专利名称：测量低温超导线材扭距的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于超导材料性能测量技术领域，涉及一种测量低温超导线材扭距的方法及其装置。
背景技术：
以NbTi和Nb3Sn为代表低温超导线材是目前应用最广泛的超导体。在核磁共振成像仪(MRI )、核磁共振谱仪(NMR)、大型粒子加速器及超导储能系统(SMES)，磁约束核聚变装置(Tokamak)等多个领域有着极其广泛的应用。实用超导线材设计普遍采用将超导材料细丝化并嵌入电和热的良好导体材料(如铜、铝等)中并在最终成型前对线材进行扭转的方法。未经扭转的线材很不稳定，在电流流经特定的长度后，它内部所有芯丝会完全耦合起来，类似一根很粗的芯丝在作用。而扭绞工艺则打破了这种耦合，可大大降低耦合效应，减少磁通跳跃，从而达到降低损耗，增加线材的稳定性的目的。 而今，随着国内低温超导线材大规模生产的展开，线材种类增加，面向的客户群也在日益增大。很大部分的客户都要求对最终成品线材的扭绞节距(后简称扭距)提出了明确的要求。而在早期的研发阶段，通常只有扭转线材时设定扭绞机时参数时给出的名义扭距。线材再经过最终成型后实际扭距的测量成为了难点。现有的国际上普遍采用镶样并在至少一个节距范围内连续拍摄多张扫描电镜图片，按比例打印后，仔细拼接，测量整数倍扭距长度并除以放大倍数的方法，其缺点是操作工序繁复，对测量设备要求很高，测量周期长，一般需要一天甚至几天才能完成，一般工人无法经过短期培训掌握。

发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种测量低温超导线材扭距的方法及其装置，解决了现今采用的扫描电镜拍摄截面方法的繁杂，设备要求高，不易掌握，测量周期长等问题。技术方案一种测量低温超导线材扭距的方法，其特征在于步骤如下步骤I :取一段被测线材样品，将被测线材样品拉紧；步骤2 :将被测线材样品中部进行弯曲后浸入体积比40%飞0%的硝酸溶液中进行腐蚀,直至内部芯丝分散；步骤3 :将腐蚀完的被测线材样品取出，用流动水反复冲洗，再以酒精脱水后静置自然风干，或用热风温和吹干；步骤4 :将被测线材样品再次拉紧，测量被腐蚀部分长度I ;步骤5 :旋转被测线材样品的一端使得线材芯丝扭绞被解开，所有芯丝呈平行状；
记录旋转的角度Θ ,计算扭距Lp =丄，其中《 =
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一种实现所述测量低温超导线材扭距的方法的装置，其特征在于包括滑块I、支撑杆2、角度指示盘3和转动旋钮4 ;支撑杆2为带槽口的圆管，滑块I嵌入圆管中，与支撑杆2呈滑动连接；支撑杆2的一端设有角度指示盘3和转动旋钮4 ;所述滑块I和转动旋钮4的中心设有通孔，通孔边缘设有固定被测线材的螺钉；所述支撑杆2的槽口尺寸小于支撑杆2的直径。有益效果本发明提出的一种测量低温超导线材扭距的方法及其装置，适用于直径在
O.2mnT2mm (或与之截面等同的矩形截面线材)之间，芯丝直径在3 μ πΓ50 μ m的NbTi与Nb3Sn多芯复合超导线材扭距测量。本发明方法简便、且缩短了测量周期(测量一个样品约半小时到一小时)，可重复性好。采用本发明方法进行扭距测量，可操作性强，一般工人经过简单培训就能掌握，提高了产品性能检测的效率。解决了国内低温超导线材扭距检测难的问题。


图I :原理不意图；图2 :辅助装置设计示意图；图3 :辅助装置实物图测量线径O. 2mnT2mm，扭距<50mm ；图4 :扭距测量过程a)装样b)弯曲样品准备腐蚀c)腐蚀d)腐蚀区长度测量e)旋转样品一端；图5 =Nb3Sn样品扭距测量前准备过程a)样品b)腐蚀外层铜c)腐蚀后样品d)阻隔层打磨。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述第一部分说明本发明方法原理及完整的步骤一、测量原理多芯低温超导线材是由几十根甚至成千上万根超导芯丝嵌入铜基体复合而成。超导线材经过扭绞之后，它内部的芯丝也会按照特定的扭距发生规律性扭转。本发明利用低温超导线材的这一特点，设计实验1.首先将样品两端固定(图la)，把样品中间部分用硝酸腐蚀掉铜基体，留下一根根芯丝清晰可分，并测量腐蚀部分长度I (图lb);2.其次旋转样品一端(图lc)，直至扭转的芯丝平行(图ld)，记录扭转角度Θ，并计算出扭转圈数
n = -^― 3.计算扭距& =丄。
^bOη二、辅助装置设计与制作为了实施上述测量方案，发明人设计了一件辅助装置，见图2，作用如下1.拉直并固定样品，使样品不会在整个操作过程中自行旋转。组件A与组件B上设计有固定线材的螺丝；2. —端设计可选的既能固定又能灵活转动两用装置。组件B与组件C之间设置有一个定位楗，定位楗拔开后组件B即可自由转动；插上后，组件B在组件C上固定。3.并附有角度指示表盘，组件B上刻有指示线，可方便读出旋转角度。装置的尺寸可根据测量线材具体情况进行设定。制作材料选择由于装置难免会接触或是被溅射到强酸，最优选择是各种耐酸的材料。比如发明人采用的聚四氟乙烯，既耐酸，又轻便；也可采用可耐强酸的Ti合金材料
