本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)帶材在循環(huán)載荷下的臨界電流測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)帶材在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)受到各種不同類型的載荷作用。以超導(dǎo)磁體為例，將高溫超導(dǎo)帶材繞制成餅狀線圈時(shí)，超導(dǎo)帶材會(huì)發(fā)生彎曲變形；當(dāng)超導(dǎo)磁體在常溫和低溫兩個(gè)不同溫區(qū)之間變化時(shí)，材料會(huì)發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，并且高溫超導(dǎo)帶材與外部加固材料之間的熱膨脹系數(shù)不同，超導(dǎo)帶材會(huì)受到熱應(yīng)力作用。超導(dǎo)磁體勵(lì)磁之后，超導(dǎo)帶材之間會(huì)受到電磁力的作用；并且大部分超導(dǎo)電力設(shè)備是工作在交流模式下，所以當(dāng)通電電流為交變電流時(shí)，帶材受到的電磁力則為周期性的電磁力。

周期性的循環(huán)載荷或周期性的電磁力及二者的共同作用均會(huì)使超導(dǎo)帶材中的高溫超導(dǎo)材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化，例如使超導(dǎo)晶粒發(fā)生偏轉(zhuǎn)、滑移、甚至使超導(dǎo)芯或超導(dǎo)層產(chǎn)生不可恢復(fù)的裂紋，造成超導(dǎo)電流傳輸面積的減小，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)超導(dǎo)帶材臨界電流(處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體通以直流電流增加到臨界值時(shí)樣品轉(zhuǎn)入正常態(tài)，稱為臨界電流)的下降。通常情況下這種臨界電流的下降是不可逆的，而且超導(dǎo)帶材微觀結(jié)構(gòu)的不良變化會(huì)在載荷的持續(xù)作用下進(jìn)一步發(fā)展，最終致使超導(dǎo)帶材喪失應(yīng)有的使用價(jià)值。因此，需要對(duì)高溫超導(dǎo)帶材在循環(huán)載荷作用下的臨界電流進(jìn)行測(cè)試，以確定循環(huán)載荷或電磁力及二者的共同作用對(duì)帶材的臨界電流的影響，從而為循環(huán)載荷環(huán)境下使用超導(dǎo)帶材的超導(dǎo)設(shè)備的抗循環(huán)載荷設(shè)計(jì)和制造提供試驗(yàn)依據(jù)。

現(xiàn)有的高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，只能測(cè)試靜態(tài)應(yīng)力對(duì)超導(dǎo)帶材臨界電流的影響，不能測(cè)試循環(huán)載荷作用下的臨界電流，更不能測(cè)試循環(huán)載荷與交變電磁場(chǎng)共同作用下的高溫超導(dǎo)帶材臨界電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一發(fā)明目的是提供一種循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，該裝置能夠測(cè)出不同大小、頻率的循環(huán)載荷下的高溫超導(dǎo)帶材的臨界電流，也能測(cè)出交變背景電磁場(chǎng)與循環(huán)載荷共同作用下的高溫超導(dǎo)帶材臨界電流。從而為循環(huán)載荷環(huán)境下，使用超導(dǎo)帶材的超導(dǎo)設(shè)備的抗循環(huán)載荷設(shè)計(jì)和制造，提供更可靠的試驗(yàn)依據(jù)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，其組成是：

底板上放置環(huán)形的電磁鐵殼，電磁鐵殼的內(nèi)腔嵌置杜瓦，電磁鐵殼的夾層中安裝勵(lì)磁線圈，且杜瓦內(nèi)腔的壁上左右對(duì)稱固定有左夾具和右夾具；

底板上還固定有圍住電磁鐵殼的四個(gè)立柱，頂板固定于四個(gè)立柱的頂端；頂板上安裝的振動(dòng)電機(jī)的軸穿過頂板向下與傳動(dòng)桿的頂端相連，傳動(dòng)桿的下端固定有弧形夾具。

本發(fā)明的第二發(fā)明目的是提供一種使用上述的循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，進(jìn)行循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流的測(cè)試方法，該方法能夠快速、方便地測(cè)出不同大小、頻率的循環(huán)載荷下的高溫超導(dǎo)帶材的臨界電流，也能快速、方便地測(cè)出背景電磁場(chǎng)與循環(huán)載荷共同作用下的高溫超導(dǎo)帶材臨界電流。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種使用上述的循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，進(jìn)行循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流的測(cè)試方法，其操作是：

a、將高溫超導(dǎo)帶材穿過弧形夾具，并將高溫超導(dǎo)帶材左端和右端分別穿入左夾具和右夾具，隨后用弧形夾具、左夾具和右夾具將高溫超導(dǎo)帶材夾持固定；

b、將納伏表的兩輸出端通過電壓引線與高溫超導(dǎo)帶材的左側(cè)和右側(cè)相連接，向杜瓦內(nèi)腔注入液氮，直到高溫超導(dǎo)帶材完全淹沒在液氮中；

c、給勵(lì)磁線圈通以設(shè)定的電流，使其激發(fā)出恒定的或連續(xù)變化的交變背景電磁場(chǎng)；同時(shí)，啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，使振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)桿做往垂向往復(fù)振動(dòng)，給高溫超導(dǎo)帶材施加設(shè)定大小、頻率和次數(shù)的循環(huán)載荷；隨后停止給高溫超導(dǎo)帶材施加循環(huán)載荷；

d、給高溫超導(dǎo)帶材通入從小到大的直流電，當(dāng)納伏表測(cè)出的電壓值和帶材電壓引線長(zhǎng)度比值達(dá)到1μv/cm時(shí)，此時(shí)通入高溫超導(dǎo)帶材的電流值即為測(cè)出的臨界電流值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明裝置不給勵(lì)磁線圈通電，只啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)即可以測(cè)量特定大小，頻率的循環(huán)載荷下的高溫超導(dǎo)帶材的臨界電流，通過多次試驗(yàn)即可得出高溫超導(dǎo)帶材在不同大小、頻率的循環(huán)載荷下的疲勞行為。

