專利名稱：具有可變?nèi)莘e杜瓦的高溫超導帶材特性測量設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及高溫超導帶材技術(shù)領域，具體地，本發(fā)明涉及一種高溫超導帶材特性測量設備。
背景技術(shù)：
隨著高溫超導材料實用化技術(shù)的發(fā)展，高溫超導電力技術(shù)的發(fā)展也取得了一系列重大突破，多種超導電力裝置應運而生。而除了超導電纜外，大部分的超導電力裝置的核心部件都是高溫超導磁體。高溫超導磁體的絕緣結(jié)構(gòu)復雜，需要考慮線圈匝間絕緣、餅間絕緣以及相間絕緣等。目前，國際上還沒有開發(fā)專門的低溫絕緣材料，基本上都是從常規(guī)絕緣薄膜中篩選適合于低溫應用的絕緣薄膜材料。一般國際上通常采用沿超導帶軸向繞包聚酰亞 胺薄膜帶，或者采用涂覆絕緣漆等方法來改進超導帶材的絕緣結(jié)構(gòu)，以滿足高溫超導磁體的絕緣強度要求。在高溫超導磁體的研發(fā)中，高溫超導帶材的絕緣特性和臨界電流特性是兩項非常重要的技術(shù)指標。目前，現(xiàn)有技術(shù)還不存在能針對這兩項指標一次性完成檢測的檢測設備，一般需要先對其絕緣特性進行高壓耐壓測試，然后再進行臨界電流測試。這樣，就會對高溫超導帶材進行兩次以上的冷熱循環(huán)，這對高溫超導帶材性能具有一定的負面影響。另外，由于高溫超導帶材的絕緣特性測試需要選用非金屬杜瓦容器來盛放液氮，而非金屬杜瓦、尤其是大型或長方形非金屬杜瓦加工難度較大，加工周期長，價格昂貴。在現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有能夠針對非金屬杜瓦的容積進行改變的裝置，這就可能會使在檢測實驗中的液氮的消耗造成極大的浪費，嚴重的還會直接影響實驗的進程。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種高溫超導帶材特性測量設備，其可以連續(xù)地測量高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性。本發(fā)明提供了一種高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述高溫超導帶材特性測量設備包括金屬骨架，所述金屬骨架呈圓筒形；待測高溫超導帶材，所述高溫超導帶材沿著螺旋形路徑纏繞在所述金屬骨架的外周上；金屬薄膜，所述金屬薄膜圍繞所述高溫超導帶材且緊貼在所述高溫超導帶材的外偵牝從而使得所述高溫超導帶材和所述金屬骨架均位于所述金屬薄膜的內(nèi)側(cè)；液氮杜瓦，所述液氮杜瓦中裝有液氮，所述金屬骨架、所述高溫超導帶材和所述金屬薄膜均放置在所述液氮杜瓦中的液氮內(nèi)；第一電流引線，所述第一電流引線固定于所述高溫超導帶材的一端，且與所述高溫超導帶材電連接；第二電流引線，所述第二電流引線固定于所述高溫超導帶材的另一端，且與所述高溫超導帶材電連接；第一開關，所述第一開關的第一端電連接到所述金屬骨架和所述金屬薄膜，且所述第一開關的第二端接地；高壓發(fā)生器，所述高壓發(fā)生器的第一端和所述第一開關的第二端電連接；水阻，所述水阻的第一端和所述高壓發(fā)生器的第二端電連接；第二開關，所述第二開關的第一端和所述水阻的第二端電連接，且所述第二開關的第二端和所述第一電流引線電連接；高壓分壓器，所述高壓分壓器的第一端電連接到所述第一開關的第二端，所述高 壓分壓器的第二端電連接到所述第二開關的第一端，從而所述高壓分壓器能夠測量所述第一開關的第二端和所述第二開關的第一端之間的電壓；第三開關，所述第三開關的第一端電連接到所述第二電流引線；直流電源，所述直流電源的第一端電連接到所述第三開關的第二端；分流器，所述分流器的第一端電連接到所述直流電源的第二端；第四開關，所述第四開關的第一端電連接到所述分流器的第二端，且所述第四開關的第二端電連接到所述第一電流引線；第一電壓表，所述第一電壓表的第一端電連接到所述分流器的第一端，且所述第一電壓表的第二端電連接到所述分流器的第二端；第二電壓表，所述第二電壓表的第一端電連接到所述第三開關的第二端，且所述第二電壓表的第二端電連接到所述第四開關的第一端；計算機，所述計算機通過相應數(shù)據(jù)線分別連接到所述高壓發(fā)生器、所述直流電源、所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關、所述第四開關、所述高壓分壓器、所述第一電壓表和所述第二電壓表，以便從所述高壓分壓器、所述第一電壓表和所述第二電壓表采集電壓數(shù)據(jù)并且控制所述高壓發(fā)生器、所述直流電源、所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關和所述第四開關的操作，其中，在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，首先利用所述計算機控制所述第一開關和所述第二開關使其接通，且控制所述第三開關和所述第四開關使其斷開，且使所述高壓發(fā)生器工作，并監(jiān)測從所述高壓分壓器輸出的電壓數(shù)據(jù)，從而檢測所述高溫超導帶材的絕緣耐壓特性；然后，在所述高溫超導帶材的絕緣耐壓特性檢測完成后，利用所述計算機控制所述第一開關和所述第二開關使其斷開，且控制所述第三開關和所述第四開關使其接通，且使所述直流電源工作，并監(jiān)測從所述第一電壓表和所述第二電壓表輸出的電壓數(shù)據(jù)，并利用所述計算機進行數(shù)據(jù)處理，從而檢測所述高溫超導帶材的臨界電流特性。