在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于超導(dǎo)材料檢測技術(shù)領(lǐng)域的一種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置和方法。測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置包括交流背場磁體、三相程控交流電源、降壓變壓器、霍爾電流傳感器、高溫超導(dǎo)帶材、補(bǔ)償線圈、拾波線圈、電勢引線、數(shù)字表、示波器、鎖相放大器及其保護(hù)裝置及計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)提供系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；測試方法是利用傳統(tǒng)四引線法測量電流傳輸損耗，利用拾波線圈測量外場損耗，將兩者相加即得到交流背場下高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗。從而能準(zhǔn)確測量出超導(dǎo)帶材的交流傳輸損耗。本發(fā)明的測量設(shè)備簡單、操作簡潔、測量速度快、靈敏度高，對于研究高溫超導(dǎo)帶材的交流損耗具有重要價(jià)值。
【專利說明】
在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶 材交流損耗的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 未來電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展是一個(gè)需要從多學(xué)科、多角度、多層次綜合交叉研究的問 題，對于高新技術(shù)、設(shè)備的需求更加迫切。而超導(dǎo)電力技術(shù)正是能滿足運(yùn)些需求的高新技 術(shù)，運(yùn)使得它具備重要的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略地位。
[0003] 高溫超導(dǎo)材料是一種具有巨大潛在應(yīng)用和商業(yè)價(jià)值的新材料，目前已經(jīng)在很多應(yīng) 用領(lǐng)域有了突破性和實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，例如電網(wǎng)、航天、交通等等，運(yùn)標(biāo)志著超導(dǎo)材料的實(shí)用 化已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。
[0004] 目前，交流應(yīng)用是高溫超導(dǎo)材料實(shí)際應(yīng)用中最普遍、最廣泛的情況，也是超導(dǎo)應(yīng)用 中最重要的方向之一。由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工工藝的原因，實(shí)用高溫超導(dǎo)體內(nèi)部會存在大量的 晶界、位錯(cuò)、空位等點(diǎn)陣缺陷和不均勻性。運(yùn)些缺陷對磁通線有吸引和排斥作用，從而導(dǎo)致 磁通線化學(xué)勢產(chǎn)生局部變化，通常稱運(yùn)種作用為磁通釘扎。而在傳輸交流電流或處于變化 磁場時(shí)，熱激活和電磁力的作用會使得高溫超導(dǎo)體內(nèi)部的磁通克服磁通釘扎不斷的進(jìn)出超 導(dǎo)體，從而導(dǎo)致了電磁能量的損耗，也就是交流損耗。
[0005] 交流損耗是設(shè)計(jì)超導(dǎo)裝置時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素，它的存在不僅會增加制冷系 統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低經(jīng)濟(jì)性，而且會降低高溫超導(dǎo)裝置的穩(wěn)定性、運(yùn)行效率，給電網(wǎng)造成不必要 的損失。故而只有當(dāng)交流損耗足夠低時(shí)，高溫超導(dǎo)電力技術(shù)才能很好的體現(xiàn)出其優(yōu)越性。
