本發(fā)明涉及一種混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)試裝置及測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)線材的力學(xué)特性是決定超導(dǎo)線使用性能的重要因素之一。而在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，超導(dǎo)線材所受到的應(yīng)力是多因素共同作用的。例如利用超導(dǎo)線材制作超導(dǎo)電纜絞制過程中的拉力、扭曲、彎曲和電纜載流時(shí)產(chǎn)生的電磁力都會(huì)使超導(dǎo)線發(fā)生各種應(yīng)變,從而對(duì)其臨界性能造成影響。其次，超導(dǎo)設(shè)備應(yīng)用時(shí)一般都存在背景磁場(chǎng)，即超導(dǎo)線處于力-電-磁多物理場(chǎng)之中。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出超導(dǎo)線在各種應(yīng)變和背景磁場(chǎng)的共同作用對(duì)其臨界性能的影響，能為使用超導(dǎo)線材的超導(dǎo)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制備、使用和維護(hù)，提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
現(xiàn)有的測(cè)試裝置只能測(cè)試超導(dǎo)線材單向拉伸或者拉伸扭曲或者拉伸彎曲作用下的臨界性能，更不能測(cè)試背景磁場(chǎng)與應(yīng)變共同作用下超導(dǎo)線材的臨界性能。由于其測(cè)試工況和超導(dǎo)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)不相吻合，從而無(wú)法為超導(dǎo)設(shè)備的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供準(zhǔn)確、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的是提供一種混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)裝置，該裝置能夠測(cè)量不同彎曲半徑、不同拉力、不同扭曲角度及不同背景磁場(chǎng)下的超導(dǎo)線材臨界電流，從而為使用超導(dǎo)線材的超導(dǎo)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)。
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，一種混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)試裝置，其組成是：
底板上放置方形的杜瓦，杜瓦左右兩側(cè)固定有電磁鐵殼，電磁鐵殼的內(nèi)腔中安裝勵(lì)磁線圈；
底板上固定有四個(gè)立柱，頂板固定于四個(gè)立柱的頂端；輸出軸殼通過軸承安裝在頂板上并穿過頂板；電機(jī)的主軸與主齒輪相連接，主齒輪與輸出軸殼周面上固定的齒環(huán)相嚙合；
輸出軸殼的頂端固定垂向伺服電機(jī)，垂向伺服電機(jī)的輸出軸向下穿出輸出軸殼后與上夾具相連，上夾具夾持超導(dǎo)線材的上端；超導(dǎo)線材的下端夾持于下夾具；杜瓦內(nèi)腔的底部固定有固定底座，下夾具固定在固定底座上；
底板的左部設(shè)置有高于杜瓦、低于頂板的支撐臺(tái)，支撐臺(tái)的臺(tái)面安裝有橫向伺服電機(jī)，橫向伺服電機(jī)與導(dǎo)向桿的左端相連，導(dǎo)向桿的右端與伸入杜瓦的傳力桿的上端相連，傳力桿下端右側(cè)與四聚氟乙烯圓盤相連，四聚氟乙烯圓盤位于超導(dǎo)線材中部的左側(cè)；位移傳感器的基座固定于頂板上，位移傳感器的傳感頭與傳力桿相連。
本發(fā)明的第二目的是提供一種使用上述的混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)裝置，進(jìn)行混合應(yīng)力下超導(dǎo)線材臨界電流的測(cè)試方法，該方法能夠快速、方便的測(cè)出不同彎曲半徑、不同拉力、不同扭曲角度及不同背景磁場(chǎng)下的超導(dǎo)線材臨界電流。
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，一種使用上述的混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)試裝置，進(jìn)行混合應(yīng)力下超導(dǎo)線材臨界電流的測(cè)試方法，其操作是：
a、將納伏表的兩輸出端與超導(dǎo)線材的兩電壓引線相連接；
b、向低溫杜瓦中注入液氮，直到超導(dǎo)線材完全淹沒在液氮中；
c、啟動(dòng)垂向伺服電機(jī)，垂向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出軸及上夾具上移，給超導(dǎo)線材施加設(shè)定的拉伸應(yīng)力；
d、啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)主齒輪、齒環(huán)、輸出軸殼、垂向伺服電機(jī)及其輸出軸和上夾具轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定的角度，給超導(dǎo)線材施加設(shè)定的扭曲應(yīng)力；
