专利名称：具有可变容积杜瓦的高温超导带材特性测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温超导带材技术领域，具体地，本发明涉及一种高温超导带材特性测量设备。
背景技术：
随着高温超导材料实用化技术的发展，高温超导电力技术的发展也取得了一系列重大突破，多种超导电力装置应运而生。而除了超导电缆外，大部分的超导电力装置的核心部件都是高温超导磁体。高温超导磁体的绝缘结构复杂，需要考虑线圈匝间绝缘、饼间绝缘以及相间绝缘等。目前，国际上还没有开发专门的低温绝缘材料，基本上都是从常规绝缘薄膜中筛选适合于低温应用的绝缘薄膜材料。一般国际上通常采用沿超导带轴向绕包聚酰亚 胺薄膜带，或者采用涂覆绝缘漆等方法来改进超导带材的绝缘结构，以满足高温超导磁体的绝缘强度要求。在高温超导磁体的研发中，高温超导带材的绝缘特性和临界电流特性是两项非常重要的技术指标。目前，现有技术还不存在能针对这两项指标一次性完成检测的检测设备，一般需要先对其绝缘特性进行高压耐压测试，然后再进行临界电流测试。这样，就会对高温超导带材进行两次以上的冷热循环，这对高温超导带材性能具有一定的负面影响。另外，由于高温超导带材的绝缘特性测试需要选用非金属杜瓦容器来盛放液氮，而非金属杜瓦、尤其是大型或长方形非金属杜瓦加工难度较大，加工周期长，价格昂贵。在现有技术中，还没有能够针对非金属杜瓦的容积进行改变的装置，这就可能会使在检测实验中的液氮的消耗造成极大的浪费，严重的还会直接影响实验的进程。
发明内容
鉴于现有技术的缺点，本发明的目的在于开发一种高温超导带材特性测量设备，其可以连续地测量高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性。本发明提供了一种高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述高温超导带材特性测量设备包括金属骨架，所述金属骨架呈圆筒形；待测高温超导带材，所述高温超导带材沿着螺旋形路径缠绕在所述金属骨架的外周上；金属薄膜，所述金属薄膜围绕所述高温超导带材且紧贴在所述高温超导带材的外侦牝从而使得所述高温超导带材和所述金属骨架均位于所述金属薄膜的内侧；液氮杜瓦，所述液氮杜瓦中装有液氮，所述金属骨架、所述高温超导带材和所述金属薄膜均放置在所述液氮杜瓦中的液氮内；第一电流引线，所述第一电流引线固定于所述高温超导带材的一端，且与所述高温超导带材电连接；第二电流引线，所述第二电流引线固定于所述高温超导带材的另一端，且与所述高温超导带材电连接；第一开关，所述第一开关的第一端电连接到所述金属骨架和所述金属薄膜，且所述第一开关的第二端接地；高压发生器，所述高压发生器的第一端和所述第一开关的第二端电连接；水阻，所述水阻的第一端和所述高压发生器的第二端电连接；第二开关，所述第二开关的第一端和所述水阻的第二端电连接，且所述第二开关的第二端和所述第一电流引线电连接；高压分压器，所述高压分压器的第一端电连接到所述第一开关的第二端，所述高 压分压器的第二端电连接到所述第二开关的第一端，从而所述高压分压器能够测量所述第一开关的第二端和所述第二开关的第一端之间的电压；第三开关，所述第三开关的第一端电连接到所述第二电流引线；直流电源，所述直流电源的第一端电连接到所述第三开关的第二端；分流器，所述分流器的第一端电连接到所述直流电源的第二端；第四开关，所述第四开关的第一端电连接到所述分流器的第二端，且所述第四开关的第二端电连接到所述第一电流引线；第一电压表，所述第一电压表的第一端电连接到所述分流器的第一端，且所述第一电压表的第二端电连接到所述分流器的第二端；第二电压表，所述第二电压表的第一端电连接到所述第三开关的第二端，且所述第二电压表的第二端电连接到所述第四开关的第一端；计算机，所述计算机通过相应数据线分别连接到所述高压发生器、所述直流电源、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述高压分压器、所述第一电压表和所述第二电压表，以便从所述高压分压器、所述第一电压表和所述第二电压表采集电压数据并且控制所述高压发生器、所述直流电源、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的操作，其中，在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，首先利用所述计算机控制所述第一开关和所述第二开关使其接通，且控制所述第三开关和所述第四开关使其断开，且使所述高压发生器工作，并监测从所述高压分压器输出的电压数据，从而检测所述高温超导带材的绝缘耐压特性；然后，在所述高温超导带材的绝缘耐压特性检测完成后，利用所述计算机控制所述第一开关和所述第二开关使其断开，且控制所述第三开关和所述第四开关使其接通，且使所述直流电源工作，并监测从所述第一电压表和所述第二电压表输出的电压数据，并利用所述计算机进行数据处理，从而检测所述高温超导带材的临界电流特性。