優(yōu)選的是，所述液氮杜瓦的內(nèi)部空間為方形空間，該方形空間能被均等地分為N個彼此相同的子方形空間，即第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N個子方形空間；所述高溫超導帶材特性測量設備還包括N-I個彼此相同的方形填充物和2個彼此相同的三角形填充物，其中所述N-I個彼此相同的方形填充物為第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物，所述2個彼此相同的三角形填充物為第I個三角形填充物和第2個三角形填充物；所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物分別與所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間形狀互補，以便所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物能夠分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中；并且，所述第I個三角形填充物和第2個三角形填充物兩者總體的形狀能夠和所述第N個子方形空間的形狀互補，從而所述第I個三角形填充物和第2個三角形填充物能夠填充到所述第N個子方形空間中；其中，在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，能夠根據(jù)所述液氮杜瓦內(nèi)的液氮揮發(fā)量和所述金屬骨架的長度，將所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物中的一個或多個分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中的相應空間中，并且/或者將所述第I個三角形填充物和第2個三角形填充物中的一個或兩個填充到所述第N個子方形空間中，以便使得所述液氮杜瓦內(nèi)的液氮維持在能夠浸沒上述金屬骨架、上述高溫超導帶材和上述金屬薄膜的預定深度。優(yōu)選的是，所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物
中的每個方形填充物的兩側(cè)上均設有方形填充物導槽，所述液氮杜瓦的內(nèi)壁上相應地設有 方形填充物導條，所述方形填充物導槽能與所述方形填充物導條相互配合，以便于將所述
第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物中的一個或多個方形填
充物分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中的相應空間中；所述第I個三角形填充物和第2個三角形填充物中的每個三角形填充物的兩側(cè)上均設有三角形填充物導槽，所述液氮杜瓦的內(nèi)壁上相應地設有三角形填充物導條，所述三角形填充物導槽能與所述三角形填充物導條相互配合，以便于將所述第I個三角形填充物和第2個三角形填充物中的一個或兩個三角形填充物填充到所述第N個子方形空間中。優(yōu)選的是，所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充
物中的每個方形填充物的上部均設有突出的方形填充物鎖定部，所述液氮杜瓦的外壁的頂端處相應地設有方形填充物鎖扣部，所述方形填充物鎖扣部能夠卡扣鎖定到所述突出的方形填充物鎖定部上，以便于將相應的方形填充物鎖定在所述液氮杜瓦內(nèi)；所述第I個三角形填充物的上部設有突出的三角形填充物鎖定部，所述液氮杜瓦的外壁的頂端處相應地設有三角形填充物鎖扣部，所述三角形填充物鎖扣部能夠卡扣鎖定到所述突出的三角形填充物鎖定部上，以便于將所述第I個三角形填充物鎖定在所述液氮杜瓦內(nèi)。優(yōu)選的是，所述第2個三角形填充物和齒條固定連接，其中所述高溫超導帶材特性測量設備還包括電機，齒輪固定到所述電機的輸出軸上，所述齒輪和所述齒條相嚙合，從而所述第2個三角形填充物能夠在所述電機的驅(qū)動下插入所述液氮杜瓦中或從所述液氮杜瓦中脫離。優(yōu)選的是，在所述液氮杜瓦中設有液位傳感器，所述計算機通過相應數(shù)據(jù)線和所述液位傳感器和所述電機連接，其中，在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，在所述計算機通過所述液位傳感器獲知所述液氮杜瓦中的液氮深度低于預定深度的情況下，所述計算機控制所述電機以使得所述第2個三角形填充物逐漸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為所述預定深度；其中，在所述第2個三角形填充物已經(jīng)完全插入所述液氮杜瓦中而所述計算機仍然確定所述液氮杜瓦中的液氮深度低于預定深度的情況下，所述計算機發(fā)出警告信息，以促使操作者插入相應的方形填充物和/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為所述預定深度。