一种超导长带临界电流连续化测量装置及其测量方法

摘要

一种超导长带临界电流连续化测量装置及测量方法，包括第一收线盘(1)、第二收线盘(2)、制动单元、测量单元、液氮槽(3)，其特征在于：所述第一收线盘(1)和第二收线盘(2)上分别缠绕有测试用超导长带(4)的首端和尾端，所述超导长带待测段被置于液氮槽(3)中；所述制动单元检测所述超导长带待测段的张力，并基于所述张力调节所述第一收线盘(1)和第二收线盘(2)的转动速度；所述测量单元基于四引线法测量所述超导长带待测段的临界电流。本发明测试装置测试精确度高、系统误差小，操作方便，成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及超导输电领域，更具体地，涉及一种超导长带临界电流连续化测量装置及其测量方法。

背景技术

超导技术在电力系统中的应用多种多样，也是近年来超导应用研究的主要方向之一。与电力电缆相比，超导电缆具有很大的优越性，例如：输电能力较强，成本节约、占用空间小、线路阻抗极低、输电损耗小、抗磁干扰能力强；允许采用相对较低的电压进行长距离输电，也可以地下输电从而避免超高压高空输电所带来的噪声、电磁污染和安全隐患，保护生态环境。

目前，临界电流作为衡量高温超导带材载流能力的重要指标，是高温超导带材检测过程中必不可少的检测项目。背景技术1：CN206584030U公开了一种超导体材料临界电流的测试装置，该装置由制冷剂箱、带材固定板、接线孔、金属接线头、电流引线、电压引线、以及传送装置和检测装置构成。通过传送装置的传送，方便地实现超导带材的拆装和多组同时测试。背景技术2：一种新型YBCO高温超导带材临界电流特性测试方法，诸嘉慧等，低温与超导，第37卷第5期。背景技术2中的超导带材临界电流特性测试采用四引线法，其测试系统设置于低温杜瓦罐内，带材支架吊杆等装置采用低温下形变小的材料制成，具有良好的机械强度。然而，现有技术中的测试装置均无法方便地在测试过程中对超导带材的位置进行移动，并针对带材上的不同部位进行多次测量。这使得对超导长带临界电流整体分布情况的分析无法实现。

因此，亟需一种新的超导长带临界电流连续化测量装置及其测量方法，能够针对超导长带的不同位置进行多次测量，并准确地获得和记录测量数据。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种超导长带临界电流连续化测量装置及其测量方法，通过改变第一和第二收线盘的转动速度，确保超导长带待测段的稳定张力。同时根据第一和第二收线盘的收放线操作对超导长带的不同位置进行临界电流测试，从而生成超导长带的临界电流分布情况。

本发明采用如下的技术方案。本发明第一方面，涉及一种超导长带临界电流连续化测量装置，包括第一收线盘1、第二收线盘2、制动单元、测量单元、液氮槽3，其特征在于：第一收线盘1和第二收线盘2上分别缠绕有测试用超导长带4的首端和尾端，超导长带待测段被置于液氮槽3中；制动单元检测超导长带待测段的张力，并基于张力调节所述第一收线盘1和第二收线盘2的转动速度；测量单元基于四引线法测量所述超导长带待测段的临界电流。

优选地，装置包括压力传感器，用于测量超导长带待测段的张力，并反馈张力数据；其中，超导长带待测段的张力是基于第一收线盘1和第二收线盘2的转动获得的。

优选地，制动单元，基于张力数据，控制第一收线盘1与第二收线盘2之间的转速差。

优选地，第一收线盘1和第二收线盘2的转动通过自动或手动方式执行。

优选地，装置中还包括控制模块，当第一收线盘和第二收线盘的转动通过自动方式执行时，控制模块用于设置第一收线盘1和第二收线盘2的转动速度。

优选地，液氮槽3中还设置有第一转向轮5和第二转向轮6，分别位于液氮槽3内的两端，用于分别接收来自第一收线盘1、第二收线盘2的超导长带4，并将超导长带待测段设置于液氮槽3内的固定位置上；第一收线盘1一侧还设置有反向轮7，用于搭载第一收线盘1和第一转向轮5之间的超导长带，以使得第一收线盘1和第二收线盘2的转动方向相同。

