一種超導線材銅超比測試設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于超導材料檢測技術領域，具體涉及一種超導線材銅超比測試設備。
【背景技術】
[0002] 新能源技術發展和醫療衛生進步都迫切需要超導技術產業化的快速發展，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 產業化剛剛起步，在超導線材制備過程中的銅超比（Cu/Sc)參數控制中還缺乏有效地測試 設備。
[0003] Cu/Sc是超導線材作為成品的重要參數之一，Cu/Sc直接決定超導線的設計，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。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種超導線材銅超比測試設備，該設備解決了現有Cu/Sc測 試設備存在的只能進行有損檢測的問題。
[0006] 本發明所采用的技術方案是，一種超導線材銅超比測試設備，包括主動放線機，在 線測試主機和帶排線的主動收線機。
[0007] 本發明的特點還在于，
[0008] 在線測試主機設置在主動放線機和主動收線機之間。
[0009] 主動放線機設置有張力單元，張力單元采用調節配重的方式調節張力大小；主動 收線機采用變頻電機調速的方式實現放線的調速和換向，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置的數字I/O模塊、PXI控制器、GPIB通 訊模塊、串行通訊模塊、PXI高精度數據采集模塊、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。
[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，測試探頭采用彈性斜齒型結構。
[0017] 本發明的有益效果是，一種超導線材銅超比測試設備，通過設置在線測試主機，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是本發明一種超導線材銅超比測試設備的結構示意圖；
[0019] 圖2是本發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高精度數據采集模塊，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] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[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設置有張力單元，張力單元采用調節配重的方式調節張力大 小；主動收線機2采用變頻電機調速的方式實現放線的調速和換向，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以及集成設置的數字I/O模塊4、 PXI控制器5、GPIB通訊模塊6、串行通訊模塊7、PXI高精度數據采集模塊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；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，并采用彈性斜齒型結構，以增加探頭 與超導線材接觸的可靠性。
[0025] 本發明一種超導線材銅超比測試設備的使用方法是，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帶有張力調節功能，可根據測試需要調節超導線材的 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，通過調節主動放線機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節Cu/Sc的采樣率；可編程 電流源10按照預先設置的數值輸出電流，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，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，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 續曲線圖，待整卷超導線流過便形成整卷線關于長度坐標上的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。
【主權項】
1. 一種超導線材銅超比測試設備，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. 根據權利要求1所述的一種超導線材銅超比測試設備，其特征在于：所述在線測試 主機（16)設置在主動放線機（1)和主動收線機（2)之間。3. 根據權利要求1所述的一種超導線材銅超比測試設備，其特征在于：所述主動放線 機（1)設置有張力單元，張力單元采用調節配重的方式調節張力大小；所述主動收線機（2) 采用變頻電機調速的方式實現放線的調速和換向，排線采用伺服電機控制的光桿排線方 式。4. 根據權利要求3所述的一種超導線材銅超比測試設備，其特征在于：所述在線測試 主機（16)包括隨動測試架（3)以及集成設置的數字I/O模塊（4)、PXI控制器（5)、GPIB通 訊模塊（6)、串行通訊模塊（7)、PXI高精度數據采集模塊（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. 根據權利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設備，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. 根據權利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設備，其特征在于：所述數字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。7. 根據權利要求6所述的一種超導線材銅超比測試設備，其特征在于：所述帶電子屏 蔽的機箱的溫度為15 °C~25 °C。8. 根據權利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設備，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. 根據權利要求4所述的一種超導線材銅超比測試設備，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. 根據權利要求5所述的一種超導線材銅超比測試設備，其特征在于：所述測試探頭 (17)選用銀銅合金材質，測試探頭（17)采用彈性斜齒型結構。
【專利摘要】本發明公開了一種超導線材銅超比測試設備，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置的數字I/O模塊、PXI控制器、GPIB通訊模塊、串行通訊模塊、PXI高精度數據采集模塊、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。本發明相比于現有Cu/Sc測試方法中的化學稱重法和圖像分析法，具有測試設備簡單，測試時完全無損測試的特點，并且本發明能夠實現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，適合工業化生產與運用。
【IPC分類】G01N27/02
【公開號】CN105067677
【申請號】CN201510473609
【發明人】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