[0006] 研究高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的交流損耗產(chǎn)生機(jī)制、各向異性W及頻率依賴性等問題有 助于探索如何在工程技術(shù)上實(shí)現(xiàn)制備低損耗、高電流的超導(dǎo)材料，對于高溫超導(dǎo)電力技術(shù) 的發(fā)展具有重要意義。
[0007] 目前對于交流背景磁場下高溫超導(dǎo)體交流損耗的測量一般都采用熱測法來測量， 然而熱測法的缺點(diǎn)和局限性較為明顯：1)設(shè)備復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)格;2)測量耗時(shí)較長;3)受 到低溫溫度傳感器靈敏度的限制，測量精度較低;4)需要樣品產(chǎn)生的損耗足夠大W引起明 顯的溫升；5)帶材的長度要適中，過長或過短都會影響測量精確性;6)存在漏熱問題。而與 熱測法相比，電測法由于其操作簡單、測量速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而在實(shí)際工程中應(yīng)用廣 泛，成為目前測量高溫超導(dǎo)體交流特性的主流方法。然而電測法在測量交流背場下高溫超 導(dǎo)帶材的交流損耗時(shí)，必須保證交流外場與傳輸電流同頻、同相，并且容易受到外界電磁環(huán) 境的干擾，所W也有較大的局限性。
[000引所W，需要發(fā)明一種對交流背場下高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的測量方法和裝置，并 要求即易于搭建、操作簡單，同時(shí)測量頻率范圍滿足交流損耗研究中的測量要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置和方 法，其特征在于，在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置包括交流背場磁體、=相 程控交流電源、降壓變壓器、霍爾電流傳感器、高溫超導(dǎo)帶材、補(bǔ)償線圈、拾波線圈、電勢引 線、數(shù)字表、示波器、鎖相放大器及其保護(hù)裝置及計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)提供系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集 及處理系統(tǒng)；其中計(jì)算機(jī)分別連接數(shù)字表、兩個(gè)鎖相放大器;數(shù)字表與A相電流傳感器I連 接，A相電流傳感器I再分別與=相程控交流電源的A相連接的單相降壓變壓器、高溫超導(dǎo)帶 材及示波器;=相程控交流電源的B相連接B相電流傳感器n，B相電流傳感器n分別連接第 一交流背場磁體1及示波器;=相程控交流電源的C相連接C相電流傳感器m，c相電流傳感 器m分別連接第=交流背場磁體2及示波器;第一交流背場磁體1與第二交流背場磁體1/連 接組成一對;第=交流背場磁體2與第四交流背場磁體y連接連接組成另一對，第二交流背 場磁體1/與第四交流背場磁體y連接的共用電纜穿過補(bǔ)償線圈中屯、后與高溫超導(dǎo)帶材連 接;每個(gè)鎖相放大器分別連接左右兩個(gè)保護(hù)裝置，兩個(gè)左保護(hù)裝置并聯(lián)在數(shù)字表上;兩個(gè)右 保護(hù)裝置中一個(gè)與電勢引線連接;另一個(gè)與拾波線圈和補(bǔ)償線圈連接。
[0010] 所述交流背場磁體為亥姆霍茲線圈，兩對亥姆霍茲線圈相互垂直放置，提供交流 背場。
[0011] 所述亥姆霍茲線圈通過提供不同大小的電流，能實(shí)現(xiàn)交流背場的大小和角度都能 連續(xù)可調(diào)。
[0012] 所述交流背場磁體、高溫超導(dǎo)帶材、電勢引線、拾波線圈浸沒在液氮中。
[0013] 測量裝置采用單相降壓變壓器來降低主回路電壓、提高主回路電流，并且能起到 電磁隔離的作用，衰減源端的高次諧波，使測量裝置更加精確。
[0014] 所述電勢引線、拾波線圈和補(bǔ)償線圈引線均采用多根銅線繞絞而成的圓形截面導(dǎo) 線，該圓形截面導(dǎo)線作為電流傳輸母線，減小測量過程中對補(bǔ)償線圈的影響，提高系統(tǒng)的測 量精度。