优选地，第一收线盘1和第二收线盘2用于收放超导长带4，以使超导长带的待测段运行至液氮槽3中；超导长带的待测段为多段，且位于超导长带中段的任意位置。

优选地，装置中还包括位置记录单元，用于根据第一收线盘和第二收线盘的收放操作记录位于液氮槽中的所述超导长带的位置。

优选地，制动单元中还包括第一限位器8和第二限位器9，第一限位器8和第二限位器9分别位于液氮槽3外侧的超导长带出口处。

优选地，装置中还包括控制模块，用于控制限位器的制动或松开状态，当限位器制动时用于限制超导长带的移动。

优选地，液氮槽3用于充入液氮，并将超导长带的待测段置于77K环境温度中液氮槽外设置有烘干装置10，用于将从液氮槽3中移出的超导长带4烘干。

优选地，测量单元中的电流引线11采用压接方式。

优选地，装置中还包括控制模块，用于控制测量单元的电流施加和测量数据的采集。

优选地，装置中还包括计算机和控制模块，计算机的交互界面用于基于控制模块获取装置的状态参数并显示，计算机还用于基于交互操作向控制模块发送控制指令。

本发明第二方面，涉及一种超导长带临界电流连续化测量方法，包括以下步骤：步骤1，利用本发明第一方面中所述的超导长带临界电流连续化测量装置对超导长带待测段的临界电流进行测量；步骤2，基于测量，生成超导长带基于长度方向的临界电流分布。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种超导长带临界电流测试装置及其测试方法，可以通过改变第一和第二收线盘的转动速度，确保超导长带待测段的稳定张力，以提高测试结果的精确度。同时根据第一和第二收线盘的收放线操作对超导长带的不同位置进行临界电流测试，从而更加便利的对超导长带进行多次试验，并生成超导长带的临界电流分布情况，系统误差小，操作方便，成本低。

附图说明

图1为本发明中一种超导长带临界电流连续化测量装置的结构示意图；

图2为本发明中一种超导长带临界电流连续化测量装置中交互界面的示意图；

图3为本发明中一种超导长带临界电流连续化测量装置的实施例示意图。

附图标记：

1-第一收线盘；

2-第二收线盘；

3-液氮槽；

4-超导长带；

5-第一转向轮；

6-第二转向轮；

7-反向轮；

8-第一限位器；

9-第二限位器；

10-烘干装置；

11-电流引线；

12-电压引线。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

图1为本发明中一种超导长带临界电流连续化测量装置的结构示意图。如图1所示，一种超导长带临界电流连续化测量装置，包括第一收线盘1、第二收线盘2、制动单元、测量单元、液氮槽3。第一收线盘1和第二收线盘2上分别缠绕有测试用超导长带4的首端和尾端，超导长带待测段被置于液氮槽3中；制动单元检测超导长带待测段的张力，并基于张力调节第一收线盘1和第二收线盘2的转动速度；测量单元基于四引线法测量所述超导长带待测段的临界电流。

可以理解的是，在本发明中，超导长带一端卷绕于第一收线盘上，另一端卷绕于第二收线盘上。未被卷绕的部分超导长带可以被放置于液氮槽中，用于测量。第一收线盘和第二收线盘可以通过顺时针或逆时针的转动，控制超导长带中待测量的部分被置于液氮槽中。

优选地，装置中包括压力传感器，用于测量超导长带待测段的张力，并反馈张力数据；其中，超导长带待测段的张力是基于第一收线盘1和第二收线盘2的转动获得的。

为了调节超导长带待测段的张力，可以通过改变第一收线盘1和第二收线盘2的转动速度。例如，当第一收线盘的放线速度较快，而第二收线盘的收线速度较慢时，超导长带待测段的张力会减小。当第一收线盘的放线速度较慢，而第二收线盘的收线速度较快时，超导长带待测段的张力会增加。

为了能够更好地跟踪并知悉超导长带上的张力大小，本发明一实施例中还可以在装置中加入压力传感器，该压力传感器能够精确地测量出超导长带待测段的张力大小，并将该张力数据通过控制单元反馈至计算机的交互界面上。

优选地，制动单元，基于张力数据，控制第一收线盘1与第二收线盘2之间的转速差。试验操作人员可以根据交互界面上显示的张力数据，选择对制动单元进行操作，改变第一收线盘1与第二收线盘2之间的转速差，从而进一步地改变张力的大小。因此，该装置内部可以形成闭环的张力控制，从而确保超导长带在走带过程中具有稳定的张力。

优选地，第一收线盘1和第二收线盘2的转动通过自动或手动方式执行。

图2为本发明中一种超导长带临界电流连续化测量装置中交互界面的示意图。图3为本发明中一种超导长带临界电流连续化测量装置的实施例示意图。如图2-图3所示，可以在操作界面上通过选择自动运行或手动运行按键而切换测量装置中第一收线盘和第二收线盘的转动方式。

优选地，装置中还包括控制模块，当第一收线盘和第二收线盘的转动通过自动方式执行时，控制模块用于设置第一收线盘1和第二收线盘2的转动速度。具体来说，自动运行过程中，测量人员可以分别对第一收线盘和第二收线盘的转动速度进行设定。手动运行过程中，测量人员可以根据经验手动转动收线盘。

