專利名稱：一種測量超導線接頭電阻的專用裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超導技術領域， 一種測量超導線接頭電阻的專用裝置。
背景技術：
處于超導狀態(tài)的超導線的電阻接近于零，較常溫導體能流過更大 的電流，其應用日益廣泛。但大中型超導線圈的制造過程中，超導線 用量很多，受生產商供應的超導線長度或者超導線圈繞制工藝的要求 和限制，很難用一根完整的超導線完成線圈的繞制。因此，大中型超 導線圈在其結構中都存在某種形式的超導接頭，這時，超導線圈中的超導線的載流能力很大程度上取決于超導接頭處的電阻值大小。由于 超導接頭電阻所要求達到的數量級非常小，因此其準確測量也非常困 難。通過超導線接頭電阻的準確測量，可以鑒別接頭工藝的優(yōu)劣，為 提高超導線性能提供保證。另一方面，由于超導接頭電阻測量是在低溫下進行的，而且測量 時間很長，期間消耗的冷卻劑液氦、液氮很多，為了充分利用冷卻劑， 往往是連續(xù)測量幾個超導接頭的電阻，以節(jié)省冷卻劑用量，這要求在 超導接頭樣品更換過程中盡量方便容易。此外，超導接頭電阻測量過 程中需要一定強度的背景磁場，如果背景磁體安放位置不合適或屏蔽 效果不好，將會影響超導接頭樣品所產生的衰減磁場，從而影響測量8精度。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對超導接頭線電阻測量過程中的要求，實現更 換樣品容易，節(jié)省冷卻劑用量以及減少背景磁場的影響，提供一種測 量超導線接頭電阻的專用裝置，其特征在于，測量超導線接頭電阻的 專用裝置主要由低溫杜瓦單元、室溫管單元、背景磁體單元、勵磁磁體單元、聯接架單元、衰減磁場測量單元組成；聯接架單元通過其三 根連接桿28與低溫杜瓦單元的低溫杜瓦法蘭2固接，安裝在不銹鋼 低溫杜瓦1內；勵磁磁體單元和背景磁體單元分別安裝在聯接架單元 的底板27上左右兩邊；室溫管單元的室溫管法蘭8裝在低溫杜瓦單 元的低溫杜瓦法蘭2上，其室溫內管6和室溫管外管7在不銹鋼低溫 杜瓦1內；衰減磁場測量單元安裝在室溫管單元的室溫內管6內。所述低溫杜瓦單元中，低溫杜瓦法蘭2由螺栓固定在不銹鋼低溫 杜瓦1上口，不銹鋼低溫杜瓦1內裝有冷卻劑液氦，低溫杜瓦法蘭2 的上面安裝有液面計座3、輸液管底座4、背景磁體和勵磁線圈電流 引線底座5，它們與低溫杜瓦法蘭2之間用低溫膠粘接。室溫管單元由室溫管內管6、室溫管外管7、室溫管法蘭8、樣 品環(huán)架9、測試支架10、吊桿11及軟鐵屏蔽盒蓋12組成；室溫管內 管6和室溫管外管7同軸焊接在室溫管法蘭8的底面，中間夾層中室 溫管內管6的外壁包有鍍鋁薄膜13;室溫內管6穿過室溫管法蘭8， 其上端部與霍爾測試管座40焊接，室溫管法蘭8的上面焊接安裝有 加熱絲引線底座14、抽真空管15以及吊裝用的兩個吊耳16，抽真空管15與室溫管內管6和室溫管外管7之間的夾層接通；吊桿11的上端固接在室溫管法蘭8的底面，吊桿11下部和背景磁體的軟鐵屏蔽 盒蓋12的中心垂直固接，軟鐵屏蔽盒蓋12的中心附近有一小孔，供 超導線接頭樣品23伸到背景磁體中；測試支架10兩端分別固接在室溫管外管7的管壁和吊桿11下部；測試支架10中部的導向槽和聯接 架單元的導軌29滑動連接；樣品環(huán)架9固定在室溫管外管7的下部， 超導線接頭樣品環(huán)17繞放在樣品環(huán)架9上并在測試支架10上固定； 樣品的加熱絲繞在超導線接頭樣品環(huán)17上，加熱絲引線18順著吊桿11放置連接到加熱絲引線底座14;吊桿11和室溫管法蘭8的固接，吊桿11和軟鐵屏蔽盒蓋12的固接，測試支架10兩端分別和室溫管 外管7的管壁及吊桿11固接，樣品環(huán)架9和室溫管外管7固定都采 用低溫膠粘合固接。室溫管內管6、室溫管外管7和室溫管法蘭8的 材料為不銹鋼。