[发明专利]超导带材拉伸应力测试装置和测试方法

说明书

本发明提供了一种超导带材拉伸应力测试装置和测试方法，包括：拉伸应力测试部分和临界电流测量部分；待测超导带材安装在拉伸应力测试部分上，拉伸应力测试部分向待测超导带材的长度方向施加拉伸力；临界电流测量部分包括：多个传感器，分布设置在待测超导带材的长度方向，采集待测超导带材的电压信息或磁场强度信息；通过拉伸应力测试部分向待测超导带材提供时变电流，以及通过临界电流测量部分采集对应时刻下的电压信息或磁场强度信息，得到待测超导带材在拉伸力下的临界电流值；根据多个临界电流值对应的拉伸应力，得到待测超导带材的临界拉伸应力值。通过临界电流测量部分一次能够测量多个位置的临界电流值，能够有效节约测试所需的时间。

技术领域

本发明涉及超导带材技术领域，具体地，涉及一种超导带材拉伸应力测试装置和测试方法。

背景技术

高温超导有着非常广泛的应用,领域涉及工业、电力系统、电机、医疗、高能物理、交通等领域。高温超导的强电应用主要涉及大电流和高磁场。具体的产品包括高温超导故障限流器、储能装置、变压器、发电机、核磁共振、磁分离设备、电机、磁悬浮、电缆、感应加热、高能加速器、电磁弹射系统器等。

高温超导带材有着最基本的性能参数——临界电流，指的是超导材料可以保持无阻特性加载的最大电流。当然超导带材在应用中其他的性能也特别重要，其中就包括带材的临界拉伸应力/应变。因为超导带材在绕制磁体后，带材工作在强磁场下，由于洛伦兹力的影响，超导带材会受到较大的电磁应力，尤其是拉伸方向的应力。如果承受不了这样的应力，超导材料将发生不可逆的损坏。这个指标的大小对于高场磁体的评估有着十分重要的意义。

行业内对于临界拉伸应力的测试，通常以超导带材临界电流5％的衰退作为判据。测试流程主要可以概述为，每次对带材增加一点拉力，测试带材的临界电流。多次循环往复后，得到带材的拉伸特性曲线，如图1所示，是国际上在这方面测试最有经验的机构测试的曲线。

这种测试看似很严谨，但实际测试中会碰到不少的问题。随着拉伸应力增大，由于临界拉伸应力下降过程非常陡峭。第一次拉伸的临界电流还保有98％的时候，下一次拉伸应力增大5N(很小的量)，可能临界电流就退化到20％以下了，根本得不到超导带材完整的拉伸应力退化曲线。

为了得到完整的超导带材拉伸应力曲线，必须提高超导临界电流和超导拉伸应力的精度。即减小临界电流每次电流增加的步距，最好控制在是1A或0.5A和对带材拉力每次增加的步距，最好控制在5MPa或者1-2N。但往往现在的超导带材都能做到700MPa，甚至高的可以做到1200MPa以上。超导带材的临界电流普遍在500-800A。如果按这样的细分度测试，测试一次临界电流的时间为600秒(10分钟)，测试一个样品100余个拉力值，测试一个样品的时间将长达一整天，这是无法接受的。

此外，拉力持续的升高很容易，但拉力的保持却非常难。目前超导带材的宽度最宽是10mm，最厚是0.4mm。拉力机的测试极限如果是2000N，很多带材规格的拉力是测不了的，拉力机测试极限是5000N的情况下，也勉强够。除非拉力机测试极限比带材的拉伸极限高数倍，如果仅仅在2-3倍，甚至不到2-3倍时会出现一个新的问题：在拉伸应力大的时候，拉力保持测试临界电流时，往往拉力机不能稳定的保持拉力。测试曲线会发生抖动，这样的抖动在数据处理时非常的困难，同时这样的抖动，会提早拉坏带材，如图2所示。

当带材进入塑性形变区时，保持600秒大的拉伸应力，在前300秒，还未测到临界电流值的时候，带材实际又被拉长了。为了测试，只能进一步再提升拉力到原拉伸应力值，测试数值极其不精确。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超导带材拉伸应力测试装置和测试方法。

根据本发明提供的一种超导带材拉伸应力测试装置，包括：拉伸应力测试部分和临界电流测量部分；

待测超导带材安装在所述拉伸应力测试部分上，所述拉伸应力测试部分向待测超导带材的长度方向施加拉伸力；