优选地，液氮槽3中还设置有第一转向轮5和第二转向轮6，分别位于液氮槽3内的两端，用于分别接收来自第一收线盘1、第二收线盘2的超导长带4，并将超导长带待测段设置于液氮槽3内的固定位置上。

可以理解的是，为了将超导长带的待测部分更好地固定在液氮槽中，以使得测量单元和测量环境更加方便地设置好，可以在液氮槽中增加两个超导长带的转向装置，即第一转向轮5和第二转向轮6。

优选地，第一收线盘1一侧还设置有反向轮7，用于搭载第一收线盘1和第一转向轮5之间的超导长带，以使得第一收线盘1和第二收线盘2的转动方向相同。通过反向轮的设置，第一收线盘放线方向与第二收线盘的收线方向转向相同，反之亦然。因此，可以将第一收线盘作为主动轮，第二收线盘作为从动轮而手动控制第一、第二收线盘的转动。或者将第二收线盘作为主动轮，第一收线盘作为从动轮而手动控制第一、第二收线盘的转动。

优选地，第一收线盘1和第二收线盘2用于收放超导长带4，以使超导长带的待测段运行至液氮槽3中；超导长带的待测段为多段，且位于超导长带中段的任意位置。

优选地，装置中还包括位置记录单元，用于根据第一收线盘和第二收线盘的收放操作记录位于液氮槽中的超导长带的位置。值得说明的是，该位置记录单元可以通过控制模块将位置数据发送并显示于计算机的交互界面中。如图2中所示，随着第一、第二收线盘的转动，以毫米为计量单位的超导长带运行的长度和已经运行的百分比将在交互界面中显示出来。

优选地，制动单元中还包括第一限位器8和第二限位器9，第一限位器8和第二限位器9分别位于液氮槽3外侧的超导长带出口处。第一、第二限位器具有制动和松开两种工作状态，当限位器处于制动状态时，将夹持所述超导长带以放置超导长带的移动。当限位器处于松开状态时，可以自动或手动运行收线盘使超导长带可以被收放。优选地，装置中还包括控制模块，用于控制限位器的制动或松开状态，当限位器制动时用于限制所述超导长带的移动。

优选地，液氮槽3用于充入液氮，并将超导长带的待测段置于77K环境温度中。同时，为了更好地实现测量，可以将测量单元中的部分元件也同时放置于该液氮槽中。

优选地，液氮槽外设置有烘干装置10，用于将从液氮槽3中移出的超导长带4烘干。

通常来说，测量单元中应当至少包括有两根电流引线11和两根电压引线12，以使得该测量单元能够通过现有技术中常用的四引线法对超导长带的待测段进行测量。优选地，测量单元中的电流引线11可以采用压接方式制成。

优选地，装置中还包括控制模块，用于控制测量单元的电流施加和测量数据的采集。本发明一实施例中，控制模块可以为PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)模块。如上文中所述，该控制模块不仅可以控制测量单元的电流施加、测量数据的采集，还能够控制超导长带的走带以及限位器、烘干装置等的工作状态。

优选地，装置中还包括计算机，计算机的交互界面用于基于控制模块获取装置的状态参数并显示，计算机还用于基于交互操作向控制模块发送控制指令。如图2所示，计算机的交互界面可以用于控制测试的开始和结束，控制第一、第二收线盘的运行方式和运行方向。同时，该交互界面中可以对试验的基本参数进行设定，例如超导长带的全长等。交互界面还能够控制装置中各个元件的工作状态，并指示测量单元进行测量。值得说明的是，测量单元可以将测量后的电压和电流数据发送至控制单元，以使得计算机对上述数据进行采集、显示以及存储。

本发明第二方面还涉及一种超导长带临界电流连续化测量方法。该方法包括步骤1和步骤2。

步骤1，利用本发明第一方面中涉及的超导长带临界电流连续化测量装置对超导长带待测段的临界电流进行测量。

该测量可以分为多次进行，可以在实验前设定好超导长带的多个待测段。然后依次将超导长带运行至每一待测段后，进行一次临界电流测量。其中，可以将1μV/cm作为该临界电流测试的电场判据，并通过程序判断测试段的电流收费已经达到临界电流。

步骤2，基于测量，生成超导长带基于长度方向的临界电流分布。

为每一个临界电流的测量值分配一个与其对应的超导长带的位置数据，从而生成该超导长带基于长度方向的临界电流分布。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种超导长带临界电流测试装置及其测试方法，可以通过改变第一和第二收线盘的转动速度，确保超导长带待测段的稳定张力，以提高测试结果的精确度。同时根据第一和第二收线盘的收放线操作对超导长带的不同位置进行临界电流测试，从而更加便利的对超导长带进行多次试验，并生成超导长带的临界电流分布情况，系统误差小，操作方便，成本低。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。