专利名称：一种超导磁体关键部件测试用实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，该实验测试装置能在均匀的背景磁场与4K的低温环境下进行多项实验。
背景技术：
超导磁体一般在低温的环境下运行(多为液氦温度)，同时由于自身产生很强的磁场，使得整个超导磁体都处于很强的背景磁场下。超导磁体若要在持续电流模式下运行，超导开关与超导接头无疑是磁体研发过程中两项最为关键的技术。其中超导接头的电阻之间决定磁场的衰减率。例如MRI超导磁体接头电阻要求小于IO-ltlQ。由于接头电阻很小，通常使用衰减法对接头电阻进行测试。超导开关通常是由铜镍合金为基体NbTi线绕制而成。由于铜镍合金的基体电阻率较大因而其线材的稳定性较差。同时背景磁场会减小超导线的临界电流，因而即使微小的扰动也将会造成超导开关的失超。所以超导开关与超导接头必须在背景磁场与低温环境下进行测试。除此之外，还需要对以下部件进行测试I. ニ极管堆栈超导磁体在励磁过程中可能会发生失超，与超导开关并联连接的ニ极管堆栈将对其起到保护作用。同时ニ极管堆栈的导通电压必须要高于磁体的励磁电压。温度与磁场对ニ极管堆栈导通电压影响很大，故需对ニ极管组件在低温及磁场环境下进行伏安特性性能测试。2.超导液位计超导液位计用于检测超导磁体内部液氦液面高度。其超导液位计的研制最关键的是液位计工作电流的确定。同吋，也有必要将超导液位计与标准液位计进行标定实验。3.电流引线电流引线是连接室温的励磁电源和低温磁体的导体。为减小磁体漏热电流引线设计为可插拔型。当励磁完成后将电流引线拔出，进而有效减小电流引线的漏热。但如果接头接触电阻过大，励磁过程中将会有很大的热量产生诱发磁体失超。因而有必要在低温环境下对电流引线接头的压降进行测试。4.铝屏和热连接的剩余电阻率金属材料的剩余电阻率(RRR值)是指常温下(300K)的电阻与低温下(4K)的电阻的比值。对超导磁体中所用的电流引线和内电缆、金属柔性热连接、辐射冷屏RRR值的测试，可知其导热、导电性能。为磁体中传热设计、涡流设计等提供基础物性參数。综上所述，在超导磁体的研发过程中有必要设计ー种能进行以上所有测试的多功能实验装置。
发明内容
本实用新型主要目的在于提供ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，可、以用于测试超导接头、超导开关、ニ极管堆栈、超导液位计、电流引线、金属材料剩余电阻率RRR值、以及其他ー些需要背景磁场或液氦温区下的测试。本实用新型的技术方案是ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，由广ロ液氦杜瓦I、插入式实验系统2与背景场实验系统3三部分组成，其中插入式实验系统包括插入式实验支架顶部法兰21、电流引线23、固定支架24、开关安装支架25、超导开关26等几部分，还包括背景场实验系统，背景场实验系统包括超导磁体34、悬挂杆39、导向筒40、固定板311、防福射挡板32和液位计38。所述背景场试验系统为ー个磁场強度最高为3T的均匀的背景磁场，背景场磁体34悬挂于固定板311上。 所述背景场试验系统可切換为持续电流模式。所述在插入式实验支架顶部法兰21上焊接导向管40，导向管由0. 3mm的不锈钢板卷制而成，点焊于插入式实验支架顶部法兰上，在背景场实验系统与插入式实验系统上都布置有多块防辐射挡板，防辐射挡板材料为高发射率的铝或铜，防辐射挡板与广ロ液氦杜瓦的内壁之间有一定间隙，在防辐射挡板外布置ー圈薄铜片37以遮挡间隙。ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，包括广ロ液氦杜瓦插入式实验系统与背景场实验系统三部分组成。其中插入式实验系统包括插入式实验支架顶部法兰、电流引线、固定支架、开关安装支架、超导开关等几部分。背景场实验系统包括超导磁体、悬挂杆、导向筒、固定板、防辐射挡板、液位计等几部分組成。所述背景场试验系统能提供一个磁场強度最高为3T的均匀的背景磁场。背景场磁体悬挂于固定板上。为防止在励磁过程中，磁体失超而引起的损害，通常超导磁体需要连接失超保护电路。所述的背景场超导磁体在达到设定的磁场后，可切換为持续电流模式。然后将电流引线拔出，以减小外界的漏热。所述的背景场实验系统插入式实验支架顶部法兰上焊接导向管。为减小漏热，导向管由0. 3mm的不锈钢板卷制而成，点焊于插入式实验支架顶部法兰上。同时在背景场实验系统与插入式实验系统上都布置有多块防辐射挡板。防辐射挡板材料为高发射率的铝或铜。防辐射挡板与广ロ液氦杜瓦的内壁之间有一定间隙。为防止热辐射从间隙进入，在防辐射挡板外布置ー圈薄铜片，以进ー步减小漏热。所述的实验装置通过更换插入式实验系统可进行不同的测试。如超导接头、超导开关、ニ极管堆栈、超导液位计、铝或铜剩余电阻率等测试。通过只变换插入式实验系统，避免将整个实验系统复温从而造成液氦过多的损耗。所述背景场实验系统顶部插入式实验支架顶部法兰上布有电流引线插入口、输液ロ、排气ロ、压カ表等，具体接口数量由实验決定。所述插入式实验系统顶部插入式实验支架顶部法兰上布置有信号线接ロ、液位计插入口以及I至2个备用接ロ。所述磁体悬挂杆为用低导热系数的不锈钢杆或玻璃钢杆。本实用新型的有益效果是本实用新型的ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，可以用于测试超导接头、超导开关、ニ极管堆栈、超导液位计、电流引线、材料剩余电阻率RRR值、以及其他ー些需要背景磁场或液氦温区下的测试。本实用新型的一种超导磁体关键部件测试用实验装置具有实验參数多、背景磁场稳定性高、背景磁场强度可调节、液氦挥发率小、实验灵活性强、支架和电流引线可拆卸等优点。
