一种超导线材铜超比测试设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超导材料检测技术领域，具体涉及一种超导线材铜超比测试设备。
【背景技术】
[0002] 新能源技术发展和医疗卫生进步都迫切需要超导技术产业化的快速发展，国际热 核聚变项目ITER以及核磁共振成像MRI的磁体主要组成都是超导线材，目前中国超导技术 产业化刚刚起步，在超导线材制备过程中的铜超比（Cu/Sc)参数控制中还缺乏有效地测试 设备。
[0003] Cu/Sc是超导线材作为成品的重要参数之一，Cu/Sc直接决定超导线的设计，并影 响超导线性能，低铜比能够增加超导面积，提高超导线性能，但同时也增加了线材的加工难 度，而高铜比能够提高磁体运行的稳定性，但必然使超导相的体积比下降，同时会使超导线 断芯的危险增大，不利于提高临界电流密度（Jc)。
[0004] 目前的Cu/Sc测试方式有化学称重法和图像分析法，化学称重法是取单位长度超 导线材通过化学腐蚀去掉铜，再通过称重剩余超导体，根据密度算出铜Cu和超导Sc的横截 面积比；图像法是取超导线材截面通过光学电镜拍照，然后分析铜Cu和超导Sc的横截面积 比，但这两种方法都是有损检测，只能对产品进行抽样测试，测试效率非常低，仅适用于少 量样品的实验室测试。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种超导线材铜超比测试设备，该设备解决了现有Cu/Sc测 试设备存在的只能进行有损检测的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种超导线材铜超比测试设备，包括主动放线机，在 线测试主机和带排线的主动收线机。
[0007] 本发明的特点还在于，
[0008] 在线测试主机设置在主动放线机和主动收线机之间。
[0009] 主动放线机设置有张力单元，张力单元采用调节配重的方式调节张力大小；主动 收线机采用变频电机调速的方式实现放线的调速和换向，排线采用伺服电机控制的光杆排 线方式。
[0010] 在线测试主机包括随动测试架以及集成设置的数字I/O模块、PXI控制器、GPIB通 讯模块、串行通讯模块、PXI高精度数据采集模块、温度补偿模块、可编程电流源、可编程纳 伏计、K型热电偶、长度测量单元和编码器。
[0011] 随动测试架置于一个由透明材料制成的封闭的空间中，随动测试架由4组垂直同 步运动的气缸和1组水平运动的气缸组成，4组垂直同步运动的气缸中的2组均安装有测试 探头，每个测试探头上分别有两根导线，两根导线分别连接到可编程电流源和可编程纳伏 计上；另外2组用于增大随动测试架与被测超导线材接触面的摩擦力。
[0012] 数字I/O模块、PXI控制器、GPIB通讯模块和串行通讯模块集成安装在一个带电子 屏蔽的机箱内。
[0013] 机箱的温度为15°C~25°C。
[0014] 可编程电流源采用GPIB通用接口总线的方式与计算机通讯；可编程电流源的输 出恒直流电范围为1~10安培。
[0015] 可编程纳伏计采用GPIB通用接口总线的方式与计算机通讯，测试精度为10E-9伏 特。
[0016] 测试探头选用银铜合金材质，测试探头采用弹性斜齿型结构。
[0017] 本发明的有益效果是，一种超导线材铜超比测试设备，通过设置在线测试主机，能 够在检测超导线材铜超比时进行无损检测，并且能够进行不间断测试，大大提高了超导线 材铜超比检测效率。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明一种超导线材铜超比测试设备的结构示意图；
[0019] 图2是本发明中测试探头的横截面图。
[0020] 图中，1.主动放线机，2.主动收线机，3.随动测试架，4.数字I/O模块，5.PXI控 制器，6.GPIB通讯模块，7.串行通讯模块，8.PXI高精度数据采集模块，9.温度补偿模块， 10.可编程电流源，11.可编程纳伏计，12.受测超导线材，13.K型热电偶，14.长度测量单 元，15.编码器，16.在线测试主机，17.测试探头。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0022] 如图1所示，一种超导线材铜超比测试设备，包括主动放线机1，在线测试主机16 和带排线的主动收线机2,在线测试主机16设置在主动放线机1和主动收线机2之间。
[0023] 其中，主动放线机1设置有张力单元，张力单元采用调节配重的方式调节张力大 小；主动收线机2采用变频电机调速的方式实现放线的调速和换向，排线采用伺服电机控 制的光杆排线方式；在线测试主机16包括随动测试架3以及集成设置的数字I/O模块4、 PXI控制器5、GPIB通讯模块6、串行通讯模块7、PXI高精度数据采集模块8、温度补偿模块 9、可编程电流源10、可编程纳伏计11、K型热电偶13、长度测量单元14和编码器15。其中， 随动测试架3置于一个由透明材料制成的封闭的空间中，随动测试架3由4组垂直同步运 动的气缸和1组水平运动的气缸组成，4组垂直同步运动的气缸中的2组均安装有测试探头 17,每个测试探头17上分别有两根导线，两根导线分别连接到到可编程电流源10和可编程 纳伏计11上；另外2组用于增大随动测试架3与受测超导线材12接触面的摩擦力，通过同 步气缸的运动使测试探头17同步接触或分离于受测超导线材12,另外，受测超导线材12在 随动架3两端导轮间的长度保持恒定，依此保证每次测试时测试探头17间的被测超导线材 长度也保证相同；数字I/O模块4、PXI控制器5、GPIB通讯模块6和串行通讯模块7集成 安装在一个温度为15°C~25°C的带电子屏蔽的机箱内；可编程电流源10采用GPIB通用接 口总线的方式与计算机通讯，其输出恒直流电范围为1~10安培；可编程纳伏计11也采用 GPIB通用接口总线的方式与计算机通讯，测试精度为10E-9伏特。
[0024] 如图2所示，测试探头17选用银铜合金材质，并采用弹性斜齿型结构，以增加探头 与超导线材接触的可靠性。
