CN110608966A - 一种利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，包括如下步骤：完成分丝确保张力稳定；将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h，并计算出网格数N；完成编织后将样线固定至线密度取样设备，拉直后剪断，获得1m带编织层样品，将编织层脱落称重获得1m编织层样品重量G；将N和G带入公式即可计算出参数C；在待测线材外端取1.5m带编织层样线，拉直剪断将编织层脱落称重获得G′，计算出格子数变化比P。本发明作用是可使检测工作数量化，操作简单化，流程标准化，解决了因测量人员和测量方法不同而导致的人为的不稳定性因素，能够将极大的提升编织质量，减少因为张力变化等造成隐形的编织不规则。

Description

一种利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种检测超导线材绝缘编织质量的方法。
背景技术
低温超导线材是目前应用最广泛的超导体材料，其中以NbTi和Nb3Sn为代表。它们被广泛应用于核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、大型粒子加速器及超导储能***(SMES)，磁约束核聚变装置(Tokamak)等的磁体绕制。为了确保磁体运行的安全性，低温超导线材外表面需要包覆绝缘材料，MRI中超导线材的绝缘材料是通过编织获得的，其中常用的编织绝缘材料为高性能涤纶丝和玻璃丝。编织过程中通常会出现编织材料张力不稳定，收线放线速度不匹配等设备原因，导致编织线材出现编密编稀等现象，直接影响编织线材的尺寸及耐电压性能。编织层频繁出现编密编稀现象会导致线材尺寸不稳定，无法保证磁体绕制线材时绕制线圈的每层匝数和宽度要求；另外编织层较稀还会导致耐电压性能降低，使磁体无法稳定运行。因此，超导线材绝缘编织质量成为MRI超导线材一项重要的性能指标。
发明内容
针对现有技术中超导线材编织过程中，通常会因为编织机线股张力失去控制，收线放线速度不稳定等设备原因造成绝缘编织层出现编密或编稀现象，问题出现后如不干涉，编织将会有规律的进行编织，直至结束，造成整体质量问题的技术问题，本发明提供了一种利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，能够适应矩形截面或圆形截面，能够适应不同材料的超导线材——NbTi线材、内锡法Nb3Sn线材和青铜法Nb3Sn线材的绝缘编织质量检测。通过对1m编织层的检测即可检测整支线材的绝缘编织质量，作用是可使检测工作数量化，操作简单化，流程标准化。解除了因测量人员和测量方法不同而导致的人为的不稳定性因素，在超导线材绝缘编织领域具有广泛适用性广。
本发明提供了一种利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，包括如下步骤：
(1)完成线梭涤纶丝分丝，确保分丝张力非常稳定。
(2)选择一台运行稳定的编织机，擦拭干净后，按编织工艺要求完成编织准备工作，包括裸线穿线，齿轮和涤纶丝线梭安装。
(3)将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h，计算获得N。
(4)继续进行编织，完成线材编织后，将已编织线材两头固定。
(5)戴一次性塑料手套后，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后剪断，获得1m带编织层样品，将编织层脱落，完成1m编织层取样；
(6)称重步骤(5)的样品获得1m编织层样品重量G。
(7)将N和G带入公式即可计算出参数C。
(8)戴一次性塑料手套后，在待测线材外端取1.5m带编织层样线，确保编织层两端固定好，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后方可剪断，将编织层脱落，完成1m编织层取样，对1m编织层称重获得G′。
(9)将已获得的C，G，G′带入公式即可计算出格子数变化比P，P＞0说明存在编密现象，P＜0，说明存在编稀现象。
本发明中，完成16个线梭各50m涤纶丝分丝；完成20m线材编织后，将已编织线材两头固定；每隔3m完成1次取样，共计5个1m带编织层样品，将编织层脱落，完成1m编织层取样；采用电子天平完成5个编织层的称重，平均值即为G；将N和G带入公式即可计算出参数C。
本发明中，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h通过公式(2)计算获得N；采用电子天平完成5个编织层的称重平均值即为G；将N和G带入公式(7)即可计算出参数C。
本发明中，1m编织层样品放入体积测量装置测量体积，通过理论密度获得1m编织层样品重量G，所述体积测量装置包括检测罐、检测液罐和管道，所述的检测罐和检测液罐底部通过管道连通，管道中部下面设有伸缩杆，管道上设有阀门，检测罐一侧设有豁口，豁口处设有密封板，密封板通过检测罐底部伸出，检测罐上和豁口相对的一侧设有测量管，测量管和检测罐通过软管连通。
本发明中，伸缩杆和测量管上设有刻度。
本发明中，检测液罐内部设有压板，压板上设有把手。
本发明中，伸缩杆固定处的管道上设有开孔。
本发明中，测量管底部侧壁设有密封塞。
本发明中，测量管为酸式滴定管，酸式滴定管上部通过橡胶管和检测罐连通。
