[发明专利]高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置及方法，属于超导陶瓷材料性能测试的技术领域。

背景技术

高温超导(HTS)单畴块材自发现以来，得到各国高度重视。在磁悬浮列车、飞轮储能系统、发电机用马达、故障限流器、污水处理等方面有着很好的应用前景，已逐步从实验室开始转向工业化。对工业应用来说，块材超导体有两个重要的材料特性。其中一个是磁悬浮力，它决定了超导块材所能承受的悬浮重量；另一个是俘获磁通密度，它决定了超导块材能够产生的最大磁场。比起常规磁体，目前得到的高温超导俘获场都远远超过常规永磁体的磁场极限，使高温超导体成为非常有希望的新一代永磁材料。

这些数值强烈地依赖于测试方法，因此，我国迫切需要建立与国际接轨的关于块状超导体性能测试的国家标准。2007年，中国国家标准化管理委员会批准发布了《块状氧化物超导体磁浮力的测量》的国家标准(GB/T21115-2007)。目前我国也打算将IEC61788-9国际标准《SUPERCONDUCTIVITY-Measurements for bulk high temperature superconductors-Trapped flux density of large grain bulk oxide superconductors》（《超导电性：块状高温超导体的测量-大晶粒氧化物超导体的俘获磁通密度》）转化为国家标准。制定高温超导单畴块材俘获磁通密度测试的国家标准正是本发明任务来源。

Virtual Instrument(VI)虚拟仪器，突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，用软件算法代替电子线路，充分发挥了计算机的长项。把传统仪器的后两部分(信号处理、结果表达与仪器控制)用计算机软件来实现，而不再采用硬件（电子线路）来实现。美国国家仪器公司(NI)推出的Labview正是基于这种思想开发出来的软件，其依靠图形化编程进行数据采集和仪器控制，广泛地被工业界、学术界和研究生实验室接受。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足之处，提供一种高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置及方法，能高效且方便地测量出俘获磁场超导特性，为进一步高温超导体应用特性的研究和机理理论分析提供了强大的实验技术方案。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置，包括一个呈密封桶体的强磁体装置、置于该装置中的低温杜瓦瓶和围绕该瓶的超导强磁体，其特征在于：

（1）有一个三维支架的垂直杆下端伸入所述低温杜瓦瓶内，与放置在该瓶内的高温超导单畴块材样品相靠近并且与所述样品上表面保持垂直，一个上位机联接一个步进电动机驱动器，该步进电动机驱动器通过3个RS232输出端口与所述三维支架的3个RS232端口相联接，驱动所述三维支架中的三个步进马达使垂直杆作x、y、z轴方向的三维移动；

（2）所述三维支架的垂直杆下端临近样品上表面装有一个低温霍尔探头，用于采集显示所述样品表面垂直方向的磁通冻结场，该探头通过15针D-sub接口的电缆线联接至一个高斯测量仪，并且该高斯测量仪与所述上位机相连接；所述强磁体装置内部装有温度传感器，用来实时监测所述超导强磁体的温度，该温度传感器由所述强磁体装置桶体表面的16针D-sub接口引出，通过电缆线联接至一个数字多用表的20通道多路传输接口，并且该数字多用表与所述上位机相连接；

（3）有一个压缩制冷机和一个分子真空泵连接所述强磁体装置，对其制冷和抽真空；有一个磁体电源接通所述超导强磁体的线圈，用于产生充磁场。

所述上位机采用装有美国国家仪器公司开发的软件Labview2009的PC机，所述步进电动机驱动器采用美国国家仪器公司的MID-7604/7602型步进电动机驱动器，所述高斯测量仪采用Lake Shore Cryotronics, Inc.公司的Model455DSP型高斯测量仪，所述低温霍尔探头采用Lake Shore Cryotronics, Inc.公司的HMCA-2560-WN型低温霍尔探头，所述数字多用表采用Keithley Instrument, Inc.公司的Model 2700型数字多用表，所述超导强磁体采用Cryogenic Limited.公司的5T NbTi超导线圈强磁体，所述压缩制冷机采用Sumitomo Heavy Industries, Ltd.公司F-50型压缩制冷机，所述分子真空泵采用Edwards公司的EXPT型分子真空泵。