本发明专利技术提供一种高温超导线圈临界电流分布测试系统及测试方法，测试系统包括电源、电压传感器、检测组件和上位机；待测高温超导线圈设置在液氮中，电源、电压传感器和检测组件均与上位机连接，电源用于为待测超导线圈提供电流，电压传感器用于检测待测高温超导线圈的整体电压；检测组件包括加热器和温度传感器，加热器用于对接触的高温超导线圈的待测部位以及待测部位的液氮进行加热，温度传感器用于检测待测高温超导线圈的温度值；上位机用于控制电源和加热器工作，获取电压传感器和温度传感器采集的数据；本发明专利技术能够有效测量高温超导线圈在液氮温度下的临界电流的分布情况，有助于发现高温超导线圈上潜在的缺陷部位。
1、高温超导磁体在电力、新能源、轨道交通、大科学装置等领域都具有极大的应用前景。然而，不可忽略的是，高温超导磁体中存在失超的风险，而且由于高温超导磁体的失超很难检测，因此如果不提前采取有效措施对高温超导磁体进行保护处理，就容易引发系统损毁。
2、高温超导磁体的核心部件是高温超导线圈，失超通常由高温超导线圈中的低临界电流的缺陷点诱发。为了避免失超造成系统损伤，有必要在装配前对高温超导线圈的质量进行检测，提前发现低临界电流的缺陷点并进行相应处理，以避免在高温超导磁体的运行过程中诱发失超。
3、通常的高温超导线圈检测主要是线圈整体临界电流测试。这种方式只能测量高温超导线圈整体的电压-电流特性，难以判断各个部分的临界电流分布情况，且局部的缺陷点容易被噪音掩盖，也就难以实施相应的处理措施。
1、本专利技术提供一种高温超导线圈临界电流分布测试系统及测试方法，用以解决现有技术中只能测量高温超导线圈整体的电压-电流特性的缺陷，实现对高温超导线圈的局域临界电流在空间中分布情况的有效测量。
2、本专利技术提供一种高温超导线圈临界电流分布测试系统，其包括电源、电压传感器、检测组件和上位机；待测高温超导线圈设置在液氮中，所述电源、电压传感器和检测组件均与所述上位机连接，所述电源用于为待测超导线圈提供电流，所述电压传感器用于检测待测高温超导线圈的整体电压；
>3、所述检测组件包括加热器和温度传感器，所述加热器用于对接触的高温超导线圈的待测部位以及待测部位的液氮进行加热，所述温度传感器用于检测待测高温超导线圈的温度值；4、所述上位机用于控制所述电源和加热器工作，获取所述电压传感器和温度传感器采集的数据，并根据获取的数据得到高温超导线圈的临界电流分布情况。
5、根据本专利技术提供的高温超导线圈临界电流分布测试系统，所述检测组件还包括支架，所述支架的一端采用圆台形结构，所述加热器和温度传感器设置在所述圆台形结构的底面上。
6、可选地，所述高温超导线圈临界电流分布测试系统还包括机械运动装置，所述机械运动装置与所述支架的另一端连接，所述上位机用于控制所述机械运动装置按照预先规划的路径移动，以带动所述加热器和温度传感器沿高温超导线圈的表面移动。
7、可选地，所述高温超导线圈临界电流分布测试系统，还包括液氮容器，所述液氮容器中注有液氮，所述液氮中设置有样品架，待测高温超导线圈固定设置在样品架上。
8、本专利技术还提供一种高温超导线圈临界电流分布测试方法，其包括以下步骤：
9、将待测高温超导线圈与电源和电压传感器连接；
10、将待测高温超导线圈淹没在液氮中；
11、在液氮温度下，通过电源给待测高温超导线圈施加从小到大的电流i1,i2,…,ij,…,ik，利用电压传感器检测对应电流的待测高温超导线圈两端的第一电压值v1,v2,…,vj,…,vk；
12、将检测组件移动至待测高温超导线圈的表面，打开加热器，对高温超导线圈上的待测部位和待测部位处的液氮进行加热，直到温度传感器检测到的待测部位的温度稳定在温度t；
13、在加热后的温度t下，通过电源给待测高温超导线圈施加从小到大的电流i1,i2,…,ij,…，利用电压传感器检测对应电流i1,i2,…,ij,…的待测高温超导线圈两端的第二电压值v1′,v′2,…,v′j,…；
14、检测过程中分别对应将第二电压值v1′,v′2,…,v′j,…与第一电压值v1,v2,…,vj,…进行比较，如果第二电压值v′j与第一电压值vj相比，电压幅值变化大于电压判据vp，或者电压相位变化大于相位判据θp，则当前施加的电流i′j即为高温超导线圈上待测部位在温度t下的临界电流；其中，电压判据vp根据需要设置为1μv～10μv中的值，相位判据θp根据需要设置为1～10中的值；
15、根据当前待测部位的温度与高温超导带材的临界电流的关系式计算得到当前待测部位在液氮温度下的临界电流；
16、上位机控制机械运动装置带着检测组件在高温超导线圈上的其余待测部位进行加热和温度检测，直到高温超导线圈表面的所有待测部位检测完毕，根据各待测部位的位置以及所述待测部位在液氮温度下的临界电流值，得到高温超导线圈在液氮温度下的临界电流的分布情况。
17、根据本专利技术提供的高温超导线圈临界电流分布测试方法，施加的所述电流小于50％ic，ic表示待测高温超导线圈的理论临界电流。
18、进一步地，所述待测高温超导线圈的理论临界电流的计算过程为：
19、根据待测高温超导线圈所使用的高温超导带材的总长度l和临界电流判据e0，计算得到待测高温超导线圈两端的电压vc，
20、vc＝e0l；
21、根据各段带材的电场积分得到待测高温超导线圈两端的电压v线圈，其中，各段带材的电场由带材的临界电流磁场特性与带材特性值得出；
22、
23、式中，e(x)表示电场，x表示带材上的积分位置与带材起始端点之间的距离，ia表示施加在待测高温超导线圈上的电流；ic(b(x,ia))表示处于磁场b(x,ia)下的高温超导带材的临界电流；n表示带材特性值；