本发明中，伸缩杆顶部与测量管和检测罐连接口下沿持平。
通过编织层重量检测超导线材编织质量的原理
超导线材编织过程中，通常会因为编织机线股张力失去控制，收线放线速度不稳定等设备原因造成绝缘编织层出现编密或编稀现象，问题出现后如不干涉，编织将会有规律的进行编织，直至结束，这时取1m线材的编织层即可代表整支线材的编织规律。
取1m线材的编织层，其重量可通过公式(1)计算得出：
其中G为1m编织层重量，m为编织机总锭子数，l为1m编织层单股丝长度，ρ为单股丝线密度，C1为裸线周长，h为编织节距，μ为编织交叉增长系数。
而编织层的疏密可通过编织层网格数N(长度1inch的编织层所包含的格子数)很直观的表达出来。网格数N和编织节距间关系见公式(2)：
因此公式(1)可变型为公式(3)：
其中为常数。 公式(3)
令C3＝m×μ×ρ,也为常数，则公式(3)可变型为公式(4)：
对等号左右两边同时求偏微分，则有公式(5)：
因此则有关系如公式(6)：
最后可通过公式(7)计算出1inch编织层格子数变化比P，代表整支线的格子数变化比，即可代表线材的绝缘编织质量。
其中
因此对于任意一支线材，P可通过公式(8)计算得出：
P＝C×(G′-G) 公式(8)
其中G′为1m编织层重量实测值，G为1m编织层重量理论值。
对1m编织层称重获得G′。
将已获得的C，G，G′带入公式(8)即可计算出格子数变化比P，P＞0说明存在编密现象，P＜0，说明存在编稀现象。
本发明的有益效果:
本发明提供的一种利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，通过对少量编织层数据的检测即可检测整支线材的绝缘编织质量，作用是可使检测工作数量化，操作简单化，流程标准化，解决了因测量人员和测量方法不同而导致的人为的不稳定性因素，能够将极大的提升编织质量，减少因为张力变化等造成隐形的编织不规则，在超导线编织领域适用性广泛。
附图说明
图1为本发明的编织节距测量图；
图2为本发明1m编织层取样图；
图3为本发明的编织层称重图；
图4为本发明的体积测量装置结构示意图一；
图5为本发明体积测量装置结构示意图二。
图4-5中，1-检测罐、2-检测液罐、3-伸缩杆、4-管道、5-阀门、6-测量管、7-密封板、8-刻度、9-开孔、10-压板、11-把手。
具体实施方式
下面结合附图1-5和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，但本发明的方法不限于下述实施例。
实施例一：本发明利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法
本发明提供的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，包括如下步骤：
(1)完成线梭涤纶丝分丝，确保分丝张力非常稳定。
(2)选择一台运行稳定的编织机，擦拭干净后，按编织工艺要求完成编织准备工作，包括裸线穿线，齿轮和涤纶丝线梭安装。
(3)将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h，计算获得N。
(4)继续进行编织，完成线材编织后，将已编织线材两头固定。
(5)戴一次性塑料手套后，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后剪断，获得1m带编织层样品，将编织层脱落，完成1m编织层取样；
(6)称重步骤(5)的样品获得1m编织层样品重量G。
(7)将N和G带入公式即可计算出参数C。
(8)戴一次性塑料手套后，在待测线材外端取1.5m带编织层样线，确保编织层两端固定好，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后方可剪断，将编织层脱落，完成1m编织层取样，对1m编织层称重获得G′。
(9)将已获得的C，G，G′带入公式即可计算出格子数变化比P，P＞0说明存在编密现象，P＜0，说明存在编稀现象。
实施例二：本发明利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法
本发明中，完成16个线梭各50m涤纶丝分丝；完成20m线材编织后，将已编织线材两头固定；每隔3m完成1次取样，共计5个1m带编织层样品，将编织层脱落，完成1m编织层取样；采用电子天平完成5个编织层的称重，平均值即为G；将N和G带入公式即可计算出参数C。
本发明中，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h通过公式(2)计算获得N；采用电子天平完成5个编织层的称重平均值即为G；将N和G带入公式(7)即可计算出参数C。
实施例三：本发明体积测量装置
本发明中，1m编织层样品放入体积测量装置测量体积，通过理论密度获得1m编织层样品重量G，所述体积测量装置包括检测罐1、检测液罐2和管道4，所述的检测罐1和检测液罐2底部通过管道4连通，管道4中部下面设有伸缩杆3，管道4上设有阀门5，检测罐1一侧设有豁口，豁口处设有密封板7，密封板7通过检测罐1底部伸出，检测罐1上和豁口相对的一侧设有测量管6，测量管6和检测罐1通过软管连通。
本发明中，伸缩杆3和测量管6上设有刻度8。
本发明中，检测液罐2内部设有压板10，压板10上设有把手11。
本发明中，伸缩杆3固定处的管道4上设有开孔9。