[0025] 本发明一种超导线材铜超比测试设备的使用方法是，主动放线机1和主动收线机 2分别用于放线和收线，主动放线机1带有张力调节功能，可根据测试需要调节超导线材的 张力大小，主动收线机2带有排线功能，可以对收纳的超导线材进行整理和排列。当测试 时，将受测超导线材12装入主动放线机1，按照确定的绕制路线将超导线穿过在线测试主 机16,到达主动收线机2 ;再将两只测试探头17紧靠超导线，通过调节主动放线机1、主动 收线机2的收、放线速度或测试探头17接触超导线的频率来调节Cu/Sc的采样率；可编程 电流源10按照预先设置的数值输出电流，可编程纳伏计11测试两测试探头17之间超导线 的电压；将K型热电偶13布置在两测试探头17之间的超导线近表面，测量超导线温度；依 据超导线温度，温度补偿模块9补偿不同温度间材料的导电率差异；用长度测量单元14和 编码器15记录流过的超导线的长度；根据室温下超导线Cu和Sc的导电率差异，用以下公 式计算每个测量点的铜超比，Cu/Sc=Beta:
[0027] 公式中符号代表的实际参量为：
[0028] a:不同温度下常数，如室温20°C下a取值等于234. 4 ;
[0029] b:b=a+k，k取值 20 ;
[0030] t:被测超导线实时的摄氏温度，单位°C;
[0032] RhO :室温20°C下铜的电阻率，如无氧铜RhO=0? 0169 ;
[0033] Rm:超导线的综合电阻值，Rm=Um/Is;
[0034] Lg:两只测试探头间被测超导线长度，Lg多12米；
[0035]X:超导芯丝相对RhO的电阻率倍数，如Nb-4Hi，X= 42 ;
[0036] 利用记录的超导线流过长度做平面直角坐标系横坐标，取同一时刻Cu/Sc做纵坐 标，通过计算机绘制Cu/Sc-L离散图样，用"最小二乘拟合法"将各点连接形成Cu/Sc-L连 续曲线图，待整卷超导线流过便形成整卷线关于长度坐标上的Cu/Sc测试曲线，通过读取 绘制的Cu/Sc测试曲线上对应长度处的Cu/Sc值，确定超导线在对应处的铜超比。
【主权项】
1. 一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：包括主动放线机（I)，在线测试主机 (16) 和带排线的主动收线机（2)。2. 根据权利要求1所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述在线测试 主机（16)设置在主动放线机（1)和主动收线机（2)之间。3. 根据权利要求1所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述主动放线 机（1)设置有张力单元，张力单元采用调节配重的方式调节张力大小；所述主动收线机（2) 采用变频电机调速的方式实现放线的调速和换向，排线采用伺服电机控制的光杆排线方 式。4. 根据权利要求3所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述在线测试 主机（16)包括随动测试架（3)以及集成设置的数字I/O模块（4)、PXI控制器（5)、GPIB通 讯模块（6)、串行通讯模块（7)、PXI高精度数据采集模块（8)、温度补偿模块（9)、可编程电 流源（10)、可编程纳伏计（11)、K型热电偶（13)、长度测量单元（14)和编码器（15)。5. 根据权利要求4所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述随动测试 架（3)置于一个由透明材料制成的封闭的空间中，随动测试架（3)由4组垂直同步运动 的气缸和1组水平运动的气缸组成，4组垂直同步运动的气缸中的2组均安装有测试探头 (17) ，每个测试探头（17)上分别有两根导线，两根导线分别连接到可编程电流源（10)和可 编程纳伏计（11)上；另外2组用于增大随动测试架与被测超导线材接触面的摩擦力。6. 根据权利要求4所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述数字I/O 模块⑷、PXI控制器（5)、GPIB通讯模块（6)和串行通讯模块（7)集成安装在一个带电子 屏蔽的机箱内。7. 根据权利要求6所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述带电子屏 蔽的机箱的温度为15 °C~25 °C。8. 根据权利要求4所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述可编程电 流源（10)采用GPIB通用接口总线的方式与计算机通讯；可编程电流源（10)的输出恒直流 电范围为1~10安培。9. 根据权利要求4所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述可编程纳 伏计（11)采用GPIB通用接口总线的方式与计算机通讯，测试精度为10E-9伏特。10. 根据权利要求5所述的一种超导线材铜超比测试设备，其特征在于：所述测试探头 (17)选用银铜合金材质，测试探头（17)采用弹性斜齿型结构。
【专利摘要】本发明公开了一种超导线材铜超比测试设备，包括主动放线机，在线测试主机和带排线的主动收线机，在线测试主机包括随动测试架以及集成设置的数字I/O模块、PXI控制器、GPIB通讯模块、串行通讯模块、PXI高精度数据采集模块、温度补偿模块、可编程电流源、可编程纳伏计、K型热电偶、长度测量单元和编码器。本发明相比于现有Cu/Sc测试方法中的化学称重法和图像分析法，具有测试设备简单，测试时完全无损测试的特点，并且本发明能够实现超导线材铜超比的不间断测试，大大提高了超导线材铜超比检测效率，适合工业化生产与运用。
【IPC分类】G01N27/02
【公开号】CN105067677
【申请号】CN201510473609
【发明人】朱秦岭, 彭常户, 张平祥, 李建峰, 刘向宏, 冯勇, 王瑞, 赵永富
【申请人】西部超导材料科技股份有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月5日