e、啟動(dòng)橫向伺服電機(jī)，橫向伺服電機(jī)依次帶動(dòng)導(dǎo)向桿、傳力桿和四聚氟乙烯圓盤向右移動(dòng)設(shè)定的距離，給超導(dǎo)線材施加設(shè)定的彎曲應(yīng)力；
f、給勵(lì)磁線圈通以設(shè)定的電流，使其激發(fā)出設(shè)定的的交變背景磁場(chǎng)；
g、給超導(dǎo)線材通以從小到大的直流電，讀出納伏表上的電壓值；當(dāng)納伏表的電壓值和對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)線材的長(zhǎng)度比值達(dá)到1μv/cm時(shí)，通過超導(dǎo)線材的電流值即為超導(dǎo)線材臨界電流值。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
一、本發(fā)明裝置可以同時(shí)給超導(dǎo)線材施加設(shè)定的拉伸、彎曲、扭曲應(yīng)力，還能產(chǎn)生設(shè)定的背景磁場(chǎng)，既能測(cè)出單一的應(yīng)力或磁場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)線材臨界電流的影響，更能測(cè)出這些應(yīng)力、磁場(chǎng)的交互作用對(duì)超導(dǎo)線材臨界電流的影響，使其測(cè)試工況與超導(dǎo)線材在實(shí)際應(yīng)用中各種場(chǎng)景匹配，從而為使用超導(dǎo)線材的超導(dǎo)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)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(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，一種混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)試裝置，其組成是：
底板21上放置方形的杜瓦8，杜瓦8左右兩側(cè)固定有電磁鐵殼6，電磁鐵殼6的內(nèi)腔中安裝勵(lì)磁線圈7；
底板21上固定有四個(gè)立柱5，頂板11固定于四個(gè)立柱5的頂端；輸出軸殼20通過軸承22安裝在頂板11上并穿過頂板11；電機(jī)12的主軸與主齒輪18相連接，主齒輪18與輸出軸殼20周面上固定的齒環(huán)19相嚙合；
輸出軸殼20的頂端固定垂向伺服電機(jī)10，垂向伺服電機(jī)10的輸出軸13向下穿出輸出軸殼20后與上夾具14相連，上夾具14夾持超導(dǎo)線材15的上端；超導(dǎo)線材15的下端夾持于下夾具16；杜瓦8內(nèi)腔的底部固定有固定底座17，下夾具16固定在固定底座17上；
底板21的左部設(shè)置有高于杜瓦8、低于頂板11的支撐臺(tái)4，支撐臺(tái)4的臺(tái)面安裝有橫向伺服電機(jī)3，橫向伺服電機(jī)3與導(dǎo)向桿2a的左端相連，導(dǎo)向桿2a的右端與伸入杜瓦8的傳力桿2的上端相連，傳力桿2下端右側(cè)與四聚氟乙烯圓盤9相連，四聚氟乙烯圓盤9位于超導(dǎo)線材15中部的左側(cè)；位移傳感器1的基座固定于頂板11上，位移傳感器1的傳感頭與傳力桿2相連。
一種本例的混合應(yīng)力下的超導(dǎo)線材臨界電流測(cè)試裝置，進(jìn)行混合應(yīng)力下超導(dǎo)線材臨界電流的測(cè)試方法，其操作是：
a、將納伏表的兩輸出端與超導(dǎo)線材15的兩電壓引線相連接；
b、向低溫杜瓦8中注入液氮，直到超導(dǎo)線材15完全淹沒在液氮中；
c、啟動(dòng)垂向伺服電機(jī)10，垂向伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)輸出軸13及上夾具14上移，給超導(dǎo)線材15施加設(shè)定的拉伸應(yīng)力；
d、啟動(dòng)電機(jī)12，電機(jī)12帶動(dòng)主齒輪18、齒環(huán)19、輸出軸殼20、垂向伺服電機(jī)10及其輸出軸13和上夾具14轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定的角度，給超導(dǎo)線材15施加設(shè)定的扭曲應(yīng)力；
e、啟動(dòng)橫向伺服電機(jī)3，橫向伺服電機(jī)3依次帶動(dòng)導(dǎo)向桿2a、傳力桿2和四聚氟乙烯圓盤9向右移動(dòng)設(shè)定的距離，給超導(dǎo)線材15施加設(shè)定的彎曲應(yīng)力；
f、給勵(lì)磁線圈7通以設(shè)定的電流，使其激發(fā)出設(shè)定的的交變背景磁場(chǎng)；
g、給超導(dǎo)線材15通以從小到大的直流電，讀出納伏表上的電壓值；當(dāng)納伏表的電壓值和對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)線材的長(zhǎng)度比值達(dá)到1μv/cm時(shí)，通過超導(dǎo)線材15的電流值即為超導(dǎo)線材15臨界電流值。固定有齒環(huán)19，主齒輪18與齒環(huán)19相嚙合。通過主齒輪18的轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)齒環(huán)19、輸出軸殼20依次轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)而給超導(dǎo)線材15施加不同角度的扭曲應(yīng)力。