坐寸ο图3是发明人用作测量线径O. 2mnT2mm左右，扭距<50mm的超导线材扭距的辅助装置实物图，如需要测量扭距大于50mm线材，需加大组件D的长度。三、测量步骤具体操作步骤如下步骤I :装样 将组件A推至与组件D—端对齐，以螺栓固定。取一段线材样品，清洗干净，穿过组件A与B的中间小孔，小孔直径为2mm。拉紧线材后将它两端绕在螺栓上，拧紧；装样完毕。注意如果样品线径在Imm以下，可在线材两端穿上适合大小的塑料软管，再穿过小孔，这样线材不会在小孔中大幅晃动。另外为了防止强酸过多腐蚀样品，在预计要腐蚀的区域两端套上紧贴线材的塑料软管保护，见图4a)；步骤2 :腐蚀松开固定组件A的螺栓，将它推至中间，同时弯曲样品，以螺栓将组件A固定，见图 4b)；将样品弯曲部分浸入体积比40%飞0%的硝酸溶液中，直至内部芯丝完全分散开，无粘结。见图4c)；步骤3 :清洗与干燥将腐蚀完的样品取出，用流动水反复冲洗，再以酒精脱水。样品可选择静置自然风干，或用热风温和吹干。步骤4 :测量待样品完全干透后，将组件A推回置装置一端位置，用螺栓定位并拧紧。此时组件A处于和步骤I相同位置。测量被腐蚀部分长度1，图4d)。松开组件B与组件C的定位楗，观察线材扭绞方向，若是右旋则顺时针旋转组件B，见图4e)，反之亦反。边旋转边观察，直至线材芯丝扭绞被完全解开，即所有芯丝呈平行状。判断扭绞是否完全解开的方法如下取一薄硬纸片，在芯丝可见一端挑起一缕芯丝，向另一端滑动，可直接到达另一端对应位置时即芯丝完全平行。记录旋转的角度Θ。并计算出扭距!^第二部分结合具体案例说明方法的可行性以ITER用Φ0. 73mm，芯丝直径8 μ m，2600芯的NbTi/Cu复合线材扭距测量为例。步骤I :装样将组件A推至与组件D—端对齐，以螺栓固定。取一段线材样品，清洗干净，由于线材直径较小，两端穿上塑料软管再穿过组件A与B的中间小孔，拉紧线材后将它两端绕在螺栓上，拧紧。步骤2 :腐蚀松开固定组件A的螺栓，将它推至中间，同时弯曲样品，以螺栓将组件A固定。将样品弯曲部分浸入体积比60%的硝酸溶液中，浸泡20分钟后取出，内部芯丝完全分散开，且无粘结。步骤3 :清洗与干燥将腐蚀完的样品取出，用流动水反复冲洗，再以酒精脱水。以热风缓缓吹样品约3分钟，样品完全干燥。步骤4 :测量将组件A推回置装置一端位置，用螺栓定位并拧紧。此时组件A处于和步骤I相同位置。测量被腐蚀部分长度I = 131. 2mm。松开组件B与组件C的定位楗，观察线材扭绞方向，线材右旋，顺时针旋转组件B。取一硬纸片按第二部分中介绍的方法判断，所有芯丝已呈平行状，记录旋转圈数9圈，表盘读数284°，总角度Θ = 3524°。并计算出扭距Lp = 13. 4mm。线材的设计扭距在 13. 3mnTl3. 6mm之间。实测值在它范围之内。第三部分有效性证明取一根ITER用Φ0. 73mm，芯丝直径8 μ m，2600芯的NbTi/Cu复合线材，截成四段，
四个操作人员按照第二部分步骤进行测量，证明它可重复性与精度，结果如下
权利要求
1.一种测量低温超导线材扭距的方法，其特征在于步骤如下 步骤I:取一段被测线材样品，将被测线材样品拉紧； 步骤2 :将被测线材样品中部进行弯曲后浸入体积比40%飞0%的硝酸溶液中进行腐蚀，直至内部芯丝分散； 步骤3 :将腐蚀完的被测线材样品取出，用流动水反复冲洗，再以酒精脱水后静置自然风干，或用热风温和吹干； 步骤4 :将被测线材样品再次拉紧，测量被腐蚀部分长度I ; 步骤5 :旋转被测线材样品的一端使得线材芯丝扭绞被解开，所有芯丝呈平行状；记录旋转的角度Θ，计算扭距& = ^·，其中》= -77。 η360
2.一种实现权利要求I所述测量低温超导线材扭距的方法的装置，其特征在于包括滑块(I)、支撑杆(2)、角度指示盘(3)和转动旋钮(4);支撑杆(2)为带槽口的圆管，滑块(I)嵌入圆管中，与支撑杆(2)呈滑动连接；支撑杆(2)的一端设有角度指示盘(3)和转动旋钮(4);所述滑块(I)和转动旋钮(4)的中心设有通孔，通孔边缘设有固定被测线材的螺钉；所述支撑杆(2)的槽口尺寸小于支撑杆(2)的直径。
全文摘要
本发明涉及一种测量低温超导线材扭距的方法及其装置，其特征在于支撑杆为带槽口的圆管，滑块嵌入圆管中，与支撑杆呈滑动连接；支撑杆的一端设有角度指示盘和转动旋钮；所述滑块和转动旋钮的中心设有通孔，通孔边缘设有固定被测线材的螺钉；所述支撑杆的槽口尺寸小于支撑杆的直径。本发明方法简便、且缩短了测量周期(测量一个样品约半小时到一小时)，可重复性好。采用本发明方法进行扭距测量，可操作性强，一般工人经过简单培训就能掌握，提高了产品性能检测的效率。解决了国内低温超导线材扭距检测难的问题。
文档编号G01L3/00GK102841023SQ201210278929
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者高慧贤 申请人:西部超导材料科技股份有限公司