一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法与流程

1.本发明涉及高温超导技术领域，具体涉及一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.自1986年高温超导材料问世以来，高温超导技术得到了快速的发展。特别是以rebco为代表的第二代高温超导带材（液氮77k运行），以其优良的载流能力、高场性能和机械强度已经广泛应用在能源、电力、医疗及军工等领域的电力和强磁体设备中。在实际应用中高温超导带材将不可避免的被弯曲，从而来制备所期望的电缆或磁体，而作为层状陶瓷材料，其极易在弯曲过程中发生脱层或破裂损坏，从而使带材降低或失去载流能力，从而影响相关设备或装置的安全运行。为此，高温超导带材的弯曲特性被作为评价带材性能的重要指标之一。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，采用本方案，能在完成不同弯曲半径下的临界电流测试时，通过可滑动的弯曲台和滑动接头，有效的解决了高温超导带材在不同直径下测试时试样反复拆卸和安装的不便，简化了测试步骤，有效的提高了测试效率，并减小了拆卸与安装带来的试样损坏破裂的风险。
4.本发明通过下述技术方案实现：一种高温超导带材弯曲特性测试装置，包括：弯曲台，所述弯曲台由从下到上直径依次减小的圆形台阶呈同心轴线累叠而成，所述弯曲台通过滑动板设于工作台上；导电柱，所述导电柱设于所述工作台上，所述弯曲台两侧均设有导电柱，所述导电柱上设有滑动连接的滑动接头，所述滑动接头用于连接高温超导带材端部；所述滑动板可朝远离或靠近导电柱的方向纵向滑动；所述滑动接头可相对于所述导电柱竖向和横向滑动。
5.实用化低温超导材料nbti与nb3sn的临界转变温度分别为9.2k和18.1k，通常运行在液氦4.2k下；第一代高温超导bi的临界转变温度为108k，而当前第二代高温超导(re系)的临界温度为90k,通常运行在液氮温区77k；而相对于现有技术中，高温超导带材在弯曲特性测试时，将不可避免的被弯曲，并极易在弯曲过程中发生脱层或破裂损坏，从而使带材降低或失去载流能力，从而影响相关设备或装置的安全运行等问题，本方案提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置，采用本方案，通过可滑动的弯曲台和滑动接头，使高温超导带材两端和滑动接头固定后，直至实验结束后再拆卸，从而避免了高温超导带材在反复拆卸过程中的破损风险，具体方案中，包括有弯曲台，高温超导带材通过缠绕在弯曲台上的不同直径圆形台阶上，即可测试弯曲特性，弯曲台固定坐落于工作台上，在工作台前方两侧的位置均设有导电柱，即左导电柱和右导电柱，导电柱上设有滑动接头，即左滑动接头和右滑动
接头，在具体实验过程中，使高温超导带材绕过弯曲台指定半径的圆形台阶，并将高温超导带材的两端分别连接在两个滑动接头上，再向导电柱通电，即可开始测试弯曲特性；而在需要更换测试半径时，通过纵向滑动弯曲台，并竖向和横向移动滑动接头即可，从而避免拆卸试样端部；在上述方案中，无论是纵向滑动，还是横向和竖向滑动，均是以工作台即上支撑板的平面作为基面。
6.进一步优化，所述工作台包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板之间通过若干支撑螺杆连接，所述上支撑板和下支撑板相互平行；所述弯曲台通过滑动板设于上支撑板上；用于实现工作台的可拆卸连接。
7.进一步优化，所述上支撑板和滑动板上均带有滑动槽，所述滑动槽纵向设置，两个所述滑动槽上贯穿设有螺钉；用于实现弯曲台的纵向滑动。
8.进一步优化，所述上支撑板上还固设有定位板，所述定位板的侧边和所述滑动板靠近定位板的侧边相互齐平，且沿所述滑动板的滑动方向设置；用于防止滑动块前后移动时左右晃动。
9.进一步优化，沿所述导电柱高度方向，所述导电柱上设有竖向通槽，所述滑动接头通过螺钉和所述竖向通槽连接；为实现滑动接头的竖向滑动，便于调节试样在不同直径的圆形台阶上测试。
10.进一步优化，所述滑动接头包括弯曲部分，所述弯曲部分朝弯曲台的方向弯曲，两个所述滑动接头的弯曲部分相向设置；所述弯曲部分的长度方向为所述高温超导带材的行走方向；所述滑动接头横向移动，用于带动所述弯曲部分指向弯曲台一端的外侧面和指定测试半径的圆形台阶相切。用于使试样能绕弯曲台大于等于180
