一種超導(dǎo)線材銅超比在線測(cè)試設(shè)備及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超導(dǎo)線材銅超比在線測(cè) 試設(shè)備，本發(fā)明還涉及所述檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新能源技術(shù)和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的快速發(fā)展，如國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目（ITER)和核 磁共振成像（MRI)都需要大量的超導(dǎo)線材，目前國(guó)內(nèi)超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，在超導(dǎo)線 材制備過(guò)程中的銅超比（Cu/Sc)參數(shù)控制中還缺乏有效地測(cè)試方法。
[0003]Cu/Sc是超導(dǎo)線材作為成品的重要參數(shù)之一，Cu/Sc直接決定超導(dǎo)線的設(shè)計(jì)，并影 響超導(dǎo)線性能，低銅比能夠增加超導(dǎo)面積，提高超導(dǎo)線性能，但同時(shí)也增加了線材的加工難 度，而高銅比能夠提高磁體運(yùn)行的穩(wěn)定性，但必然使超導(dǎo)相的體積比下降，同時(shí)會(huì)使超導(dǎo)線 斷芯的危險(xiǎn)增大，不利于提高Jc。
[0004] 目前的Cu/Sc測(cè)試方式有化學(xué)稱(chēng)重法和圖像分析法。化學(xué)稱(chēng)重法是取單位長(zhǎng)度超 導(dǎo)線材通過(guò)化學(xué)腐蝕去掉銅，再通過(guò)稱(chēng)重剩余超導(dǎo)體，根據(jù)密度算出銅Cu和超導(dǎo)Sc的橫截 面積比；圖像法是取超導(dǎo)線材截面通過(guò)光學(xué)電鏡拍照，然后分析銅Cu和超導(dǎo)Sc的橫截面積 比，但這兩種方法都需要在完整的超導(dǎo)線上取樣測(cè)試，是有損檢測(cè)，且測(cè)試效率非常低，僅 適用于實(shí)驗(yàn)室很少樣品的測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種超導(dǎo)線材銅超比測(cè)試設(shè)備，該設(shè)備解決了現(xiàn)有Cu/Sc測(cè) 試設(shè)備存在的只能進(jìn)行有損檢測(cè)的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供上述測(cè)試設(shè)備的測(cè)試方法，解決了現(xiàn)有檢測(cè)方法存在的 無(wú)法連續(xù)在線檢測(cè)、只能有損檢測(cè)的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種超導(dǎo)線材銅超比測(cè)試設(shè)備，包括主動(dòng)放線機(jī)，在 線測(cè)試主機(jī)和帶排線的主動(dòng)收線機(jī)。
[0008] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0009] 主動(dòng)放線機(jī)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(dòng) 收線機(jī)采用變頻電機(jī)調(diào)速的方式實(shí)現(xiàn)放線的調(diào)速和換向，排線采用伺服電機(jī)控制的光桿排 線方式。
[0010] 在線測(cè)試主機(jī)包括隨動(dòng)測(cè)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(bǔ)償模塊、可編程電流源、可編程納 伏計(jì)、K型熱電偶、長(zhǎng)度測(cè)量單元和編碼器。
[0011] 隨動(dòng)測(cè)試架置于一個(gè)由透明材料制成的封閉的空間中，隨動(dòng)測(cè)試架由4組垂直同 步運(yùn)動(dòng)的氣缸和1組水平運(yùn)動(dòng)的氣缸組成，4組垂直同步運(yùn)動(dòng)的氣缸中的2組安裝有測(cè)試探 頭，每個(gè)測(cè)試探頭上分別有兩根導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線分別連接到可編程電流源和可編程納伏計(jì) 上，另外2組用于增大隨動(dòng)測(cè)試架與被測(cè)超導(dǎo)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(gè)帶電子 屏蔽的溫度為15°C~25°C的機(jī)箱內(nèi)。