優(yōu)選的是，所述N-I個彼此相同的方形填充物和所述2個彼此相同的三角形填充物均具有雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)由外層結(jié)構(gòu)和內(nèi)層結(jié)構(gòu)組成，所述外層結(jié)構(gòu)為由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的薄外殼，而所述內(nèi)層結(jié)構(gòu)為由聚丙烯發(fā)泡材料構(gòu)成的內(nèi)部容納物，所述外殼包覆在所述內(nèi)部容納物的外周上。優(yōu)選的是，所述金屬骨架由鋼或鐵或銅制成，而所述金屬薄膜由鋁箔或錫紙形成。優(yōu)選的是，N為大于5的自然數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備可以連續(xù)地測量高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性，從而提高了檢測效率。而且，本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備的液氮杜瓦是可變?nèi)莘e的液氮杜瓦，從而可以根據(jù)實際測量狀況填充入相應的方形填充 物和/或三角形填充物，從而能夠使得液氮杜瓦內(nèi)的液氮液位維持在所需深度，從而可以節(jié)約液氮用量，由此可以節(jié)約實驗成本。


圖I是本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備的總體結(jié)構(gòu)的概略剖視圖；圖2是從圖I中的A-A’觀察看到的本發(fā)明的液氮杜瓦及其內(nèi)部部件的概略剖視圖；圖3是待測高溫超導帶材纏繞在金屬骨架上的總體結(jié)構(gòu)的概略側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明的液氮杜瓦和填充物及其驅(qū)動機構(gòu)的概略剖視圖；圖5A是本發(fā)明的液氮杜瓦沿其縱向方向的概略剖視圖；圖5B是本發(fā)明的液氮杜瓦沿圖5A中的B-B’剖開的概略剖視圖；圖6A是本發(fā)明的方形填充物的概略側(cè)視圖；圖6B是本發(fā)明的方形填充物沿圖6A中的C_C’剖開的概略剖視圖；圖7A是本發(fā)明的第I三角形填充物的概略側(cè)視圖；圖7B是本發(fā)明的第I三角形填充物沿圖7A中的D-D ’剖開的概略剖視圖；圖8A是本發(fā)明的第2三角形填充物的概略側(cè)視圖；圖8B是本發(fā)明的第2三角形填充物沿圖8A中的E-E ’剖開的概略剖視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種高溫超導帶材特性測量設備，該高溫超導帶材特性測量設備可以連續(xù)地測量高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性。圖I是本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備的總體結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。圖2是從圖I中的A-A’觀察看到的本發(fā)明的液氮杜瓦及其內(nèi)部部件的概略剖視圖。圖3是待測高溫超導帶材纏繞在金屬骨架上的總體結(jié)構(gòu)的概略側(cè)視圖。如圖I-圖3所示，本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備包括金屬骨架2，所述金屬骨架2呈圓筒形，其中，優(yōu)選的是，所述金屬骨架2由鋼、鐵或銅制成；待測高溫超導帶材1，所述高溫超導帶材I沿著螺旋形路徑纏繞在所述金屬骨架2的外周上，圖3詳細示出了其優(yōu)選纏繞結(jié)構(gòu)；金屬薄膜3，所述金屬薄膜3圍繞所述高溫超導帶材I且緊貼在所述高溫超導帶材I的外側(cè)，從而使得所述高溫超導帶材I和所述金屬骨架2均位于所述金屬薄膜3的內(nèi)側(cè)，其中，優(yōu)選的是，所述金屬薄膜3由鋁箔或錫紙形成；液氮杜瓦4，所述液氮杜瓦4中裝有液氮，上述金屬骨架2、上述高溫超導帶材I和上述金屬薄膜3均被放在所述液氮杜瓦4中的液氮內(nèi)。如圖1、3所示，本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備還包括第一電流引線7，所述第一電流引線7固定于所述高溫超導帶材I的一端，且與所述高溫超導帶材I電連接；第二電流引線8，所述第二電流引線8固定于所述高溫超導帶材I的另一端，且與所述高溫超導帶材I電連接。