专利汇可以提供三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备与测试方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且三维低温超导 薄膜 线圈超导特性测试设备与测试方法,本 发明 属于低温超导技术及高 精度 测量领域,它特 指针 对三维低温超导薄膜线圈进行超导特性测试,依靠本发明的低温环境系统和 真空 环境系统所提供的真空低温环境,测试研究三维低温超导薄膜线圈的超导特性,进而辅助设计三维超导薄膜线圈。本发明设计了一套低温系统,测试三维低温超导薄膜线圈的超导特性,因此一定需要为超 导线 圈提供一个低温环境,如背景技术中所述,本发明的低温环境利用液氦作为制冷剂,使测试系统 工作 温度 达到4.2K,即-269℃。因此,由于测试的三维低温超导薄膜线圈是美国宇航局与欧洲空间局联合研制的STEP卫星有效 载荷 中的核心零件,因此从技术应用 角 度,属于应用航天科学与技术。,下面是三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备与测试方法专利的具体信息内容。
1.三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于它包括低温环境系统(D),真空环境系统(Z),测试工作系统(C)和外部测量控制系统(W);
外部测量控制系统(W)包括高精度电压表(W1)、温度测量控制仪(W2)和主控计算机(W3);
测试工作系统(C)包括测试圆盘形铜板(C1)、温度计(C2)、加热器(C3)、卡装线圈组件(C4)和至少一个压簧探针(C5);
低温环境系统(D)包括杜瓦瓶(D1)、液氦(D2)和杜瓦瓶盖(D3);
真空环境系统(Z)包括真空罐(Z2)和五个金属管道,
其中五根金属管道分别为排气管道(Z11)、冷却剂注入管道(Z12)、真空泵管道(Z13)、第一电接口密封管道(Z14)和第二电接口密封管道(Z15),
所述五根金属管道穿过杜瓦瓶盖(D3),
所述杜瓦瓶盖(D3)的底部通过真空泵管道(Z13)、第一电接口密封管道(Z14)和第二电接口密封管道(Z15)悬挂有真空罐(Z2)的顶盖,
真空泵管道(Z13)、第一电接口密封管道(Z14)和第二电接口密封管道(Z15)与真空罐(Z2)的真空罐腔连通,
真空罐(Z2)的顶盖底部还悬挂有测试圆盘形铜板(C1),
测试圆盘形铜板(C1)上设置有温度计(C2)、加热器(C3)和卡装线圈组件(C4),被测三维低温超导薄膜线圈卡固在所述卡装线圈组件(C4)上,并且所述被测三维低温超导薄膜线圈位于测试圆盘形铜板(C1)中央,至少一个压簧探针(C5)的触点压在所述三维低温超导薄膜线圈的超导薄膜可接触平面上,并且每根压簧探针(C5)分别与三维低温超导薄膜线圈中每个线圈的两端的导线连接;
所述压簧探针(C5)的输出端、温度计(C2)的输出端和加热器(C3)的温控输入端穿过第一电接口密封管道(Z14)或第二电接口密封管道(Z15)分别连接在高精度电压表(W1)的输入端、温度测量控制仪(W2)的温度信号输入端和加热信号输出端,高精度电压表(W1)的输出端和温度测量控制仪(W2)的温度信号输出端与主控计算机(W3)的电压信号输入端和温度信号输入端连接;
真空罐(Z2)的顶盖底部的测试圆盘形铜板(C1)位于真空罐(Z2)的罐体内,并且真空罐(Z2)的顶盖与真空罐(Z2)的罐体密封连接形成所述真空罐腔,
真空罐(Z2)位于杜瓦瓶(D1)的瓶体内,
所述排气管道(Z11)的出气口和冷却剂注入管道(Z12)的注入口位于杜瓦瓶盖(D3)顶部,排气管道(Z11)的入气口位于杜瓦瓶(D1)瓶口处,冷却剂注入管道(Z12)的流出口位于杜瓦瓶(D1)瓶体下部,并且杜瓦瓶盖(D3)与杜瓦瓶(D1)密封连接形成液氦空间,液氦(D2)充入到所述液氦空间中。
2.根据权利要求1所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于杜瓦瓶(D1)为内外两层壳结构,外壳(D11)是上端开口的圆柱形金属罐体,内壳(D12)是由三段圆柱形内壳连接构成罐体,内外壳体之间的腔体为真空,所述三段圆柱形内壳从上往下依次为上段圆柱形内壳(D121)、中段圆柱形内壳(D122)和下段圆柱形内壳(D123),并且三段圆柱形内壳将杜瓦瓶(D1)内的液氦空间分为低热传导管颈、液氦浴罐和液氦工作浴室;
上段圆柱形内壳(D121)的内径与外壳(D11)的开口直径相同,中段圆柱形内壳(D122)的内径大于上段圆柱形内壳(D121)的内径,中段圆柱形内壳(D122)形成容积为40L的圆柱形液氦浴罐;下段圆柱形内壳(D123)的内径与上段圆柱形内壳(D121)的内径相同,下段圆柱形内壳(D123)形成下端封底的圆柱形液氦工作浴室;中段圆柱形内壳(D122)与下段圆柱形内壳(D123)和中段圆柱形内壳(D122)与上段圆柱形内壳(D121)是由两个圆锥形导流斜面连接。