[0015] 所述高溫超導(dǎo)帶材上的電壓降落都由鎖相放大器測量得到，并且W霍爾電流傳感 器的信號為參考信號，由于鎖相放大器為非常精密且容易損壞的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用保護(hù)裝置 來限制其輸入信號的大小。
[0016] -種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的方法，根據(jù)電磁場理論分析，在 傳輸交流電流或其處于交變磁場中的情況下，超導(dǎo)體的交流損耗包括變化的磁場引起的外 場損耗，和由傳輸電流造成的傳輸損耗;其特征在于，測試高溫超導(dǎo)帶材的交流損耗包括采 用四引線法測量電流傳輸損耗、采用拾波線圈測量外場損耗，將兩者相加即得到交流背場 下高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗；
[0017] 交變磁場會引起超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線克服磁通釘扎勢和表面勢壘不斷運(yùn)動，從而在 超導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電場，使得超導(dǎo)體呈阻性，而運(yùn)個(gè)阻性損耗就是要測量的交流損耗;利用 電勢引線配合鎖相放大器測得交流電流導(dǎo)致的阻性電壓降Vt,則單位長度的高溫超導(dǎo)帶材 每周期的交流傳輸損耗化(J/m/cyc 1 e)通過下式計(jì)算出：
[001 引
（1)
[0019] 式(1)中，P--超導(dǎo)帶材單位長度的交流損耗(W/m);
[0020] f一一傳輸交流電流的頻率化Z);
[0021 ] It一一超導(dǎo)帶材的傳輸電流有效值(A);
[0022] Vt一一交流電流引起的超導(dǎo)帶材的電壓降有效值(V);
[0023] 1一一超導(dǎo)帶材電壓引線焊點(diǎn)之間的距離(m);
[0024] 拾波線圈平行放置于高溫超導(dǎo)帶材上，則利用拾波線圈配合鎖相放大器測得交流 背場導(dǎo)致的阻性電壓降Vm,單位長度的高溫超導(dǎo)帶材每周期的交流外場損耗Q(J/m/cycle) 通過下式計(jì)算出：
[0025]
(2)
[00%]式(2)中，Wp--拾波線圈的寬度(m);
[0027] Lp--拾波線圈的長度(m);
[0028] Ba一一交流背場的磁感應(yīng)強(qiáng)度有效值(T);
[0029] Vm一一交流背場引起的超導(dǎo)帶材的電壓降落有效值(V);
[0030] f一一傳輸交流電流的頻率化Z);
[0031 ]則交流背場下高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗為：
[0032] Qiotai = Qt+Qm (3)
[0033] 由于在傳輸交流電流時(shí)高溫超導(dǎo)帶材的感性電壓分量相對于阻性電壓分量很大， 所W電壓Vt與電流It之間的相位差巧接近90%此時(shí)即使是很小的角度誤差A(yù) 0也會引起較 大的測量誤差，運(yùn)將對交流損耗的測量造成很大的干擾；因此在測量裝置中采用多根銅線 繞絞而成的圓形截面引線和補(bǔ)償線圈來補(bǔ)償感性電壓分量使相位差C盡量減小，W此來提 高測量精度，從而能準(zhǔn)確測量出超導(dǎo)帶材的交流傳輸損耗。
[0034] 所述測量裝置中的電流傳感器不僅為鎖相放大器提供參考信號，配合數(shù)字表來測 量高溫超導(dǎo)帶材傳輸?shù)慕涣麟娏鞯拇笮?，還接入到示波器上觀察3條支路電流的相位，并配 合交流電源來調(diào)節(jié)=相輸出的相位使得交流背場與高溫超導(dǎo)帶材的傳輸交流電流同頻、同 相。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是在測量裝置中采用多根銅線繞絞而成的圓形截面引線和補(bǔ) 償線圈來補(bǔ)償感性電壓分量使相位差巧盡量減小，W此來提高測量精度，從而能準(zhǔn)確測量 出超導(dǎo)帶材的交流傳輸損耗。適用于所有交流背場下高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的測量。本發(fā) 明的測量設(shè)備簡單、操作簡潔、測量速度快、靈敏度高，對于研究高溫超導(dǎo)帶材的交流損耗 具有重要價(jià)值。
