一種超導線材銅超比測試設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超導材料檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超導線材銅超比測試設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 新能源技術(shù)發(fā)展和醫(yī)療衛(wèi)生進步都迫切需要超導技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，國際熱 核聚變項目ITER以及核磁共振成像MRI的磁體主要組成都是超導線材，目前中國超導技術(shù) 產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，在超導線材制備過程中的銅超比（Cu/Sc)參數(shù)控制中還缺乏有效地測試 設(shè)備。
[0003] Cu/Sc是超導線材作為成品的重要參數(shù)之一，Cu/Sc直接決定超導線的設(shè)計，并影 響超導線性能，低銅比能夠增加超導面積，提高超導線性能，但同時也增加了線材的加工難 度，而高銅比能夠提高磁體運行的穩(wěn)定性，但必然使超導相的體積比下降，同時會使超導線 斷芯的危險增大，不利于提高臨界電流密度（Jc)。
[0004] 目前的Cu/Sc測試方式有化學稱重法和圖像分析法，化學稱重法是取單位長度超 導線材通過化學腐蝕去掉銅，再通過稱重剩余超導體，根據(jù)密度算出銅Cu和超導Sc的橫截 面積比；圖像法是取超導線材截面通過光學電鏡拍照，然后分析銅Cu和超導Sc的橫截面積 比，但這兩種方法都是有損檢測，只能對產(chǎn)品進行抽樣測試，測試效率非常低，僅適用于少 量樣品的實驗室測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種超導線材銅超比測試設(shè)備，該設(shè)備解決了現(xiàn)有Cu/Sc測 試設(shè)備存在的只能進行有損檢測的問題。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種超導線材銅超比測試設(shè)備，包括主動放線機，在 線測試主機和帶排線的主動收線機。
[0007] 本發(fā)明的特點還在于，
[0008] 在線測試主機設(shè)置在主動放線機和主動收線機之間。
[0009] 主動放線機設(shè)置有張力單元，張力單元采用調(diào)節(jié)配重的方式調(diào)節(jié)張力大??；主動 收線機采用變頻電機調(diào)速的方式實現(xiàn)放線的調(diào)速和換向，排線采用伺服電機控制的光桿排 線方式。
[0010] 在線測試主機包括隨動測試架以及集成設(shè)置的數(shù)字I/O模塊、PXI控制器、GPIB通 訊模塊、串行通訊模塊、PXI高精度數(shù)據(jù)采集模塊、溫度補償模塊、可編程電流源、可編程納 伏計、K型熱電偶、長度測量單元和編碼器。
[0011] 隨動測試架置于一個由透明材料制成的封閉的空間中，隨動測試架由4組垂直同 步運動的氣缸和1組水平運動的氣缸組成，4組垂直同步運動的氣缸中的2組均安裝有測試 探頭，每個測試探頭上分別有兩根導線，兩根導線分別連接到可編程電流源和可編程納伏 計上；另外2組用于增大隨動測試架與被測超導線材接觸面的摩擦力。
[0012] 數(shù)字I/O模塊、PXI控制器、GPIB通訊模塊和串行通訊模塊集成安裝在一個帶電子 屏蔽的機箱內(nèi)。
[0013] 機箱的溫度為15°C~25°C。
[0014] 可編程電流源采用GPIB通用接口總線的方式與計算機通訊；可編程電流源的輸 出恒直流電范圍為1~10安培。
[0015] 可編程納伏計采用GPIB通用接口總線的方式與計算機通訊，測試精度為10E-9伏 特。
[0016] 測試探頭選用銀銅合金材質(zhì)，測試探頭采用彈性斜齒型結(jié)構(gòu)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是，一種超導線材銅超比測試設(shè)備，通過設(shè)置在線測試主機，能 夠在檢測超導線材銅超比時進行無損檢測，并且能夠進行不間斷測試，大大提高了超導線 材銅超比檢測效率。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明一種超導線材銅超比測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明中測試探頭的橫截面圖。