本发明中，测量管6底部侧壁设有密封塞。
本发明中，测量管6为酸式滴定管，酸式滴定管上部通过橡胶管和检测罐1连通。
本发明中，伸缩杆3顶部与测量管6和检测罐1连接口下沿持平。
测量时将通过压板将检测液罐内的检测液压入到检测罐1中，待测量管6内流出液体时停止，关闭阀门5，将测量管旋转向上，将密封板7调节到合适高度，将待测样品放入到检测罐1中，轻轻晃动，使得样品沉入检测液中，放下测量管6让高出测量管6的检测液流入测量管6中读数获得体积。
实施例四：本发明利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法
本发明利用编织层重量检测圆形Nb3Sn线材玻璃丝编织质量，步骤如下：
(1)按要求选择规格为24tex的玻璃丝完成16个线梭各50m分丝，分丝完成后，每个线梭表面非常光滑。
(2)选择一台运行非常稳定的编织机，擦拭干净后。按工艺要求取了一支名义直径为Ф1.30mm的Nb3Sn裸线，并完成裸线穿线，齿轮和玻璃丝线梭安装。
(3)将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h为7.32mm，通过公式(2)计算得N为27.76。
(4)继续进行编织，完成20m线材编织后，将已编织线材两头固定。
(5)戴一次性塑料手套后，采用线密度取样设备完成已编织线材的5个1m样线取样(每隔3m完成1次取样)，并脱落编织层，完成1m编织层取样。
(6)采用电子天平完成5个编织层的称重分别为0.4147g，0.4149g，0.4145g，0.4152g，0.4149g，取平均值得G为0.4148g。
(7)将N和G带入公式(7)计算得参数C为0.0623m/g。
(8)戴一次性塑料手套后，在3支待测线材(线材1，线材2，线材3)外端分别取1.5m带编织层样线，确保编织层两端固定好。
(9)将3支样线依次固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后剪断，并脱落编织层，分别命名为编织层1，编织层2，编织层3。
(10)在电子天平上完成3个编织层的称重，各称3次，编织层1重量分别为0.4233g，0.4230g，0.4235g；编织层2重量分别为0.4547g，0.4552g，0.4549g；编织层3重量分别为0.4392g，0.4397g，0.4389g；分别取平均值得G′1为0.4233g，G′2为0.4549g，G′3为0.4393g。
(11)将已获得的C，G，G′带入公式(8)即可计算出格子数变化比P，分别为P1＝0.090％，P2＝0.427％，P3＝0.261％。所以3支线材均不同程度编密。
实施例五：本发明利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法
本发明利用编织层重量检测矩形NbTi线材涤纶丝编织层质量，步骤如下：
(1)按要求选择规格为(226+226)dtex的涤纶丝完成16个线梭各50m分丝，分丝完成后，每个线梭表面非常光滑，张力稳定。
(2)选择一台运行非常稳定的编织机，擦拭干净后。按工艺要求取了一支名义规格为(1.978*1.173)mm的NbTi裸线，并完成裸线穿线，齿轮和涤纶丝线梭安装。
(3)将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h为12.10mm，通过公式(2)计算得N为16.79。
(4)继续进行编织，完成20m线材编织后，将已编织线材两头固定。
(5)戴一次性塑料手套后，采用线密度取样设备完成已编织线材的5个1m样线取样(每隔3m完成1次取样)，并脱落编织层，完成1m编织层取样。
(6)采用电子天平完成5个编织层的称重分别为0.8043g，0.8018g，0.8033g，0.8037g，0.8035g，取平均值得G为0.8033g。
(7)将N和G带入公式(7)计算得参数C为0.1064m/g。
(8)戴一次性塑料手套后，在3支待测线材(线材1，线材2，线材3)外端分别取1.5m带编织层样线，确保编织层两端固定好。
(9)将3支样线一次固定至线密度取样设备(取1m样线)，确保线材处于拉直状态后，剪断，并脱落编织层，分别命名为编织层1，编织层2，编织层3。
(10)在电子天平上完成3个编织层的称重，各称3次，编织层1重量分别为0.8147g，0.8145g，0.8148g；编织层2重量分别为0.8618g，0.8220g，0.8621g；编织层3重量分别为0.7953g，0.7957g，0.7954g；分别取平均值得G′1为0.8147g，G′2为0.8620g，G′3为0.7955g。
(11)将已获得的C，G，G′带入公式(8)即可计算出格子数变化比P，分别为P1＝0.121％，P2＝0.625％，P3＝-0.083％。所以线材1略微编密，线材2编密较严重，线材3略微编稀。
实施例六：本发明利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法有效性验证
为了展示此方法的有效性，特具体说明MRI用NbTi或内锡法Nb3Sn线材编织层使用本发明实施例一检查方法检测绝缘编织质量检测结果。
编织层称重检测绝缘编织质量过程如下:
步骤1：按要求选择对应规格涤纶丝完成16个线梭各50m分丝，确保分丝张力非常稳定。