优选的是，所述液氮杜瓦的内部空间为方形空间，该方形空间能被均等地分为N个彼此相同的子方形空间，即第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N个子方形空间；所述高温超导带材特性测量设备还包括N-I个彼此相同的方形填充物和2个彼此相同的三角形填充物，其中所述N-I个彼此相同的方形填充物为第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物，所述2个彼此相同的三角形填充物为第I个三角形填充物和第2个三角形填充物；所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物分别与所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间形状互补，以便所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物能够分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中；并且，所述第I个三角形填充物和第2个三角形填充物两者总体的形状能够和所述第N个子方形空间的形状互补，从而所述第I个三角形填充物和第2个三角形填充物能够填充到所述第N个子方形空间中；其中，在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，能够根据所述液氮杜瓦内的液氮挥发量和所述金属骨架的长度，将所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物中的一个或多个分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中的相应空间中，并且/或者将所述第I个三角形填充物和第2个三角形填充物中的一个或两个填充到所述第N个子方形空间中，以便使得所述液氮杜瓦内的液氮维持在能够浸没上述金属骨架、上述高温超导带材和上述金属薄膜的预定深度。优选的是，所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物
中的每个方形填充物的两侧上均设有方形填充物导槽，所述液氮杜瓦的内壁上相应地设有 方形填充物导条，所述方形填充物导槽能与所述方形填充物导条相互配合，以便于将所述
第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物中的一个或多个方形填
充物分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中的相应空间中；所述第I个三角形填充物和第2个三角形填充物中的每个三角形填充物的两侧上均设有三角形填充物导槽，所述液氮杜瓦的内壁上相应地设有三角形填充物导条，所述三角形填充物导槽能与所述三角形填充物导条相互配合，以便于将所述第I个三角形填充物和第2个三角形填充物中的一个或两个三角形填充物填充到所述第N个子方形空间中。优选的是，所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充
物中的每个方形填充物的上部均设有突出的方形填充物锁定部，所述液氮杜瓦的外壁的顶端处相应地设有方形填充物锁扣部，所述方形填充物锁扣部能够卡扣锁定到所述突出的方形填充物锁定部上，以便于将相应的方形填充物锁定在所述液氮杜瓦内；所述第I个三角形填充物的上部设有突出的三角形填充物锁定部，所述液氮杜瓦的外壁的顶端处相应地设有三角形填充物锁扣部，所述三角形填充物锁扣部能够卡扣锁定到所述突出的三角形填充物锁定部上，以便于将所述第I个三角形填充物锁定在所述液氮杜瓦内。优选的是，所述第2个三角形填充物和齿条固定连接，其中所述高温超导带材特性测量设备还包括电机，齿轮固定到所述电机的输出轴上，所述齿轮和所述齿条相啮合，从而所述第2个三角形填充物能够在所述电机的驱动下插入所述液氮杜瓦中或从所述液氮杜瓦中脱离。优选的是，在所述液氮杜瓦中设有液位传感器，所述计算机通过相应数据线和所述液位传感器和所述电机连接，其中，在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，在所述计算机通过所述液位传感器获知所述液氮杜瓦中的液氮深度低于预定深度的情况下，所述计算机控制所述电机以使得所述第2个三角形填充物逐渐插入所述液氮杜瓦中，以使得所述液氮杜瓦中的液氮深度保持为所述预定深度；其中，在所述第2个三角形填充物已经完全插入所述液氮杜瓦中而所述计算机仍然确定所述液氮杜瓦中的液氮深度低于预定深度的情况下，所述计算机发出警告信息，以促使操作者插入相应的方形填充物和/或第I三角形填充物，以使得所述液氮杜瓦中的液氮深度保持为所述预定深度。