本發(fā)明屬于超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量，具體涉及一種多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

1、超導(dǎo)體因其零電阻效應(yīng)被廣泛用于制造超導(dǎo)磁體以產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，這使其即使通入巨大的電流，也幾乎不產(chǎn)生熱量，從而避免了高昂的運(yùn)行成本。近年來，隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)磁體運(yùn)行溫度從4.2?k以下提升至20~77?k，其運(yùn)行成本大幅降低，適用場(chǎng)景得到擴(kuò)展。

2、早期的高溫超導(dǎo)磁體采用絕緣工藝?yán)@制，通過在帶材表面包裹絕緣材料實(shí)現(xiàn)匝間絕緣。然而，絕緣超導(dǎo)磁體由于包裹絕緣材料，導(dǎo)熱性能較差，在發(fā)生失超時(shí)熱量難以迅速耗散，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)磁體損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，科學(xué)家們提出無絕緣技術(shù)和金屬絕緣技術(shù)，通過移除超導(dǎo)帶材間的匝間絕緣層，采用裸線直接繞制超導(dǎo)磁體，實(shí)現(xiàn)失超自保護(hù)的效果。

3、然而，無絕緣和金屬絕緣高溫超導(dǎo)磁體在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生徑向分流效應(yīng)，這會(huì)使得磁體產(chǎn)生額外的磁場(chǎng)延遲和充電損耗，磁體的徑向分流效應(yīng)直接受到超導(dǎo)帶材之間的接觸電阻率影響。此外，接觸電阻率還受到電流、溫度、磁場(chǎng)、壓力及循環(huán)次數(shù)等諸多參數(shù)的影響，現(xiàn)有的接觸電阻率測(cè)量裝置無法同時(shí)考慮上述諸多參數(shù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置，該裝置可以在測(cè)量過程中同時(shí)考慮電流、溫度、磁場(chǎng)、壓力及循環(huán)次數(shù)對(duì)接觸電阻率測(cè)量結(jié)果的影響，具備廣泛的適用性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置，包括壓力加載裝置、溫度加載裝置、磁場(chǎng)加載裝置、傳感器、電流加載基座、電流引線、加載電源、加熱電源、信號(hào)采集系統(tǒng)、安裝底座；

4、所述壓力加載裝置安裝在所述安裝底座中心，其內(nèi)壁緊貼所述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域，用于施加壓力；所述溫度加載裝置位于所述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域底部，用于施加熱量并調(diào)節(jié)溫度，其兩端連接所述加熱電源；所述磁場(chǎng)加載裝置位于超導(dǎo)帶材短樣預(yù)設(shè)距離處，用于施加背景磁場(chǎng)；所述傳感器位于所述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域頂部，用于收集壓力、溫度、磁場(chǎng)信號(hào)；所述電流加載基座安裝在所述安裝底座上，其內(nèi)壁緊貼所述超導(dǎo)帶材短樣的端部，同時(shí)通過所述電流引線連接所述加載電源，用于施加電流；所述信號(hào)采集系統(tǒng)連接所述傳感器和所述超導(dǎo)帶材短樣的兩端，用于測(cè)量壓力、溫度、磁場(chǎng)、電壓的大小，同時(shí)向所述傳感器中通入恒定電流。

5、進(jìn)一步地，所述壓力加載裝置包括測(cè)量加載固定座、壓力調(diào)節(jié)裝置、緩沖塊。所述測(cè)量加載固定座安裝在所述安裝底座中心，其設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，所述超導(dǎo)帶材短樣、所述溫度加載裝置、所述傳感器安裝在其內(nèi)部，起到支撐和固定的作用；所述測(cè)量加載固定座頂部設(shè)置有螺紋孔，所述壓力調(diào)節(jié)裝置通過所述螺紋孔穿過所述測(cè)量加載固定座，其下端緊貼所述緩沖塊，起到調(diào)節(jié)加載壓力的作用；所述緩沖塊位于所述測(cè)量加載固定座內(nèi)部，其下端緊貼所述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域，上端緊貼所述壓力調(diào)節(jié)裝置，起到均勻施加壓力并緩沖壓力的作用。

6、具體地，在測(cè)量過程中，一般通過扭矩扳手來控制所述壓力調(diào)節(jié)裝置的壓力，通過調(diào)節(jié)所述壓力調(diào)節(jié)裝置的松緊來調(diào)節(jié)所述緩沖塊與所述述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域的貼合程度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)壓力的目的。

7、進(jìn)一步地，在每次施加壓力完畢后，通過調(diào)松再次調(diào)緊所述壓力調(diào)節(jié)裝置的方式可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整壓力循環(huán)次數(shù)，方便快捷。

8、進(jìn)一步地，所述壓力調(diào)節(jié)裝置在實(shí)際測(cè)量中可以設(shè)置數(shù)個(gè)，對(duì)應(yīng)地，所述測(cè)量加載固定座頂部需要設(shè)置數(shù)個(gè)螺紋孔，所述壓力調(diào)節(jié)裝置共同作用調(diào)節(jié)壓力，提高壓力的均勻性。

9、需要特別注意地，對(duì)于加載壓力精度要求較高、壓力循環(huán)次數(shù)要求較多的測(cè)量，所述壓力調(diào)節(jié)裝置可以替換為由力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以提升加載壓力的精度，并實(shí)現(xiàn)程序控制多次循環(huán)。

10、進(jìn)一步地，所述測(cè)量加載固定座、壓力調(diào)節(jié)裝置、緩沖塊均采用耐低溫?zé)o磁金屬材料制作，所述緩沖塊側(cè)壁噴涂有聚四氟乙烯薄膜以保證絕緣。