步骤2：选一台运行非常稳定的编织机，擦拭干净。按工艺要求取一段长度名义直径规格在0.5mm～5mm的NbTi或Nb3Sn裸线，完成裸线穿线，齿轮和涤纶丝线梭安装。
步骤3：将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h，如说明书附图1所示，通过公式(2)计算获得N。
步骤4：继续进行编织，完成20m线材编织后，将已编织线材两头固定。
步骤5：戴一次性塑料手套后，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后方可剪断，每隔3m完成1次取样，共计5个1m带编织层样品，如说明书附图2所示，将编织层脱落，完成1m编织层取样。
步骤6：采用电子天平完成5个编织层的称重，如说明书附图3所示，取平均值即为G。
步骤7：将N和G带入公式(7)即可计算出参数C。
步骤8：戴一次性塑料手套后，在待测线材外端取1.5m带编织层样线，确保编织层两端固定好。
步骤9：将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后方可剪断，将编织层脱落，完成1m编织层取样。
步骤10：在电子天平上完成编织层的称重，称3次，并记录数据，取平均值即为G′。
步骤11：将已获得的C，G，G′带入公式(8)即可计算出格子数变化比P，P＞0说明存在编密现象，P＜0，说明存在编稀现象。
为了证明本方法的可靠性与稳定性，将同一支线材连续位置进行1m编织层重量测量，采用体积测量装置和线密度取样设备，不同操作人员严格按上述步骤操作，测得1m编织层重量见下表：
计算1m编织层重量测试结果的变化系数COV(标准偏差除以测定结果的平均值)为0.10％。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)完成线梭涤纶丝分丝，确保分丝张力非常稳定；
(2)选择一台运行稳定的编织机，擦拭干净后，按编织工艺要求完成编织准备工作，包括裸线穿线，齿轮和涤纶丝线梭安装；
(3)将其中一股丝标记后开始编织，待标记部分全部编织完成后测量编织节距h，计算获得N；
(4)继续进行编织，完成线材编织后，将已编织线材两头固定；
(5)戴一次性塑料手套后，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后剪断，获得1m带编织层样品，将编织层脱落，完成1m编织层取样；
(6)称重步骤(5)的样品获得1m编织层样品重量G；
(7)将N和G带入公式即可计算出参数C；
(8)戴一次性塑料手套后，在待测线材外端取1.5m带编织层样线，确保编织层两端固定好，将样线固定至线密度取样设备，确保线材处于拉直状态后方可剪断，将编织层脱落，完成1m编织层取样，对1m编织层称重获得G′；
(9)将已获得的C，G，G′带入公式即可计算出格子数变化比P，P＞0说明存在编密现象，P＜0，说明存在编稀现象。
2.如权利要求1所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，完成16个线梭各50m涤纶丝分丝；完成20m线材编织后，将已编织线材两头固定；每隔3m完成1次取样，共计5个1m带编织层样品，将编织层脱落，完成1m编织层取样；采用电子天平完成5个编织层的称重，平均值即为G；将N和G带入公式即可计算出参数C。
3.如权利要求1所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述待标记部分全部编织完成后测量编织节距h通过公式(2)计算获得N；采用电子天平完成5个编织层的称重平均值即为G；将N和G带入公式(7)即可计算出参数C。
4.如权利要求1所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述1m编织层样品放入体积测量装置测量体积，通过理论密度获得1m编织层样品重量G，所述体积测量装置包括检测罐、检测液罐和管道，所述的检测罐和检测液罐底部通过管道连通，管道中部下面设有伸缩杆，管道上设有阀门，检测罐一侧设有豁口，豁口处设有密封板，密封板通过检测罐底部伸出，检测罐上和豁口相对的一侧设有测量管，测量管和检测罐通过软管连通。
5.如权利要求4所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述伸缩杆和测量管上设有刻度。
6.如权利要求4所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述检测液罐内部设有压板，压板上设有把手。
7.如权利要求4所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述伸缩杆固定处的管道上设有开孔。
8.如权利要求4所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述测量管底部侧壁设有密封塞。
9.如权利要求4所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述测量管为酸式滴定管，酸式滴定管上部通过橡胶管和检测罐连通。
10.如权利要求4所述的利用编织层重量检测超导线材绝缘编织质量的方法，其特征在于，所述伸缩杆顶部与测量管和检测罐连接口下沿持平。
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