24、持续调整施加在待测高温超导线圈上的电流ia，直到v线圈＝vc，施加在待测高温超导线圈上的电流ia即为待测高温超导线圈的理论临界电流。
25、进一步地，所述当前待测部位的温度与高温超导带材的临界电流的关系式为：
26、ic(t)＝i0*(t-tc)/(t0-tc)，
27、式中，ic(t)表示高温超导带材在温度t下的临界电流；i0表示高温超导线圈的待测部位在液氮温度t0下的临界电流，tc表示高温超导带材的超导转变温度，由高温超导带材的材质决定。
28、本专利技术还提供一种高温超导线圈临界电流分布测试方法，其包括以下步骤：
29、将待测高温超导线圈与电源和电压传感器连接；
30、将待测高温超导线圈淹没在液氮中；
31、通过电源给待测高温超导线圈施加电流im；
32、将检测组件移动至待测高温超导线圈的表面，打开加热器，对高温超导线圈上的待测部位和待测部位处的液氮进行持续加热，并利用温度传感器持续检测待测部位的温度t1,t2,…,tj,…,tk；
33、利用电压传感器检测对应温度t1,t2,…,tj,…,tk下待测高温超导线圈两端的电压如果对应温度tj下待测高温超导线圈两端的电压与温度tj-1下待测高温超导线圈两端的电压相比，电压幅值变化大于电压判据vp，或者电压相位变化大于相位判据θp，则施加的电流im即为待测高温超导线圈上待测部位在温度tj下的临界电流；其中，电压判据vp根据需要设置为1μv～10μv中的值，相位判据θp根据需要设置为1～10中的值；...
【技术保护点】
1.一种高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，包括电源、电压传感器、检测组件和上位机；待测高温超导线圈设置在液氮中，所述电源、电压传感器和检测组件均与所述上位机连接，所述电源用于为待测超导线圈提供电流，所述电压传感器用于检测待测高温超导线圈的整体电压；
2.根据权利要求1所述的高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，所述检测组件还包括支架，所述支架的一端采用圆台形结构，所述加热器和温度传感器设置在所述圆台形结构的底面上。
3.根据权利要求2所述的高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，还包括机械运动装置，所述机械运动装置与所述支架的另一端连接，所述上位机用于控制所述机械运动装置按照预先规划的路径移动，以带动所述加热器和温度传感器沿高温超导线圈的表面移动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，还包括液氮容器，所述液氮容器中注有液氮，所述液氮中设置有样品架，待测高温超导线圈固定设置在样品架上。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述测试系统的高温超导线圈临界电流分布测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的高温超导线圈临界电流分布测试方法，其特征在于，施加的所述电流小于50％Ic，Ic表示待测高温超导线圈的理论临界电流。
7.根据权利要求6所述的高温超导线圈临界电流分布测试方法，其特征在于，所述待测高温超导线圈的理论临界电流的计算过程为：
8.根据权利要求6所述的高温超导线圈临界电流分布测试方法，其特征在于，所述当前待测部位的温度与高温超导带材的临界电流的关系式为：
9.一种基于权利要求1-4任一项所述测试系统的高温超导线圈临界电流分布测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种如权利要求5-9任一项所述高温超导线圈临界电流分布测试方法的应用，其特征在于，对高温超导线圈上潜在的缺陷部位进行检测。
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【技术特征摘要】
1.一种高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，包括电源、电压传感器、检测组件和上位机；待测高温超导线圈设置在液氮中，所述电源、电压传感器和检测组件均与所述上位机连接，所述电源用于为待测超导线圈提供电流，所述电压传感器用于检测待测高温超导线圈的整体电压；
2.根据权利要求1所述的高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，所述检测组件还包括支架，所述支架的一端采用圆台形结构，所述加热器和温度传感器设置在所述圆台形结构的底面上。
3.根据权利要求2所述的高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，还包括机械运动装置，所述机械运动装置与所述支架的另一端连接，所述上位机用于控制所述机械运动装置按照预先规划的路径移动，以带动所述加热器和温度传感器沿高温超导线圈的表面移动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高温超导线圈临界电流分布测试系统，其特征在于，还包括液氮容器，所述液氮容器中注有液氮，所述液氮中设置有...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖凌峰，赵凯，高琦，
申请(专利权)人：北京原力辰超导技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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