优选的是，所述N-I个彼此相同的方形填充物和所述2个彼此相同的三角形填充物均具有双层结构，所述双层结构由外层结构和内层结构组成，所述外层结构为由环氧树脂构成的薄外壳，而所述内层结构为由聚丙烯发泡材料构成的内部容纳物，所述外壳包覆在所述内部容纳物的外周上。优选的是，所述金属骨架由钢或铁或铜制成，而所述金属薄膜由铝箔或锡纸形成。优选的是，N为大于5的自然数。根据本发明的高温超导带材特性测量设备可以连续地测量高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性，从而提高了检测效率。而且，本发明的高温超导带材特性测量设备的液氮杜瓦是可变容积的液氮杜瓦，从而可以根据实际测量状况填充入相应的方形填充 物和/或三角形填充物，从而能够使得液氮杜瓦内的液氮液位维持在所需深度，从而可以节约液氮用量，由此可以节约实验成本。
图I是本发明的高温超导带材特性测量设备的总体结构的概略剖视图；图2是从图I中的A-A’观察看到的本发明的液氮杜瓦及其内部部件的概略剖视图；图3是待测高温超导带材缠绕在金属骨架上的总体结构的概略侧视图；图4是本发明的液氮杜瓦和填充物及其驱动机构的概略剖视图；图5A是本发明的液氮杜瓦沿其纵向方向的概略剖视图；图5B是本发明的液氮杜瓦沿图5A中的B-B’剖开的概略剖视图；图6A是本发明的方形填充物的概略侧视图；图6B是本发明的方形填充物沿图6A中的C_C’剖开的概略剖视图；图7A是本发明的第I三角形填充物的概略侧视图；图7B是本发明的第I三角形填充物沿图7A中的D-D ’剖开的概略剖视图；图8A是本发明的第2三角形填充物的概略侧视图；图8B是本发明的第2三角形填充物沿图8A中的E-E ’剖开的概略剖视图。
具体实施例方式以下结合附图详细描述本发明。本发明提供了一种高温超导带材特性测量设备，该高温超导带材特性测量设备可以连续地测量高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性。图I是本发明的高温超导带材特性测量设备的总体结构的概略剖视图。图2是从图I中的A-A’观察看到的本发明的液氮杜瓦及其内部部件的概略剖视图。图3是待测高温超导带材缠绕在金属骨架上的总体结构的概略侧视图。如图I-图3所示，本发明的高温超导带材特性测量设备包括金属骨架2，所述金属骨架2呈圆筒形，其中，优选的是，所述金属骨架2由钢、铁或铜制成；待测高温超导带材1，所述高温超导带材I沿着螺旋形路径缠绕在所述金属骨架2的外周上，图3详细示出了其优选缠绕结构；金属薄膜3，所述金属薄膜3围绕所述高温超导带材I且紧贴在所述高温超导带材I的外侧，从而使得所述高温超导带材I和所述金属骨架2均位于所述金属薄膜3的内侧，其中，优选的是，所述金属薄膜3由铝箔或锡纸形成；液氮杜瓦4，所述液氮杜瓦4中装有液氮，上述金属骨架2、上述高温超导带材I和上述金属薄膜3均被放在所述液氮杜瓦4中的液氮内。如图1、3所示，本发明的高温超导带材特性测量设备还包括第一电流引线7，所述第一电流引线7固定于所述高温超导带材I的一端，且与所述高温超导带材I电连接；第二电流引线8，所述第二电流引线8固定于所述高温超导带材I的另一端，且与所述高温超导带材I电连接。如图I所示，本发明的高温超导带材特性测量设备还包括第一开关9，所述第一开关9的第一端电连接到所述金属骨架2和所述金属薄膜3，且所述第一开关9的第二端接地；高压发生器15，所述高压发生器15的第一端和所述第一开关9的第二端电连接，所述 高压发生器15用于提供高电压给所述高温超导带材1，以便测量所述高温超导带材I的绝缘耐压特性；水阻17，所述水阻17的第一端和所述高压发生器15的第二端电连接，其中，所述水阻17具有预定电阻值以限制流过高温超导带材的冲击电流，水阻17可以通过将蒸馏水装入有机玻璃管内而形成，其一般具有较大的电阻值，因而可以限制电路中的较大的冲击电流；第二开关10，所述第二开关10的第一端和所述水阻17的第二端电连接，且所述第二开关10的第二端和所述第一电流引线7电连接；高压分压器19，所述高压分压器19的第一端电连接到所述第一开关9的第二端，所述高压分压器19的第二端电连接到所述第二开关10的第一端，从而所述高压分压器19能够测量所述第一开关9的第二端和所述第二开关10的第一端之间的电压；第三开关11，所述第三开关11的第一端电连接到所述第二电流引线8 ;直流电源16，所述直流电源16的第一端电连接到所述第三开关11的第二端；分流器18，所述分流器18的第一端电连接到所述直流电源16的第二端；第四开关12，所述第四开关12的第一端电连接到所述分流器18的第二端，且所述第四开关12的第二端电连接到所述第一电流引线7 ;第一电压表20，所述第一电压表20的第一端电连接到所述分流器18的第一端，且所述第一电压表20的第二端电连接到所述分流器18的第二端；第二电压表21，所述第二电压表21的第一端电连接到所述第三开关11的第二端，且所述第二电压表21的第二端电连接到所述第四开关12的第一端；计算机22，所述计算机22通过相应数据线分别连接到所述高压发生器15、所述直流电源16、所述第一开关9、所述第二开关10、所述第三开关11、所述第四开关12、所述高压分压器19、所述第一电压表20和所述第二电压表21，以便从所述高压分压器19、所述第一电压表20和所述第二电压表21采集电压数据并且控制所述高压发生器15、所述直流电源16、所述第一开关9、所述第二开关10、所述第三开关11和所述第四开关12的操作。在用本发明的高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材I的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，首先利用所述计算机22控制所述第一开关9和所述第二开关10使其接通，且控制所述第三开关11和所述第四开关12使其断开，且使所述高压发生器I 5工作，并监测从所述高压分压器19输出的电压数据，从而检测所述高温超导带材I的绝缘耐压特性；然后，在所述高温超导带材I的绝缘耐压特性检测完成后，利用所述计算机22控制所述第一开关9和所述第二开关10使其断开，且控制所述第三开关11和所述第四开关12使其接通，且使所述直流电源16工作，并监测从所述第一电压表20和所述第二电压表21输出的电压数据，并利用所述计算机22进行数据处理，从而检测所述高温超导带材I的临界电流特性。高温超导带材的临界电流特性通常通过以下方式检测首先将高温超导带材I冷却到液氮温度，然后通过所述直流电源16给高温超导带材I上施加直流电流，利用所述计算机22记录所述第一电压表20和所述第二电压表21输出的电压数据，并利用所述计算机22进行数据处理，其中首先根据所述第一电压表20输出的电压数据和所述分流器18上的恒定的电阻值，进行计算得出流过所述高温超导带材I上的电流值，然后根据所述第二电压表21输出的电压数据和所计算的电流数据绘制电压和电流曲线，当高温超导带材I的单位长度电压为1μ V/cm或电阻率为2Χ10-13Ω ·πι时所对应的电流即为高温超导带材I在液氮温度下的临界电流。图4是本发明的液氮杜瓦和填充物及其驱动机构的概略剖视图。图5Α是本发明的液氮杜瓦沿其纵向方向的概略剖视图。图5Β是本发明的液氮杜瓦沿图5Α中的Β-Β’剖 开的概略剖视图。图6Α是本发明的方形填充物的概略侧视图。图6Β是本发明的方形填充物沿图6Α中的C-C’剖开的概略剖视图。图7Α是本发明的第I三角形填充物的概略侧视图。图7Β是本发明的第I三角形填充物沿图7Α中的D-D’剖开的概略剖视图。图8Α是本发明的第2三角形填充物的概略侧视图。图8Β是本发明的第2三角形填充物沿图8Α中的E-E ’剖开的概略剖视图。如图4、5Α所示，液氮杜瓦4的内部空间为方形空间，该方形空间能被均等地分为N个彼此相同的子方形空间，即第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N个子方形空间。本发明的高温超导带材特性测量设备还包括N-I个彼此相同的方形填充物40和2个彼此相同的三角形填充物43、45，其中，所述N-I个彼此相同的方形填充物40为第I个
方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物，所述2个彼此相同的三角形
填充物43、45为第I个三角形填充物43和第2个三角形填充物45。所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物分别与所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间形状互补，以便所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物能够分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中；并且，所述第I个三角形填充物43和第2个三角形填充物45两者总体的形状能够和所述第N个子方形空间的形状互补，从而所述第I个三角形填充物43和第2个三角形填充物45能够填充到所述第N个子方形空间中。在用本发明的高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材I的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，能够根据所述液氮杜瓦4内的液氮挥发量和所述金属骨架2的长度，将所述第I
