专利名称：高温超导材料超导电性测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温超导材料超导电性测试系统。
技术背景目前，高温超导材料的临界电流、交流损耗、应力应变三个性能已经成为了超导材料工 程化应用的重要技术指标，因此准确的测量出这三个性能就显的尤为重要。传统的测试技术 是对三者分别进行测试，而且多数测试是手动或者半自动，每次从试验准备到试验结束都要 耗费大量的时间；而超导带材本身属于易损物品，如果取样不适当容易造成超导芯的断裂而 导致临界电流退化，所以我们在试验过程中应尽量避免这种情况。实用新型内容本实用新型的目的是为了提供一种高温超导材料超导电性测试系统，能分别完成高温超 导材料的临界电流、交流损耗、应力应变三个性能的测试，解决了传统的测试装置自动化程 度不高、且耗费时间的问题。为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案-本实用新型公开了一种高温超导材料超导电性测试系统，包括待测样品、保护电阻，其 特征在于系统还包括一梯度放大器，其输出与待测样品以及保护电阻连接成主回路； 一霍尔电流传感器，设置于主回路中，以测量电流的有效值；一工业控制计算机，内设有数据采集卡，为主回路提供控制信号，以控制整个测量过程， 采集霍尔电流传感器的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并对所采集的数据进行处理 及保存。所述的待测样品两端的电压信号通过一隔离前置放大器后输出至计算机的数据采集 端。系统还包括一拉伸机，由所述的计算机控制，对待测样品进行拉伸，以完成应力应变的系统还包括一锁相放大器，以测量待测样品两端的轴向电压以及电压和电流之间的相角， 其信号输出端通过一隔离放大器后输出至梯度放大器，其信号输入端分别接霍尔电流传感器 的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并且锁相放大器与计算机通过串口相连。由于采用了以上的方案，使本实用新型具备的有益效果在于能分别完成高温超导材料 的临界电流、交流损耗、应力应变三个性能的测试，自动化程度高、测量精确且高效迅速。
图1是临界电流测量的结构示意图； 图2是传输损耗测量的结构示意图； 图3是应力应变测量的结构示意图； 图4是测试系统流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。 实施例1一种高温超导材料超导电性测试系统，如图1所示，包括待测样品、保护电阻，系统还 包括一梯度放大器，其输出与待测样品以及保护电阻连接成主回路； 一霍尔电流传感器，设置于主回路中，以测量电流的有效值；一工业控制计算机，内设有数据采集卡，为主回路提供控制信号，以控制整个测量过程， 采集霍尔电流传感器的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并对所采集的数据进行处理 及保存。所述的待测样品两端的电压信号通过一隔离前置放大器后输出至计算机的数据采集端o临界电流的测量原理临界电流采用标准的四引线法测量。由数据采集卡的模拟输出通道 产生电压控制信号，控制梯度放大器在超导体中产生由零缓慢上升的电流，电流大小由霍尔 电流传感器检测并由数据采集卡的输入通道进入计算机，超导样品上的电压由隔离前置放大 器放大40000倍后由数据采集卡的输入通道进入计算机。采用l^V/cm的电压判据，即当带 材中出现lpV/cm的电场强度时，此时样品中的电流值就是超导体的临界电流。 实施例2一种高温超导材料超导电性测试系统，如图2所示，包括待测样品、保护电阻，系统还 包括一梯度放大器，其输出与待测样品以及保护电阻连接成主回路； 一霍尔电流传感器，设置于主回路中，以测量电流的有效值；一工业控制计算机，内设有数据采集卡，为主回路提供控制信号，以控制整个测量过程， 采集霍尔电流传感器的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并对所采集的数据进行处理及保存。系统还包括一锁相放大器，以测量待测样品两端的轴向电压以及电压和电流之间的相角。 锁相放大器的信号输出端通过一隔离放大器后输出至梯度放大器，隔离放大器起到隔离和阻 抗匹配作用，这样既实现了电流源，也保证了功率放大器的隔离。锁相放大器的信号输入端 分别接霍尔电流传感器的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并且锁相放大器与计算机 通过串口相连。带材传输损耗的测量原理测量过程由计算机控制。