【附圖說明】
[0036] 圖1為交流背場下高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的測量裝置示意圖。
[0037] 圖2為交流背場磁體示意圖。圖中1-1'和2-2'為兩對相互垂直放置的亥姆霍茲線 圈磁體，3為高溫超導(dǎo)帶材的截面。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 本發(fā)明提供一種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置和方法，下面結(jié) 合圖1和圖2對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0039] 圖1所示為交流背場下高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的測量裝置示意圖。
[0040] 在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置包括交流背場磁體、=相程控交 流電源、降壓變壓器、霍爾電流傳感器、高溫超導(dǎo)帶材、補(bǔ)償線圈、拾波線圈、電勢引線、數(shù)字 表、示波器、鎖相放大器及其保護(hù)裝置及計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)提供系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集及處理 系統(tǒng);其中計(jì)算機(jī)分別連接數(shù)字表、兩個(gè)鎖相放大器;數(shù)字表與A相電流傳感器I連接，A相電 流傳感器I再分別與=相程控交流電源的A相連接的單相降壓變壓器、高溫超導(dǎo)帶材及示波 器;=相程控交流電源的B相連接B相電流傳感器n，B相電流傳感器n分別連接第一交流背 場磁體1及示波器;=相程控交流電源的C相連接C相電流傳感器m，c相電流傳感器m分別 連接第=交流背場磁體2及示波器;第一交流背場磁體1與第二交流背場磁體1/連接組成一 對;第=交流背場磁體2與第四交流背場磁體y連接連接組成另一對，第二交流背場磁體1/ 與第四交流背場磁體y連接的共用電纜穿過補(bǔ)償線圈中屯、后與高溫超導(dǎo)帶材連接;每個(gè)鎖 相放大器分別連接左右兩個(gè)保護(hù)裝置，兩個(gè)左保護(hù)裝置并聯(lián)在數(shù)字表上;兩個(gè)右保護(hù)裝置 中一個(gè)與電勢引線連接;另一個(gè)與拾波線圈和補(bǔ)償線圈連接。
[0041] 圖2所示為交流背場磁體示意圖。圖中1-1'和2-2'為兩對相互垂直放置的亥姆霍 茲線圈（交流背場磁體），S為高溫超導(dǎo)帶材的截面，即第一交流背場磁體1與第二交流背場 磁體1/連接組成一對;第=交流背場磁體2與第四交流背場磁體y連接連接組成另一對，第 二交流背場磁體1/與第四交流背場磁體y連接的共用電纜穿過補(bǔ)償線圈中屯、后與高溫超 導(dǎo)帶材連接。
[0042] 本測量裝置的關(guān)鍵在于精確地把超導(dǎo)帶材電壓降落中的阻性分量運(yùn)一微弱的電 壓信號從復(fù)雜的電磁信號中提取出來。鎖相放大器可W在復(fù)雜的電磁環(huán)境中提取出與參考 信號同頻、同相位的電壓信號，所W采用鎖相放大器來測量該阻性分量。其工作原理是將被 測信號與參考信號進(jìn)行頻率和相位的比較后，只輸出與參考信號同頻(或者倍頻)且同相位 的信號分量。鎖相放大器的測量精度理論上可W達(dá)到納伏數(shù)量級，可W滿足交流損耗測量 的要求。
[0043] 因?yàn)殒i相放大器測量的都是小信號，所W其輸入電壓信號端口的額定電壓較低。 如果在使用過程中輸入的電壓信號超過額定值或者較強(qiáng)的靜電作用下都有可能損壞。鑒于 該設(shè)備是非常精密而且容易損壞的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)測量平臺的核屯、設(shè)備，故采用 鎖相放大器保護(hù)裝置來限制其輸入信號的大小。