个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物中的一个或多个方形填充物
40分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中的相应空间中，并且/或者将所述第I个三角形填充物43和第2个三角形填充物45中的一个或两个三角形填充物填充到所述第N个子方形空间中，以便使得所述液氮杜瓦4内的液氮维持在能够浸没上述金属骨架2、上述高温超导带材I和上述金属薄膜3的预定深度。图4、5Α所示的实施例为N=IO的例子。在本发明中,优选的是,N为大于5的自然数。应该注意的是，在本发明中，如图6Α和图6Β所示，方形填充物40为六面体形状，并且其纵截面为矩形或正方形；如图7A-图SB所示，三角形填充物43、45的纵截面为三角形，其中通过沿着一个方形填充物的倾斜对角面切割可以获得两个三角形填充物。优选的是，所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充
物中的每个方形填充物40的两侧上均设有方形填充物导槽41 (如图6A、6B所示)，所述液氮杜瓦4的内壁上相应地设有方形填充物导条30 (如图5A、5B所示)，所述方形填充物导槽41能与所述方形填充物导条30相互配合，以便于将所述第I个方形填充物、第2个方形填
充物、......、第N-I个方形填充物中的一个或多个方形填充物40分别填充到所述第I个子
方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中的相应空间中。
如图5A、7A、7B、8A、8B所示，所述第I个三角形填充物43和第2个三角形填充物45中的每个三角形填充物的两侧上均设有三角形填充物导槽141，所述液氮杜瓦4的内壁上相应地设有三角形填充物导条130，所述三角形填充物导槽141能与所述三角形填充物导条130相互配合，以便于将所述第I个三角形填充物43和第2个三角形填充物45中的一个或两个三角形填充物填充到所述第N个子方形空间中。优选的是，所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充
物中的每个方形填充物40的上部均设有突出的方形填充物锁定部42，如图6A、6B所示，所述液氮杜瓦4的外壁的顶端处相应地设有方形填充物锁扣部31，如图5A、5B所示，所述方形填充物锁扣部31能够卡扣锁定到所述突出的方形填充物锁定部42上，以便于将相应的方形填充物40锁定在所述液氮杜瓦4内。如图4、5A、7B所示，所述第I个三角形填充物43的上部设有突出的三角形填充物锁定部44，所述液氮杜瓦4的外壁的顶端处相应地设有三角形填充物锁扣部32，所述三角形填充物锁扣部32能够卡扣锁定到所述突出的三角形填充物锁定部44上，以便于将所述第I个三角形填充物43锁定在所述液氮杜瓦4内。如图4、5A、8A、8B所示，所述第2个三角形填充物45和齿条46固定连接，其中所述高温超导带材特性测量设备还包括电机47，齿轮48固定到所述电机47的输出轴上，所述齿轮48和所述齿条46相啮合，从而所述第2个三角形填充物45能够在所述电机47的驱动下插入所述液氮杜瓦4中或从所述液氮杜瓦4中离开。此外，如图I所示，可以在所述液氮杜瓦4中设有液位传感器50，所述计算机22可以通过相应数据线和所述液位传感器50和所述电机47连接。在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材I的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，在所述计算机22通过所述液位传感器50获知所述液氮杜瓦4中的液氮深度低于预定深度的情况下，所述计算机22控制所述电机47以使得所述第2个三角形填充物45逐渐插入所述液氮杜瓦4中，以使得所述液氮杜瓦4中的液氮深度保持为所述预定深度。因而，计算机22可以根据液氮杜瓦4内的液氮液位的降低量适当地控制电机47以逐渐插入第2个三角形填充物45，以便补偿液氮杜瓦4内的液氮液位的降低，从而可以维持液氮杜瓦4内的液氮液位处于一个基本恒定的深度处。进一步，在所述第2个三角形填充物45已经完全插入所述液氮杜瓦4中而所述计算机22仍然确定所述液氮杜瓦4中的液氮深度低于预定深度的情况下(即，在液氮杜瓦4内的液氮减少量较大的情况下)，计算机22发出警告信息，以促使操作者插入相应的方形填充物40和/或第I三角形填充物43，以使得液氮杜瓦4中的液氮深度能够保持为预定深度。