專利名稱：超導(dǎo)磁體用同軸可拔氣冷電流引線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于一種超導(dǎo)磁體用電流引線裝置，廣泛用于磁共振成像超導(dǎo)用電流引線，譜儀超導(dǎo)磁體和其它需要閉環(huán)電流或非閉環(huán)電流工作的超導(dǎo)體系統(tǒng)。
目前，超導(dǎo)用電流引線裝置基本可以劃分為以下幾種，以接觸方式分固定式和可拔式；以冷卻方式分氣冷和非氣冷；以結(jié)構(gòu)形式分同軸和非同軸。同軸可拔式電流引線達(dá)到了固定式電流引線的要求，諸如從室溫導(dǎo)入液氦的熱流最小，引線在任何突然減少和停止冷氣的情況下，引線不致于燒壞，并注意滑動觸頭的熱穩(wěn)定性，低溫下觸頭的配合壓力，以及觸頭壽命。但這些電流引線的最大問題是引線效率不高，導(dǎo)體單位面積電流密度低，不適合作大電流引線，氦氣不能回收。非氣冷可拔式電流引線只能承載幾十安培電流。采用靜止爪形接觸子外壓動導(dǎo)電接觸環(huán)方式載流，另部件多，體積大。
國外許多科學(xué)家基于設(shè)計一個最佳氣冷電流引線，進(jìn)行了理論和實驗研究工作，發(fā)表了不少文章和專利申請。一個最佳氣冷引線的金屬和非金屬材料，以固定傳導(dǎo)方式進(jìn)入液氦容器內(nèi)的熱量和引線通電產(chǎn)生的焦?fàn)柊l(fā)熱，導(dǎo)致液氦蒸發(fā)，最佳電流引線應(yīng)當(dāng)使液氦蒸發(fā)損失最??；電流引線冷端和熱端的氣壓降盡可能小，以保持液氦容器溫度變化最小；第三個條件是，在冷氣發(fā)生突然堵塞或停止時，電流引線不會燒壞。
本發(fā)明創(chuàng)造的目的是設(shè)計出一種帶導(dǎo)氣管的電流引線，以提高載流能力，且氣液可以回收，以滿足最佳氣冷可拔電流引線的三個必要條件。
本發(fā)明創(chuàng)造的任務(wù)是這樣來完成的，電流的插入引線

圖1和靜止插座圖2，均以同心圓管構(gòu)成氣流通道冷卻極性不同的內(nèi)外導(dǎo)電體，即插入引線的內(nèi)導(dǎo)電桿(107)和外導(dǎo)電桿(106)在內(nèi)外導(dǎo)電桿之間墊帶孔的環(huán)形絕緣墊(104，105，110)，在內(nèi)外導(dǎo)電桿冷端有內(nèi)動觸頭(102)和外動觸頭(101)，在端部開冷收縮槽(301)，在動觸頭的中部開液氦噴孔和進(jìn)口(116，117，118)。內(nèi)外導(dǎo)電桿的室溫端焊有正負(fù)紫銅電極(108，111)。靜止桿座的導(dǎo)電圓盤上有相互絕緣同軸的內(nèi)靜觸頭(201)和外靜觸頭(202)。插入引線導(dǎo)電桿上的動觸頭和靜止插座的靜觸頭是任意定位的，電流通過正負(fù)電極和內(nèi)外導(dǎo)電桿動靜觸頭進(jìn)入磁體。液氦通過液氦噴孔和進(jìn)口(116，117，118)回收入杜瓦容器。氦氣通過密封接口部件(113，114，115)進(jìn)入回收容器。
本發(fā)明創(chuàng)造所產(chǎn)生的積極效果在于1.本發(fā)明創(chuàng)造是集接觸方式、氣冷和結(jié)構(gòu)為一體的高效電流引線，使室溫導(dǎo)入液氦的熱量最小，使容器內(nèi)汽化的液氦得以回收，且體積小，重量輕。
2.動靜觸頭依靠外壓動接觸方式導(dǎo)電，當(dāng)動觸頭的彈性壓力不足影響導(dǎo)電性能時，可拔出磁體，更換容易。
3.動靜觸頭的接觸面積大，可以承受大電流。