如圖I所示，本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備還包括第一開關9，所述第一開關9的第一端電連接到所述金屬骨架2和所述金屬薄膜3，且所述第一開關9的第二端接地；高壓發(fā)生器15，所述高壓發(fā)生器15的第一端和所述第一開關9的第二端電連接，所述 高壓發(fā)生器15用于提供高電壓給所述高溫超導帶材1，以便測量所述高溫超導帶材I的絕緣耐壓特性；水阻17，所述水阻17的第一端和所述高壓發(fā)生器15的第二端電連接，其中，所述水阻17具有預定電阻值以限制流過高溫超導帶材的沖擊電流，水阻17可以通過將蒸餾水裝入有機玻璃管內(nèi)而形成，其一般具有較大的電阻值，因而可以限制電路中的較大的沖擊電流；第二開關10，所述第二開關10的第一端和所述水阻17的第二端電連接，且所述第二開關10的第二端和所述第一電流引線7電連接；高壓分壓器19，所述高壓分壓器19的第一端電連接到所述第一開關9的第二端，所述高壓分壓器19的第二端電連接到所述第二開關10的第一端，從而所述高壓分壓器19能夠測量所述第一開關9的第二端和所述第二開關10的第一端之間的電壓；第三開關11，所述第三開關11的第一端電連接到所述第二電流引線8 ;直流電源16，所述直流電源16的第一端電連接到所述第三開關11的第二端；分流器18，所述分流器18的第一端電連接到所述直流電源16的第二端；第四開關12，所述第四開關12的第一端電連接到所述分流器18的第二端，且所述第四開關12的第二端電連接到所述第一電流引線7 ;第一電壓表20，所述第一電壓表20的第一端電連接到所述分流器18的第一端，且所述第一電壓表20的第二端電連接到所述分流器18的第二端；第二電壓表21，所述第二電壓表21的第一端電連接到所述第三開關11的第二端，且所述第二電壓表21的第二端電連接到所述第四開關12的第一端；計算機22，所述計算機22通過相應數(shù)據(jù)線分別連接到所述高壓發(fā)生器15、所述直流電源16、所述第一開關9、所述第二開關10、所述第三開關11、所述第四開關12、所述高壓分壓器19、所述第一電壓表20和所述第二電壓表21，以便從所述高壓分壓器19、所述第一電壓表20和所述第二電壓表21采集電壓數(shù)據(jù)并且控制所述高壓發(fā)生器15、所述直流電源16、所述第一開關9、所述第二開關10、所述第三開關11和所述第四開關12的操作。在用本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材I的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，首先利用所述計算機22控制所述第一開關9和所述第二開關10使其接通，且控制所述第三開關11和所述第四開關12使其斷開，且使所述高壓發(fā)生器I 5工作，并監(jiān)測從所述高壓分壓器19輸出的電壓數(shù)據(jù)，從而檢測所述高溫超導帶材I的絕緣耐壓特性；然后，在所述高溫超導帶材I的絕緣耐壓特性檢測完成后，利用所述計算機22控制所述第一開關9和所述第二開關10使其斷開，且控制所述第三開關11和所述第四開關12使其接通，且使所述直流電源16工作，并監(jiān)測從所述第一電壓表20和所述第二電壓表21輸出的電壓數(shù)據(jù)，并利用所述計算機22進行數(shù)據(jù)處理，從而檢測所述高溫超導帶材I的臨界電流特性。高溫超導帶材的臨界電流特性通常通過以下方式檢測首先將高溫超導帶材I冷卻到液氮溫度，然后通過所述直流電源16給高溫超導帶材I上施加直流電流，利用所述計算機22記錄所述第一電壓表20和所述第二電壓表21輸出的電壓數(shù)據(jù)，并利用所述計算機22進行數(shù)據(jù)處理，其中首先根據(jù)所述第一電壓表20輸出的電壓數(shù)據(jù)和所述分流器18上的恒定的電阻值，進行計算得出流過所述高溫超導帶材I上的電流值，然后根據(jù)所述第二電壓表21輸出的電壓數(shù)據(jù)和所計算的電流數(shù)據(jù)繪制電壓和電流曲線，當高溫超導帶材I的單位長度電壓為1μ V/cm或電阻率為2Χ10-13Ω ·πι時所對應的電流即為高溫超導帶材I在液氮溫度下的臨界電流。圖4是本發(fā)明的液氮杜瓦和填充物及其驅(qū)動機構(gòu)的概略剖視圖。圖5Α是本發(fā)明的液氮杜瓦沿其縱向方向的概略剖視圖。圖5Β是本發(fā)明的液氮杜瓦沿圖5Α中的Β-Β’剖 開的概略剖視圖。圖6Α是本發(fā)明的方形填充物的概略側(cè)視圖。圖6Β是本發(fā)明的方形填充物沿圖6Α中的C-C’剖開的概略剖視圖。圖7Α是本發(fā)明的第I三角形填充物的概略側(cè)視圖。圖7Β是本發(fā)明的第I三角形填充物沿圖7Α中的D-D’剖開的概略剖視圖。圖8Α是本發(fā)明的第2三角形填充物的概略側(cè)視圖。圖8Β是本發(fā)明的第2三角形填充物沿圖8Α中的E-E ’剖開的概略剖視圖。如圖4、5Α所示，液氮杜瓦4的內(nèi)部空間為方形空間，該方形空間能被均等地分為N個彼此相同的子方形空間，即第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N個子方形空間。本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備還包括N-I個彼此相同的方形填充物40和2個彼此相同的三角形填充物43、45，其中，所述N-I個彼此相同的方形填充物40為第I個
方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物，所述2個彼此相同的三角形