°
。
11.进一步优化，所述滑动接头还包括和弯曲部分连接的长直部分，所述长直部分上带有横向通槽，所述横向通槽沿垂直于所述滑动板的滑动方向设置，所述竖向通槽上的螺钉贯穿所述横向通槽；用于实现滑动接头的横向通槽。
12.进一步优化，所述弯曲部分相对于长直部分呈90
°
弯曲，所述长直部分上带有若干螺纹孔，所述螺纹孔上螺接有铜压片，所述铜压片用于将所述高温超导带材的端部压在所述长直部分上；用于避免试样接头部分不会因固定螺钉等产生干扰。
13.进一步优化，所述导电柱和所述滑动接头均为紫铜材质；采用导电性能良好的紫铜制备，能提高测试的准确度。
14.进一步优化，所述导电柱依次贯穿所述上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板之间的导电柱上带有向外延伸的支板，两个所述支板之间用于固定导电接头；用于实现通电。
15.进一步优化，一种高温超导带材弯曲特性测试装置的测试方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：将高温超导带材绕过所述弯曲台最大直径的圆形台阶，并将高温超导带材的两端分别连接在两个滑动接头上；然后调节所述弯曲台和滑动接头的位置，使所述高温超导带材刚好绷紧，且弯曲部分绕弯曲台大于等于180
°
；步骤二：焊接电压引线，同时将电源线和导电柱上的导电滑动接头连接；步骤三：将装配好的测试装置放入液氮环境中冷却至超导态，然后将电压引线信号输出端接入纳伏表上，接通电源开始实验；
步骤四：测试完最大弯曲直径后，关闭电源并将测试装置取出，再次调节弯曲台和滑动接头，将高温超导带材调整至第二大的弯曲直径处，并保证高温超导带材的状态如步骤一所示，完成后重复步骤3；步骤五：重复步骤四，按照弯曲直径从大到小的顺序，将高温超导带材依次在弯曲台的圆形台阶上进行测试，直到完成最小直径测试。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1.本发明提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，测试装置采用可滑动的弯曲台和可滑动接头，且试样两端与滑动接头固定后直至实验结束再拆卸，有效的解决了高温超导带材在不同直径下测试时试样反复拆卸和安装的不便，简化了测试步骤，有效的提高了测试效率，并减小了拆卸与安装带来的试样损坏风险；2.本发明提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，导电柱设置有固定式的导电接头，而未采用直接与接头相连的常规方法，避免了测试时电源线跟随测试直径的变化而进行移动或拆卸与安装，进一步提高了测试的效率和试样被损坏的风险。
17.3.本发明提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，装置设置有定位板，有效的防止了弯曲台跟随滑动板前后移动时发生左、右晃动，进一步减小了带材被损伤的风险。
18.4.本发明提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，滑动滑动接头设置的一定半径的90
°
弯曲部分，带材紧贴该弯曲部分固定在长直部分，可实现在较小弯曲直径测试时，接头部分不会因固定螺钉等产生干扰，而影响测试结果。
19.5.本发明提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，该装置能够满足当前市面上所有带宽的高温超导带材的弯曲特性测试。
20.6.本发明提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置及其测试方法，该装置结构简单且测试操作步骤容易实现，极大的节省了测试时间，提高了测试的有效性和高效性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：图1为本发明提供的一种实施例的结构示意图；图2为发明提供的一种实施例的实验数据图。
22.附图中标记及对应的零部件名称：1-下支撑板，2-上支撑板，3-支撑螺杆，4-定位板，5-滑动板，6-弯曲台，7-左导电柱，8-右导电柱，9-左滑动接头，10-右滑动接头。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