4.內(nèi)外導(dǎo)電管作為導(dǎo)氣管、磁體勵磁時，可以不另開出氣口，使冷氦氣充分冷卻導(dǎo)電桿和觸頭，冷端與室溫端溫差小。
5.零部件少、結(jié)構(gòu)簡單、工藝容易實現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖和最佳實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)內(nèi)容。
圖1是插入引線結(jié)構(gòu)剖示圖。
圖2是靜止插座結(jié)構(gòu)剖示圖。
圖3是超導(dǎo)磁用同軸可冷電流引線總體結(jié)構(gòu)圖插入引線和靜止插座示意圖。
圖4是插入引線又一實施例結(jié)構(gòu)圖。
圖5是靜止插座又一實施例結(jié)構(gòu)剖示圖圖6是本發(fā)明創(chuàng)造240A電流引線的伏安特性實驗曲線。
圖1，插入引線是由兩個相互絕緣的同心圓管組成內(nèi)導(dǎo)電桿(107)和外導(dǎo)電桿(106)，兩管之間和中空的內(nèi)導(dǎo)電桿管芯形成氣流通道，導(dǎo)電桿的冷端是由內(nèi)動觸頭(102)和外動觸頭(101)構(gòu)成，動觸頭的材料選用導(dǎo)電好、彈性強(qiáng)、耐磨材料或鈹青銅材料，在內(nèi)外動觸頭的端部開冷收縮槽(301)(見圖3)，中間部位開液氦噴孔和進(jìn)口(116，117，118)。內(nèi)外導(dǎo)電桿的室溫端有正負(fù)紫銅電極(108，111)。內(nèi)外導(dǎo)電桿之間墊帶孔環(huán)形絕緣墊(104，105，110，109)是正負(fù)極隔塊，(112)是絕緣密封套管。(113，114，115)是接回氣密封接口部件。
圖2和圖5所示的靜止插座，是設(shè)置在液氦或極低溫氣氦中，由導(dǎo)電圓盤上內(nèi)靜觸頭(201)，外靜觸頭(202)，導(dǎo)電圓盤(208，209)構(gòu)成，用帶絕緣墊(205)的螺桿(203)，螺帽(204)，將導(dǎo)電圓盤(208，209)固定在絕緣墊板(206)，絕緣底座(207)上，導(dǎo)電圓盤(208，209)上開有供超導(dǎo)線過渡焊接的溝槽(210，211)?？砂尾糠值牟迦胍€，電流通過室溫端的正負(fù)電極至液氦或極低溫氣氦中，大電流通過引線的內(nèi)外導(dǎo)電體到達(dá)磁體。因為電流引線兩端分別處于室溫和極低溫，溫差大，同時電流通過引線產(chǎn)生焦耳熱，溫差引起的傳導(dǎo)熱和焦耳熱都將傳入液氦，使液氦汽化，冷氦氣從同軸引線通道中沖出，正常情況下冷氦氣沿引線會出來，圖1中動觸頭(101，102)中部位置開液氦噴孔和進(jìn)口(116，117，118)且在內(nèi)外導(dǎo)電桿(106，107)之間加不同的環(huán)形開孔的絕緣環(huán)(104，105，110)既為了絕緣和保證有足夠的氣流冷卻，也為了回收液氦和回氣。見圖3，插入引線內(nèi)外動觸頭(102，101)端部開冷收縮槽(301)，以保證液氦溫度下的接觸壓力和氣液流動。動觸頭處于液氦溫度或極低氣氦條件下，一般材料冷收縮增加、彈力減弱，在設(shè)計動觸頭和靜觸頭的配合尺寸公差時需認(rèn)真選擇，而冷收縮槽正起到保證彈性壓力和冷收縮的作用使動靜觸頭接觸良好又不致于使觸頭接觸太緊令插入和拔出都很困難。
圖1和圖2所示的觸頭(101，102，201，202)動靜觸頭尺寸有限，在大電流通過時，觸頭接觸處必然產(chǎn)生焦耳熱，觸頭發(fā)熱不僅引起液氦汽化，而且溫升使磁體臨界電流下降，造成磁體的不穩(wěn)定因素。設(shè)計動靜觸頭除認(rèn)真設(shè)計公差尺寸配合，又要選擇導(dǎo)電好、彈性強(qiáng)、耐磨的鈹青銅等材料、導(dǎo)體截面積以10A／cm2為宜。