计算机和锁相放大器通过串口相连， 首先控制锁相放大器的OSC输出一定频率f和幅值的正弦信号(如50Hz， IV),此信号经过 一级隔离放大器后送至梯度放大器，控制梯度放大器产生同频率f的电流信号Irms，此电流流经超导样品，在样品上产生损耗电压Vrms，损耗电压的大小Vrms和位相^ (相对于锁相放大器的内参考信号)由锁相放大器测出，电流信号Irnis的位相^ (相对于锁相放大器的内参考信号)由霍尔电流传感器和锁相放大器测出。于是电流与电压信号的位相差A^^^ — A 。 电流信号的大小Irms可由霍尔电流传感器和数据采集卡采集得到，这样样品的传输损耗t ^ 就测出来了。其中轴向电压的有效值Vrms和相角A^是最为关键的两个量，测量难度也非常大， 一方面Vrms极小，为10— 到l(TV之间；同时还必须准确的测量电压和电流之间的相角A^ 。本套测试系统的搭建满足了对这两个量的准确测量。 实施例3一种高温超导材料超导电性测试系统，如图3所示，包括待测样品、保护电阻，系统还 包括一梯度放大器，其输出与待测样品以及保护电阻连接成主回路； 一霍尔电流传感器，设置于主回路中，以测量电流的有效值；一工业控制计算机，内设有数据采集卡，为主回路提供控制信号，以控制整个测量过程， 采集霍尔电流传感器的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并对所采集的数据进行处理 及保存。所述的待测样品两端的电压信号通过一隔离前置放大器后输出至计算机的数据采集 端。系统还包括一拉伸机，由所述的计算机控制，对待测样品进行拉伸，以完成应力应变的 测量。在Bi2223超导设备制作过程中，超导带材会受到弯曲、拉伸、压縮和扭转等应力；在超导磁体运行过程中，超导带材还会受到磁场洛仑兹力作用；在超导传输电缆运行过程中，也 会受到其自场洛仑兹力作用；在冷却过程中超导芯还会受到热收縮应力作用。因此在超导设 备制作和运行过程中，超导材料在所难免的受到应力/应变作用。因此考虑应力应变下临界电 流的退化就极其重要。应力应变的测量原理即给超导带材施加一定的应力，同时测出在该 应力下应变的大小以及临界电流的大小，所施加应力的大小逐渐变大，直到临界电流完全退 化，最后根据结果划出相应的曲线，为超导电缆的工艺化提供坚实的数据基础。该实用新型最大的优点就是高度的集成化，针对上述3种超导电性我们采用VB6.0语言 制作了一个相应的软件，通过该软件可以对上述三种性能进行准确测量，而无需分别测量。
权利要求1、高温超导材料超导电性测试系统，包括待测样品、保护电阻，其特征在于系统还包括一梯度放大器，其输出与待测样品以及保护电阻连接成主回路；一霍尔电流传感器，设置于主回路中，以测量电流的有效值；一计算机，内设有数据采集卡，为主回路提供控制信号，以控制整个测量过程，采集霍尔电流传感器的电流输出以及待测样品两端的电压信号，并对所采集的数据进行处理及保存。
2、 根据权利要求l所述的高温超导材料超导电性测试系统，其特征在于所述的待测样 品两端的电压信号通过一隔离前置放大器后输出至计算机的数据采集端。
3、 根据权利要求1或2所述的高温超导材料超导电性测试系统，其特征在于系统还包 括一拉伸机，由所述的计算机控制，对待测样品进行拉伸，以完成应力应变的测量。
4、 根据权利要求l所述的高温超导材料超导电性测试系统，其特征在于系统还包括一 锁相放大器，以测量待测样品两端的轴向电压以及电压和电流之间的相角，其信号输出端通 过一隔离放大器后输出至梯度放大器，其信号输入端分别接霍尔电流传感器的电流输出以及 待测样品两端的电压信号，并且锁相放大器与计算机通过串口相连。
专利摘要本实用新型涉及一种高温超导材料超导电性测试系统，包括梯度放大器，其输出与待测样品以及保护电阻连接成主回路；霍尔电流传感器，设置于主回路中，以测量电流有效值；工业控制计算机，内设有数据采集卡，为主回路提供控制信号，以控制整个测量过程，并对所采集的数据进行处理及保存；拉伸机，对待测样品进行拉伸，以完成应力应变测量；锁相放大器，以测量待测样品两端的轴向电压以及电压和电流之间的相角；隔离前置放大器，用以进行强电与弱电之间的隔离和对电压信号的放大；以及隔离放大器用以进行强电与弱电之间的隔离。本实用新型能分别完成高温超导材料的临界电流、交流损耗、应力应变三个性能测试，自动化程度高、测量精确且高效迅速。
文档编号G01R31/00GK201110876SQ20072007661
公开日2008年9月3日 申请日期2007年10月23日 优先权日2007年10月23日
发明者何砚发, 宗曦华, 应启良, 张喜泽, 张大义, 张智勇, 邓长胜, 韩云武, 东 魏 申请人:上海电缆研究所