填充物43、45為第I個三角形填充物43和第2個三角形填充物45。所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物分別與所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間形狀互補，以便所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物能夠分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中；并且，所述第I個三角形填充物43和第2個三角形填充物45兩者總體的形狀能夠和所述第N個子方形空間的形狀互補，從而所述第I個三角形填充物43和第2個三角形填充物45能夠填充到所述第N個子方形空間中。在用本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材I的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，能夠根據(jù)所述液氮杜瓦4內(nèi)的液氮揮發(fā)量和所述金屬骨架2的長度，將所述第I
個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物中的一個或多個方形填充物
40分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中的相應空間中，并且/或者將所述第I個三角形填充物43和第2個三角形填充物45中的一個或兩個三角形填充物填充到所述第N個子方形空間中，以便使得所述液氮杜瓦4內(nèi)的液氮維持在能夠浸沒上述金屬骨架2、上述高溫超導帶材I和上述金屬薄膜3的預定深度。圖4、5Α所示的實施例為N=IO的例子。在本發(fā)明中,優(yōu)選的是,N為大于5的自然數(shù)。應該注意的是，在本發(fā)明中，如圖6Α和圖6Β所示，方形填充物40為六面體形狀，并且其縱截面為矩形或正方形；如圖7A-圖SB所示，三角形填充物43、45的縱截面為三角形，其中通過沿著一個方形填充物的傾斜對角面切割可以獲得兩個三角形填充物。優(yōu)選的是，所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充
物中的每個方形填充物40的兩側(cè)上均設有方形填充物導槽41 (如圖6A、6B所示)，所述液氮杜瓦4的內(nèi)壁上相應地設有方形填充物導條30 (如圖5A、5B所示)，所述方形填充物導槽41能與所述方形填充物導條30相互配合，以便于將所述第I個方形填充物、第2個方形填
充物、......、第N-I個方形填充物中的一個或多個方形填充物40分別填充到所述第I個子
方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中的相應空間中。
如圖5A、7A、7B、8A、8B所示，所述第I個三角形填充物43和第2個三角形填充物45中的每個三角形填充物的兩側(cè)上均設有三角形填充物導槽141，所述液氮杜瓦4的內(nèi)壁上相應地設有三角形填充物導條130，所述三角形填充物導槽141能與所述三角形填充物導條130相互配合，以便于將所述第I個三角形填充物43和第2個三角形填充物45中的一個或兩個三角形填充物填充到所述第N個子方形空間中。優(yōu)選的是，所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充
物中的每個方形填充物40的上部均設有突出的方形填充物鎖定部42，如圖6A、6B所示，所述液氮杜瓦4的外壁的頂端處相應地設有方形填充物鎖扣部31，如圖5A、5B所示，所述方形填充物鎖扣部31能夠卡扣鎖定到所述突出的方形填充物鎖定部42上，以便于將相應的方形填充物40鎖定在所述液氮杜瓦4內(nèi)。如圖4、5A、7B所示，所述第I個三角形填充物43的上部設有突出的三角形填充物鎖定部44，所述液氮杜瓦4的外壁的頂端處相應地設有三角形填充物鎖扣部32，所述三角形填充物鎖扣部32能夠卡扣鎖定到所述突出的三角形填充物鎖定部44上，以便于將所述第I個三角形填充物43鎖定在所述液氮杜瓦4內(nèi)。如圖4、5A、8A、8B所示，所述第2個三角形填充物45和齒條46固定連接，其中所述高溫超導帶材特性測量設備還包括電機47，齒輪48固定到所述電機47的輸出軸上，所述齒輪48和所述齒條46相嚙合，從而所述第2個三角形填充物45能夠在所述電機47的驅(qū)動下插入所述液氮杜瓦4中或從所述液氮杜瓦4中離開。此外，如圖I所示，可以在所述液氮杜瓦4中設有液位傳感器50，所述計算機22可以通過相應數(shù)據(jù)線和所述液位傳感器50和所述電機47連接。在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材I的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，在所述計算機22通過所述液位傳感器50獲知所述液氮杜瓦4中的液氮深度低于預定深度的情況下，所述計算機22控制所述電機47以使得所述第2個三角形填充物45逐漸插入所述液氮杜瓦4中，以使得所述液氮杜瓦4中的液氮深度保持為所述預定深度。因而，計算機22可以根據(jù)液氮杜瓦4內(nèi)的液氮液位的降低量適當?shù)乜刂齐姍C47以逐漸插入第2個三角形填充物45，以便補償液氮杜瓦4內(nèi)的液氮液位的降低，從而可以維持液氮杜瓦4內(nèi)的液氮液位處于一個基本恒定的深度處。