內(nèi)外導(dǎo)電桿(107，106)選用紫銅或黃銅，動觸頭與導(dǎo)電桿接口用螺紋和低熔點金屬焊接過渡，內(nèi)動觸頭(102)與內(nèi)導(dǎo)電桿(107)接口用過渡件(103)低熔點金屬焊接。
實施例2，圖4所示插入引線的內(nèi)動觸頭(402)短于外動觸頭(401)。圖5所示靜止插座中的內(nèi)靜觸頭(501)長于外靜觸頭(502)，且內(nèi)外靜觸頭之間填滿絕緣物(503)。防止靜觸頭結(jié)冰，對頻繁操作的超導(dǎo)磁體使用更合適。
240安培同軸可拔氣冷電流引線試驗240安培同軸可拔氣冷電流引線是為六千高斯MRI超導(dǎo)磁體設(shè)計研制的。表1給出了240安培同軸可拔氣冷電流引線的發(fā)熱參數(shù)計算結(jié)果。
表1.電流引線發(fā)熱計算結(jié)果a.電流引線電阻電阻率4.2K電阻300K電阻平均值外管1.6×－6Ωcm 3.22×10－5Ω 0.322×10－3Ω 0.162×10－3Ω內(nèi)管1.6×10－6Ωcm 2.8×10－50.28×10－3Ω 0.14×10－3Ωb.焦耳發(fā)熱外管9.33W(240A)內(nèi)管8.064W(240A)c.觸頭發(fā)熱外觸頭4.8W(0.083×10)內(nèi)觸頭6.72W(0.116×10)d.
外管0.67W／cm·K1.072W內(nèi)管5.7W／cm·K10.57W
總發(fā)熱功率40.546W根據(jù)上述最佳電流引線計算供式(1)、(2)、(3)，可以取得最佳電流引線的有關(guān)設(shè)計參數(shù)設(shè)計d＝9mm、F＝0.26×10－3mA－1、S＝6.2×10－8m2A－1、 Sq＝6.6×10－8m2A－1、So＝1.488×10－5m2，由公式 ro＝FSd－0.25Sq0.8(6)計算得ro＝2.295×10－5， D＝1.3×107m－1A，Qc＝1×10－3w。由公式D＝Ic／So＝∫TWλ／Q·dt計算出電流引線長度L＝0.806米。實試測得電流引線的冷端功率遠(yuǎn)比表1中的平均發(fā)熱計算值小。
為了考核同軸可拔氣冷電流引線的熱穩(wěn)定性，對240安培室溫、液氮和液氦下通流試驗整個過程未發(fā)現(xiàn)引線局部過熱現(xiàn)象，伏安特性曲線見圖7。
圖中曲線表示－－室溫－LH2(插頭部分在LH2中)－·－LHe
權(quán)利要求1.一種由可拔移動式的插入引線和靜止插座組成的超導(dǎo)磁體用同軸可拔氣冷電流引線，其特征在于插入引線和靜止插座都是同軸式任意定位的，插入引線是兩根不同極性相互絕緣的同心圓管構(gòu)成內(nèi)導(dǎo)電桿(107)和外導(dǎo)電桿(106)，中空的內(nèi)導(dǎo)電插管芯與內(nèi)外導(dǎo)電桿間形成氣流通道，冷端內(nèi)導(dǎo)電桿上的內(nèi)動觸頭(102)和外導(dǎo)電桿(106)上的外動觸頭(101)在其動觸頭的端部開冷收縮槽(301)，且中間部位開液氦噴氣孔和進(jìn)口(116，117，118)，用以保證液氦溫度下的接觸壓力和氣液流通，內(nèi)外導(dǎo)電桿的室溫端有正負(fù)電極(108，111)，電流通過該電極和內(nèi)外導(dǎo)電桿的動觸頭與靜止插座，以外壓接觸導(dǎo)電進(jìn)入超導(dǎo)磁體