具体而言，在液氮杜瓦4内的液氮挥发量较大时，仅仅通过一个第2个三角形填充物45已经无法完全补偿液氮杜瓦4内的液氮减少量，此时，计算机22会给出提示信息以警告操作者，以促使操作者将一整块的第I三角形填充物43插入液氮杜瓦4内和/或将一个或多个方形填充物40插入液氮杜瓦4内，以便补偿液氮杜瓦4内的液氮液位的降低，从而可以继续维持液氮杜瓦4内的液氮液位处于一个基本恒定的深度处。此外，在本发明中，优选的是，所述N-I个彼此相同的方形填充物和所述2个彼此相同的三角形填充物均具有双层结构，所述双层结构由外层结构和内层结构组成，所述外层结构为由环氧树脂构成的薄外壳，而所述内层结构为由聚丙烯发泡材料构成的内部容纳物，所述外壳包覆在所述内部容纳物的外周上。在对高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，具有上面设计的方形填充物和三角形填充物由于其材料和设计特性而可以减少杜瓦内的液氮挥发量，因而可以进一步节省测试中的液氮用量。优选的是，N为大于5的自然数。根据本发明的高温超导带材特性测量设备可以连续地测量高温超导带材的绝缘 耐压特性和临界电流特性，从而提高了检测效率。而且，本发明的高温超导带材特性测量设备的液氮杜瓦是可变容积的液氮杜瓦，从而可以根据实际测量状况填充入相应的方形填充物和/或三角形填充物，从而能够使得液氮杜瓦内的液位维持在所需深度，从而可以节约液氮用量，由此可以节约实验成本。对于本领域的普通技术人员而言，可以很容易对本发明的实施例的细节进行各种变型和改进。这些变型和改进都落在本发明的构思的范围之内。
权利要求
1.一种具有可变容积杜瓦的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述高温超导带材特性测量设备包括 金属骨架(2)，所述金属骨架(2)呈圆筒形； 待测高温超导带材(I )，所述高温超导带材(I)沿着螺旋形路径缠绕在所述金属骨架(2)的外周上; 金属薄膜(3)，所述金属薄膜(3)围绕所述高温超导带材(I)且紧贴在所述高温超导带材(I)的外侧，使得所述高温超导带材(I)和所述金属骨架(2)均位于所述金属薄膜(3)的内侧； 液氮杜瓦(4)，所述的液氮杜瓦(4)中装有液氮；所述的金属骨架(2)、所述的高温超导带材(I)和所述的金属薄膜(3)均放置在所述液氮杜瓦(4)中，并浸泡在液氮内； 第一电流引线(7)，所述第一电流引线(7)固定于所述高温超导带材(I)的一端，且与所述高温超导带材(I)电连接； 第二电流引线(8)，所述第二电流引线(8)固定于所述高温超导带材(I)的另一端，且与所述高温超导带材(I)电连接； 第一开关(9)，所述第一开关(9)的第一端电连接到所述金属骨架(2)和所述金属薄膜(3)，且所述第一开关(9)的第二端接地； 高压发生器(15)，所述高压发生器(15)的第一端和所述第一开关(9)第二端电连接； 水阻(17)，所述水阻(17)的第一端和所述高压发生器(15)的第二端电连接； 第二开关(10)，所述第二开关(10)的第一端和所述水阻(17)的第二端电连接，且所述第二开关(10)的第二端和所述第一电流引线(7)电连接； 高压分压器(19)，所述高压分压器(19)的第一端电连接到所述第一开关(9)的第二端，所述高压分压器(19)的第二端电连接到所述第二开关(10)的第一端，从而所述高压分压器(19)能够测量所述第一开关(9)的第二端和所述第二开关(10)的第一端之间的电压；第三开关(11)，所述第三开关(11)的第一端电连接到所述第二电流引线(8)； 直流电源(16)，所述直流电源(16)的第一端电连接到所述第三开关(11)的第二端； 分流器(18)，所述分流器(18)的第一端电连接到所述直流电源(16)的第二端； 第四开关(12)，所述第四开关(12)的第一端电连接到所述分流器(18)的第二端，且所述第四开关(12)的第二端电连接到所述第一电流引线(7)； 第一电压表(20)，所述第一电压表(20)的第一端电连接到所述分流器(18)的第一端，且所述第一电压表(20)的第二端电连接到所述分流器(18)的第二端； 第二电压表(21)，所述第二电压表(21)的第一端电连接到所述第三开关(11)的第二端，且所述第二电压表(21)的第二端电连接到所述第四开关(12)的第一端； 计算机(22)，所述计算机(22)通过相应数据线分别连接到所述高压发生器(15)、所述直流电源(16)、所述第一开关(9)、所述第二开关(10)、所述第三开关(11)、所述第四开关(12)、所述高压分压器(19)、所述第一电压表(20)和所述第二电压表(21)，以便从所述高压分压器(19)、所述第一电压表(20)和所述第二电压表(21)采集电压数据并且控制所述高压发生器(15)、所述直流电源(16)、所述第一开关(9)、所述第二开关(10)、所述第三开关(11)和所述第四开关(12)的操作； 