24.实施例1如图1所示，本实施例1提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置，包括：弯曲台6，所述弯曲台6由从下到上直径依次减小的圆形台阶呈同心轴线累叠而成，所述弯曲台6通过滑动板5设于工作台上；导电柱，所述导电柱设于所述工作台上，所述弯曲台6两侧均设有导电柱，所述导电柱上设有滑动连接的滑动接头，所述滑动接头用于连接高温超导带材端部；所述滑动接头包括弯曲部分，所述弯曲部分朝弯曲台6的方向弯曲，两个所述滑动接头的弯曲部分相向设置；所述弯曲部分的长度方向为所述高温超导带材的行走方向；所述滑动板5可朝远离或靠近导电柱的方向纵向滑动；所述滑动接头可相对于所述导电柱竖向和横向滑动；所述滑动接头横向移动，用于带动所述弯曲部分指向弯曲台6一端的外侧面和指定测试半径的圆形台阶相切。
25.相对于现有技术中，高温超导带材在弯曲特性测试时，将不可避免的被弯曲，并极易在弯曲过程中发生脱层或破裂损坏，从而使带材降低或失去载流能力，从而影响相关设备或装置的安全运行等问题，本方案提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置，采用本方案，通过可滑动的弯曲台6和滑动接头，使高温超导带材两端和滑动接头固定后，直至实验结束后再拆卸，从而避免了高温超导带材在反复拆卸过程中的破损风险，具体方案中，包括有弯曲台6，高温超导带材通过缠绕在弯曲台6上的不同直径圆形台阶上，即可测试弯曲特性，弯曲台6固定坐落于工作台上，在工作台前方两侧的位置均设有导电柱，即左导电柱7和右导电柱8，导电柱上设有滑动接头，即左滑动接头9和右滑动接头10，在具体实验过程中，使高温超导带材绕过弯曲台6指定半径的圆形台阶，并将高温超导带材的两端分别连接在两个滑动接头上，再向导电柱通电，即可开始测试弯曲特性；而在需要更换测试半径时，通过纵向滑动弯曲台6，并竖向和横向移动滑动接头即可，从而避免拆卸试样端部。
26.请参阅图1，作为一种为实现工作台可拆卸连接的具体实施方式，所述工作台包括上支撑板2和下支撑板1，所述上支撑板2和下支撑板1之间通过若干支撑螺杆3连接，所述上支撑板2和下支撑板1相互平行；所述弯曲台6通过滑动板5设于上支撑板2上；本方案中，工作台包括上支撑板2和下支撑板1，上支撑板2和下支撑板1相互平行，在四角位置均连接有支撑螺杆3，从而通过支撑螺杆3固定上下支撑板。
27.更进一步的方案，所述上支撑板2和滑动板5上均带有滑动槽，所述滑动槽纵向设置，两个所述滑动槽上贯穿设有螺钉；为实现弯曲台6的纵向滑动，本方案中，在上支撑板2和滑动板5上均带有滑动槽，优选为在弯曲台6两侧的滑动板5上均设有滑动槽，此时螺钉上下贯穿滑动槽，通过调节螺钉的松紧，即可实现弯曲台6的前后移动与固定。
28.作为一种为防止滑动块前后移动时左右晃动的具体实施方式，所述上支撑板2上还固设有定位板4，所述定位板4的侧边和所述滑动板5靠近定位板4的侧边相互齐平，且沿所述滑动板5的滑动方向设置；本方案中，在上支撑板2上还设置有定位板4，定位板4设置于滑动一侧，且两块板的相邻端面相互平行，在具体实验过程中，将滑动板5紧贴于定位板4上，即可使滑动板5稳定的沿纵向滑动。
29.本实施例中，沿所述导电柱高度方向，所述导电柱上设有竖向通槽，所述滑动接头通过螺钉和所述竖向通槽连接；为实现滑动接头的竖向滑动，便于调节试样在不同直径的圆形台阶上测试，本方案中，在导电柱上设有竖向通槽，此时滑动接头用过螺钉连接于竖向
通槽上，即可通过螺钉的松紧实现滑动接头在竖向方向上的调节；其中，竖向通槽优选为两个，便于调节的稳定性。
30.请继续参阅图1，所述滑动接头包括弯曲部分，所述弯曲部分朝弯曲台6的方向弯曲，两个所述滑动接头的弯曲部分相向设置；所述弯曲部分的长度方向为所述高温超导带材的行走方向；所述滑动接头横向移动，用于带动所述弯曲部分指向弯曲台6一端的外侧面和指定测试半径的圆形台阶相切。其中，滑动接头包括有弯曲部分，弯曲部分朝向弯曲台6的方向弯曲，两个滑动接头沿弯曲台6的中轴线对称设置，其弯曲部分均位于两个滑动接头之间，在具体实验过程中，弯曲部分能接收试样的端部，试样端部能紧贴于弯曲部分的外侧面，并沿弯曲部分的长度路径方向行走，最后连接在滑动接头的另一端；其中弯曲部分指向弯曲台6一端的外侧面需和指定测试半径的圆形台阶相切，从而使试样能绕弯曲台大于等于180
°
才能达到测试效果，上述调节通过滑动接头的横向移动即可实现。