3.根据权利要求2所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于上段圆柱形内壳(D121)的材料是低热传导率塑料。
4.根据权利要求2或3所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于中段圆柱形内壳(D122)的40L的圆柱形液氦浴罐内安装有超导金属棒制成的液氦液面位置传感器(D4)。
5.根据权利要求4所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于中段圆柱形内壳(D122)与外壳(D11)之间缠绕包裹有多层的超绝缘层。
6.根据权利要求1或5所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于卡装线圈组件(C4)包括平面定位块(C41)、圆柱形定位销(C42)和带有弹簧片的卡件(C43),其中平面定位块(C41)位于被测三维低温超导薄膜线圈一侧上部设置有凸台,所述凸台用于阻挡被测三维低温超导薄膜线圈由于振动向上的传动位移,所述平面定位块(C41)、圆柱形定位销(C42)和带有弹簧片的卡件(C43)分别固定测试圆盘形铜板(C1)上,并分布于被测三维低温超导薄膜线圈外侧的三个点上,所述平面定位块(C41)和圆柱形定位销(C42)用于限定被测三维低温超导薄膜线圈的定位平面和一个限位点,在平面定位块(C41)和圆柱形定位销(C42)的另一侧安装的带有弹簧片的卡件(C43)的弹簧片压紧被测三维低温超导薄膜线圈的侧面,用于被测三维低温超导薄膜线圈与平面定位块(C41)和圆柱形定位销(C42)紧密接触。
7.根据权利要求6所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于平面定位块(C41)采用G10材质,圆柱形定位销(C42)和带有弹簧片的卡件(C43)采用铜。
8.根据权利要求1或7所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于真空泵管道(Z13)的外接口上设置有真空阀门。
9.根据权利要求8所述的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试设备,其特征在于真空罐(Z2)的罐体与真空罐(Z2)的顶盖通过软金属压紧密封。
10.根据上述权利要求所述的设备进行的三维低温超导薄膜线圈超导特性测试方法,其特征在于步骤为:
步骤一:装卡被测三维低温超导薄膜线圈于测试工作系统(C)的测试圆盘形铜板(C1)上,之后至少一个压簧探针(C5)的触点压在所述三维低温超导薄膜线圈的超导薄膜可接触平面上,各个压簧探针(C5)通过高精度电压表(W1)连接到主控计算机(W3)上,并定义所对应的信号功能,再连接温度计(C2)和加热器(C3)的于温度测量控制仪(W2)上;
步骤二:组装并密封真空环境系统(Z),并检查真空环境系统(Z)的各接口的气密性是否良好;
步骤三:组装低温环境系统(D),使真空环境系统(Z)垂直吊装在低温环境系统(D)中,此过程尽量避免机械振动;
步骤四:在真空环境系统(Z)中制备真空环境;将真空泵管道(Z13)外接口与真空泵连接,启动真空泵为真空环境系统(Z)抽真空,直到真空环境系统(Z)达到10-5Pa的真空度;停止真空泵工作,等待一小时,如果真空环境系统(Z)内压强无变化;将真空泵管道(Z13)外接口与真空泵连接的真空阀门关闭,并将二者分开,使得真空环境系统(Z)成独立的封闭系统;
步骤五:连接并启动外部测量控制系统(W);
步骤六:开始降温过程,先使用液氮作为制冷剂做初始降温,将液氮由冷却剂注入管道(Z12)的注入口注入杜瓦瓶(D1)的40L的圆柱形液氦浴罐内,通过真空环境系统(Z)内的温度计(C2)测量温度,直到温度计(C2)读数下降到77K时稳定数分钟后,待温度计(C2)读数再次高于77K时,停止注入液氮,将液氦(D2)作为冷却剂,从冷却剂注入管道(Z12)的注入口杜瓦瓶(D1)内,当杜瓦瓶(D1)内温度降至6.21K时,且高精度电压表(W1)的读数突然变为零,即线圈的电阻突然变为零,继续注入冷却剂,直到温度计(C2)读数稳定在4.2K,继续注入液氦(D2)于40L的圆柱形液氦浴罐中,通过液面位置传感器测量该圆柱形液氦浴罐内的液面高度,直到液面注满40L的圆柱形液氦浴罐为止,停止注入冷却剂,此时便完成了整个降温过程;
步骤七:开始启动温度测量控制仪(W2),使温度保持在4.25K;
步骤八:开始设定电流源输出电流的变化规律,以1mA为步长分别选择以下区间的参数:[0,-100mA],[-100mA,0],[0,100mA],[100mA,0]作为输出电流的参数,并利用主控计算机(W3)记录高精度电压表(W1)测量到的电压读数,经计算得出的线圈电阻-6
为-3.5975×10 Ω,测量结果为负值说明该结果是测量仪表的自身误差,已经无法测量到被测三维低温超导薄膜线圈的电阻,证明了被测三维低温超导薄膜线圈特性良好,该线圈通过了测试。
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