超导交流应用测试系统及实验

介绍了作为超导交流应用测试系统的测量装置。由具有适合超导线材短样和小型超导线图测量、最大电流可达士20OA的交流电源、配套的计算机数据采集系统、低温杜瓦装置等组成。给出了对国产0．65mm的NbTi线材的一项实验结果。     

高温超导电缆低温系统数据实时监控

介绍自行研制的高温超导电缆低温系统的实时监控系统.该系统包括温度测量、压力测量、流量测量、液位测量4部分.该系统基于计算机和MCGS组态软件,具有操作简便、运行可靠、采集高效精确等优点,并通过与高温超导电缆的通电实验.结果表明,这套数据实时监控系统能满足高温超导电缆低温系统的各项参数的测量要求.该监控系统的成功研制,为类似的超导低温工程项目中数据的采集和控制提供了参考.     

紧凑式低温热交换器实验台测量系统

介绍了自行研制的紧凑式低温热交换器实验台的实时测量系统,包括温度、压力、流量测量三个方面.该系统基于计算机和力控组态软件,选用合适的传感器,采用A/D采集模块实现紧凑式低温热交换器实验台测试装置数据的实时显示和记录.测量系统具有操作简便、运行可靠等优点.用户界面具有强大的报表功能.该系统实现了低温测量和电量测量的有机结合,其经验可用于指导低温系统测量的数据采集.     

ITER CC导体接头测试装置设计与研制

根据国际热核实验反应堆(ITER)校正场线圈(CC)导体接头低温电阻的测试要求,设计并研制了一套用于超导导体接头的低温测试装置。该装置主要包括10 kA超导变压器、低温测试杜瓦、磁体失超保护系统和数据采集系统等。超导变压器的初级线圈及次级线圈采用LHe浸泡的方式进行冷却。超导变压器初级线圈电流引线采用常规铜电流引线,为增加铜的传热面积,采用编织铜引线代替铜棒引线。初级线圈外接磁体电源,利用电磁感应原理,在次级回路感应出超导导体接头测试所需的电流。已经成功进行了一次CC导体接头的低温实验,接头电阻的测试结果分别为8.4纳欧姆和9.3纳欧姆。     

基于低温制冷机的低温流体电容式密度测量

设计并搭建了一套基于G-M低温制冷机的电容式密度测量实验装置,由平行板电容器、样品流体测试腔、充排气体管路、低温制冷机、温度测量与控制单元、压力测量单元、真空绝热保护腔以及高真空排气系统八个部分组成。该系统适用温度测量范围为15—300 K,压力测量范围0.01—0.3 MPa。实验中的低温液体由常温气体经低温制冷机冷却液化得到,并蓄存在装有平行板电容器的样品测试腔内。该测试腔上开有视窗,可用于观察冷却过程中低温液体的形成及其液位。对受控压力及温度下的液氮、液氩两种低温流体的密度进行了测量,所得数据与文献实验值及美国NIST标准数据吻合良好,液相区相对偏差小于±0.5%。该密度测量系统今后可用于测量其他流体(包括混合物)在低温下的p-ρ-T数据,还有望经过改进和集成化设计后实现LNG和空分等工业领域的低温流体密度在线实时监测。     

基于Labview的激光光热法界面热阻测量系统

根据激光光热法原理,设计了一套低温下界面热阻测量系统,通过Labview操作平台实现对实验温度的精确控制以及对实验数据的自动采集记录。该实验系统能够实现低温下超导带材与导冷材料间界面热阻的测量,为研究直接冷却条件下超导磁体的应用提供实验依据。     

基于交流电位法的疲劳裂纹长度测量方法与装置

阐述了交流电位法测量疲劳裂纹长度的原理和方法,并研制了一套基于交流电位法的疲劳裂纹长度测量装置。该测量装置以LabVIEW为平台,构成了虚拟仪器系统,对数据进行采集、分析和处理,实现了可视化操作、自动测量、曲线显示和数据保存等功能。利用该设备测试了Ti1023钛合金和7055铝合金两种材料试样的疲劳裂纹扩展情况。试验结果表明:该设备的分辨率小于1μm,利用该装置可以连续测试电压随疲劳周次的变化曲线,并根据标定关系实时转换成裂纹长度随疲劳周次的变化曲线。     

