无绝缘线圈匝间电阻测试装置及方法与流程

本发明涉及超导带材电阻测量领域，具体地，涉及一种无绝缘线圈匝间电阻测试装置及方法。

背景技术：

2011年，哈恩提出了超导无绝缘线圈的概念。在这种线圈中，取缔了线圈匝间绝缘，即制备线圈的超导带材表面不喷涂绝缘物质。这种匝间无绝缘的超导线圈避免了绝缘超导磁体伴有的失超现象给磁体带来的潜在危害。在无绝缘超导线圈制备过程中，在相邻超导带材间填充了带有一定导电性的非绝缘材料。无绝缘线圈一旦失超，失超电流可以通过相邻层间流过，从而确保超导线圈能够正常工作。同时，带材间的非绝缘材料具有良好的导热性，因此失超点的热量可以快速散发，有效提升了线圈的热稳定性。然而其付出的代价是线圈的充放电时间。线圈的充放电时间取决于整个无绝缘线圈等效的一个rl并联电路。其中的电感为线圈自身的电感，电阻为电流在匝间流动时的等效径向电阻。线圈绕制完成后，电感变化不大，但线圈的匝间的等效径向电阻变化巨大。因为超导线圈经过应用时的冷热循环后，热胀冷缩会改变相邻超导导线间的空隙大小，从而会使径向电阻有很大的变化。

由于线圈匝间电阻的不同会引起充放电时间极大的不同。因此大家都会想办法通过调整超导带材的封装包覆带材的材料、宽度、厚度对匝间电阻进行调制。参考中国专利201710416026.8《一种超导带材封装装置》。或者通过并绕带材的方式对匝间电阻进一步进行调制，甚至对并绕带材的表面做一些处理进一步优化匝间电阻这一性能。参考中国专利201710298939.4《包封的非绝缘超导线圈及其包封方法》

目前超导带材价格较为昂贵，通过实际绕制无绝缘线圈，在需要的低温下进行通流测试，拟合出无绝缘超导线圈匝间的方法显得工作量巨大且不经济，发展一种小型快速的无绝缘线圈匝间电阻测试装置变得十分必要。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无绝缘线圈匝间电阻测试装置及其方法。

根据本发明提供的一种无绝缘线圈匝间电阻测试装置，包括底板、第一挡板、电流引线、电压引线、导电柱、压力推块、调压螺杆以及第二挡板；

所述底板设有容置槽，所述第一挡板与所述第二挡板分别沿所述容置槽的轴线方向间隔一定距离设置，所述压力推块置于所述第一挡板与所述第二挡板之间的所述容置槽内，所述调压螺杆穿过所述第二挡板延伸至所述容置槽内并与所述压力推块连接；

