CN202770860U - 一种测量导线剩余电阻率比的样品架 - Google Patents

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高慧贤
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刘建伟
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刘向宏
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Abstract

一种测量导线剩余电阻率比的样品架，所述样品架包括圆环状通道。本实用新型样品架包括圆环状通道，样品弯曲安装在样品架上，可增大样品的长度，从而增大电阻信号，便于大截面积和大铜超比的矩形、槽型超导线或铜线低温下RRR值的测量；本实用新型在样品架上设置多个圆环状通道且与通道转化器连接，***液氦后一次可完成对多个样品RRR值的测量，减少了单通道需要多次插拔样品架对液氦造成的浪费，同时提高了工作效率。

Description

一种测量导线剩余电阻率比的样品架
技术领域
本实用新型涉及一种测量导线剩余电阻率比的样品架，尤其涉及一种测量低温超导线材及铜线剩余电阻率比的样品架。
背景技术
目前，随着超导材料在各个领域的广泛应用，如核磁共振成像仪（MRI）、核磁共振谱仪（NMR）、大型粒子加速器及超导储能***（SMES）及磁约束核聚变装置（Tokamak）的磁体绕制等，对超导线材的性能也提出更高要求。通常，在复合超导体中，铜基体在超导体失超时起着分流作用，能把超导体内部产生的热量传递到周围的冷媒中，从而对磁体起到一定的保护作用，使超导体保持其超导性。因此，基体材料的导电性越好，则分流效果越好，产生的热量越小，对磁体的保护越好。剩余电阻率比（RRR值）就是超导线材重要的性能之一，是衡量基体材料导电性优劣的重要参考指标，
Figure BDA00001951259200011
R1为线材在0℃时的电阻，R2为低温电阻。
现有测量RRR值所用的样品架均为平板状，采用四引线法，杜瓦口径为100mm左右，样品有效长度约为30mm。此样品架用于测量直径为1mm左右的NbTi和Nb3Sn等超导股线的RRR值时测量效果较好，但是对于大截面积和大铜超比的矩形、槽型超导线或铜线低温下的测量就比较困难，原因是杜瓦口径一般只有100mm，该样品架的样品有效长度为30mm，而在低温下铜的电阻率较低，当导线的截面积增大时电阻减小，导致电阻信号太小不易采集。同时，由于该样品架为单通道，测量中需要多次将样品连同样品架从液氦***、***完成对多个样品的测量，对液氦的浪费相当大。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种样品有效长度较大的测量剩余电阻率比的样品架，解决大截面积和大铜超比的矩形、槽型超导线或铜线低温下剩余电阻率比测量比较困难的问题。
本发明的目的是这样实现的，一种测量剩余电阻率比的样品架，所述样品架包括圆环状通道。
所述圆环状通道为多个且间隔设置在筒型骨架上。
所述圆环状通道为所述筒型骨架上的多个环形凹槽。
所述样品架上端连有样品杆，所述圆环状通道上设有接线柱且通过线缆与通道转换器连接。
所述圆环状通道为10个。
所述样品架为环氧树脂材料。
本实用新型具有如下有益效果，本实用新型样品架包括圆环状通道，样品弯曲安装在样品架上，可增大样品的有效测量长度，从而增大电阻信号，便于大截面积和大铜超比的矩形、槽型超导线或铜线低温下RRR值的测量；本实用新型在样品架上设置多个圆环状通道且与通道转化器连接，***液氦后一次可完成对多个样品RRR值的测量，减少了单通道需要多次插拔样品架对液氦造成的浪费，同时提高了工作效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例圆环状通道结构示意图；
图2为图1俯视图；
图3为本实用新型实施例样品架结构示意图；
图4为本实用新型实施例样品接线示意图；
图5为本实用新型实施例通道转换器示意图；
图6为本实用新型实施例铜槽线RRR值测量曲线图；
图7为本实用新型实施例铜线RRR值测量曲线图；
图8为本实用新型实施例铌钛超导线RRR值测量曲线图。
图中，1.样品架，2.圆环状通道，3.样品杆，4.线缆，5.通道转化器，CH1.第一通道接线柱，CH2.第二通道接线柱，CH3.第三通道接线柱，CH4.第四通道接线柱，CH5.第五通道接线柱，CH6.第六通道接线柱，CH7.第七通道接线柱，CH8.第八通道接线柱，CH9.第九通道接线柱，CH10.第十通道接线柱。
具体实施方式