[0020] 圖中，1.主動放線機，2.主動收線機，3.隨動測試架，4.數(shù)字I/O模塊，5.PXI控 制器，6.GPIB通訊模塊，7.串行通訊模塊，8.PXI高精度數(shù)據(jù)采集模塊，9.溫度補償模塊， 10.可編程電流源，11.可編程納伏計，12.受測超導線材，13.K型熱電偶，14.長度測量單 元，15.編碼器，16.在線測試主機，17.測試探頭。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022] 如圖1所示，一種超導線材銅超比測試設(shè)備，包括主動放線機1，在線測試主機16 和帶排線的主動收線機2,在線測試主機16設(shè)置在主動放線機1和主動收線機2之間。
[0023] 其中，主動放線機1設(shè)置有張力單元，張力單元采用調(diào)節(jié)配重的方式調(diào)節(jié)張力大 ??；主動收線機2采用變頻電機調(diào)速的方式實現(xiàn)放線的調(diào)速和換向，排線采用伺服電機控 制的光桿排線方式；在線測試主機16包括隨動測試架3以及集成設(shè)置的數(shù)字I/O模塊4、 PXI控制器5、GPIB通訊模塊6、串行通訊模塊7、PXI高精度數(shù)據(jù)采集模塊8、溫度補償模塊 9、可編程電流源10、可編程納伏計11、K型熱電偶13、長度測量單元14和編碼器15。其中， 隨動測試架3置于一個由透明材料制成的封閉的空間中，隨動測試架3由4組垂直同步運 動的氣缸和1組水平運動的氣缸組成，4組垂直同步運動的氣缸中的2組均安裝有測試探頭 17,每個測試探頭17上分別有兩根導線，兩根導線分別連接到到可編程電流源10和可編程 納伏計11上；另外2組用于增大隨動測試架3與受測超導線材12接觸面的摩擦力，通過同 步氣缸的運動使測試探頭17同步接觸或分離于受測超導線材12,另外，受測超導線材12在 隨動架3兩端導輪間的長度保持恒定，依此保證每次測試時測試探頭17間的被測超導線材 長度也保證相同；數(shù)字I/O模塊4、PXI控制器5、GPIB通訊模塊6和串行通訊模塊7集成 安裝在一個溫度為15°C~25°C的帶電子屏蔽的機箱內(nèi)；可編程電流源10采用GPIB通用接 口總線的方式與計算機通訊，其輸出恒直流電范圍為1~10安培；可編程納伏計11也采用 GPIB通用接口總線的方式與計算機通訊，測試精度為10E-9伏特。
[0024] 如圖2所示，測試探頭17選用銀銅合金材質(zhì)，并采用彈性斜齒型結(jié)構(gòu)，以增加探頭 與超導線材接觸的可靠性。
[0025] 本發(fā)明一種超導線材銅超比測試設(shè)備的使用方法是，主動放線機1和主動收線機 2分別用于放線和收線，主動放線機1帶有張力調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)測試需要調(diào)節(jié)超導線材的 張力大小，主動收線機2帶有排線功能，可以對收納的超導線材進行整理和排列。當測試 時，將受測超導線材12裝入主動放線機1，按照確定的繞制路線將超導線穿過在線測試主 機16,到達主動收線機2 ;再將兩只測試探頭17緊靠超導線，通過調(diào)節(jié)主動放線機1、主動 收線機2的收、放線速度或測試探頭17接觸超導線的頻率來調(diào)節(jié)Cu/Sc的采樣率；可編程 電流源10按照預先設(shè)置的數(shù)值輸出電流，可編程納伏計11測試兩測試探頭17之間超導線 的電壓；將K型熱電偶13布置在兩測試探頭17之間的超導線近表面，測量超導線溫度；依 據(jù)超導線溫度，溫度補償模塊9補償不同溫度間材料的導電率差異；用長度測量單元14和 編碼器15記錄流過的超導線的長度；根據(jù)室溫下超導線Cu和Sc的導電率差異，用以下公 式計算每個測量點的銅超比，Cu/Sc=Beta:
[0027] 公式中符號代表的實際參量為：
[0028] a:不同溫度下常數(shù)，如室溫20°C下a取值等于234. 4 ;
[0029] b:b=a+k，k取值 20 ;
[0030] t:被測超導線實時的攝氏溫度，單位°C;
[0032] RhO :室溫20°C下銅的電阻率，如無氧銅RhO=0? 0169 ;
[0033] Rm:超導線的綜合電阻值，Rm=Um/Is;
[0034] Lg:兩只測試探頭間被測超導線長度，Lg多12米；
[0035]X:超導芯絲相對RhO的電阻率倍數(shù)，如Nb-4Hi，X= 42 ;
[0036] 利用記錄的超導線流過長度做平面直角坐標系橫坐標，取同一時刻Cu/Sc做縱坐 標，通過計算機繪制Cu/Sc-L離散圖樣，用"最小二乘擬合法"將各點連接形成Cu/Sc-L連 續(xù)曲線圖，待整卷超導線流過便形成整卷線關(guān)于長度坐標上的Cu/Sc測試曲線，通過讀取 繪制的Cu/Sc測試曲線上對應長度處的Cu/Sc值，確定超導線在對應處的銅超比。