所述电流引线、所述导电柱以及所述电压引线以镜像对称的方式设置于所述第一挡板与所述压力推块之间的所述容置槽内，两个所述电压引线之间的所述容置槽内放置待测带材。

一些实施方式中，所述底板上设有多条所述容置槽，每条所述容置槽的结构不同。

一些实施方式中，所述第一挡板为卡接结构，所述第一挡板卡接于所述容置槽内。

一些实施方式中，所述第一挡板为十字型板。

一些实施方式中，所述容置槽两侧的所述底板上设有多组固定螺孔，所述第一挡板设有与所述固定螺孔相适配的通孔或\和沉孔。

一些实施方式中，所述第一挡板与所述电流引线之间或所述压力推块与所述电流引线之间设有压力传感器。

一些实施方式中，所述底板与所述第一挡板为环氧树脂、g10或聚四氟乙烯材料。

本发明还提供了一种无绝缘线圈匝间电阻测试方法，采用所述的无绝缘线圈匝间电阻测试装置，包括如下步骤：

s1、准备若干测试带材片，将测试带材片堆叠形成待测带材；

s2、将所述待测带材放入所述电压引线之间的所述容置槽内；

s3、旋转所述调压螺杆调节所述压力推块与所述第一挡板之间的间距，使得所述待测带材达到合适的压力值；

s4、将所述的无绝缘线圈匝间电阻测试装置放入线圈实际使用的低温环境中；

s5、从所述电流引线通入电流，通过电压引线采集电压，并逐步升高电流，采集电压后得到v-i曲线；

s6、拟合v-i曲线，计算待测带材的截面积，从而计算出无绝缘线圈匝间电阻；

s7、重复步骤s3-s6，获取所述待测带材于不同压力、不同温度下的匝间电阻。

一些实施方式中，所述步骤s3中，所述第一挡板与所述电流引线之间或所述压力推块与所述电流引线之间设有压力传感器，所述压力传感器用于显示并记录所述测试带材的压力值。

一些实施方式中，所述步骤s1中测试带材片为模拟无绝缘线圈的径向采用的带材片。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可快速有效的测出不同压力、不同温度情况下无绝缘超导线圈匝间电阻值，提高效率。

2、本发明能够通过简单反复的测试将后续无绝缘超导线圈所需要的绕制工艺，例如带材张力情况确定下来，也可以将需要超导带材封装的形式，封装的材料，宽度确定下来，大幅度节省了超导带材，降低了生产成本。

3、本发明通过在底板上设有多条容置槽，每条容置槽具有不同的结构，使得同一底板可满足对多种型号的待测带材的测试。

4、本发明通过对挡板的结构上的改进，即可实现同一条容置槽可用于不同长度的待测带材的测试，还可实现同一个挡板匹配多种结构的容置槽，达到降低耗材，节省成本的目的。

5、本发明通过对底板与挡板材料的优化选择，即可满足承受液氦温度而不发生不可逆损坏，而且保证在该温度下具有良好的绝缘性能，提高测试的精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明无绝缘超导线圈匝间电阻测试装置示意图；

图2为本发明测试带材片的截面示意图；

图3为本发明测试带材片的示意图；

图4为本发明堆叠后的测试带材的截面示意图；

图5为本发明堆叠后的测试带材的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种无绝缘线圈匝间电阻测试装置，包括底板3、第一挡板4、电流引线5、电压引线6、导电柱7、压力推块9、调压螺杆10以及第二挡板11；

所述底板3设有容置槽12，所述第一挡板4与所述第二挡板11分别沿所述容置槽12的轴线方向间隔一定距离设置，所述压力推块9置于所述第一挡板4与所述第二挡板11之间的所述容置槽12内，所述调压螺杆10穿过所述第二挡板11延伸至所述容置槽12内与所述压力推块9连接；

所述电流引线5、所述导电柱7以及所述电压引线6以镜像对称的方式设置于所述第一挡板4与所述压力推块9之间的所述容置槽12内，两个所述电压引线6之间的所述容置槽12内用于放置待测带材。

底板3上设置容置槽12，容置槽12内放置有待测带材2，在容置槽12的轴线方向上设置有第一挡板4与第二挡板11，第一挡板4与第二挡板11可设置于容置槽12的两端，也可一个设置于容置槽12的端部，一个设置于容置槽12的中间任一位置，其第一挡板4与第二挡板11之间的距离根据容置槽12内放置的待测带材2的长度而定，第一挡板4或第二挡板11可通过螺丝螺栓或铆接等方式连接于底板3上，压力推块9位于第一挡板4与第二挡板11之间，压力推块9相适配的内嵌于容置槽12内并可在容置槽12内沿其轴向移动，压力推块9的作用在于防止调压螺杆10的螺丝底端存在的台阶状且截面小给接触的物体在移动过程中造成压力不均的影响。

在第二挡板11上设有与调压螺杆10相适配的螺纹通孔，优选的，第二挡板11的螺纹通孔的中心轴线与容置槽12的中心轴线一致，如调压螺杆10为外螺纹，则第二挡板11为相匹配的内螺纹通孔，如调压螺杆10为内螺纹，则第二挡板11为相匹配的外螺纹通孔，调压螺杆10的直径小于容置槽的横截面宽度，调节螺杆10的端部通过旋转穿过第二挡板11的螺纹孔后，其螺杆部分延伸至容置槽12内，其位于容置槽12内的调压螺杆10的端部与压力推块9实现固定连接，调节螺杆10的端部与压力推块9可通过螺纹连接，也可通过焊接或胶接等方式实现固定连接。