[0044] 由一個(gè)可變頻=相交流電源為測量裝置供電，該交流電源為可程控電源，能分別 調(diào)節(jié)=相輸出的相位。其中A相提供主電路電流，為了達(dá)到測量需要的電流值，本測量裝置 采用單相降壓變壓器來和交流電源配合W達(dá)到降低主回路電壓、提高主回路電流的目的。 除此之外，降壓變壓器還有著電磁隔離的作用，能衰減源端的高次諧波，使測量系統(tǒng)更加精 確。B相和C相為交流背場磁體供電。
[0045] 本測量裝置使用的電流傳輸母線采用多根銅線繞絞而成的圓形截面導(dǎo)線，能減小 傳輸電流在傳輸母線截面上的滿流損耗，運(yùn)將減小測量過程中對補(bǔ)償線圈的影響，提高系 統(tǒng)的測量精度。
[0046] -種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的方法，根據(jù)電磁場理論分析，在 傳輸交流電流或其處于交變磁場中的情況下，超導(dǎo)體的交流損耗包括變化的磁場引起的外 場損耗，和由傳輸電流造成的傳輸損耗;其特征在于，測試高溫超導(dǎo)帶材的交流損耗包括采 用四引線法測量電流傳輸損耗、采用拾波線圈測量外場損耗，將兩者相加即得到交流背場 下高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗；
[0047] 交變磁場會引起超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線克服磁通釘扎勢和表面勢壘不斷運(yùn)動，從而在 超導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電場，使得超導(dǎo)體呈阻性，而運(yùn)個(gè)阻性損耗就是要測量的交流損耗;利用 電勢引線配合鎖相放大器測得交流電流導(dǎo)致的阻性電壓降Vt,則單位長度的高溫超導(dǎo)帶材 每周期的交流傳輸損耗化(J/m/cyc 1 e)通過下式計(jì)算出：
[0048]
(1)
[0049] 式(1)中，P-一超導(dǎo)帶材單位長度的交流損耗(W/m);
[0050] f一一傳輸交流電流的頻率化Z);
[0051] It一一超導(dǎo)帶材的傳輸電流有效值(A);
[0052] Vt一一交流電流引起的超導(dǎo)帶材的電壓降有效值(V);
[0053] 1一一超導(dǎo)帶材電壓引線焊點(diǎn)之間的距離(m);
[0054] 拾波線圈平行放置于高溫超導(dǎo)帶材上，則利用拾波線圈配合鎖相放大器測得交流 背場導(dǎo)致的阻性電壓降Vm,單位長度的高溫超導(dǎo)帶材每周期的交流外場損耗Q(J/m/cycle) 通過下式計(jì)算出：
[00巧]
間
[0056] 式(2)中，Wp--拾波線圈的寬度(m);
[0057] Lp--拾波線圈的長度(m);
[005引Ba--交流背場的磁感應(yīng)強(qiáng)度有效值(T);
[0059] Vm一一交流背場引起的超導(dǎo)帶材的電壓降落有效值(V);
[0060] f--傳輸交流電流的頻率化Z);
[0061 ]則交流背場下高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗為：
[0062] Qiotai = Qt+Qm (3)
[0063] 由于在傳輸交流電流時(shí)高溫超導(dǎo)帶材的感性電壓分量相對于阻性電壓分量很大， 所W電壓Vt與電流It之間的相位差巧接近90%此時(shí)即使是很小的角度誤差A(yù) 0也會引起較 大的測量誤差，運(yùn)將對交流損耗的測量造成很大的干擾；因此在測量裝置中采用多根銅線 繞絞而成的圓形截面引線和補(bǔ)償線圈來補(bǔ)償感性電壓分量使相位差0盡量減小，W此來提 高測量精度，從而能準(zhǔn)確測量出超導(dǎo)帶材的交流傳輸損耗。
[0064] 所述測量裝置中的電流傳感器不僅為鎖相放大器提供參考信號，配合數(shù)字表來測 量高溫超導(dǎo)帶材傳輸?shù)慕涣麟娏鞯拇笮。€接入到示波器上觀察3條支路電流的相位，并配 合交流電源來調(diào)節(jié)=相輸出的相位使得交流背場與高溫超導(dǎo)帶材的傳輸交流電流同頻、同 相。