背景磁體單元由背景磁體線圈19、背景磁體線圈骨架20和軟鐵 屏蔽盒21組成；背景磁體線圈19繞制在背景磁體線圈骨架20上構 成背景磁體，提供超導線接頭樣品23測試所需的背景磁場強度，為 了使其不影響測量超導線接頭樣品環(huán)17產生磁場的精度，背景磁體 安裝在軟鐵屏蔽盒21內，軟鐵屏蔽盒蓋12蓋在軟鐵屏蔽盒21上， 背景磁體線圈引線22順著連接桿28接至背景磁體和勵磁線圈電流引 線底座5;超導線接頭樣品23經過測試支架10和吊桿11從軟鐵屏 蔽盒蓋12上的小孔置于背景磁體線圈19的中心位置。勵磁磁體單元由勵磁線圈24和勵磁線圈骨架25組成，勵磁線圈24繞制在勵磁線圈骨架25上，勵磁線圈引線26接至背景磁體和勵 磁線圈電流引線底座5，輸入脈沖電流用來為被測超導線接頭樣品環(huán) 17提供磁場激勵。聯接架單元由底板27、導軌29、三根連接桿28及三塊防輻射板 30組成，底板27是環(huán)氧樹脂圓形板，勵磁磁體單元和背景磁體單元 用環(huán)氧螺絲固定在底板27上；導軌29用低溫膠上端和低溫杜瓦法蘭 2固接，下端和底板27固接；三根連接桿28采用螺紋加低溫膠粘合 固定，下端和底板27連接，上端和低溫杜瓦法蘭2連接；導軌29是 環(huán)氧樹脂凸形軌道，更換超導線接頭樣品環(huán)17時，室溫管單元沿導 軌29滑動，保證超導線接頭樣品23準確置于背景磁體線圈19的中 心位置；三片防輻射板30是由紫銅板制成，等間距用低溫膠固定在 聯接架的連接桿28的上部，防輻射板30上面有室溫管單元的進出孔 和勵磁線圈引線26、背景磁體線圈引線22和加熱絲引線18的穿線 孔。衰減磁場測量單元由常溫霍爾傳感器31、測溫電阻32及其外圍 電路構成；外圍電路包括第一穩(wěn)壓電源34、濾波電路35、第二穩(wěn)壓 電源36、 lmA電流源37、放大濾波電路38;第一穩(wěn)壓源34將外部 供給的8V直流電壓轉換成5V直流電壓，給常溫霍爾傳感器31供電， 霍爾傳感器31產生的信號經濾波電路35處理后輸出磁場測量信號； 外圍電路中另一部分是，第二穩(wěn)壓源36將外部供給的8V直流電壓 轉換成5V直流電壓，給lmA電流源37和放大濾波電路38供電， lmA電流源37的輸出電流在測溫電阻32上的壓降經放大濾波電路38放大濾波后輸出溫度測量信號；磁場測量信號和溫度測量信號經 輸出信號線39從霍爾測試管座40輸出；常溫霍爾傳感器31、測溫 電阻32及其外圍電路都安裝在測量電路板33上，測量電路板33置 于室溫管內管6的底部，其中常溫霍爾傳感器31和超導線接頭樣品 環(huán)17置于同一個水平面內；8V電源在本裝置外部，經霍爾測試管座 40給外圍電路供電。所述低溫杜瓦法蘭(2)、測試支架(10)、底板(27)和導軌(29) 的材料為環(huán)氧樹脂板，吊桿11和連接桿28的材料為環(huán)氧樹脂棒，背 景磁體線圈骨架20和勵磁線圈骨架25的材料為環(huán)氧樹脂。所述的低 溫膠為環(huán)氧樹脂膠。本發(fā)明的有益效果只需將室溫管單元通過導軌移出低溫杜瓦單 元，超導線接頭樣品環(huán)能夠方便地更換，減少了測試過程中液氦的揮 發(fā)量；背景磁體位于常溫霍爾傳感器的側面，與放在其下方相比，降 低了背景磁場對霍爾元件測量超導線接頭樣品環(huán)磁場的影響；采用室 溫管技術，把霍爾元件置于室溫管內，用常溫霍爾傳感器測量超導線 接頭樣品環(huán)的衰減磁場，降低裝置成本，并提高了測量可靠性。
圖1A是實施例的總體結構正視剖面示意圖； 圖1B是實施例的俯視2是實施例中超導線接頭樣品環(huán)衰減磁場測量電路方框圖具體實施方式
