，分别对各个模块的准确性进行校验或进行比对实验。必须保证仪器仪表在校验期内使用，保证比对实验测量结果的相对标准不确定度在3％以内。

二、完整方法

1.仪器仪表校验

低温超导线材临界电流测量系统(图1)，包含的仪器仪表有2000万用表和分流器(采集样品电流和磁场)，2182纳伏计(采集样品的电压)等各类测量仪表的定期校验来保证测量仪器的精度；系统工装升级测量系统准确性保障实验。

图2可以反映该发明技术方案的主要特征，如current能够判断样品电流是否正常加载；field能够保证磁场输出的准确性，ch2，ch3样品杆内信号，通过保证每一个物理量的准确性来保证临界电流(ic)测量的准确性与稳定性，此图是labview环境下自主开发的测量软件，集成测量控制一体化，大幅度提高测量效率，避免人员操作失误，保证测量的准确性。

2.背景磁场系统准确性确定保障

首先，不定期用高斯计标定磁场；其次，定期检查磁体线圈电阻，确保线圈未被损坏，编写磁体电源远程控制程序(图3)，自动升降磁场至设定的目标场。

3.样品杆工装测量一致性

测量样品杆之间的比对实验，通过测量比对样品来确保多个样品杆之间的结果一致性。

4.规范样品制样流程

不当的操作同样会影响测量结果，为了消除人员操作差异带来的影响，对一些重要操作环节，如样品制备与样品安装过程，规定详细的操作流程的同时，确定了多道检验流程：1)样品的制备，根据不同的样品选择合适的配重，保证样品紧固在样品骨架上同时必须保证样品不被损坏。完成绕制的样品，必须对骨架上样品是否松动进行检验，松动的样品必须重新绕制；2)在样品杆安装样品，装配样品时必须确保样品与样品杆的电流接触点紧密接触以防测试失败。安装前操作人员必须先检查骨架两端面，保证光亮，平整无杂物；电压信号线焊接时焊点尽可能小，但要防止虚焊，焊点要干净，焊接完毕后用酒精清洁杂物尽量减小接触电阻。样品安装完毕后，需要测量样品两端的接触电势，接触电势必须小于0.01mv。

5.系统升级

为了避免人员操作失误，集成样品电源控制(图4)与测量采集系统一体化，提升系统的自动化程度。

6.系统准确性与稳定性校验方法

在保障了系统各个子环节准确的基础上，还应对整个测量系统准确性进行校验，现行的方法有：1)每年与其它实验室进行一次交叉验证实验，进行nbti与nb3sn的交叉比对实验来校验系统，通过比对即合格；2)升级或更新测量系统内任何配件，比如分流器，样品杆，不同设计样品骨架等，都必须用比对样重新测量比对。

进进行系统准确性实验合格后，还必须保障后续的每一次测量都能维持很好的准确性，这里称作系统稳定性校验，主要方法如下：1)每次测试开机首先测量比对样，分析各次比对样品的测量结果，比对样品的测量结果在误差允许范围内才能进行生产测试；2)当批量性测量同一种类线材，发现有明显性能偏高或偏低时，重复测量一组比对样进行。

第二部分：结合具体案例说明方法的可行性

一、系统工装升级

临界电流测量的同时，按照测量需求要对系统进行升级，包括分流器的升级，将75mv_1000a，75mv_1000a的分流器升级成75mv_2500a的分流器，从而可测量所有临界电流小于2300a的样品，升级后需通过比对样品的测量来校验系统的准确性；单通道样品杆升级成双通道测量样品杆，样品骨架槽型变动都需要对比对样品进行测量。

二、规范制样及测量

通过制定样品制样及测量规范要求，保证样品绕制无松动，焊样时目测焊接样品是否完全被焊料包裹在铜环上，要保证与骨架铜环(电流接触良好)，焊接电位线后检查接触电势是否小于0.01mv，测量时观察磁场保证提供的背景磁场必须准确。规范检查项如下：

第三部分：采用本方法的系统准确性与稳定性有效性证明

一、准确性有效性证明

取4个国际比对样品进行交叉比对实验，实验的测量曲线良好(图5)，测量结果如下：

测量结果的相对标准不确定度小于3％，满足要求，通过了交叉比对实验，通过了iter认证。

二、稳定性有效性证明

系统准确性实验合格后，必须保障后续的每一次测量都能维持很好的准确性，这里称作系统稳定性校验，设定内部比对样品，每次测量时测量比对样品，测量结果如下：

测量结果的相对标准不确定度是0.09％，小于3％，可重复性好，满足要求。

第四部分：实例演示

实例1：系统准确性实验

1.分流器更换：根据需求对系统升级后，将75mv_1000a，50mv_1000a的分流器升级为75mv_2500a的分流器，测量结果如下：

测量结果的相对标准不确定度小于3％，满足要求。

2.样品骨架变动：根据样品尺寸的变动，需要更换样品骨架，将小骨架更换为直径稍大的骨架，测量实验比对结果如下：

测量结果的相对标准不确定度小于3％，满足要求。

3.样品杆工装升级：为了提高测量效率，在背景磁场均匀去允许的情况下，升级单通道测量样品杆工装升级为双通道测量样品杆，选用内部标准样品作为标样进行比对测量实验，测量结果如下：

测量结果的相对标准不确定度小于3％，满足要求。

4.规范样品制样流程实验

规范制样流程后，选用4个样品由两个实验人员进行制样测量重复性实验，结果如下：

测量结果的相对标准不确定度小于3％，满足要求。

实例2：系统稳定性实验

选用之前测过的一个样品1012e-12210e-1p作为内部标准样品，每次开机时对标准样品进行重复测量，测量结果如下：

实验平均值是367.6，实验标准偏差是0.8，实验标准不确定度是0.25，相对合成标准不确定度是0.07％，cov是0.2％，满足标准要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。