[0065] 補(bǔ)償線圈的工作原理是利用補(bǔ)償線圈和主回路傳輸母線禪合感應(yīng)出的感性電壓 分量對鎖相放大器的測量信號（即超導(dǎo)帶材的電壓降落)進(jìn)行補(bǔ)償，從而抵消部分高溫超導(dǎo) 帶材的感性電壓分量，減小電壓V與電流I之間的相位差0，從而達(dá)到減小實(shí)驗(yàn)測量誤差的目 的。理想情況是補(bǔ)償線圈只補(bǔ)償純感性電壓分量，如果補(bǔ)償信號中含有阻性電壓分量，將會 給測量帶來新的誤差。然而在實(shí)驗(yàn)測量過程中，補(bǔ)償線圈很容易受到外界電磁環(huán)境的干擾。 交流電源、變壓器、W及傳輸電流母線附近的金屬設(shè)備等，都會干擾補(bǔ)償線圈產(chǎn)生阻性電壓 分量，對測量造成較大困難。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中補(bǔ)償線圈需要進(jìn)行電磁屏蔽，或使其遠(yuǎn)離 干擾源。
[0066] 測量裝置的交流背場磁體為2對相互垂直放置的亥姆霍茲線圈，如圖2所示。其原 理為:將兩個(gè)相同尺寸的圓形線圈同軸放置，當(dāng)兩個(gè)線圈之間的距離為其半徑時(shí)，能在間隙 中產(chǎn)生較大范圍的均勻磁場。把兩對亥姆霍茲線圈中屯、重合并互相垂直放置，其中一對水 平放置，產(chǎn)生的磁場沿垂直方向?yàn)锽i,另一對亥姆赫茲線圈垂直放置，產(chǎn)生的磁場沿水平方 向記為馬7,那么在兩對磁體孔徑處的總磁場B為兩磁場的矢量疊加：
[0067] (4)
[006引
[0069] 間
[0070]
[0071] (6)
[0072] 其中巧為總磁場B相對于帶材表面的夾角。
[0073] 通過對兩對亥姆赫茲磁體提供不同大小的電流，改變水平方向磁場度和垂直方 向磁場的大小Bi，就能實(shí)現(xiàn)交流背場的大小和角度都連續(xù)可調(diào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于，在交流背場下 測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置包括交流背場磁體、三相程控交流電源、降壓變壓器、霍 爾電流傳感器、高溫超導(dǎo)帶材、補(bǔ)償線圈、拾波線圈、電勢引線、數(shù)字表、示波器、鎖相放大器 及其保護(hù)裝置及計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)提供系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng);其中計(jì)算機(jī)分別連 接數(shù)字表、兩個(gè)鎖相放大器;數(shù)字表與A相電流傳感器(I)連接，A相電流傳感器(I)再分別與 三相程控交流電源的A相連接的單相降壓變壓器、高溫超導(dǎo)帶材及示波器;三相程控交流電 源的B相連接B相電流傳感器（Π )，B相電流傳感器（Π )分別連接第一交流背場磁體（1)及示 波器;三相程控交流電源的C相連接C相電流傳感器（ΙΠ )，C相電流傳感器（ΙΠ )分別連接第三 交流背場磁體(2)及示波器;第一交流背場磁體（1)與第二交流背場磁體（V)連接組成一 對;第三交流背場磁體(2與第四交流背場磁體(2〇連接連接組成另一對，第二交流背場磁 體（V )與第四交流背場磁體(2')連接的共用電纜穿過補(bǔ)償線圈中心后與高溫超導(dǎo)帶材連 接;每個(gè)鎖相放大器分別連接左右兩個(gè)保護(hù)裝置，兩個(gè)左保護(hù)裝置并聯(lián)在數(shù)字表上;兩個(gè)右 保護(hù)裝置中一個(gè)與電勢引線連接;另一個(gè)與拾波線圈和補(bǔ)償線圈連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于， 所述交流背場磁體為亥姆霍茲線圈，兩對亥姆霍茲線圈相互垂直放置，提供交流背場。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于， 所述亥姆霍茲線圈通過提供不同大小的電流，能實(shí)現(xiàn)交流背場的大小和角度都能連續(xù)可 調(diào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于， 所述交流背場磁體、高溫超導(dǎo)帶材、電勢引線、拾波線圈浸沒在液氮中。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于， 測量裝置采用單相降壓變壓器來降低主回路電壓、提高主回路電流，并且能起到電磁隔離 的作用，衰減源端的高次諧波，使測量裝置更加精確。