烧结矿全自动在线质检系统的研制与应用

针对烧结矿质量检测时人工取样、制样、试验的传统质检模式存在样品代表性不强、检测数据准确性低、效率低等问题,安钢开发研制了烧结矿全自动在线质检系统.该系统通过工业计算机软件设置各种实验参数和实时采集处理测量结果,通过可编程逻辑控制器PLC来统一控制在线取样、分样、缩分、制样、转鼓试验及返料等一系列机械设备动作,实现烧结矿全自动在线质量检验功能.经过大量试验验证,该系统测量结果完全满足相关质检标准,同时试验频次、工作效率和劳动强度均得到大幅度改善.     

空间材料二次电子发射特性测试

空间材料的二次电子发射系数是表征航天器表面充电状态的重要参数 ,对于卫星表面带电的预测及卫星防带电设计选材具有重要的作用。为了测量空间材料二次电子发射特性 ,研制了专门的测试装置。介绍了该实验装置的主要结构、性能及技术指标等 ,通过应用计算机数据采集系统 ,并研制专门的数据处理软件 ,提高了装置的自动测量能力。实验说明 ,该装置用于空间材料的二次电子发射特性测试中测量方便、准确     

牛乳大分子含量检测实验装置的研制

研制基于激光散透比理论能快速准确检测牛乳大分子含量的实验装置。该装置利用散射光与透射光的比值表征大分子成分的含量,借助蠕动泵实现牛乳样本自动输入与输出,运用ICL7650来设计微弱信号的检测,放大电路实现散透比的测量,并以实时操作系统μC/OS-II为核心设计整个系统的软件部分。实验数据证明,该装置能够实现对牛乳大分子的快速实时测量。     

高温超导电缆实时监测系统及试验

介绍了用于10米长10．5kV／1．5kA三相交流高温超导电缆的实时监测系统。该系统采用NI分布式测量模块和数字电压表,通过计算机采集数据,能够在高温超导电缆的预冷和长时间通电运行时实时监测超导电缆中超导体的温度和循环冷却液氮的压力,能够监测超导电缆的通电电流和超导体上的电压,可以完成交流损耗试验。测量结果为研究高温超导电缆性能与相关参数变化的关系、研究高温超导电缆运行的最优条件奠定了一定的基础。     

Design and test of a simplified and reliable cryogenic system for high speed superconducting generator applications

Under the contract with Air Force Research Lab (AFRL), General Electric has successfully tested a high speed, superconducting generator for a Multimegawatt Electric Power System (MEPS). As the first successful full-power test of a superconducting generator for the Air Force, the demonstration tested the generator’s load up to 1.3 MW and over 10,000 rpm. A key component of the generator system is a closed loop cryo-refrigeration system to cool the field excitation coil at liquid neon temperature. This paper reports the design and tests of the cryogenic system, including the liquid neon dewar, cryogenic cooling loop for the high temperature superconducting (HTS) field coil and the cryostat. Performance data during both short-term load run and long-term non-load run were presented. Also, some key issues to design a reliable cryogenic system for a superconducting generator were discussed.     

