一种超导股线可变弯曲临界性能测试样品杆的制作方法

本发明涉及超导股线临界性能测试领域，具体的说涉及一种超导股线可变弯曲临界性能测试样品杆。

背景技术：

聚变能源时人类的梦想能源之一，全超导托卡马克磁约束聚变装置是实现聚变能发电的可靠装置，超导磁体是全超导可控核聚变堆的关键。超导电缆是超导磁体的重要组成部件，其技术是超导磁体设计的关键技术之一。超导电缆由多根超导股线绞缆而成，因此对于超导线的研究是其中的重要工作。

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，也在大型加速器超导磁体和超导核磁共振磁体中得到广泛应用。新的高温超导材料也在逐渐发展过程中。

在绞制超导电缆以及在电缆运行中，超导股线都会发生不同状态地弯曲应变，过大的应变量会影响股线的超导性能，并且随着超导磁体电磁力的增大，这种弯曲变形也会越加严重，在超导电缆的设计、生产以及磁体设计过程都需要避免超导股线发生弯曲变形，而超导股线随弯曲变形的临界性能是超导电缆设计和制造的基础。因此，需要对超导股线的弯曲应变下的临界性能进行测试。

为此，设计了一套用于测试超导股线弯曲变形下的临界性能测试样品杆，可用于Nb3Sn、NbTi、MgB2以及Bi2212等超导圆形股线的弯曲临界性能测试，该装置能够实现不同弯曲半径下的的临界性能测试。

超导股线可变弯曲临界性能测试实验中，采用标准的四引线法进行测量。

超导股线可变弯曲临界性能测试实验中，测试样品电位线距离为50mm。

实验内容主要包括：不同弯曲半径以及不同磁场下、液氦温度或液氮温度下的临界电流和n值测试。

测试样品浸泡在液氦或者液氮中进行通电实验，测试过程中需要给测试样品施加弯曲应力，需要设计一套可靠的测试装置，固定测试样品并施加不同的弯曲应力，并且在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，国际上各个超导实验室设计了多种超导股线弯曲临界性能测试装置，结构各异，为了能够安全、准确、可靠和高效的测量超导股线的弯曲临界性能，样品杆设计时必须考虑以下几点：

1. 测试样品可以稳定的固定在测试装置上；

2. 低温环境下，测试样品和电流引线之间接触良好，电流传输稳定；

3. 弯曲应力加载可靠；

4. 测试样品易于更换；

5. 样品杆电流引线易于冷却以节省低温冷却液；

6. 样品杆通电实验时应与外界保持良好的电绝缘。

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，提供一种超导股线可变弯曲应变临界性能测试样品杆。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种超导线可变弯曲临界性能测试样品杆，其特征在于：包括可变弯曲测试模块、胶木支撑环、环氧套筒、信号线插孔、上传动杆、两根电流引线和不锈钢法兰；

所述的可变弯曲测试模块包括有吊杆、下传动杆、骨架夹块、上底座、压块、蜗杆、下底座、涡轮、转动臂、样品骨架、出线端子和铜带；

所述的环氧套筒的一端安装有不锈钢法兰、另一端设有胶木支撑环，信号线插孔固定在不锈钢法兰上，电流引线下端和上传动杆下端穿过胶木支撑环，电流引线上端和上传动杆上端伸出环氧套筒，电流引线的下端与可弯曲测试模块的铜带相连接，上传动杆与弯曲测试模块中的下传动杆连接，弯曲测试模块通过吊杆与环氧套筒连接；

所述的涡轮、蜗杆和压块固定在下底座上，所述的上底座固定在压块上，所述的涡轮穿过上底座并与转动臂连接，所述的样品骨架通过骨架夹块与转动臂连接在一起，所述的出线端子固定在骨架夹块上，所述的出线端子通过铜带与电流引线连接，所述的下传动杆穿过上底座与蜗杆传动连接，涡轮与蜗杆配合连接，所述的吊杆吊装整个弯曲测试模块。

