超导带材脱层应力测试装置和测试方法与流程

1.本发明涉及超导带材技术领域，具体地，涉及一种超导带材脱层应力测试装置和测试方法。


背景技术：

2.高温超导有着非常广泛的应用,领域涉及工业、电力系统、电机、医疗、高能物理、交通等领域。高温超导的强电应用主要涉及大电流和高磁场。具体的产品包括高温超导故障限流器、储能装置、变压器、发电机、核磁共振、磁分离设备、电机、磁悬浮、电缆、感应加热、高能加速器、电磁弹射系统器等。
3.高温超导带材有着最基本的性能参数——临界电流，指的是超导材料可以保持无阻特性加载的最大电流。当然超导带材在应用中其他的性能也特别重要，其中就包括带材的脱层应力。这是因为目前常规超导线圈在应用时通常会用石蜡或者环氧树脂对其进行真空浸渍，但这种工艺会带来的一个严重的问题在于，工艺本身有可能会对导体本身具有破坏作用。其破坏的机理在于石蜡或者环氧树脂和超导导体组成的材料，在低温下热胀冷缩系数不同，超导导体两侧的石蜡或者环氧树脂极易在冷却期间垂直沿剥离方向对超导导线施加剥离应力。尤其钇系超导导体是一种多层镀层材料，层间结合力弱于剥离应力时，导体性能将发生巨大的折损。即使一开始真空浸渍后没有出现此问题，但在超导线圈应用时多次冷热循环以后，此问题也将会出现。超导线圈力学方面的不良影响如果得不到很好解决的话会制约超导线圈的应用。
4.解决这个问题，一方面依赖于浸渍技术的提高，另一方面也依赖于超导带材本身脱层应力的提高。
5.行业内对于临界脱层应力的测试，通常以超导带材临界电流5％的衰退作为判据。测试流程主要可以概述为，每次对带材增加一点脱层拉力，测试带材的临界电流。多次循环往复后，得到带材的脱层特性曲线，如图1所示，这是国际上在这方面测试最有经验的机构测试的曲线。
6.这种测试看似很严谨，但实际的一个测试中会碰到不少的问题。随着脱层应力增大，由于临界脱层应力下降过程非常陡峭。第一把临界电流还保有98％的时候，下一个脱层应力增大5mpa(很小的量)，可能临界电流就退化到20％以下了。
7.为了得到更精确的脱层应力曲线，必须提高超导临界电流和超导脱层应力的精度。即减小临界电流每次电流增加的步距，最好控制在是1a，和对带材拉力每次增加的步距，最好控制在1mpa。
8.超导带材的临界电流普遍在500-800a。如果按这样的细分度测试，按1a/s的升流速率，测试一次临界电流的时间为600秒(10分钟)，测试一个样品几十个应力值，测试一个样品的时间将长达一整天，这是无法接受的。
9.脱层力持续的升高很容易，但是保持却非常难。在脱层力大的时候，保持并测试临界电流时，往往脱层力设备不能稳定的保持拉力而抖动。对带材的脱层来说，稳定的脱层力
很难将其脱层，但反复抖动的冲击力，会提早将带材拉脱层，如图2所示。