高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统的研制

实用化高温超导带材(如Bi系与ReBCO高温超导复合带材)在高磁场下拥有较高的临界电流密度、宽泛的温度裕度、较强的抗粒子辐照能力及良好的机械特性,因此这类材料在加速器超导磁体系统、高场超导磁体、超导电力等方面表现出巨大的应用潜力。而作为典型的多层功能复合性材料,虽然高强度的基底层增强了高温超导带材拉伸强度,使其在强磁场、高载流条件下可以承受很高的应力,在其加工与运行过程中,不可避免地受到多种疲劳载荷的作用,从而其临界载流能力会显著地降低,进一步,会造成相应高温超导装置功能性难以达到设计标准等。该文介绍一种自主研制的高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统,基于该测试系统:一方面,可以实现对高温超导材料在低/变温、疲劳载荷等环境下力学、热学等宏观参数的实验表征研究;另一方面,可以对高温超导材料开展低温疲劳载荷环境下力-电弱化等临界特性的实验研究。利用所研制的低/变温疲劳性能测试系统,对受拉-压疲劳荷载下的YBCO超导带材的力学行为、载流特性开展了初步的实验研究,并分析了应力比、温度等外部环境因素对实验结果的影响规律等。结果表明:在相同的疲劳次数的情况下,YBCO超导带材的力学性能及载流特性与其应力比成明显的非线性关系。该测试系统的成功研制将为中国粒子加速器用高温超导磁体的设计与研发提供基础测试平台。     

Cryogenic helium gas circulation system for advanced characterization of superconducting cables and other devices

A versatile cryogenic test bed, based on circulating cryogenic helium gas, has been designed, fabricated, and installed at the Florida State University Center for Advanced Power Systems (FSU-CAPS). The test bed is being used to understand the benefits of integrating the cryogenic systems of multiple superconducting power devices. The helium circulation system operates with four sets of cryocooler and heat exchanger combinations. The maximum operating pressure of the system is 2.1 MPa. The efficacy of helium circulation systems in cooling superconducting power devices is evaluated using a 30-m-long simulated superconducting cable in a flexible cryostat. Experiments were conducted at various mass flow rates and a variety of heat load profiles. A 1-D thermal model was developed to understand the effect of the gas flow parameters on the thermal gradients along the cable. Experimental results are in close agreement with the results from the thermal model.     

Operational Characteristics of the 200-m Flexible Cryogenic Transfer System

A proper cryogenic environment is essential for the operation of superconducting devices. A test area for the superconducting radio-frequency modules (SRF) has been established in the RF laboratory at National Synchrotron Radiation Research Center in Taiwan; these modules require much liquid helium during conditioning and performance tests; a cooling capacity of 120 W is expected for the acceptance test of the SRF module. The cryogenic environment of the test area is completed on transferring the liquid helium over a remarkable length of 205 m from the two cryogenic plants at Taiwan Light Source, with a valve box located at each end to control and to measure the cryogenic flow. Flexible cryogenic transfer lines of concentric four-tube type are chosen for both the supply of liquid helium and the return of cold helium gas. Functional examination of this long transfer system was first achieved with a 500-L Dewar in the radio-frequency laboratory; an SRF module was then installed in the test area for practical operation. The primary concern about the cryogenic transfer system is the heat loss; a measurement technique based on the principle of thermodynamics is developed and proposed herein. With the available sensors inside the valve boxes and the heaters inside the 500-L Dewar and the test SRF module, this technique has proved promissing from the measured results.     

用于环形正负电子对撞机探测器超导磁体的小型氦虹吸回路实验与数值模拟研究

在探测器超导磁体的低温系统预研中,搭建了小型的氦虹吸冷却回路实验系统,进行了气-液两相沸腾和传热特性实验研究,并利用VOF多相流模型模拟计算了氦的热虹吸自然冷却循环过程和过热烧干过程。在相同条件下,模拟计算结果与实验数据进行了比较,模拟计算得到的的温度分布、璧面过热度与实验测量数据符合度较好。     

EAST超导托卡马克热负荷波动对低温系统液氦槽的影响

EAST超导托卡马克的纵场和极向场磁体均采用NbTi超导材料,由3.8 K超临界氦冷却.在托卡马克实验运行时,极向场的放电脉冲和等离子体破裂产生的交流损耗带来的热负荷增加,经过超临界氦流带到低温系统控制阀箱内的液氦槽和过冷槽,造成槽内的液氦蒸发量增加.蒸发的氦回到制冷机中,从而影响制冷机的稳定运行.通过对实际超临界管道和液氦槽、过冷槽中换热过程建立换热模型,进行热工分析,分析液氦槽和过冷槽中的压力等参数的变化,指导低温系统的设计.