图I是本实用新型的实验装置的外观图。图2是插入式实验系统的结构示意图。图3是背景场实验系统的结构示意图。图4是本实用新型的实验装置安装在磁体杜瓦内的剖视结构示意图。图中1为磁体杜瓦、21为插入式实验支架顶部法兰、22为防辐射挡板、23为可插拔电流引线、24为插入式实验中心支架、25为开关安装支架、26为超导开关、32为防辐射挡板、34为超导磁体、35为压カ表、36为排气ロ、37为防辐射挡片、38为液位计、39为悬挂杆、40为导向筒、310为ニ极管保护堆、311为固定板。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进ー步描述如图I，ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，其特征是包括广ロ液氦杜瓦I插入式实验系统2与背景场实验系统3三部分组成。其中插入式实验系统包括插入式实验支架顶部法兰21、电流引线23、固定支架24、开关安装支架25、超导开关26等几部分。背景场实验系统包括超导磁体34、悬挂杆39、导向筒40、固定板311、防福射挡板32、液位计38等几部分组成。所述背景场试验系统能提供一个磁场強度最高为3T的均匀的背景磁场。背景场磁体34悬挂于固定板311上。为防止在励磁过程中，磁体失超而引起的损害，通常超导磁体需要连接失超保护电路。所述的背景场超导磁体在达到设定的磁场后，可切換为持续电流模式。然后将电流引线33拔出，以减小外界的漏热。所述的背景场实验系统插入式实验支架顶部法兰21上焊接导向管40。为减小漏热，导向管由0. 3mm的不锈钢板卷制而成，点焊于插入式实验支架顶部法兰上。同时在背景场实验系统与插入式实验系统上都布置有多块防辐射挡板。防辐射挡板22、32材料为高发射率的铝或铜。防辐射挡板与广ロ液氦杜瓦的内壁之间有一定间隙。为防止热辐射从间隙进入，在防辐射挡板32外布置ー圈薄铜片37，以进ー步减小漏热。所述的实验装置通过更换插入式实验系统可进行不同的测试。如超导接头、超导开关、ニ极管堆栈、超导液位计、铝或铜剩余电阻率等测试。通过只变换插入式实验系统，避免将整个实验系统复温从而造成液氦过多的损耗。所述背景场实验系统顶部插入式实验支架顶部法兰21上布有电流引线插入口、输液ロ、排气ロ 36、压カ表35等，具体接口数量由实验決定。所述插入式实验系统24顶部插入式实验支架顶部法兰21上布置有信号线接ロ、液位计插入ロ以及I至2个备用接ロ。所述磁体悬挂杆311为用低导热系数的不锈钢杆或玻璃钢杆。插入式实验支架顶部法兰21上装有标准液位计38用于准确測量液氦高度，将自制液位计安装在插入式实验系统上，自制液位计底部与标准液位计平齐，通过实验确定自制液位计工作电流，并通过与标准液位计的比对确定其误差。 上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
权利要求1.ー种超导磁体关键部件测试用实验装置，其特征是由广ロ液氦杜瓦(I)、插入式实验系统(2)与背景场实验系统(3)三部分组成，其中插入式实验系统包括插入式实验支架顶部法兰(21)、电流引线(23)、固定支架(24)、开关安装支架(25)和超导开关(26)，还包括背景场实验系统，背景场实验系统包括超导磁体(34)、悬挂杆(39)、导向筒(40)、固定板(311)、防辐射挡板(32 )和液位计(38 )。
2.根据权利要求I所述的超导磁体关键部件测试用实验装置，其特征在于所述背景场试验系统为ー个磁场強度最高为3T的均匀的背景磁场，超导磁体(34)悬挂于固定板(311)上。
3.根据权利要求2所述的超导磁体关键部件测试用实验装置，其特征在于所述背景场试验系统可切換为持续电流模式。
4.根据权利要求I所述的超导磁体关键部件测试用实验装置，其特征在于所述在插入式实验支架顶部法兰(21)上焊接导向筒(40)，导向管由0. 3mm的不锈钢板卷制而成，点焊于插入式实验支架顶部法兰(21)上，在背景场实验系统与插入式实验系统上都布置有多块防辐射挡板，防辐射挡板材料为高发射率的铝或铜，防辐射挡板与广ロ液氦杜瓦的内壁之·间有一定间隙，在防辐射挡板外布置ー圈薄铜片(37)以遮挡间隙。
专利摘要一种超导磁体关键部件测试用实验装置，其特征是包括广口液氦杜瓦(1)插入式实验系统(2)与背景场实验系统(3)三部分组成。其中插入实验系统包括插入式实验支架顶部法兰(21)、电流引线(23)、固定支架(24)、开关安装支架(25)、超导开关(26)等几部分。背景场实验系统包括超导磁体(34)、悬挂杆(39)、导向筒(40)、固定板(311)、防辐射挡板(32)、液位计(38)等几部分组成。本实用新型的超导磁体关键部件测试用实验装置具有实验参数多、背景磁场稳定性高、背景磁场强度可调节、液氦挥发率小、实验灵活性强、支架和电流引线可拆卸等优点。
文档编号G01F25/00GK202494729SQ201120296428
公开日2012年10月17日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者万理军, 成渝, 汤洪明, 臧振中, 郭如勇 申请人:南京丰盛超导技术有限公司