進一步，在所述第2個三角形填充物45已經(jīng)完全插入所述液氮杜瓦4中而所述計算機22仍然確定所述液氮杜瓦4中的液氮深度低于預定深度的情況下(即，在液氮杜瓦4內(nèi)的液氮減少量較大的情況下)，計算機22發(fā)出警告信息，以促使操作者插入相應的方形填充物40和/或第I三角形填充物43，以使得液氮杜瓦4中的液氮深度能夠保持為預定深度。具體而言，在液氮杜瓦4內(nèi)的液氮揮發(fā)量較大時，僅僅通過一個第2個三角形填充物45已經(jīng)無法完全補償液氮杜瓦4內(nèi)的液氮減少量，此時，計算機22會給出提示信息以警告操作者，以促使操作者將一整塊的第I三角形填充物43插入液氮杜瓦4內(nèi)和/或?qū)⒁粋€或多個方形填充物40插入液氮杜瓦4內(nèi)，以便補償液氮杜瓦4內(nèi)的液氮液位的降低，從而可以繼續(xù)維持液氮杜瓦4內(nèi)的液氮液位處于一個基本恒定的深度處。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述N-I個彼此相同的方形填充物和所述2個彼此相同的三角形填充物均具有雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)由外層結(jié)構(gòu)和內(nèi)層結(jié)構(gòu)組成，所述外層結(jié)構(gòu)為由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的薄外殼，而所述內(nèi)層結(jié)構(gòu)為由聚丙烯發(fā)泡材料構(gòu)成的內(nèi)部容納物，所述外殼包覆在所述內(nèi)部容納物的外周上。在對高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，具有上面設計的方形填充物和三角形填充物由于其材料和設計特性而可以減少杜瓦內(nèi)的液氮揮發(fā)量，因而可以進一步節(jié)省測試中的液氮用量。優(yōu)選的是，N為大于5的自然數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備可以連續(xù)地測量高溫超導帶材的絕緣 耐壓特性和臨界電流特性，從而提高了檢測效率。而且，本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備的液氮杜瓦是可變?nèi)莘e的液氮杜瓦，從而可以根據(jù)實際測量狀況填充入相應的方形填充物和/或三角形填充物，從而能夠使得液氮杜瓦內(nèi)的液位維持在所需深度，從而可以節(jié)約液氮用量，由此可以節(jié)約實驗成本。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可以很容易對本發(fā)明的實施例的細節(jié)進行各種變型和改進。這些變型和改進都落在本發(fā)明的構(gòu)思的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有可變?nèi)莘e杜瓦的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述高溫超導帶材特性測量設備包括 金屬骨架(2)，所述金屬骨架(2)呈圓筒形； 待測高溫超導帶材(I )，所述高溫超導帶材(I)沿著螺旋形路徑纏繞在所述金屬骨架(2)的外周上; 金屬薄膜(3)，所述金屬薄膜(3)圍繞所述高溫超導帶材(I)且緊貼在所述高溫超導帶材(I)的外側(cè)，使得所述高溫超導帶材(I)和所述金屬骨架(2)均位于所述金屬薄膜(3)的內(nèi)側(cè)； 液氮杜瓦(4)，所述的液氮杜瓦(4)中裝有液氮；所述的金屬骨架(2)、所述的高溫超導帶材(I)和所述的金屬薄膜(3)均放置在所述液氮杜瓦(4)中，并浸泡在液氮內(nèi)； 第一電流引線(7)，所述第一電流引線(7)固定于所述高溫超導帶材(I)的一端，且與所述高溫超導帶材(I)電連接； 第二電流引線(8)，所述第二電流引線(8)固定于所述高溫超導帶材(I)的另一端，且與所述高溫超導帶材(I)電連接； 第一開關(9)，所述第一開關(9)的第一端電連接到所述金屬骨架(2)和所述金屬薄膜(3)，且所述第一開關(9)的第二端接地； 高壓發(fā)生器(15)，所述高壓發(fā)生器(15)的第一端和所述第一開關(9)第二端電連接； 水阻(17)，所述水阻(17)的第一端和所述高壓發(fā)生器(15)的第二端電連接； 第二開關(10)，所述第二開關(10)的第一端和所述水阻(17)的第二端電連接，且所述第二開關(10)的第二端和所述第一電流引線(7)電連接； 高壓分壓器(19)，所述高壓分壓器(19)的第一端電連接到所述第一開關(9)的第二端，所述高壓分壓器(19)的第二端電連接到所述第二開關(10)的第一端，從而所述高壓分壓器(19)能夠測量所述第一開關(9)的第二端和所述第二開關(10)的第一端之間的電壓；第三開關(11)，所述第三開關(11)的第一端電連接到所述第二電流引線(8)； 直流電源(16)，所述直流電源(16)的第一端電連接到所述第三開關(11)的第二端； 分流器(18)，所述分流器(18)的第一端電連接到所述直流電源(16)的第二端； 第四開關(12)，所述第四開關(12)的第一端電連接到所述分流器(18)的第二端，且所述第四開關(12)的第二端電連接到所述第一電流引線(7)； 