其中，在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材(I)的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，首先利用所述计算机(22)控制所述第一开关(9)和所述第二开关(10 )使其接通，且控制所述第三开关(11)和所述第四开关(12 )使其断开，且使所述高压发生器(15)工作，并监测从所述高压分压器(19)输出的电压数据，从而检测所述高温超导带材(I)的绝缘耐压特性；然后，在所述高温超导带材(I)的绝缘耐压特性检测完成后，利用所述计算机(22)控制所述第一开关(9)和所述第二开关(10)使其断开，且控制所述第三开关(11)和所述第四开关(12 )使其接通，且使所述直流电源(16 )工作，并监测从所述第一电压表(20 )和所述第二电压表(21)输出的电压数据，并利用所述计算机(22 )进行数据处理，从而检测所述高温超导带材(I)的临界电流特性。
2.根据权利要求I所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述液氮杜瓦(4)的内部空间为方形空间，该方形空间能被均等地分为N个彼此相同的子方形空间，即第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N个子方形空间； 所述高温超导带材特性测量设备还包括N-I个彼此相同的方形填充物(40)和2个彼此相同的三角形填充物(43、45)，其中所述N-I个彼此相同的方形填充物(40)为第I个方 形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物，所述2个彼此相同的三角形填充物(43、45)为第I个三角形填充物(43)和第2个三角形填充物(45)； 所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、……、第N-I个方形填充物分别与所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间形状互补，以便所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物能够分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中；并且，所述第I个三角形填充物(43)和第2个三角形填充物(45)两者总体的形状能够和所述第N个子方形空间的形状互补，从而所述第I个三角形填充物(43)和第2个三角形填充物(45)能够填充到所述第N个子方形空间中； 其中，在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材(I)的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，能够根据所述液氮杜瓦(4)内的液氮挥发量和所述金属骨架(2)的长度，将所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物中的一个或多个分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中的相应空间中，并且将所述第I个三角形填充物(43)和第2个三角形填充物(45)中的一个或两个填充到所述第N个子方形空间中，以便使得所述液氮杜瓦(4)内的液氮维持在能够浸没上述金属骨架(2)、上述高温超导带材(I)和上述金属薄膜(3)的预定深度。
3.根据权利要求2所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物中的每个方形填充物(40)的两侧上均设有方形填充物导槽(41)，所述液氮杜瓦(4)的内壁上相应地设有方形填充物导条(30)，所述方形填充物导槽(41)能与所述方形填充物导条(30)相互配合，以便于将所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物中的一个或多个方形填充物(40)分别填充到所述第I个子方形空间、第2个子方形空间、……、第N-I个子方形空间中的相应空间中； 所述第I个三角形填充物(43)和第2个三角形填充物(45)中的每个三角形填充物的两侧上均设有三角形填充物导槽(141)，所述液氮杜瓦(4)的内壁上相应地设有三角形填充物导条(130)，所述三角形填充物导槽(141)与所述三角形填充物导条(130)相互配合，以便于将所述第I个三角形填充物(43)和第2个三角形填充物(45)中的一个或两个三角形填充物填充到所述第N个子方形空间中。