下面結合附圖來說明一下本發(fā)明的原理和具體的實施方式。圖 1A為一種測量超導線接頭電阻的專用裝置實施例的總體結構正視剖 面示意圖，如圖所示，裝置主要由低溫杜瓦單元、室溫管單元、背景 磁體單元、勵磁磁體單元、聯接架單元以及衰減磁場測量單元構成。裝置各單元按如下步驟進行裝配(1 )將背景磁體單元和勵磁磁體單元用環(huán)氧螺絲分別固定在聯接 架單元的底板27上；(2) 將整個聯接架單元與低溫杜瓦法蘭2相連接，之后整體放入不銹鋼低溫杜瓦1，用螺栓將低溫杜瓦法蘭2和不銹鋼低溫杜瓦1上 口固定；(3) 將衰減磁場測量單元的測量電路板33放入室溫管單元的室 溫管內管6底部，常溫霍爾傳感器31置于樣品環(huán)架9的中心位置；(4) 將超導線接頭樣品環(huán)17套在樣品環(huán)架9上，并在測試支架 IO上固定，超導線接頭樣品23經過測試支架IO和吊桿11的下端通 過軟鐵屏蔽盒蓋12上小孔伸出軟鐵屏蔽盒蓋12，保持將其放置在背 景磁體線圈19的中心位置的超導線長度；(5) 將室溫管單元順著聯接架單元的軌道29滑入不銹鋼低溫杜 瓦1內，并與低溫杜瓦法蘭2固定。圖1B是實施例的俯視圖。圖中示出本裝置工作時與外圍設備的 各個連接頭。從液面計座3插入測量液氦液面高度的液面計，從輸液 管底座4插入液氦輸液管給不銹鋼低溫杜瓦1輸送液氦，背景磁體電源和勵磁磁體電源從背景磁體和勵磁線圈電流引線底座5給背景磁體線圈19與勵磁線圈24供電，加熱絲引線底座14接至加熱絲電源， 抽真空管15接到真空泵給室溫管的夾層抽真空，從霍爾測試管座40 輸出超導線接頭樣品環(huán)17的衰減磁場測量信號和溫度測量信號到外 圍測量電路以及從外圍的8V電源給測量電路板33供電。本裝置中，室溫管單元與低溫杜瓦單元的低溫杜瓦法蘭2是分離 的，超導線接頭測試樣品每次取出或放入低溫杜瓦時，只需將室溫管 單元及固定在其上的樣品環(huán)架9取出，不必打開低溫杜瓦法蘭2。室 溫管單元及樣品環(huán)架9取出來更換超導線接頭樣品環(huán)17后再放入不 銹鋼低溫杜瓦1內測量超導線接頭樣品23的電阻時，是沿著低溫杜 瓦單元中的導軌29移動的，保證了位置的準確度。背景磁體單元放 在超導線接頭樣品環(huán)17的側面，而不是下方，減少了背景磁體的磁 場對超導線接頭樣品環(huán)17的衰減磁場測量的影響。用于測量超導線 接頭樣品環(huán)17產生的衰減磁場的測量電路板33是由常溫霍爾元件 31、測溫電阻32及其外圍電路構成，從測量電路板33輸出的磁場測 量信號和溫度測量信號傳輸到外圍測量電路獲得測量數據。
權利要求
1.一種測量超導線接頭電阻的專用裝置，其特征在于，專用裝置主要由低溫杜瓦單元、室溫管單元、背景磁體單元、勵磁磁體單元、聯接架單元、衰減磁場測量單元組成；聯接架單元通過三根連接桿(28)與低溫杜瓦單元的低溫杜瓦法蘭(2)固接，安裝在不銹鋼低溫杜瓦(1)內；勵磁磁體單元和背景磁體單元分別安裝在聯接架單元的底板(27)上左右兩邊；室溫管單元的室溫管法蘭(8)裝在低溫杜瓦單元的低溫杜瓦法蘭(2)上，其室溫內管(6)和室溫管外管(7)在不銹鋼低溫杜瓦(1)內；衰減磁場測量單元安裝在室溫管單元的室溫內管(6)內。
2. 根據權利要求1所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述低溫杜瓦單元中，低溫杜瓦法蘭(2)由螺栓固定在 不銹鋼低溫杜瓦(1)上口，低溫杜瓦法蘭(2)的上面固接液面計座(3)、輸液管底座(4)、背景磁體和勵磁線圈電流引線底座(5); 液面計座(3)、輸液管底座(4)、背景磁體和勵磁線圈電流引線 底座(5)與低溫杜瓦法蘭(2)之間用低溫膠粘接。
3. 根據權利要求1所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述室溫管單元由室溫管內管(6)、室溫管外管(7)、 室溫管法蘭(8)、樣品環(huán)架(9)、測試支架(10)、吊桿(11)和軟鐵 屏蔽盒蓋(12)組成；室溫管內管(6)和室溫管外管(7)同軸焊接在室溫管法蘭(8)的底面，中間夾層中室溫管內管(6)的外壁包有鍍鋁薄膜(13);室溫內管(6)穿過室溫管法蘭(8)，其上端部與霍 爾測試管座(40)焊接，室溫管法蘭(8)的上面焊接安裝有加熱絲引 線底座(14)、抽真空管(15)以及兩個吊耳(16)，抽真空管(15) 與室溫管內管(6)和室溫管外管(7)之間的夾層接通；吊桿(11) 