本发明涉及一种用于高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置及其自动补液方法。
背景技术：
高温超导带材的力学特性是决定高温超导带材使用性能的重要因素之一。在力学实验机上测试超导带材力学性能时，带材垂直驱动机构需从垂直方向上对杜瓦腔内的高温超导带材进行垂向施力操作，因此杜瓦腔的顶部不能封口，杜瓦腔内的液氮会不断挥发出去；从而实验者在进行高温超导带材力学实验的同时，要不断查看杜瓦内的液氮高度，防止液氮的液位低于高温超导带材从而导致实验失败。尤其是在做高温超导带材力学疲劳特性实验时，实验周期长，工作量大，实验人员需长时间观测并随时准备向杜瓦内加注液氮，费时费力；导致实验效率低，实验失败率高，实验结果不可靠。
技术实现要素：
本发明的第一目的是提供一种用于高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置，该装置能够在无人看守的状态下，自动保证杜瓦中的液氮始终淹没高温超导带材，使操作人员能够专心实验而不用关注杜瓦中的液氮挥发问题，省时省力，实验效率高，实验成功率高，实验结果可靠。
本发明实现其第一目的所采用的技术方案是：一种用于高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置，其组成是；
下底板(1)上面固定有四个立柱(3)，立柱(3)上部固定有顶板(9)，高温超导带材力学实验机的带材垂直驱动机构(10)置于顶板(9)上；高温超导带材力学实验机的敞口的杜瓦(6a)置于下底板(1)上且位于带材垂直驱动机构(10)的正下方，带材垂直驱动机构(10)的驱动杆通过上夹具(5)夹持杜瓦(6a)内的高温超导带材(4)的上端，高温超导带材(4)的下端通过下夹具(2)夹持固定在杜瓦(6a)的底部；
所述的下底板(1)上还设置有闭封的补液杜瓦(6b)，补液管(11)的进液口伸入补液杜瓦(6b)并位于补液杜瓦(6b)的底部，补液管(11)的出液口置于杜瓦(6a)内腔的上部；杜瓦(6a)的侧面固定有聚四氟乙烯杆(9)，超导体液位计(8)固定于聚四氟乙烯杆(9)的内侧且不与杜瓦(6a)的内壁接触；超导体液位计(8)的输出线连接到液位控制器(12)的输入信号端，同时液位控制器(12)的输出端通过导线与加压阀(14)控制端相连，加压阀(14)固定于补液杜瓦(6b)顶部且加压阀(14)阀口伸入补液杜瓦(6b)内；补液杜瓦(6b)的腔体上装有安全阀(7)。
本发明的第二个目的是：提供一种使用上述的高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置在高温超导带材力学实验时进行自动补液的方法，该方法能够简单可靠地实现杜瓦中的液氮始终淹没高温超导带材，使操作人员能够专心实验而不用关注杜瓦中的液氮挥发问题，省时省力，实验效率高，实验成功率高，实验结果可靠。
本发明实现其第二个发明目的所采用的技术方案是，一种使用权利要求1所述的用于高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置在高温超导带材力学实验时进行自动补液的方法，其具体做法是：
a、液氮的初始加注
根据实验所用的高温超导带材长度，在液位控制器(12)上设定最高、最低液面高度；启动液位控制器(12)，液位控制器(12)读取超导体液位计(8)测出的当前杜瓦(6a)内的液氮液面高度；初始时液氮液面高度为0，小于设定的最低液面高度；液位控制器(12)控制加压阀(14)动作、向补液杜瓦(6b)加压，补液杜瓦(6b)腔体内的压强增大，补液杜瓦(6b)的液氮在压力作用下经由补液管(11)流向杜瓦(6a)，实现对杜瓦(6a)的液氮加注；直至超导体液位计(8)测出的杜瓦(6a)中液氮液面高度达到设定的最高液面高度，液位控制器(12)控制加压阀(14)关闭，停止向杜瓦(6a)内加注液氮；
b、实验中的液氮自动补给
b1、开启高温超导带材力学实验机对高温超导带材进行力学特性实验；在实验的同时，杜瓦(6a)液氮沸腾挥发，杜瓦(6a)中的液氮液面高度逐渐降低，当超导体液位计(8)测出的液面高度值等于最低液氮液面高度时，进行b2步的操作；
b2、液位控制器(12)控制加压阀(14)动作，向补液杜瓦(6b)加压，补液杜瓦(6b)腔体内的压强增大，补液杜瓦(6b)的液氮在压力作用下经由补液管(11)流向杜瓦(6a)，进行补液操作；直至超导体液位计(8)测出的杜瓦(6a)中液氮液面高度达到设定的最高液面高度，液位控制器(12)控制加压阀(14)关闭，停止向杜瓦(6a)内的补液操作；