4.根据权利要求3所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述第I个方形填充物、第2个方形填充物、......、第N-I个方形填充物中的每个方形填充物(40)的上部均设有突出的方形填充物锁定部(42)，所述液氮杜瓦(4)的外壁的顶端处相应地设有方形填充物锁扣部(31)，所述方形填充物锁扣部(31)能够卡扣锁定到所述突出的方形填充物锁定部(42)上，以便于将相应的方形填充物(40)锁定在所述液氮杜瓦(4)内； 所述第I个三角形填充物(43)的上部设有突出的三角形填充物锁定部(44)，所述液氮杜瓦(4)的外壁的顶端处相应地设有三角形填充物锁扣部(32)，所述三角形填充物锁扣部(32)能够卡扣锁定到所述突出的三角形填充物锁定部(44)上，以便于将所述第I个三角形填充物(43)锁定在所述液氮杜瓦(4)内。
5.根据权利要求4所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述第2个三角形填充物(45)和齿条(46)固定连接，其中所述高温超导带材特性测量设备还包括电机(47)，齿轮(48)固定到所述电机(47)的输出轴上，所述齿轮(48)和所述齿条(46)相啮合，从而所述第2个三角形填充物(45)能够在所述电机(47)的驱动下插入所述液氮杜瓦(4)中或从所述液氮杜瓦(4)中脱离。
6.根据权利要求5所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述液氮杜瓦(4)中设有液位传感器(50)，所述计算机(22)通过相应数据线和所述液位传感器(50)和所述电机(47)连接； 其中，在用所述高温超导带材特性测量设备对所述高温超导带材(I)的绝缘耐压特性和临界电流特性进行测量时，在所述计算机(22)通过所述液位传感器(50)获知所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度低于预定深度的情况下，所述计算机(22)控制所述电机(47)以使得所述第2个三角形填充物(45)逐渐插入所述液氮杜瓦(4)中，以使得所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度保持为所述预定深度； 其中，在所述第2个三角形填充物(45)已经完全插入所述液氮杜瓦(4)中而所述计算机(22)仍然确定所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度低于所述预定深度的情况下，所述计算机(22)发出警告信息，以促使操作者插入相应的方形填充物(40)和/或第I三角形填充物(43)，以使得所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度保持为所述预定深度。
7.根据权利要求2-6中的任一项所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述N-I个彼此相同的方形填充物和所述2个彼此相同的三角形填充物均具有双层结构，所述双层结构由外层结构和内层结构组成，所述外层结构为由环氧树脂构成的薄外壳，而所述内层结构为由聚丙烯发泡材料构成的内部容纳物，所述外壳包覆在所述内部容纳物的外周上。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，所述金属骨架(2)由钢或铁或铜制成，而所述金属薄膜(3)由铝箔或锡纸形成。
9.根据权利要求2-4中的任一项所述的高温超导带材特性测量设备，其特征在于，N为大于5的自然数。
全文摘要
一种具有可变容积杜瓦的高温超导带材特性测量设备，包括金属骨架、高温超导带材、金属薄膜、液氮杜瓦、电流引线、开关、高压发生器、水阻、高压分压器、直流电源、分流器、电压表和计算机。测量时，高压发生器首先工作，以检测带材的绝缘耐压特性；然后在绝缘耐压特性检测完成后，直流电源工作，以检测带材的临界电流特性。液氮杜瓦为可变容积杜瓦，可将填充物填入液氮杜瓦中以维持液氮液位。本发明的高温超导带材特性测量设备可连续地测量高温超导带材的绝缘耐压特性和临界电流特性，可节约液氮用量。
文档编号G01R31/00GK102967781SQ20121047934
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者许熙, 戴少涛, 邱清泉, 胡磊, 马韬, 林良真 申请人:中国科学院电工研究所