【主權(quán)項】
1. 一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：包括主動放線機（I)，在線測試主機 (16) 和帶排線的主動收線機（2)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述在線測試 主機（16)設(shè)置在主動放線機（1)和主動收線機（2)之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述主動放線 機（1)設(shè)置有張力單元，張力單元采用調(diào)節(jié)配重的方式調(diào)節(jié)張力大??；所述主動收線機（2) 采用變頻電機調(diào)速的方式實現(xiàn)放線的調(diào)速和換向，排線采用伺服電機控制的光桿排線方 式。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述在線測試 主機（16)包括隨動測試架（3)以及集成設(shè)置的數(shù)字I/O模塊（4)、PXI控制器（5)、GPIB通 訊模塊（6)、串行通訊模塊（7)、PXI高精度數(shù)據(jù)采集模塊（8)、溫度補償模塊（9)、可編程電 流源（10)、可編程納伏計（11)、K型熱電偶（13)、長度測量單元（14)和編碼器（15)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述隨動測試 架（3)置于一個由透明材料制成的封閉的空間中，隨動測試架（3)由4組垂直同步運動 的氣缸和1組水平運動的氣缸組成，4組垂直同步運動的氣缸中的2組均安裝有測試探頭 (17) ，每個測試探頭（17)上分別有兩根導線，兩根導線分別連接到可編程電流源（10)和可 編程納伏計（11)上；另外2組用于增大隨動測試架與被測超導線材接觸面的摩擦力。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述數(shù)字I/O 模塊⑷、PXI控制器（5)、GPIB通訊模塊（6)和串行通訊模塊（7)集成安裝在一個帶電子 屏蔽的機箱內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述帶電子屏 蔽的機箱的溫度為15 °C~25 °C。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述可編程電 流源（10)采用GPIB通用接口總線的方式與計算機通訊；可編程電流源（10)的輸出恒直流 電范圍為1~10安培。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述可編程納 伏計（11)采用GPIB通用接口總線的方式與計算機通訊，測試精度為10E-9伏特。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超導線材銅超比測試設(shè)備，其特征在于：所述測試探頭 (17)選用銀銅合金材質(zhì)，測試探頭（17)采用彈性斜齒型結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超導線材銅超比測試設(shè)備，包括主動放線機，在線測試主機和帶排線的主動收線機，在線測試主機包括隨動測試架以及集成設(shè)置的數(shù)字I/O模塊、PXI控制器、GPIB通訊模塊、串行通訊模塊、PXI高精度數(shù)據(jù)采集模塊、溫度補償模塊、可編程電流源、可編程納伏計、K型熱電偶、長度測量單元和編碼器。本發(fā)明相比于現(xiàn)有Cu/Sc測試方法中的化學稱重法和圖像分析法，具有測試設(shè)備簡單，測試時完全無損測試的特點，并且本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)超導線材銅超比的不間斷測試，大大提高了超導線材銅超比檢測效率，適合工業(yè)化生產(chǎn)與運用。
【IPC分類】G01N27/02
【公開號】CN105067677
【申請?zhí)枴緾N201510473609
【發(fā)明人】朱秦嶺, 彭常戶, 張平祥, 李建峰, 劉向宏, 馮勇, 王瑞, 趙永富
【申請人】西部超導材料科技股份有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月5日