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體用同軸可拔氣冷電流引線，其特征是插入引線的內(nèi)導(dǎo)電桿(107)和外導(dǎo)電桿(106)之間墊開孔的環(huán)形絕緣墊(104，105，110)，在插入引線的冷端，內(nèi)導(dǎo)電桿(107)與內(nèi)動觸頭(102)用過渡件(103)螺紋連接，外導(dǎo)電桿(106)與外動觸頭(101)用低熔點金屬焊接；室溫端內(nèi)外導(dǎo)電桿上有正負(fù)電極(108，111)和絕緣隔塊(109)，內(nèi)外導(dǎo)電桿末端有氦氣回收接口部件(113、114、115)，外導(dǎo)電桿上套有絕緣管(112)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超導(dǎo)磁體用同軸可拔氣冷電流引線，其特征在于，靜止插座由導(dǎo)電圓盤正負(fù)板(302，304)、絕緣墊(303)和內(nèi)靜觸頭(201)、外靜觸頭(202)、固定螺桿(203)、螺絲帽(204)、絕緣墊(205)將導(dǎo)電圓盤(208，209)固定在絕緣底座(207)上，導(dǎo)電圓盤(208，209)上有供超導(dǎo)電流引線過渡焊接的溝槽(210，211)，以保證絕緣間隙和防止結(jié)冰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的超導(dǎo)磁體用同軸可拔氣冷電流引線，其特征在于插入引線上的動觸頭(101，102)和靜止插座上的靜觸頭(201，202)用低溫下導(dǎo)電性能好、彈性強(qiáng)、耐磨的特殊金屬材料制，觸頭表面鍍銀或其它的導(dǎo)電材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體用同軸可拔氣冷電流引線，其特征在于內(nèi)導(dǎo)電桿(407)的內(nèi)動觸頭(402)比外導(dǎo)電桿(406)的外觸頭(401)要短得多，且靜止插座的內(nèi)靜觸頭(501)比外靜觸頭(501)相應(yīng)要長得多，絕緣物(501)填滿內(nèi)外靜觸頭之間隙，以防間隙內(nèi)結(jié)冰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述超導(dǎo)磁體用的同軸可拔氣冷電流引線，其特征在于，插入引線的內(nèi)外導(dǎo)電桿均處在流動的冷氦氣中，導(dǎo)電桿單位面積的載流能力可以選擇比較高，比非氣冷式的載流大三倍。
專利摘要本裝置創(chuàng)造是一種超導(dǎo)磁體使用的同軸可拔式氣冷電流引線，它是由同軸移動式氣冷引線和靜止式同軸插座兩部分組成，可拔部分和靜止部分的導(dǎo)電過渡觸頭，靠觸頭自身的彈性壓力獲得表面良好導(dǎo)電性。此種電流引線導(dǎo)電插處在冷卻氣流中，引線載流能力比一般引線高，且氦氣可以回收，總體結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可廣泛應(yīng)用于磁共振成像超導(dǎo)磁體、核磁共振譜儀超導(dǎo)磁體和其它要求閉環(huán)電流工作和非閉環(huán)工作的各種超導(dǎo)磁體上。
文檔編號H01L39/02GK2131207SQ92224609
公開日1993年4月28日 申請日期1992年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月9日
發(fā)明者張超驥 申請人:中國科健有限公司