11、進(jìn)一步地，所述溫度加載裝置表面纏繞有漆包鎳鉻絲，所述漆包鎳鉻絲以無感方式纏繞在所述溫度加載裝置上，其兩端直接連接所述加熱電源。所述漆包鎳鉻絲具有高電阻的特點(diǎn)，通過加熱所述漆包鎳鉻絲以施加熱量，調(diào)節(jié)所述超導(dǎo)帶材短樣的溫度。

12、進(jìn)一步地，所述溫度加載裝置靠近所述超導(dǎo)帶材短樣的一側(cè)表面用kapton膠帶覆蓋，以保證絕緣，避免二者之間的電流相互干擾。

13、進(jìn)一步地，所述溫度加載裝置采用高熱導(dǎo)率的無氧銅材料制成，以確保導(dǎo)熱性能。

14、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)加載裝置采用常規(guī)水冷磁體或超導(dǎo)磁體，具體需要根據(jù)所需背景磁場(chǎng)大小進(jìn)一步確認(rèn)。

15、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)加載裝置需要外接電源，通過向所述外接電源通電使所述磁場(chǎng)加載裝置勵(lì)磁產(chǎn)生背景磁場(chǎng)，通過調(diào)節(jié)所述外接電源電流大小來調(diào)節(jié)所述超導(dǎo)帶材短樣的背景磁場(chǎng)大小。

16、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)加載裝置需要在中心要預(yù)留足夠的孔徑來容納所述測(cè)量裝置，在測(cè)量過程中需要注意所述信號(hào)采集系統(tǒng)與所述磁場(chǎng)加載裝置之間的距離，以確保磁場(chǎng)信號(hào)不會(huì)影響所述信號(hào)采集系統(tǒng)所采集到的信號(hào)。

17、進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)加載裝置需要確保一定的磁場(chǎng)均勻度，以保證所述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域的磁場(chǎng)均勻性。

18、進(jìn)一步地，所述傳感器包含壓力傳感器、溫度傳感器和磁場(chǎng)傳感器，所述壓力傳感器通常采用應(yīng)變片，所述溫度傳感器通常采用鉑電阻溫度計(jì)或銠鐵電阻溫度計(jì)，所述磁場(chǎng)傳感器通常采用霍爾元件，具體需要根據(jù)測(cè)量壓力、溫度和磁場(chǎng)的范圍進(jìn)行選擇。

19、進(jìn)一步地，所述傳感器在運(yùn)行過程中通常需要施加恒定電流，隨后將壓力、溫度、磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。

20、進(jìn)一步地，所述信號(hào)采集系統(tǒng)內(nèi)部包含有恒定電流源模塊和信號(hào)采集模塊，所述恒定電流源模塊用于向所述傳感器施加恒定電流，所述信號(hào)采集模塊用于收集所述信號(hào)傳感器和所述超導(dǎo)帶材短樣的測(cè)量加載區(qū)域的端電壓。所述信號(hào)采集模塊在收集到所述傳感器的電壓信號(hào)后進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)化為壓力、溫度和磁場(chǎng)信號(hào)。

21、進(jìn)一步地，所述電流加載基座和所述電流引線采用高電導(dǎo)率銅制作，二者之間通過焊接或螺釘連接固定。

22、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置采用四引線法測(cè)量所述超導(dǎo)帶材短樣的接觸電阻率。

23、進(jìn)一步地，可以采用多根短樣堆疊的方式測(cè)量所述高溫超導(dǎo)帶材短樣的接觸電阻率，以減小測(cè)量偏差，只需將測(cè)量得到的總接觸電阻換算為兩根短樣之間的接觸電阻即可。

24、進(jìn)一步地，所述多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置的測(cè)量溫區(qū)通常是在液氦溫區(qū)到液氮溫區(qū)之間，因此其測(cè)試環(huán)境通常為液氮浸泡環(huán)境或傳導(dǎo)冷卻環(huán)境。當(dāng)所述多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置的測(cè)量溫區(qū)最小值大于77?k時(shí)，采用液氮浸泡進(jìn)行冷卻；當(dāng)所述多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置的測(cè)量溫區(qū)最小值低于77?k時(shí)，通常需要采用制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻方式，這時(shí)需要設(shè)置相應(yīng)的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)來為所述超導(dǎo)帶材短樣提供冷量。

25、需要特別注意地，盡管超導(dǎo)帶材短樣間的接觸電阻率受到多種因素的影響，但是一般在研究過程中僅需要研究一至兩種因素的影響，在這種情況下，可以移除相應(yīng)的加載裝置和測(cè)量裝置以提高便捷性。

26、進(jìn)一步地，所述安裝底座采用環(huán)氧樹脂等絕緣非金屬材料制作。

27、進(jìn)一步地，所述測(cè)量加載區(qū)域位于所述高溫超導(dǎo)帶材短樣的重疊區(qū)域。

28、本發(fā)明的有益效果在于：

29、（1）本發(fā)明設(shè)計(jì)的多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置，可以綜合評(píng)估壓力、壓力循環(huán)、溫度、磁場(chǎng)、電流等多種因素對(duì)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率的影響，適用范圍廣；

30、（2）本發(fā)明設(shè)計(jì)的多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置，通過專用加載裝置施加負(fù)載，并通過傳感器監(jiān)控短樣實(shí)時(shí)狀態(tài)，具備加載精度高、測(cè)量效果好的優(yōu)點(diǎn)；

31、（3）本發(fā)明設(shè)計(jì)的多參數(shù)超導(dǎo)帶材短樣間接觸電阻率測(cè)量裝置，設(shè)計(jì)的加載裝置不會(huì)互相干擾，并且易于拆除，操作簡(jiǎn)單。