本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)材料測試用的低溫冷卻系統(tǒng)，具體來講是一種便于裝卸的可控溫固氮冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著高溫超導(dǎo)帶材的性能不斷提高，由高溫超導(dǎo)帶材繞制的高溫超導(dǎo)磁體在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，比如超導(dǎo)儲能，超導(dǎo)電機(jī)以及超導(dǎo)變壓器等。對高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求也越來越高。而超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要取決于其低溫冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著制冷機(jī)的發(fā)展，制冷機(jī)可以很容易實(shí)現(xiàn)10K以下的溫度，這極大的促進(jìn)了制冷機(jī)冷卻的高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的應(yīng)用。制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻最大的優(yōu)勢在于操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行成本低。然而由于制冷機(jī)制冷功率較低，如果磁體勵磁速度過快，或者在運(yùn)行過程中受到過大的局部熱擾動，導(dǎo)致磁體溫升過高，磁體就很容易失超，使得制冷機(jī)冷卻的高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到很大影響。由于固氮在低溫下有很高的熱容，固氮可以做為超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的額外制冷劑，當(dāng)磁體溫升過高時，固氮可以吸收磁體發(fā)熱而降低磁體溫升，從而提高超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。目前這種制冷機(jī)+固氮的固氮制冷系統(tǒng)在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

為了設(shè)計(jì)出更加合理的固氮制冷的高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，需要獲得固氮冷卻條件下、不同溫度對應(yīng)的高溫超導(dǎo)材料及其線圈的熱電特性。目前國內(nèi)外已有的固氮冷卻系統(tǒng)均不能進(jìn)行自動控溫。測試熱電特性時，需要打開制冷機(jī)進(jìn)行制冷，系統(tǒng)溫度快速降低，當(dāng)測試人員觀察到系統(tǒng)的溫度儀表顯示的溫度降到測試溫度值時，停止或斷開制冷機(jī)，再進(jìn)行相關(guān)的熱電特性測試操作。制冷機(jī)停機(jī)或斷開后由于固氮的保溫作用，系統(tǒng)的溫度將緩慢上升，使得相關(guān)的熱電特性測試操作尚未完成，系統(tǒng)溫度已上升。此時又必須打開或連接制冷機(jī)，系統(tǒng)溫度又快速降低，在此過程中測試人員需保持高度的注意力，當(dāng)溫度降低至設(shè)定測試溫度時需立即關(guān)掉或斷開制冷機(jī)。如此循環(huán)，最后完成設(shè)定溫度下的高溫超導(dǎo)帶材及其線圈的熱電特性測試。其存在的問題是：1、需要隨時觀察溫度儀表、多次進(jìn)行制冷機(jī)的啟、?；驍嚅_操作，操作復(fù)雜、對操作人員的要求高。2、熱電特性測試時，溫度并不保持在一個穩(wěn)定的恒定值上，而是處于上下限的變化狀態(tài)中，其測試結(jié)果的精確性、準(zhǔn)確性有待提高。3、制冷機(jī)的啟、停頻繁會降低制冷機(jī)的使用壽命；使用可斷開的制冷系統(tǒng)進(jìn)行不停機(jī)的斷開操作，雖不影響制冷機(jī)壽命，但需加裝斷開裝置，系統(tǒng)的復(fù)雜性提高、可靠性降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于高溫超導(dǎo)材料測試的恒溫固氮冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于高溫超導(dǎo)材料熱電特性測試時，操作簡單方便、系統(tǒng)能自動保持在設(shè)定的恒溫，其測試結(jié)果更精確、可靠。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種用于高溫超導(dǎo)材料測試的恒溫固氮冷卻系統(tǒng)，包括機(jī)架、機(jī)架頂部安裝的制冷機(jī)、機(jī)架頂部底面懸掛的外筒體、冷屏和固氮腔；且冷屏置于外筒體中、固氮腔又置于冷屏中；制冷機(jī)的導(dǎo)冷桿伸入固氮腔中；其特征在于：所述的制冷機(jī)的導(dǎo)冷桿上裝有電加熱器和溫度傳感器一，且電加熱器和溫度傳感器一均與外筒體外部的溫控儀電連接。

