[发明专利]一种用于密绕型超导线圈降温过程中线圈温度测量的方法

说明书

技术领域

本发明属于超导技术领域，特别涉及一种用于密绕型超导线圈降温过程中线圈整体温度测量的方法。

背景技术

超导技术作为21世纪新兴技术，已经广泛运用与国民经济、科学实验、国防军工等众多领域，其产业规模也越来越大。

超导是指某些物质在一定温度条件下电阻降温零的性质，因此超导线圈工作在极低的温度下。超导线圈作为超导磁体的核心部件，一直备受关注，其安全稳定性也是研究的重点。在超导线圈制造完成后，一般都需对其先进行低温下电性能测试后，再进行超导磁体的组装调试。在实际工程中，对超导线圈的冷却主要由两种方式，一种为干冷式，即通过制冷剂直接进行冷却超导线圈，第二种为浸泡式，即将超导线圈完全浸泡在液氦中进行冷却。无论采用何种冷却方式，其目的都是将超导线圈冷却至所需温度，满足其超导态的需求。

超导磁体造价昂贵，在使用之前需对其进行测试。超导线圈运行在极低的温度下进行降温过程中，温度过快，则容易对线圈造成损伤；降温过慢，将带来额外不必要的经济和时间浪费，因此在线圈降温过程中，需对线圈整体温度进行检测。

常用的测量线圈温度的方法为通过进出口温度来间接反映线圈槽内的大概温度，或通过在线圈表面布置温度传感器的方法对线圈温度进行测量。此类方法都只能大概测量线圈温度，不能全面的测量线圈的整体温度，对于降温过程的控制来说并不直接有效。

对于密绕型超导线圈，其为多层多匝结构，整体结构紧密，图1为线圈截面示意图。线圈内部紧密，无法布置温度传感器对线圈温度进行测量。鉴于此，需要设计一种专门的线圈整体温度检测方法。

发明内容

针对超导线圈测试时降温过程中线圈温度测量的需求，本发明提出了一种用于密绕型超导线圈整体温度测量的方法，主要通过实时测量线圈整体电阻，再通过线圈电阻与温度之间的关系计算线圈的整体温度，该方法不仅可以避免密绕型线圈中无法布置温度计的难题，同时也避免了因温度测量不均而无法确定线圈是否整体达到运行所需温度的困难，具有重要的工程实际意义。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于密绕型超导线圈降温过程中线圈温度测量的方法，该方法包括下述步骤：

(1)理论计算超导线圈整体电阻与温度直接的关系，得出R-T关系式；

(2)线圈降温过程中每隔30分钟通过测量装置对线圈电阻进行测量一次；

(3)将线圈的测量电阻与R-T关系式进行对比，计算线圈的实时温度；

(4)将线圈的整体温度反馈给低温系统，从而调节降温方案；

(5)实时拟合线圈温度和电阻的关系式，观测线圈降温曲线。

所述测量装置包括通过超导线绕制而成、且位于低温环境区域内的超导线圈；超导线两端头处引出分别与电流引线的低温超导段进行焊接，电流引线位于低温环境区域内；两个电流引线再通过导线与供电电源正负连接；超导线两端头处分别引出两根测量线，四根测量线分别接入测电阻设备，测电阻设备位于低温环境区域外。

本发明的有益效果：本发明提出通过测量超导线圈电阻的方式对线圈温度进行整体测量，通过在电流引线的端头处测量线圈的电阻值，再根据温度与电阻之间的关系式，计算线圈的实时温度，从而测量线圈整体的温度，实现对线圈温度的实时测量。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为密绕型超导线圈截面示意图；

图2为本发明线圈整体温度测量示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于密绕型超导线圈降温过程中线圈温度测量的装置，如图2所示，包括通过超导线3绕制而成，且位于低温环境区域2内的超导线圈1；

超导线3两端头处引出分别与电流引线4的低温超导段进行焊接，电流引线4位于低温环境区域2内；两个电流引线4再通过导线5与供电电源6正负连接；

超导线3两端头处分别引出两根测量线8，四根测量线8分别接入测电阻设备7，测电阻设备7是由KEITHLEY 2400恒流源和KEITHLEY 2182A的纳伏表组成，通过四线法测电阻可避免引线电阻对整体测量的影响，恒流源、纳伏表分别是用来测电流和电压，测电阻设备7位于低温环境区域2外；