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于， 所述電勢引線、拾波線圈和補(bǔ)償線圈引線均采用多根銅線繞絞而成的圓形截面導(dǎo)線，該圓 形截面導(dǎo)線作為電流傳輸母線，減小測量過程中對補(bǔ)償線圈的影響，提高系統(tǒng)的測量精度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的裝置，其特征在于， 所述高溫超導(dǎo)帶材上的電壓降都由鎖相放大器測量得到，并且以霍爾電流傳感器的信號為 參考信號，由于鎖相放大器為非常精密且容易損壞的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用保護(hù)裝置來限制其輸 入信號的大小。8. -種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的方法，根據(jù)電磁場理論分析，在傳 輸交流電流或其處于交變磁場中的情況下，超導(dǎo)體的交流損耗包括變化的磁場引起的外場 損耗，和由傳輸電流造成的傳輸損耗;其特征在于，測試高溫超導(dǎo)帶材的交流損耗包括采用 四引線法測量電流傳輸損耗、采用拾波線圈測量外場損耗，將兩者相加即得到交流背場下 高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗； 交變磁場會引起超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線克服磁通釘扎勢和表面勢皇不斷運(yùn)動，從而在超導(dǎo) 體中產(chǎn)生感應(yīng)電場，使得超導(dǎo)體呈阻性，而這個(gè)阻性損耗就是要測量的交流損耗;利用電勢 引線配合鎖相放大器測得交流電流導(dǎo)致的阻性電壓降VT，則單位長度的高溫超導(dǎo)帶材每周 期的交流傳輸損耗QT (J/m/cy c I e)通過下式計(jì)算出： (I) 式(1)中，P--超導(dǎo)帶材單位長度的交流損耗(W/m); f一一傳輸交流電流的頻率(Hz); It一一超導(dǎo)帶材的傳輸電流有效值(A); Vt--交流電流引起的超導(dǎo)帶材的電壓降有效值(V); 1一一超導(dǎo)帶材電壓引線焊點(diǎn)之間的距離(m); 拾波線圈平行放置于高溫超導(dǎo)帶材上，則利用拾波線圈配合鎖相放大器測得交流背場 導(dǎo)致的阻性電壓降VM，單位長度的高溫超導(dǎo)帶材每周期的交流外場損耗Q(J/m/CyCle)通過 下式計(jì)算出：(2) 式(2)中，Wp-一拾波線圈的寬度(m); Lp一一拾波線圈的長度(m); Ba一一交流背場的磁感應(yīng)強(qiáng)度有效值(T); Vm一一交流背場引起的超導(dǎo)帶材的電壓降落有效值(V); f一一傳輸交流電流的頻率(Hz); 則交流背場下高溫超導(dǎo)帶材的總交流損耗為： Qiotai 一 Qt+Qm ( 3 ) 由于在傳輸交流電流時(shí)高溫超導(dǎo)帶材的感性電壓分量相對于阻性電壓分量很大，所以 電壓VT與電流IT之間的相位差Θ接近90° ;此時(shí)即使是很小的角度誤差△ Θ也會引起較大的 測量誤差，這將對交流損耗的測量造成很大的干擾；因此在測量裝置中采用多根銅線繞絞 而成的圓形截面引線和補(bǔ)償線圈來補(bǔ)償感性電壓分量使相位差Θ盡量減小，以此來提高測 量精度，從而能準(zhǔn)確測量出超導(dǎo)帶材的交流傳輸損耗。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種在交流背場下測試高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的方法，其特征 在于，所述測量裝置中的電流傳感器不僅為鎖相放大器提供參考信號，配合數(shù)字表來測量 高溫超導(dǎo)帶材傳輸?shù)慕涣麟娏鞯拇笮?，還接入到示波器上觀察3條支路電流的相位，并配合 交流電源來調(diào)節(jié)三相輸出的相位使得交流背場與高溫超導(dǎo)帶材的傳輸交流電流同頻、同 相。
【文檔編號】G01R27/26GK106018972SQ201610319845
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】劉宏偉, 李光熹, 張慧媛
【申請人】華北電力大學(xué)