的上端固接在室溫管法蘭(8)的底面，吊桿(11)下部和背景磁體的 軟鐵屏蔽盒蓋(12)的中心垂直固接，軟鐵屏蔽盒蓋(12)的中心附 近有一小孔；測試支架(10)兩端分別固接在室溫管外管(7)的管壁 和吊桿(11)下部，測試支架(10)中部的導向槽和聯接架單元的導 軌(29)滑動連接；樣品環(huán)架(9)固定在室溫管外管(7)的下部， 超導線接頭樣品環(huán)(17)繞放在樣品環(huán)架(9)上并在測試支架(10) 上固定；樣品的加熱絲繞在超導線接頭樣品環(huán)(17)上，加熱絲引線 (18)順著吊桿(11)放置，連接到加熱絲引線底座(14);吊桿(11)和室溫管法蘭(8)的固接，吊桿(11)和軟鐵屏蔽盒 蓋(12)的固接，測試支架(10)兩端分別和室溫管外管(7)的管壁 及吊桿(11)的固接，樣品環(huán)架(9)和室溫管外管(7)固定都采用 低溫膠粘接。
4.根據權利要求1所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述背景磁體單元由背景磁體線圈(19)、背景磁體線圈 骨架(20)和軟鐵屏蔽盒(21)組成；背景磁體線圈(19)繞制在背 景磁體線圈骨架(20)上構成背景磁體，背景磁體安裝在軟鐵屏蔽盒(21)內，軟鐵屏蔽盒蓋(12)蓋在軟鐵屏蔽盒(21)上；背景磁體線圈引線(22)順著連接桿(28)接至背景磁體和勵磁線圈電流引線 底座(5);超導線接頭樣品(23)經過測試支架(10)和吊桿(11) 從軟鐵屏蔽盒蓋(12)上的小孔置于背景磁體線圈(19)的中心位置。
5. 根據權利要求1所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述勵磁磁體單元由勵磁線圈(24)和勵磁線圈骨架(25) 組成，勵磁線圈(24)繞制在勵磁線圈骨架(25)上，勵磁線圈引線(26)接至背景磁體和勵磁線圈電流引線底座(5)。
6. 根據權利要求1所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述聯接架單元由底板(27)、導軌(29)、三根連接桿(28)及三塊防輻射板(30)組成；勵磁磁體單元和背景磁體單元用 環(huán)氧螺絲固定在底板(27)上；導軌(29)用低溫膠上端和低溫杜瓦 法蘭(2)固接，下端和底板(27)固接；三根連接桿(28)采用螺紋 加低溫膠粘合固定，下端和底板(27)連接，上端和低溫杜瓦法蘭(2) 連接；三片防輻射板(30)等間距用低溫膠固定在聯接架的連接桿(28) 的上部。
7. 根據權利要求1所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述衰減磁場測量單元由常溫霍爾傳感器(31)、測溫電 阻(32)及其外圍電路構成；外圍電路包括第一穩(wěn)壓電源(34)、濾波 電路(35)、第二穩(wěn)壓電源(36)、 lmA電流源(37)、放大濾波電路(38);第一穩(wěn)壓源(34)將外部8V電源供給的8V直流電壓轉換成5V直流電壓，給常溫霍爾傳感器(31)供電，常溫霍爾傳感器(31) 產生的信號經濾波電路(35)處理后輸出磁場測量信號；第二穩(wěn)壓源 (36)將外部8V電源供給的8V直流電壓轉換成5V直流電壓，給lmA 電流源(37)和放大濾波電路(38)供電，lmA電流源(37)的輸出 電流在測溫電阻(32)上的電壓降經放大濾波電路(38)放大濾波后 輸出溫度測量信號；磁場測量信號和溫度測量信號經輸出信號線(39) 從霍爾測試管座(40)輸出。
8. 根據權利要求1或7所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝 置，其特征在于，所述衰減磁場測量單元，其常溫霍爾傳感器(31)、 測溫電阻(32)及其外圍電路都安裝在測量電路板(33)上，測量電 路板(33)放在室溫管內管(6)的底部，其中常溫霍爾傳感器(31) 和超導線接頭樣品環(huán)(17)置于同一個水平面內；8V電源在本裝置外 部，經霍爾測試管座(40)給外圍電路供電。
