一种测试超导带材临界电流的装置和方法与流程

1.本发明涉及超导材料性能测试技术领域，尤其是指一种测试超导带材临界电流的装置和方法。


背景技术：

2.自1911年发现超导现象以来，超导现象一直是物理学的一个重要研究领域。超导现象之所以能引起世界范围内的重视，是因为它在技术应用上的不可替代性，以及其具有的广阔应用前景和巨大的经济效益。现今，超导现象的应用已涉及到电气工程、电力、交通、能源、医学、高能物理、军事等领域。
3.随着超导带材的推广以及应用，人们对超导带材的质量要求也越来越高。其中，超导带材的临界电流是衡量带材质量的关键性因素。对于超导带材的临界电流测试，目前主要磁测法和电测法两种。磁测法的优点主要在于其非接触式测试对带材损伤低，并且可用于超导长带的连续性测量，但是其局限性在于不能直接测量超导带材的临界电流，存在一定的误差，往往不能获得真实的临界电流值。电测法可以直接测出超导带材的临界电流，但是在测试过程中由于电流极需要直接接触超导带材，若接触不良或者面积过小会导致接触电阻过大，从而导致超导带材在测试过程中由于局部的热量累积而烧毁。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种测试超导带材临界电流的装置，能够针对不同宽度的超导带材进行临界电流的准确测量，并且能够避免超导带材在测试过程中由于局部热量累积而发生烧毁。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种测试超导带材临界电流的装置，其特征在于：包括，
6.固定单元，其包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和第二夹持部拉紧待测超导带材；
7.磁场发生单元，其包括两块磁场强度相同的磁体，所述待测超导材料设置在所述两块磁体相异的两极之间；
8.测量单元，其包括电流输入单元和电压测量单元，所述电流输入单元包括电流引线、电流极连接单元，所述电流极连接单元上设有绝缘层，所述电流引线与所述电流极连接单元相连，所述电压测量单元包括电压引线，所述电压引线与所述待测超导带材相连，采集所述待测超导带材的电势差，其中当测试待测超导带材时，所述绝缘层压接在所述待测超导带材上。
9.优选地，所述电流极连接单元包括分别设在所述磁场发生单元两端的第一电流极连接单元和第二电流极连接单元。
10.优选地，所述电流引线焊接在所述电流极连接单元上。
11.优选地，所述电压引线焊接在所述待测超导带材上。
12.优选地，所述电压引线的一端连接位于所述磁体发生单元与所述第一电流极连接单元之间的所述待测超导带材，另一端连接位于所述磁体发生单元和第二电流极连接单元之间的所述待测超导带材。
13.优选地，所述电流极连接单元镀有绝缘层。
14.优选地，所述绝缘层为氧化物绝缘层，且所述氧化物绝缘层的厚度为0.1-0.3mm。
15.优选地，所述电压测量单元包括电压表，所述电压引线接入所述电压表。
16.优选地，所述电流输入单元包括电流源，所述电流引线与所述电流源相连。
17.另一方面，本发明还提供了一种测试超导带材临界电流的方法，利用如前所述的测试超导带材临界电流的装置对待测超导带材进行测试，包括如下步骤，
18.步骤s1：对待测超导带材的两端进行固定，将待测超导带材置于具有磁场的测试环境中；
19.步骤s2：向所述待测超导带材施加电流,采集电势差；
20.步骤s3：根据所述电势差和电流获取u-i曲线图，计算临界电流值。
21.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
22.本发明所述的一种测试超导带材临界电流的装置，通过固定单元将待测超导带材进行固定，并且设置磁场发生单元，使待测超导带材处于磁场环境下，通过测量单元采集流经待测超导带材的电流和电压数据，获得其临界电流值。本发明所述的用于测试超导带材临界电流的装置，广泛适用于各类超导带材，能够针对不同宽度的超导带材进行临界电流的准确测量，利用约瑟夫森的零压超流效应，能够避免超导带材在测试过程中由于电流极与待测超导带材接触导致的局部热量累积而引起的超导带材烧毁，本发明的测试装置结构简单，成本低，操作便利，能够简单直接地获得超导带材的临界电流值。
附图说明
23.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
24.图1是本发明最佳实施例的结构示意图。
25.图2是本发明最佳实施例的磁体发生单元的剖面结构示意图。
26.说明书附图标记说明：1-待测超导带材，2-磁体发生单元，21-第一磁体，22-第二磁体，3-电流引线，4-电流极连接单元，41-绝缘层，5-电压引线，6-电流源，7-电压表。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
28.实施例
29.参照图1和图2所示，本发明揭示了一种测试超导带材临界电流的装置，包括，
30.固定单元，其包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和第二夹持部夹持待测超导带材1的端部，将所述待测超导带材1拉紧，使所述待测超导带材1内部产生张力，且保持平直。
31.磁场发生单元2，其包括两块磁场强度相同的磁体，所述待测超导材料1的部分段