技术实现要素：

10.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超导带材脱层应力测试装置和测试方法。
11.根据本发明提供的一种超导带材脱层应力测试装置，包括：脱层应力测试部分和临界电流测量部分；
12.待测超导带材安装在所述脱层应力测试部分上，所述脱层应力测试部分向待测超导带材的厚度方向施加脱层力；
13.所述临界电流测量部分包括：传感器，分布设置在待测超导带材的长度方向，采集待测超导带材的电压信息或磁场强度信息；
14.通过脱层应力测试部分向待测超导带材提供时变电流，以及通过所述临界电流测量部分采集对应时刻下的电压信息或磁场强度信息，得到待测超导带材在所述脱层力下的临界电流值；
15.根据得到的多个临界电流值所对应的脱层力，得到待测超导带材的临界脱层应力值。
16.优选地，所述脱层应力测试部分包括：拉伸装置、拉力传感器、第一连接部、第二连接部、固定架、液氮容器以及升降平台；
17.所述拉伸装置通过所述拉力传感器连接所述第一连接部，所述第二连接部连接在所述固定架上，所述第一连接部、所述第二连接部分别连接待测超导带材的顶面、底面，所述液氮容器安装在所述升降平台上，所述升降平台能够驱动所述液氮容器上升并浸没待测超导带材。
18.优选地，所述第一连接部和所述第二连接部上分别设置有接线端子，所述接线端子与电流引线连接，用于向待测超导带材提供所述时变电流。
19.优选地，所述传感器包括：感应线圈、霍尔传感器、巨磁阻效应传感器、squid传感器或磁通门磁强计。
20.优选地，所述时变电流包括上升快下降慢的尖峰波形。
21.优选地，所述脉冲波形的脉宽小于50ms。
22.优选地，所述拉伸装置包括螺杆和支架，所述螺杆螺接在所述支架上，所述螺杆的一端连接所述拉力传感器；
23.所述第一连接部和所述第二连接部为非金属材料，分别与待测超导带材上下表面粘接。
24.优选地，所述时变电流的峰值大于待测超导带材的临界电流值。
25.根据本发明提供的一种超导带材脱层应力测试方法，采用所述的超导带材脱层应力测试装置，执行步骤：
26.步骤1：将待测超导带材的顶面和底面分别固定在脱层应力测试部分上，控制脱层应力测试部分施加脱层力；
27.步骤2：通过脱层应力测试部分向待测超导带材提供时变电流，通过所述临界电流测量部分采集对应时刻下的电压信息或磁场强度信息；
28.步骤3：根据电压信息或磁场强度信息得到待测超导带材在所述脱层力下的临界电流值；
29.步骤4：控制脱层应力测试部分增加脱层力，并返回步骤2，循环直至待测超导带材被拉脱层或带材临界电流低于原始值的预设百分比；
30.步骤5：根据得到的多个临界电流值所对应的脱层力，得到待测超导带材的临界脱层应力值。
31.优选地，在所述步骤2中还包括：将待测超导带材浸没在液氮中，再提供时变电流和采集电压信息或磁场强度信息。
32.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
33.通过临界电流测量部分一次能够测量多个位置的临界电流值，能够有效节约测试所需的时间。
34.由于一次测量的时间大幅减小，在很短的测量时间内，通过脱层应力测试部分能够精准施加和保持所需的脱层力，提高测量精度。
附图说明
35.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
36.图1为现有技术测得的带材的脱层特性曲线；
37.图2为传统拉力机不能稳定保持拉力所得到的脱层应力曲线；
38.图3为本发明的整体结构示意图；
39.图4为图3的局部放大图；
40.图5为图4的局部放大图。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
42.如图3所示，本发明提供的一种超导带材脱层应力测试装置，包括：脱层应力测试部分1和临界电流测量部分2两个部分，待测超导带材3安装在脱层应力测试部分1上，脱层应力测试部分1用于向待测超导带材3的厚度方向施加脱层力，并检测待测超导带材3的脱层应力，临界电流测量部分2用于检测待测超导带材3在对应脱层力作用下的临界电流值。
43.如图3和图4所示，脱层应力测试部分1包括：拉伸装置101、拉力传感器102、第一连接部103、第二连接部104、固定架105、液氮容器106以及升降平台。拉伸装置101采用螺杆结构，包括螺杆和支架，螺杆螺接在支架上，螺杆的一端连接拉力传感器102。通过旋转移动即可实现更精密的拉力提升/降低，同时也可以很好的保持拉力稳定，不会出现抖动。第一连接部103和第二连接部104分别用于固定待测超导带材3的两端，拉伸装置101通过拉力传感器102连接第一连接部103，作为活动端拉伸待测超导带材3的一端，第二连接部104连接在固定架105上，作为固定端固定住待测超导带材3的另一端。
44.液氮容器106安装在升降平台上，通过升降平台驱动液氮容器106上升并浸没待测超导带材，从而模拟待测超导带材3的真实工作环境。同时，第一连接部103和第二连接部104上分别设置有接线端子4，接线端子与电流引线5连接，用于向待测超导带材提供时变电流。
45.如图4、图5所示，临界电流测量部分2包括：传感器201以及脱层板202。脱层板202连接在第二连接部104上，脱层板202上设置有用于安装传感器201的凹槽，使传感器分布在待测超导带材3的长度方向上，采集待测超导带材对应位置的电压信息或磁场强度信息。脱层板202的两端设置有导电板4，导电板4连接电流引线5。待测超导带材3的两端分别与脱层板202两端的导电板4接触，用于导电。第一连接部103和第二连接部104为非金属材质，分别粘接在待测超导带材3的两个表面，用于提供脱层力。
46.通过脱层应力测试部分1向待测超导带材3提供脱层力和时变电流，以及通过临界电流测量部分2采集对应时刻下的电压信息或磁场强度信息，得到待测超导带材在脱层力下的临界电流值。根据得到的多个脱层力所对应的临界电流值，得到待测超导带材的临界脱层应力值。
47.传感器201可以采用感应线圈、霍尔传感器、巨磁阻效应传感器、squid传感器或磁通门磁强计等，本发明对此不做限制。
48.时变电流包括尖峰脉冲波形电流，尖峰脉冲波形电流呈上升快下降慢的波形，以便于后续数据分析。时变电流的峰值大于待测超导带材的临界电流值，脉宽小于50ms，以便于检测到待测超导带材3的在对应情况下的真实临界电流值。在电流增加的过程中，采集电压随时间变化的信号，从信号中能够找到对应临界电流的特征(电压上升到峰值位置后突降，该峰值位置即临界电流对应的位置)。
49.上述超导带材脱层应力测试装置的测量方法如下：
50.步骤1：将待测超导带材的两端固定在脱层应力测试部分上，控制脱层应力测试部分施加脱层力。
51.步骤2：将待测超导带材浸没在液氮中，再提供时变电流和采集电压信息或磁场强度信息。通过脱层应力测试部分向待测超导带材提供时变电流，通过临界电流测量部分采集对应时刻下的电压信息或磁场强度信息。
52.步骤3：根据电压信息或磁场强度信息得到待测超导带材在脱层力下的临界电流值。
53.步骤4：控制脱层应力测试部分增加脱层力，并返回步骤2，循环直至待测超导带材被拉脱层或带材临界电流低于原始值的预设百分比。
54.步骤5：根据得到的多个临界电流值所对应的脱层力，得到待测超导带材的临界脱层应力值。
55.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
56.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。