[0013] 可編程電流源采用GPIB通用接口總線的方式與計(jì)算機(jī)通訊；可編程電流源的輸 出恒直流電范圍為1~10安培；可編程納伏計(jì)采用GPIB通用接口總線的方式與計(jì)算機(jī)通 訊，測(cè)試精度為10E-9伏特。
[0014] 測(cè)試探頭選用銀銅合金材質(zhì)，測(cè)試探頭采用彈性斜齒型結(jié)構(gòu)。
[0015] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，一種超導(dǎo)線材銅超比在線測(cè)試方法，具體包括以下步 驟：
[0016] 步驟1、將成卷的超導(dǎo)線裝入在線測(cè)試主機(jī)進(jìn)行測(cè)試，并繪制Cu/Sc測(cè)試曲線；
[0017] 步驟2、確定超導(dǎo)線的銅超比。
[0018] 本發(fā)明另一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0019] 步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：
[0020] 步驟1. 1、將成卷的超導(dǎo)線裝入主動(dòng)放線機(jī)，按照確定的繞制路線將超導(dǎo)線穿過(guò)在 線測(cè)試主機(jī)，到達(dá)主動(dòng)收線機(jī)；
[0021] 步驟1. 2、將兩只測(cè)試探頭緊靠超導(dǎo)線，調(diào)節(jié)Cu/Sc的采樣率；
[0022] 步驟1. 3、可編程電流源按照預(yù)先設(shè)置的數(shù)值輸出電流，可編程納伏計(jì)測(cè)試兩測(cè)試 探頭之間超導(dǎo)線的電壓；
[0023] 步驟1. 4、將K型熱電偶布置在兩測(cè)試探頭之間的超導(dǎo)線近表面，測(cè)量超導(dǎo)線溫 度；依據(jù)超導(dǎo)線溫度，溫度補(bǔ)償模塊補(bǔ)償不同溫度間材料的導(dǎo)電率差異；
[0024] 步驟1. 5、用長(zhǎng)度測(cè)量單元和編碼器記錄流過(guò)的超導(dǎo)線的長(zhǎng)度；
[0025] 步驟1. 6、根據(jù)室溫下超導(dǎo)線Cu和Sc的導(dǎo)電率差異，用以下公式計(jì)算每個(gè)測(cè)量點(diǎn) 的銅超比，Cu/Sc=Beta:
[0027] 公式中符號(hào)代表的實(shí)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(cè)超導(dǎo)線實(shí)時(shí)的攝氏溫度，單位°C;
[0032] RhO:室溫20°C下銅的電阻率，如無(wú)氧銅RhO= 0? 0169 ;
[0033] Rm:超導(dǎo)線的綜合電阻值，Rm=Um/Is;
[0034]Lg:兩只測(cè)試探頭間被測(cè)超導(dǎo)線長(zhǎng)度，Lg多12米；
[0035]X:超導(dǎo)芯絲相對(duì)RhO的電阻率倍數(shù)，如Nb-4Hi，X= 42;
[0036] 步驟1. 7、利用步驟1. 5中記錄的超導(dǎo)線流過(guò)長(zhǎng)度做平面直角坐標(biāo)系橫坐標(biāo)，取同 一時(shí)刻Cu/Sc做縱坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算機(jī)繪制Cu/Sc-L離散圖樣，用"最小二乘擬合法"將各點(diǎn) 連接形成Cu/Sc-L連續(xù)曲線圖，待整卷超導(dǎo)線流過(guò)便形成整卷線關(guān)于長(zhǎng)度坐標(biāo)上的Cu/Sc 測(cè)試曲線。
[0037] 步驟I. 2中，調(diào)節(jié)Cu/Sc的采樣率的具體方法為：調(diào)節(jié)主動(dòng)放線機(jī)、主動(dòng)收線機(jī)的 收、放線速度或測(cè)試探頭接觸超導(dǎo)線的頻率，從而得到間隔長(zhǎng)度不同的測(cè)量點(diǎn)。
[0038] 步驟2的具體實(shí)施方法為：通過(guò)讀取經(jīng)步驟1繪制的Cu/Sc測(cè)試曲線上對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度 處的Cu/Sc值，確定超導(dǎo)線在對(duì)應(yīng)處的銅超比。
[0039] 本發(fā)明的有益效果是：
[0040] 1) 一種超導(dǎo)線材銅超比在線測(cè)試設(shè)備，通過(guò)設(shè)置在線測(cè)試主機(jī)，能夠在檢測(cè)超導(dǎo) 線材銅超比時(shí)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，并且能夠進(jìn)行不間斷測(cè)試，大大提高了超導(dǎo)線材銅超比檢測(cè) 效率；