所述的一种超导线可变弯曲临界性能测试样品杆，其特征在于：所述上传动杆的上端连接精密电机。

所述的一种超导线可变弯曲临界性能测试样品杆，其特征在于：所述样品骨架采用材料为Ti-6Al-4V材料制成。

所述的一种超导线可变弯曲临界性能测试样品杆，其特征在于：所述样品骨架中部设有一个用于放置超导股线样品的凹槽，样品骨架的两端为倒圆角结构，超导股线样品两端从样品骨架两端倒圆角位置处引出到出线端子。

所述的一种超导线可变弯曲临界性能测试样品杆，其特征在于：所述电流引线的材料为高纯铜，采用中空圆柱结构。

本发明的有益效果是：

本发明在超导股线弯曲应变下临界性能测试中发挥很大的作用，弯曲模块能够实现不同弯曲半径下的临界性能测试，样品骨架方便拆卸，更换样品时操作简易；上、下底座之间的涡轮蜗杆均为可拆卸设计，便于更换；环氧套筒结构易于干燥，减小了样品更换时间，不会发生样品杆表面凝结水放入液氦杜瓦后结冰现象。

本发明的优点是：

本发明适用于不同弯曲半径下的超导股线临界性能测试，其弯曲模块结构设计新颖，目前国内尚无类似结构，更换样品时操作简易。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图。

图2为本发明弯曲模块结构示意图。

图3 为本发明弯曲模块样品骨架示意图。

图4为本发明弯曲模块下底座俯视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。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。

如图1-4所示，一种超导线可变弯曲临界性能测试样品杆，其特征在于：包括可变弯曲测试模块A1、胶木支撑环A2、环氧套筒A3、信号线插孔A4、上传动杆A5、两根电流引线A6和不锈钢法兰A7；

所述的可变弯曲测试模块包括有吊杆B1、下传动杆B2、骨架夹块B3、上底座B4、压块B5、蜗杆B6、下底座B7、涡轮B8、转动臂B9、样品骨架B10、出线端子B11和铜带B12；

所述的环氧套筒A3的一端安装有不锈钢法兰A7、另一端设有胶木支撑环A2，信号线插孔A4固定在不锈钢法兰A7上，电流引线A6下端和上传动杆A5下端穿过胶木支撑环A2，电流引线A6上端和上传动杆A5上端伸出环氧套筒A3，电流引线A6的下端与可弯曲测试模块A1的铜带B12相连接，上传动杆A6与弯曲测试模块A1中的下传动杆B2连接，弯曲测试模块A1通过吊杆B1与环氧套筒A3连接；

所述的涡轮B8、蜗杆B6和压块B5固定在下底座B7上，所述的上底座B4固定在压块B5上，所述的涡轮B8穿过上底座B4并与转动臂B9连接，所述的样品骨架B10通过骨架夹块B3与转动臂B9连接在一起，所述的出线端子B11固定在骨架夹块B3上，所述的出线端子B11通过铜带B12与电流引线A6连接，所述的下传动杆B2穿过上底座B4与蜗杆B6传动连接，涡轮B8与蜗杆B6配合连接，所述的吊杆B1吊装整个弯曲测试模块A1。

上传动杆A5上端连接精密电机，下端连接下传动杆B2,实验过程中通过上传动杆A6和下传动杆B2，带动蜗杆B6和涡轮B8转动,蜗轮B8、蜗杆B6转动时转动臂B9跟随着转动，用骨架夹块B3实现将转动臂B9和样品骨架B10相连接，实现上传动杆A6转动时样品骨架B10跟随着转动，从而实现样品弯曲成不同半径；样品骨架B10采用材料为Ti-6Al-4V材料制成，减少了由于不同热膨胀系数对测试结果的影响，样品骨架B10中部设有一个凹槽，样品骨架B10的两端为倒圆角结构；如图3所示，实验时将超导股线样品放置于凹槽中，样品两端从样品骨架B10两端倒圆角位置处引出到出线端子B11；电流引线A6，材料为高纯铜，用于连接外电源为实验样品提供电源，电流引线A6采用中空圆柱结构，减少漏热；压块B5用于支撑蜗杆B6，并实现将下底座B7和上底座B4固定连接在一起。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。