第一電壓表(20)，所述第一電壓表(20)的第一端電連接到所述分流器(18)的第一端，且所述第一電壓表(20)的第二端電連接到所述分流器(18)的第二端； 第二電壓表(21)，所述第二電壓表(21)的第一端電連接到所述第三開關(11)的第二端，且所述第二電壓表(21)的第二端電連接到所述第四開關(12)的第一端； 計算機(22)，所述計算機(22)通過相應數(shù)據(jù)線分別連接到所述高壓發(fā)生器(15)、所述直流電源(16)、所述第一開關(9)、所述第二開關(10)、所述第三開關(11)、所述第四開關(12)、所述高壓分壓器(19)、所述第一電壓表(20)和所述第二電壓表(21)，以便從所述高壓分壓器(19)、所述第一電壓表(20)和所述第二電壓表(21)采集電壓數(shù)據(jù)并且控制所述高壓發(fā)生器(15)、所述直流電源(16)、所述第一開關(9)、所述第二開關(10)、所述第三開關(11)和所述第四開關(12)的操作； 其中，在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材(I)的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，首先利用所述計算機(22)控制所述第一開關(9)和所述第二開關(10 )使其接通，且控制所述第三開關(11)和所述第四開關(12 )使其斷開，且使所述高壓發(fā)生器(15)工作，并監(jiān)測從所述高壓分壓器(19)輸出的電壓數(shù)據(jù)，從而檢測所述高溫超導帶材(I)的絕緣耐壓特性；然后，在所述高溫超導帶材(I)的絕緣耐壓特性檢測完成后，利用所述計算機(22)控制所述第一開關(9)和所述第二開關(10)使其斷開，且控制所述第三開關(11)和所述第四開關(12 )使其接通，且使所述直流電源(16 )工作，并監(jiān)測從所述第一電壓表(20 )和所述第二電壓表(21)輸出的電壓數(shù)據(jù)，并利用所述計算機(22 )進行數(shù)據(jù)處理，從而檢測所述高溫超導帶材(I)的臨界電流特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述液氮杜瓦(4)的內(nèi)部空間為方形空間，該方形空間能被均等地分為N個彼此相同的子方形空間，即第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N個子方形空間； 所述高溫超導帶材特性測量設備還包括N-I個彼此相同的方形填充物(40)和2個彼此相同的三角形填充物(43、45)，其中所述N-I個彼此相同的方形填充物(40)為第I個方 形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物，所述2個彼此相同的三角形填充物(43、45)為第I個三角形填充物(43)和第2個三角形填充物(45)； 所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、……、第N-I個方形填充物分別與所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間形狀互補，以便所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物能夠分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中；并且，所述第I個三角形填充物(43)和第2個三角形填充物(45)兩者總體的形狀能夠和所述第N個子方形空間的形狀互補，從而所述第I個三角形填充物(43)和第2個三角形填充物(45)能夠填充到所述第N個子方形空間中； 其中，在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材(I)的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，能夠根據(jù)所述液氮杜瓦(4)內(nèi)的液氮揮發(fā)量和所述金屬骨架(2)的長度，將所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物中的一個或多個分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中的相應空間中，并且將所述第I個三角形填充物(43)和第2個三角形填充物(45)中的一個或兩個填充到所述第N個子方形空間中，以便使得所述液氮杜瓦(4)內(nèi)的液氮維持在能夠浸沒上述金屬骨架(2)、上述高溫超導帶材(I)和上述金屬薄膜(3)的預定深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物中的每個方形填充物(40)的兩側(cè)上均設有方形填充物導槽(41)，所述液氮杜瓦(4)的內(nèi)壁上相應地設有方形填充物導條(30)，所述方形填充物導槽(41)能與所述方形填充物導條(30)相互配合，以便于將所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物中的一個或多個方形填充物(40)分別填充到所述第I個子方形空間、第2個子方形空間、……、第N-I個子方形空間中的相應空間中； 所述第I個三角形填充物(43)和第2個三角形填充物(45)中的每個三角形填充物的兩側(cè)上均設有三角形填充物導槽(141)，所述液氮杜瓦(4)的內(nèi)壁上相應地設有三角形填充物導條(130)，所述三角形填充物導槽(141)與所述三角形填充物導條(130)相互配合，以便于將所述第I個三角形填充物(43)和第2個三角形填充物(45)中的一個或兩個三角形填充物填充到所述第N個子方形空間中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述第I個方形填充物、第2個方形填充物、......