设置在所述两块磁体相异的两极之间。具体地，所述磁场发生单元包括支架20、第一磁体21和第二磁体22，所述第一磁体21和第二磁体22放置在所述支架20上，且所述第一磁场21和第二磁场22的磁场方向相反，使其中一块磁体的s极和另一块磁体的n极相对，所述待测超导带材1从s极与n极之间穿过，且不与任何一块磁体接触，从而所述待测超导带材1能够处于一定强度的磁场环境下。
32.测量单元，其包括电流输入单元和电压测量单元，所述电流输入单元包括电流引线3、电流极连接单元4，所述电流极连接单元上设有绝缘层41，所述电流引线3与所述电流极连接单元4相连，所述电压测量单元包括电压引线5，所述电压引线5与所述待测超导带材1相连，采集所述待测超导带材1的电势差，其中,当测试待测超导带材1时，所述绝缘层41压接在所述待测超导带材1上。所述电流极连接单元4采用具有超导特性的材质制成。
33.本发明的测试原理如下，超导带材的临界电流与外加磁场的大小成负相关，当外加磁场强度越大时，超导带材临界电流越小。本发明中，设置所述磁场发生单元2的目的在于，需要利用磁场降低所述待测超导带材1的临界电流，以达到实现约瑟夫森结的条件。所述绝缘层41压接在所述待测超导带材1上，此时，所述电流极连接单元4、绝缘层41和待测超导带材1三者组成约瑟夫森隧道结，当约瑟夫森隧道结的临界电流大于待测超导带材1的临界电流时，会产生约瑟夫森效应。利用约瑟夫森效应的零压超流现象，可使电流源施加的电流在没有热量累积的前提下通过待测超导带材，从而防止待测超导带材发生烧毁。
34.由此可以得出，本发明所述的一种测试超导带材临界电流的装置，通过固定单元将待测超导带材进行固定，并且设置磁场发生单元，使待测超导带材处于磁场环境下，通过测量单元采集流经待测超导带材的电流和电压数据，计算得到其临界电流值。本发明所述的用于测试超导带材临界电流的装置，广泛适用于各类超导带材，能够针对不同宽度的超导带材进行临界电流的准确测量，利用约瑟夫森的零压超流效应，能够避免超导带材在测试过程中由于电流极与待测超导带材接触导致的局部热量累积而引起的超导带材烧毁，本发明结构简单，成本低，操作便利，能够简单直接地获得超导带材的临界电流值。
35.进一步地，所述电流极连接单元4包括分别设在所述磁场发生单元两侧的第一电流极连接单元和第二电流极连接单元。
36.更进一步地，所述电流引线3焊接在所述电流极连接单元4上。所述电压引线5焊接在所述待测超导带材1上。从细节上来说，所述电压引线5的一端焊接在所述磁体发生单元2与所述第一电流极连接单元之间的所述待测超导带材1上，另一端焊接在所述磁体发生单元2和第二电流极连接单元之间的所述待测超导带材1上。
37.具体来说，所述电流极连接单元4镀有绝缘层，所述绝缘层为氧化物绝缘层，在本实施例中，所述绝缘层采用三氧化二钇，也称为氧化钇，化学式为y2o3，厚度为0.1-0.3mm。
38.从细节上来说，所述电压测量单元包括电压,7，所述电压引线5接入所述电压表7。所述电流输入单元包括电流源6，所述电流引线3与所述电流源6相连，所述电流源6向所述待测超导带材1提供电流。
39.所述测试装置外接计算机软件端，能够对所述电势差以及输入的电流值进行采集，从而得到u-i曲线图，然后通过计算机软件计算得到临界电流值。
40.另一方面，本发明还揭示了一种测试超导带材临界电流的方法，利用如前所述的测试超导带材临界电流的装置对待测超导带材进行测试，包括如下步骤，
41.步骤s1：对待测超导带材1的两端进行固定，将待测超导带材置于具有磁场的测试环境中；
42.步骤s2：向所述待测超导带材1施加电流,采集电势差；
43.步骤s3：根据所述电势差获取u-i曲线图，计算临界电流值。
44.具体来说，所述步骤s1包括：
45.步骤s11:将两块磁场强度相同的磁体间隔放置在支架20上，使两块磁体的n极与s极相对设置；
46.步骤s12：将所述待测超导带材1的两端分别固定在第一夹持部和第二夹持部上，拉紧所述待测超导带材1，使其保持平直，并使所述待测超导带材1从两块磁体的n极与s极之间穿过，且不与任何一块磁体接触；
47.进一步来说，所述s2包括：
48.s21：在电流极连接单元4镀上一层绝缘层41，将所述电流极连接单元4上的所述绝缘层41压接在所述待测超导带材1上，将电流引线3与所述电流极连接单元4焊接，将电压引线5与所述待测超导带材1焊接，通过所述电流源6向所述待测超导带材1施加电流，并采集电势差。
49.从细节上来说，所述s3包括：
50.s31：根据所采集到的电势差以及施加的电流值，得到u-i曲线图，通过计算机软件计算得到所述待测超导带材1的临界电流值。
51.综上所述，本发明所述的一种测试超导带材临界电流的装置，通过固定单元将待测超导带材进行固定，并且设置磁场发生单元，使待测超导带材处于磁场环境下，通过测量单元采集流经待测超导带材的电流和电压数据，计算得到其临界电流值。本发明所述的用于测试超导带材临界电流的装置和方法，广泛适用于各类超导带材，能够针对不同宽度的超导带材进行临界电流的准确测量，利用约瑟夫森的零压超流效应，能够避免超导带材在测试过程中由于电流极与待测超导带材接触导致的局部热量累积而引起的超导带材烧毁，本发明的测试装置结构简单，成本低，操作便利，能够简单直接地获得超导带材的临界电流值。
52.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。