同时在测试带材2的两侧加装测i-v曲线装置，其中测i-v曲线装置的两组电流引线5、导电柱7以及电压引线6成镜像对称的设置于待测带材2的两侧，两个电压引线6之间为待测带材2，两个电流引线5中的一个位于并紧贴于第一挡板4的一侧，另一个位于压力推块9的一侧，其中电流引线5与电压引线6优选为斧形，其斧头部分位于容置槽12内，其斧柄部分作为引线的连接部分，两个导电柱7分别位于两组电流引线5与电压引线6之间，导电柱7优选导电铜柱。

本装置在对待测带材2进行检测的过程为：

将待测带材2放置于容置槽12内，在待测带材2的两侧依次贴合安装电压引线6、导电柱7以及电流引线5，调整第一挡板4与压力推块9的位置，使其分别与电流引线5相贴合后，将第一挡板4与第二挡板11紧固于底板3上，此时，待测带材2承受一定的压力，通过旋转调压螺杆10，推动或拉拽压力推块9沿容置槽12的轴线方向行进位移，由于待测带材2的另一端部为紧固状态的第一挡板4，则通过压力推块9的位移即可调整待测带材2的长度，或增大或缩小，由此改变测试带材片1之间的压力，而测试带材片之1间的压力变化会直接引起匝间电阻的变化，例如100层的待测带材2放在10cm长的槽里，调压螺栓10旋进0.1cm后变为9.9cm，带材间的压力上升，相应的匝间电阻就减小了；相反调压螺栓10旋出0.1cm变成10.1cm带材间的压力就下降，相应的匝间电阻将会增大，进而通过测i-v曲线装置即可计算出无绝缘线圈匝间电阻。

本发明是模拟正常绕制线圈时通过施加预紧力而改变带材间的压力的装置，通过本发明的装置可快速有效的测出不同压力情况下、不同温度情况下无绝缘超导线圈匝间电阻值，提高效率。另外，通过本发明装置能够简单、反复的测试将后续无绝缘超导线圈所需要的绕制工艺，例如带材张力情况确定下来，也可以将需要超导带材封装的形式，封装的材料，宽度确定下来，大幅节省超导带材的使用量，降低了生产成本。

所述底板3上设有多条所述容置槽12，每条所述容置槽12的结构不同。底板3上设置有多条容置槽12，多条容置槽12之间优选相互平行，也可根据实际需要设置成其它如交叉或倾斜不交叉等形式，每条容置槽12的结构不同，这里的结构不单单指形状的不同，同一形状下不同宽度或\和深度的不同也表示结构不同，此设置使得同一个底板3可满足对多种型号的待测带材2的测试。

所述第一挡板4为卡接结构，所述第一挡板4卡接于所述容置槽12内。第一挡板4设置成卡接结构，其卡接部的形状与容置槽12相适配，即宽度、深度以及形状与容置槽12的槽宽、槽深以及槽型相适配，如，具有一个卡接部的凸字型第一挡板4的卡接部可根据实际需要即待测带材2的长度扣接于容置槽12的任一位置，再通过螺丝将第一挡板4的两侧板紧固于底板3上即可完成第一底板4的固定，实现同一容置槽12可对不同长度的待测带材2进行测试。作为备选方案，第一挡板4的突出部也可采用过盈或过度配合的方式嵌入容置槽12内。

所述第一挡板4为十字型板。第一挡板4设置成十字型板，即第一挡板4为具有四个突出的卡接部，每一个卡接部均可适应于一种结构的容置槽12，也就是第一挡板4可适用于4种不同结构的容置槽12，进一步提高测试的便捷性，同时降低耗材的数量与实验成本。

所述容置槽12两侧的所述底板3上设有多组固定螺孔31，所述第一挡板4设有与所述固定螺孔31相适配的通孔或\和沉孔。多组固定螺孔31用于对第一挡板4在容置槽12上的位置进行调整，第一挡板4上开设与固定螺孔31相适配的通孔或\和沉孔，开设通孔时，简单方便，使用螺钉即可将第一挡板4固定于底板3上；开设沉孔时，螺钉的螺帽部分会置于第一挡板4的板内，美观且能避免刮碰现象。