、第N-I個方形填充物中的每個方形填充物(40)的上部均設有突出的方形填充物鎖定部(42)，所述液氮杜瓦(4)的外壁的頂端處相應地設有方形填充物鎖扣部(31)，所述方形填充物鎖扣部(31)能夠卡扣鎖定到所述突出的方形填充物鎖定部(42)上，以便于將相應的方形填充物(40)鎖定在所述液氮杜瓦(4)內(nèi)； 所述第I個三角形填充物(43)的上部設有突出的三角形填充物鎖定部(44)，所述液氮杜瓦(4)的外壁的頂端處相應地設有三角形填充物鎖扣部(32)，所述三角形填充物鎖扣部(32)能夠卡扣鎖定到所述突出的三角形填充物鎖定部(44)上，以便于將所述第I個三角形填充物(43)鎖定在所述液氮杜瓦(4)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述第2個三角形填充物(45)和齒條(46)固定連接，其中所述高溫超導帶材特性測量設備還包括電機(47)，齒輪(48)固定到所述電機(47)的輸出軸上，所述齒輪(48)和所述齒條(46)相嚙合，從而所述第2個三角形填充物(45)能夠在所述電機(47)的驅(qū)動下插入所述液氮杜瓦(4)中或從所述液氮杜瓦(4)中脫離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述液氮杜瓦(4)中設有液位傳感器(50)，所述計算機(22)通過相應數(shù)據(jù)線和所述液位傳感器(50)和所述電機(47)連接； 其中，在用所述高溫超導帶材特性測量設備對所述高溫超導帶材(I)的絕緣耐壓特性和臨界電流特性進行測量時，在所述計算機(22)通過所述液位傳感器(50)獲知所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度低于預定深度的情況下，所述計算機(22)控制所述電機(47)以使得所述第2個三角形填充物(45)逐漸插入所述液氮杜瓦(4)中，以使得所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度保持為所述預定深度； 其中，在所述第2個三角形填充物(45)已經(jīng)完全插入所述液氮杜瓦(4)中而所述計算機(22)仍然確定所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度低于所述預定深度的情況下，所述計算機(22)發(fā)出警告信息，以促使操作者插入相應的方形填充物(40)和/或第I三角形填充物(43)，以使得所述液氮杜瓦(4)中的液氮深度保持為所述預定深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中的任一項所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述N-I個彼此相同的方形填充物和所述2個彼此相同的三角形填充物均具有雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)由外層結(jié)構(gòu)和內(nèi)層結(jié)構(gòu)組成，所述外層結(jié)構(gòu)為由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的薄外殼，而所述內(nèi)層結(jié)構(gòu)為由聚丙烯發(fā)泡材料構(gòu)成的內(nèi)部容納物，所述外殼包覆在所述內(nèi)部容納物的外周上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，所述金屬骨架(2)由鋼或鐵或銅制成，而所述金屬薄膜(3)由鋁箔或錫紙形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-4中的任一項所述的高溫超導帶材特性測量設備，其特征在于，N為大于5的自然數(shù)。
全文摘要
一種具有可變?nèi)莘e杜瓦的高溫超導帶材特性測量設備，包括金屬骨架、高溫超導帶材、金屬薄膜、液氮杜瓦、電流引線、開關、高壓發(fā)生器、水阻、高壓分壓器、直流電源、分流器、電壓表和計算機。測量時，高壓發(fā)生器首先工作，以檢測帶材的絕緣耐壓特性；然后在絕緣耐壓特性檢測完成后，直流電源工作，以檢測帶材的臨界電流特性。液氮杜瓦為可變?nèi)莘e杜瓦，可將填充物填入液氮杜瓦中以維持液氮液位。本發(fā)明的高溫超導帶材特性測量設備可連續(xù)地測量高溫超導帶材的絕緣耐壓特性和臨界電流特性，可節(jié)約液氮用量。
文檔編號G01R31/00GK102967781SQ20121047934
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者許熙, 戴少濤, 邱清泉, 胡磊, 馬韜, 林良真 申請人:中國科學院電工研究所