9. 根據權利要求3或6所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝 置，其特征在于，所述導軌(29)是凸形軌道。
10. 根據權利要求6所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述防輻射板(30)上面有室溫管單元的進出孔和勵磁 線圈引線(26)、背景磁體線圈引線(22)和加熱絲引線(18)的穿線 孔。
11. 根據權利要求1或2所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝 置，其特征在于，所述低溫杜瓦法蘭(2)的材料為環(huán)氧樹脂板。
12.根據權利要求3所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述測試支架(10)的材料為環(huán)氧樹脂板。
13.根據權利要求6所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述底板(27)和導軌(29)的材料為環(huán)氧樹脂板。
14. 根據權利要求3所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述吊桿(11)的材料為環(huán)氧樹脂棒。
15. 根據權利要求1或6所述的一種測量超導線接頭電阻的專用 裝置，其特征在于，所述連接桿(28)的材料為環(huán)氧樹脂棒。
16. 根據權利要求2所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述的低溫膠為環(huán)氧樹脂膠。
17. 根據權利要求3所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述的低溫膠為環(huán)氧樹脂膠。
18. 根據權利要求6所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述的低溫膠為環(huán)氧樹脂膠。
19. 根據權利要求1或3所述的一種測量超導線接頭電阻的專用 裝置，其特征在于，所述室溫管內管(6)、室溫管外管(7)和室溫管 法蘭(8)的材料為不銹鋼。
20. 根據權利要求6或10所述的一種測量超導線接頭電阻的專用 裝置，其特征在于，所述的防輻射板(30)的材料為紫銅板。
21. 根據權利要求4所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置， 其特征在于，所述背景磁體線圈骨架(20)的材料為環(huán)氧樹脂。
22.根據權利要求5所述的一種測量超導線接頭電阻的專用裝置，其特征在于，所述勵磁線圈骨架(25)的材料為環(huán)氧樹脂。
全文摘要
一種測量超導線接頭電阻的專用裝置，包括低溫杜瓦單元、室溫管單元、背景磁體單元、勵磁磁體單元、聯接架單元、衰減磁場測量單元等主要部件。此專用裝置的優(yōu)點在于更換被測超導線接頭樣品環(huán)時僅需將室溫管通過導軌移出低溫杜瓦，減少了實驗過程中液氦的揮發(fā)量；背景磁體位于測量超導線接頭樣品環(huán)衰減磁場的霍爾元件側面，與放在其下方相比，降低了背景磁場對霍爾元件測量超導線接頭樣品環(huán)產生的衰減磁場的影響；采用室溫管技術，把霍爾元件置于室溫管內，即用常溫霍爾傳感器測量超導線接頭樣品環(huán)的衰減磁場，降低裝置成本，并提高了測量可靠性。
文檔編號G01R27/02GK101251558SQ20081010353
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權日2008年4月8日
發(fā)明者畢大強, 蔣曉華, 偉 郭 申請人:清華大學