[0041] 2) -種超導(dǎo)線材銅超比在線測(cè)試設(shè)備的測(cè)試方法，完全的無(wú)損害、無(wú)污染測(cè)試，避 免了被測(cè)材料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染；在線不間斷測(cè)試，極大的提高了測(cè)試效率，尤其對(duì)于 超導(dǎo)線材的大批量生產(chǎn)頗為重要；能直觀反映出整卷超導(dǎo)線的Cu/Sc走勢(shì)，測(cè)試結(jié)果可作 為工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制的參數(shù)，亦可作為超導(dǎo)線Cu/Sc性能指標(biāo)的判定依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】：
[0042] 圖1是本發(fā)明一種超導(dǎo)線材銅超比測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖2是本發(fā)明中測(cè)試探頭的橫截面圖；
[0044] 圖3是本發(fā)明一種超導(dǎo)線材銅超比在線測(cè)試設(shè)備的測(cè)試方法測(cè)試NbTi/Cu復(fù)合超 導(dǎo)線銅超比的測(cè)試結(jié)果曲線圖；
[0045] 圖4是本發(fā)明測(cè)試方法的銅超比數(shù)據(jù)采集圖。
[0046] 圖中，1.主動(dòng)放線機(jī)，2.主動(dòng)收線機(jī)，3.隨動(dòng)測(cè)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(bǔ)償模塊， 10.可編程電流源，11.可編程納伏計(jì)，12.受測(cè)超導(dǎo)線材，13.K型熱電偶，14.長(zhǎng)度測(cè)量單 元，15.編碼器，16.在線測(cè)試主機(jī)，17.測(cè)試探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0048] 如圖1所示，本發(fā)明一種超導(dǎo)線材銅超比測(cè)試設(shè)備，包括主動(dòng)放線機(jī)1，在線測(cè)試 主機(jī)16和帶排線的主動(dòng)收線機(jī)2,在線測(cè)試主機(jī)16設(shè)置在主動(dòng)放線機(jī)1和主動(dòng)收線機(jī)2之 間。
[0049] 其中，主動(dòng)放線機(jī)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 小；主動(dòng)收線機(jī)2采用變頻電機(jī)調(diào)速的方式實(shí)現(xiàn)放線的調(diào)速和換向，排線采用伺服電機(jī)控 制的光桿排線方式；在線測(cè)試主機(jī)16包括隨動(dòng)測(cè)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(bǔ)償模塊 9、可編程電流源10、可編程納伏計(jì)11、K型熱電偶13、長(zhǎng)度測(cè)量單元14和編碼器15。其中， 隨動(dòng)測(cè)試架3置于一個(gè)由透明材料制成的封閉的空間中，隨動(dòng)測(cè)試架3由4組垂直同步運(yùn) 動(dòng)的氣缸和1組水平運(yùn)動(dòng)的氣缸組成，4組垂直同步運(yùn)動(dòng)的氣缸中的2組均安裝有測(cè)試探頭 17,每個(gè)測(cè)試探頭17上分別有兩根導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線分別連接到可編程電流源10和可編程納 伏計(jì)11上；另外2組用于增大隨動(dòng)測(cè)試架3與受測(cè)超導(dǎo)線材12接觸面的摩擦力，通過(guò)同步 氣缸的運(yùn)動(dòng)使測(cè)試探頭17同步接觸或分離于受測(cè)超導(dǎo)線材12,另外，受測(cè)超導(dǎo)線材12在 隨動(dòng)架3兩端導(dǎo)輪間的長(zhǎng)度保持恒定，依此保證每次測(cè)試時(shí)測(cè)試探頭17間的被測(cè)超導(dǎo)線材 長(zhǎng)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(gè)溫度為15°C~25°C的帶電子屏蔽的機(jī)箱內(nèi)；可編程電流源10采用GPIB通用接 口總線的方式與計(jì)算機(jī)通訊，其輸出恒直流電范圍為1~10安培；可編程納伏計(jì)