二、測(cè)試時(shí)，給勵(lì)磁線圈通電，但不啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)即可以測(cè)出特定的交變背景電磁場(chǎng)對(duì)高溫超導(dǎo)帶材臨界電流的影響。通過多次試驗(yàn)即可得出高溫超導(dǎo)帶材在不同大小、頻率的交變背景電磁場(chǎng)下的疲勞行為。

三、既給勵(lì)磁線圈通電、同時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，即可以測(cè)量循環(huán)載荷下與背景電磁場(chǎng)共同作用下的高溫超導(dǎo)帶材的臨界電流，通過多次試驗(yàn)即可得出高溫超導(dǎo)帶材在不同大小、頻率的背景電磁場(chǎng)與不同大小、頻率的循環(huán)載荷下的疲勞行為。從而得出各種實(shí)際工況下，高溫超導(dǎo)帶材的疲勞行為，為超導(dǎo)電力設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造提供更加準(zhǔn)確、可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

進(jìn)一步，本發(fā)明的弧形夾具的具體結(jié)構(gòu)為：上凹的上弧形板和下凹的下弧形板通過兩個(gè)螺釘連接，上弧形板的上凹面中部與傳動(dòng)桿的下端固定連接。

這樣，高溫超導(dǎo)帶材穿過上弧形板、下弧形板之間，兩個(gè)螺釘內(nèi)的間隙，再擰緊螺釘，即可方便簡(jiǎn)單的將高溫超導(dǎo)帶材夾持在弧形夾具上，既能方便的將循環(huán)載荷傳遞給高溫超導(dǎo)帶材，同時(shí)又使高溫超導(dǎo)帶材的彎曲限制在臨界彎曲半徑以內(nèi)，避免其損壞。

進(jìn)一步，本發(fā)明的左夾具和右夾具的具體結(jié)構(gòu)均是：下平板左右對(duì)稱固定于杜瓦內(nèi)腔的壁上，上平板通過兩個(gè)螺釘連接于下平板的上面。

這樣，將高溫超導(dǎo)帶材的端部置于下平板上表面的兩顆螺釘之間，再將兩顆螺釘擰緊，上平板壓緊下平板即可簡(jiǎn)單方便的將高溫超導(dǎo)帶材端部夾持在左夾具或右夾具上。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方法

實(shí)施例

圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式是，一種循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，其組成是；

底板12上放置環(huán)形的電磁鐵殼3，電磁鐵殼3的內(nèi)腔嵌置杜瓦8，電磁鐵殼3的夾層中安裝勵(lì)磁線圈5，且杜瓦8內(nèi)腔的壁上左右對(duì)稱固定有左夾具4a和右夾具4b；

底板12上還固定有圍住電磁鐵殼3的四個(gè)立柱2，頂板6固定于四個(gè)立柱2的頂端；頂板6上安裝的振動(dòng)電機(jī)1的軸穿過頂板6向下與傳動(dòng)桿7的頂端相連，傳動(dòng)桿7的下端固定有弧形夾具。

本例的弧形夾具的具體結(jié)構(gòu)為：上凹的上弧形板9a和下凹的下弧形板9b通過兩個(gè)螺釘連接，上弧形板9a的上凹面中部與傳動(dòng)桿7的下端固定連接。

本例的左夾具4a和右夾具4b的具體結(jié)構(gòu)均是：下平板固定于杜瓦8內(nèi)腔的壁上，上平板通過兩個(gè)螺釘連接于下平板的上面。

一種使用本例的循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流測(cè)試裝置，進(jìn)行循環(huán)載荷下高溫超導(dǎo)帶材臨界電流的測(cè)試方法，其操作是：

a、將高溫超導(dǎo)帶材10穿過弧形夾具，并將高溫超導(dǎo)帶材10左端和右端分別穿入左夾具4a和右夾具4b，隨后用弧形夾具、左夾具4a和右夾具4b將高溫超導(dǎo)帶材10夾持固定；

b、將納伏表的兩輸出端通過電壓引線與高溫超導(dǎo)帶材10的左側(cè)和右側(cè)相連接，向杜瓦8內(nèi)腔注入液氮，直到高溫超導(dǎo)帶材10完全淹沒在液氮中；

c、給勵(lì)磁線圈5通以設(shè)定的電流，使其激發(fā)出恒定的或連續(xù)變化的交變背景電磁場(chǎng)；同時(shí)，啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)1，使振動(dòng)電機(jī)1帶動(dòng)傳動(dòng)桿7做往垂向往復(fù)振動(dòng)，給高溫超導(dǎo)帶材10施加設(shè)定大小、頻率和次數(shù)的循環(huán)載荷；隨后停止給高溫超導(dǎo)帶材10施加循環(huán)載荷；

d、給高溫超導(dǎo)帶材10通入從小到大的直流電，當(dāng)納伏表測(cè)出的電壓值和帶材電壓引線長(zhǎng)度比值達(dá)到1μv/cm時(shí)，此時(shí)通入高溫超導(dǎo)帶材10的電流值即為測(cè)出的臨界電流值。