31.作为一种为实现滑动接头的横向通槽的具体实施方式，所述滑动接头还包括和弯曲部分连接的长直部分，所述长直部分上带有横向通槽，所述横向通槽沿垂直于所述滑动板5的滑动方向设置，所述竖向通槽上的螺钉贯穿所述横向通槽；本方案中，滑动接头还包括长直部分，长直部分的长度方向为沿滑动接头横向移动方向，在长直部分上开有沿其长度方向设置的横向通槽，此时螺钉依次穿过横向通槽和竖向通槽，通过螺钉的松紧，即可实现滑动接头的横向和纵向移动。
32.作为一种更加稳定的实验测试的具体实施方式，所述弯曲部分相对于长直部分呈90
°
弯曲，所述长直部分上带有若干螺纹孔，所述螺纹孔上螺接有铜压片，所述铜压片用于将所述高温超导带材的端部压在所述长直部分上；为避免试样接头部分不会因固定螺钉等产生干扰，本方案中，弯曲部分相对于长直部分呈一定半径的90
°
弯曲，即弯曲弧长为四分之一圆，使试样端部能顺着弯曲部分固定在长直部分，由于弯曲部分指向弯曲台6一端的外侧面始终和指定测试半径的圆形台阶相切，因此，试样始终能紧贴于弯曲部分，且紧贴部分为四分之一圆形弧长，从而实现即使在较小弯曲直径测试时，接头部分不会因固定螺钉等产生干扰，从而影响实验效果。
33.更进一步的方案，所述导电柱和所述滑动接头均采用导电性能良好的紫铜制备，能提高测试的准确度。
34.更进一步的方案，上下支撑板、定位板4、滑动板5与弯曲台6均采用环氧树脂板加工而成，有利于与导电柱绝缘。
35.请继续参阅图1，为实现通电，本实施例中，所述导电柱依次贯穿所述上支撑板2和下支撑板1，所述上支撑板2和下支撑板1之间的导电柱上带有向外延伸的支板，两个所述支板之间用于固定导电接头；导电柱依次贯穿上支撑板2和下支撑板1上的通槽，在两个支撑板之间的导电柱上带有向外延伸的支板，通过将导电接头固定在两个支板上，相对于采用直接与接头相连的常规方法，避免了测试时电源线跟随测试直径的变化而进行移动或拆卸与安装，进一步提高了测试的效率和试样被损坏的风险。
36.实施例2本实施例2在实施例1的基础上进一步优化，提供了一种高温超导带材弯曲特性测试装置的测试方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：取适当长度的rebco高温超导带材试样，首先绕过弯曲台6最大直径的圆形
台阶，通过滑动滑动接头与其端部相连，通过调节滑动接头与弯曲台6的位置使试样刚好绷紧并保证弯曲部分均绕弯曲台6大于或等于180
°
，且滑动滑动接头指向弯曲台6一端的上表面调整到与指定测试直径的圆形台阶相切。
37.步骤2：在距离试样两端头的适当位置处焊接电压引线，并保证引线固定牢固，同时将电源线与导电柱的导电接头连接。
38.步骤3：将装配好的试样及装置放进液氮杜瓦槽内并用液氮将其冷却至超导态，然后将电压引线信号输出端接到纳伏表上并接通电源开始试验。
39.步骤4：测试完最大弯曲直径后，关闭电源将试样和装置整体取出，通过调节滑动滑动接头和弯曲台6位置，将试样位置调整至第二大的弯曲直径处，并保证试样状态如步骤1中所述，完成后重复步骤3即可。
40.步骤5：之后的测试中，按照弯曲直径从大到小的顺序，将高温超导带材依次在弯曲台的圆形台阶上进行测试，一直重复步骤4即可，直到完成最小直径测试并将样品拆卸并规整实验装置。
41.本实施例提供的一种高温超导带材弯曲测试方法，通过技术方案所述的装置与四引线法，按照上述步骤完成不同弯曲半径下的临界电流测试，从而实现对不同带材的弯曲特性评估，为其在电缆和磁体的设计制造中提供重要参考。
42.实施例3如图2所示，本实施例3在实施例2的基础上进行实验，提供了具体的实验数据。采用本发明专利及测试方法，分别选取了苏州新材料和上海超导的高温超导带材进行测试。带材宽度均为2mm，长度33cm，电压引线间距10cm，两端距引线长度11.5cm，测试温度为液氮77k，测试时超导层靠近弯曲的外侧，获得的归一化临界电流随弯曲半径的变化曲线见图2。
43.通过上述实施例可以看到，利用本发明专利及试验方法进行高温超导带材的弯曲临界特性测试，结果显示苏州新材料与上海超导提供的高温超导带材临界弯曲直径分别小于8mm与小于6mm，与各自提供的测试结果相符，且获得了良好的归一化 临界电流随弯曲直径变化的曲线，说明本发明专利及试验方法具有较好的实用性，可以进行推广。
44.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。