所述第一挡板4与所述电流引线5之间或所述压力推块9与所述电流引线5之间设有压力传感器8。压力传感器8用于在调节待测待材2压力的过程中，随时显示并记录压力，并将记录的压力传送给测i-v曲线装置，利于压力调节的精度控制。压力传感器8不装设于两个电流引线5之间的主要原因在于防止影响电流。

所述底板3与所述第一挡板4为环氧树脂、g10或聚四氟乙烯材料。为较好的适应测试带材2的实际应用环境，优选的，底板3与第一挡板4选用环氧树脂、g10(即玻璃纤维与树脂碾压复合材料)、四氟乙烯等能够承受液氦温度而不发生不可逆损坏，并在该温度下能够保证良好的绝缘性能的材料。

实施例2

本发明提供了一种无绝缘线圈匝间电阻测试方法，通过使用上述实施例1中所述的无绝缘线圈匝间电阻测试装置，包括如下步骤：

s1、准备若干测试带材片1，将测试带材片堆叠形成测试带材2；

s2、将所述测试带材2放入所述电压引线6之间的所述容置槽12中；

s3、利用所述调压螺杆10调节所述压力推块9与所述第一挡板4之间的间距，使得所述测试带材2达到合适的压力值；

s4、将所述的无绝缘线圈匝间电阻测试装置，放入线圈实际使用的低温环境中；

s5、从所述电流引线5通入电流，通过电压引线6采集电压，并逐步升高电流，采集电压后得到v-i曲线；

s6、拟合v-i曲线，计算测试带材2的截面积，从而计算出无绝缘线圈匝间电阻；

s7、重复步骤s3-s6，获取所述测试带材2于不同压力下的匝间电阻。

本方法的过程为：将待测带材2放置于容置槽12内，在待测带材2的两侧依次贴合安装电压引线6、导电柱7以及电流引线5，调整第一挡板4与压力推块9的位置，使其分别与电流引线5相贴合后，将第一挡板4与第二挡板11紧固于底板3上，此时，待测带材2承受一定的压力，通过旋转调压螺杆10，推动或拉拽压力推块9沿容置槽12的轴线方向行进位移，由于待测带材2的另一端部为紧固状态的第一挡板4，则通过压力推块9的位移即可调整待测带材2的长度，或增大或缩小，由此改变测试带材片1之间的压力，而测试带材片之1间的压力变化会直接引起匝间电阻的变化，例如100层的待测带材2放在10cm长的槽里，调压螺栓10旋进0.1cm后变为9.9cm，带材间的压力上升，相应的匝间电阻就减小了；相反调压螺栓10旋出0.1cm变成10.1cm带材间的压力就下降，相应的匝间电阻将会增大，进而通过测i-v曲线装置即可计算出无绝缘线圈匝间电阻。

进一步的，在第一挡板4与所述电流引线5之间或所述压力推块9与所述电流引线5之间设有压力传感器8。压力传感器8用于在调节待测待材2压力的过程中，随时显示并记录压力，并将记录的压力传送给测i-v曲线装置，利于压力调节的精度控制。压力传感器8不装设于两个电流引线5之间的主要原因在于防止影响电流。

本方法是在实施例1所述的无绝缘线圈匝间电阻测试装置基础上进行，其每一步骤中所涉及到的对装置的运用原理与方法均已在上述实施例1中进行了阐述，不在赘述。

所述步骤s1中测试带材片为模拟无绝缘线圈的径向采用的带材片，待测带材2通过以下一种或任意多种的测试带材片1堆叠组合形成：

-镀铜超导带材，所述的封装超导带材，可以由不同厚度，不同宽度，不同材质的封装材料对带材进行封装，以获得匝间不同的接触导电能力；

-封装超导带材，所述的非绝缘带材，可以由不同厚度，不同宽度，不同材质的非绝缘带材，以获得匝间不同的接触导电能力；

-非绝缘带材，所述的非绝缘带材，可以由金属带材表面做粗糙处理或镀上膜层，以获得匝间不同的接触导电能力。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。