本發(fā)明的工作過程和原理是：

將高溫超導(dǎo)樣品置于固氮腔中，啟動制冷機(jī)；待固氮腔冷卻到液氮溫度后，向固氮腔中注入液氮，繼續(xù)冷卻，液氮轉(zhuǎn)換為固氮；再繼續(xù)冷卻直至固氮腔溫度達(dá)到設(shè)定值。此時溫控儀通過溫度傳感器一對固氮腔的溫度進(jìn)行反饋控制，即：當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫控儀向電加熱器通以設(shè)定電流，電加熱器發(fā)熱，使固氮腔升溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定值時，溫控儀則控制加熱器功率減小或者停止工作，使固氮腔降溫；從而使固氮腔內(nèi)溫度始終保持在設(shè)定的恒溫值。在此恒溫階段，操作人同時進(jìn)行相關(guān)的高溫超導(dǎo)材料熱電特性測試，直至測試完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、在對高溫超導(dǎo)材料的熱電特性測試過程中，由溫控儀通過溫度傳感器一和電加熱器對固氮腔的溫度進(jìn)行反饋控制，使固氮腔溫度能長時間保持在設(shè)定的溫度。操作人員只需進(jìn)行熱電特性測試的相關(guān)操作，而無需人工觀察溫度，人工啟、?；驍嚅_制冷。其操作簡單方便，對操作人員要求低。

二、測試時，溫度自動保持在設(shè)定的恒溫值，對溫度的控制更精確，從而使得其測出的設(shè)定溫度下的高溫超導(dǎo)材料熱電特性數(shù)據(jù)更精確、可靠。

三、制冷機(jī)只需進(jìn)行一次開停機(jī)操作，避免了頻繁開停機(jī)對制冷機(jī)的損壞；同時也無需對制冷系統(tǒng)加裝斷開裝置，降低了測試的成本。

上述的外筒體由上筒體和下筒體通過法蘭連接構(gòu)成；所述的冷屏由上冷屏和下冷屏通過法蘭連接構(gòu)成。

這樣，只需拆下下筒體及下冷屏，即可從下部取出固氮腔。使得超導(dǎo)材料測試樣品在固氮腔內(nèi)的安放和取出極為方便。

上述的固氮腔內(nèi)設(shè)有連接高溫超導(dǎo)樣品的引線，該引線從固氮腔內(nèi)向上貫穿上冷屏和上筒體后與電流源相連；所述的引線位于冷屏及固氮腔內(nèi)的部分由高溫超導(dǎo)材料制成，且該引線位于冷屏內(nèi)的部位設(shè)置有溫度傳感器二。

這樣，引線的主要部分由高溫超導(dǎo)材料制成，其電熱量極小，使得整個系統(tǒng)的制冷效率更高，穩(wěn)定性更好；同時，在冷屏內(nèi)的引線上布置溫度傳感器，可以監(jiān)測出其溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)引線溫度超過超導(dǎo)臨界溫度時，立即關(guān)閉系統(tǒng)，以避免由于各種原因使引線失超，發(fā)熱劇增造成系統(tǒng)故障甚至事故。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實(shí)施方法

實(shí)施例

圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式是，一種用于高溫超導(dǎo)材料測試的恒溫固氮冷卻系統(tǒng)，包括機(jī)架10、機(jī)架10頂部安裝的制冷機(jī)1、機(jī)架10頂部底面懸掛的外筒體、冷屏和固氮腔5；且冷屏置于外筒體中、固氮腔5又置于冷屏中；制冷機(jī)1的導(dǎo)冷桿4伸入固氮腔5中；其特征在于：所述的制冷機(jī)1的導(dǎo)冷桿4上裝有電加熱器6和溫度傳感器一7，且電加熱器6和溫度傳感器一7均與外筒體外部的溫控儀電連接。

本例的外筒體由上筒體8a和下筒體8b通過法蘭連接構(gòu)成；所述的冷屏由上冷屏9a和下冷屏9b通過法蘭連接構(gòu)成。

本例的固氮腔5內(nèi)設(shè)有連接高溫超導(dǎo)樣品的引線2，該引線2從固氮腔5內(nèi)向上貫穿上冷屏9a和上筒體8a后與電流源相連；所述的引線2位于冷屏及固氮腔5內(nèi)的部分由高溫超導(dǎo)材料制成，且該引線2位于冷屏內(nèi)的部位設(shè)置有溫度傳感器二3。