b3、随着实验进行，杜瓦(6a)中的液氮继续挥发，杜瓦(6a)中的液氮液面高度逐渐降低，当超导体液位计(8)测出的液面高度值等于最低液氮液面高度时，重复b2步的操作，直至实验结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明通过超导体液位计对杜瓦内液氮液面高度进行实时检测，再由液位控制器控制加压阀动作，保证杜瓦内液氮液面高度始终处于最高液面高度与最低液面高度之间，保证杜瓦内液氮既不溢出同时高温超导带材又始终淹没于液氮中，避免了因液氮挥发导致高温超导带材暴露于常温中而实验失败的问题。使操作人员能够专心进行高温超导带材力学特性实验，而不用关注杜瓦内液氮的挥发情况，实验省时省力，实验效率高，实验成功率高，实验结果可靠。
二、本发明通过聚四氟乙烯杆固定超导体液位计，聚四氟乙烯能够在低温下具有良好的绝热效果，能更好地避免因超导液位计与各处温度差异大的杜瓦内壁相接触而导致的测量误差。
三、本发明在补液杜瓦上设置安全阀，能够避免在液位控制器或者加压阀发生故障而导致补液杜瓦中压强过高发生安全事故，提高装置的安全性。
下面通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的装置示意图
具体实施方法
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种用于高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置，其组成是；
下底板(1)上面固定有四个立柱(3)，立柱(3)上部固定有顶板(9)，高温超导带材力学实验机的带材垂直驱动机构(10)置于顶板(9)上；高温超导带材力学实验机的敞口的杜瓦(6a)置于下底板(1)上且位于带材垂直驱动机构(10)的正下方，带材垂直驱动机构(10)的驱动杆通过上夹具(5)夹持杜瓦(6a)内的高温超导带材(4)的上端，高温超导带材(4)的下端通过下夹具(2)夹持固定在杜瓦(6a)的底部；
所述的下底板(1)上还设置有闭封的补液杜瓦(6b)，补液管(11)的进液口伸入补液杜瓦(6b)并位于补液杜瓦(6b)的底部，补液管(11)的出液口置于杜瓦(6a)内腔的上部；杜瓦(6a)的侧面固定有聚四氟乙烯杆(9)，超导体液位计(8)固定于聚四氟乙烯杆(9)的内侧且不与杜瓦(6a)的内壁接触；超导体液位计(8)的输出线连接到液位控制器(12)的输入信号端，同时液位控制器(12)的输出端通过导线与加压阀(14)控制端相连，加压阀(14)固定于补液杜瓦(6b)顶部且加压阀(14)阀口伸入补液杜瓦(6b)内；补液杜瓦(6b)的腔体上装有安全阀(7)。
2、一种使用权利要求1所述的用于高温超导带材力学实验机的液氮自动控制补给装置在高温超导带材力学实验时进行自动补液的方法，其具体做法是：
a、液氮的初始加注
根据实验所用的高温超导带材长度，在液位控制器(12)上设定最高、最低液面高度；启动液位控制器(12)，液位控制器(12)读取超导体液位计(8)测出的当前杜瓦(6a)内的液氮液面高度；初始时液氮液面高度为0，小于设定的最低液面高度；液位控制器(12)控制加压阀(14)动作、向补液杜瓦(6b)加压，补液杜瓦(6b)腔体内的压强增大，补液杜瓦(6b)的液氮在压力作用下经由补液管(11)流向杜瓦(6a)，实现对杜瓦(6a)的液氮加注；直至超导体液位计(8)测出的杜瓦(6a)中液氮液面高度达到设定的最高液面高度，液位控制器(12)控制加压阀(14)关闭，停止向杜瓦(6a)内加注液氮；
b、实验中的液氮自动补给
b1、开启高温超导带材力学实验机对高温超导带材进行力学特性实验；在实验的同时，杜瓦(6a)液氮沸腾挥发，杜瓦(6a)中的液氮液面高度逐渐降低，当超导体液位计(8)测出的液面高度值等于最低液氮液面高度时，进行b2步的操作；
b2、液位控制器(12)控制加压阀(14)动作，向补液杜瓦(6b)加压，补液杜瓦(6b)腔体内的压强增大，补液杜瓦(6b)的液氮在压力作用下经由补液管(11)流向杜瓦(6a)，进行补液操作；直至超导体液位计(8)测出的杜瓦(6a)中液氮液面高度达到设定的最高液面高度，液位控制器(12)控制加压阀(14)关闭，停止向杜瓦(6a)内的补液操作；
b3、随着实验进行，杜瓦(6a)中的液氮继续挥发，杜瓦(6a)中的液氮液面高度逐渐降低，当超导体液位计(8)测出的液面高度值等于最低液氮液面高度时，重复b2步的操作，直至实验结束。