一种测量剩余电阻率比的样品架，样品架1上设有10个圆环状通道2，该10个圆环状通道2为环氧树脂筒型骨架上10个环形凹槽，样品架1上端设有样品杆3，圆环状通道2上每个通道设有四个接线柱且通过线缆4与通道转换器5连接。由于RRR值的测量是在4.2K液氦中进行，因此，选用耐低温的环氧树脂作为样品架1材料。
样品的制作：1，将样品弯成圆形进行退火，目的是减少应力；2，如样品有镀层先要将两端长10mm的镀层去掉，将其浸入硝酸溶液中直至镀层被完全腐蚀，镀层去除后取出样品并依次用流动水，无水乙醇清洗并烘干；3，清洁样品架和样品,用绸布蘸取无水乙醇或丙酮擦拭样品架，之后将样品放入超声波清洗机中，干净后取出，放入无水乙醇脱水并烘干；4，将样品装在样品架上，采用四引线法，用焊锡依次焊接电压与电流引线；5，焊接完成后用纳伏计测量电位线两端接触电压，电压值处于毫伏量级，表明电位线焊接良好。通1A电流，若电流可以顺利通过样品，表明电流线焊接良好。
实例1，下面以铜槽线为例说明样品制作过程以及测量方法。
步骤1，取一根截面积为3.69mm2的铜槽线样品，弯成圆形进行退火；清洁样品架和样品，用绸布蘸取无水乙醇或丙酮擦拭样品架，之后将样品放入超声波清洗机中，干净后取出，放入无水乙醇脱水并烘干。
步骤2，将样品装在样品架上，采用四引线法，用焊锡依次焊接电压与电流引线。焊的过程中要防止虚焊造成的信号干扰。
步骤3，焊接完成后用纳伏计测量电位线两端接触电压，电压值处于毫伏量级，表明电位线焊接良好。通1A电流，若电流可以顺利通过样品，表明电流线焊接良好。
步骤4，给RRR值测试用的低温杜瓦中通入液氮预冷，杜瓦冷至液氮温度后，用高纯氦气将液氮全部排出，输入液氦至液面达到80cm时停止输液。
步骤5，取纯净水若干置于冰箱中，用以制作冰水混合物。
步骤6，273K电阻测量。通过样品杆将样品浸入冰水混合物，给样品通过电流I1(A)，采集样品上产生的电压U1+(V)，然后电流倒向，采集样品上产生的电压U1-(V)，求得样品273K下电阻。通过通道转化器转换通道，分别测量所有样品273K下的电阻。切断电源，取出样品，晾干或使用吹风机热风吹干。吹干过程中要注意避开温度计，直接加热温度计会导致温度计定标曲线漂移，甚至破坏温度计。
步骤7，低温下电阻测量。将样品杆缓慢送入杜瓦，在没入液氦前在液面上方停留1分钟左右利用氦气的潜热对样品杆进行预冷，然后缓缓将样品杆没入液氦。
1）在样品上通过1A的电流I2，将样品杆向上拔出液氦面直至样品失超（铜线则根据要求当温度超过10K、或者20K时结束），采集样品上产生的电压U2+(V)和样品的温度T(K)，在计算机上指定位置存档。可以观察到超导线材明显的失超曲线，拔杆过程要求动作缓慢。
2）再次将样品杆没入液氦，停留时间大于1min等待样品均温。电流倒向，重复1）中步骤，采集样品上产生的电压U2-(V)和样品的温度T(K)，并在计算机上指定位置存档。
3）切换通道，重复上述步骤测量其它样品。
步骤8：将样品杆缓慢拔出，样品杆移出杜瓦后，立即盖上盲盖，防止过多水气进入杜瓦凝结成冰。
步骤9：待样品杆温度升至其表面不再有水和冰凝结时，更换样品。可使用吹风机热风使样品杆升温，加热过程中要注意避开温度计，直接加热温度计会导致温度计定标曲线漂移，甚至破坏温度计。
步骤10：对采得的数据进行分析，并作相应计算处理得到RRR值，
Figure BDA00001951259200061
(R1为线材在273K时的电阻，R2为低温电阻，铜槽线低温下电阻曲线如图6所示。
实例2：样品为直径Φ1.007mm圆铜线。样品制作步骤和测量方法参见实施例1。圆铜线低温下电阻曲线如图7所示。所测RRR值为327.4。
实例3，样品为直径Φ0.727mm的NbTi线材。样品制作步骤和测量方法参见实施例1。NbTi低温下电阻曲线如图8所示，所测RRR值为106.2。
下面为本实用新型样品架与现有平板状样品架测量结果对比。
在直径为Φ0.727mm的NbTi线材同一部位连续取20段，其中10段采用本实用新型样品架测量RRR值，其余10段采用现有平板状样品架测量RRR值。结果如表1所示。
表1本实用新型样品架与平板状样品架测量结果对比
  样品架   样品尺寸   RRR值测试结果平均值   测试所用液氦量
  平板状样品架   Φ0.727mm   164.40   25L
  本实用新型样品架   Φ0.727mm   164.41   13L
由上表1可以看出，采用本实用新型样品架与采用现有平板状样品架测得RRRR值的结果一致，但采用现有平板状样品架时所耗液氦几乎是采用本实用新型样品架时的两倍。
在直径为Φ1.007mm的铜线线材同一部位连续取6段，其中3段采用本实用新型样品架测量RRR值，其余3段采用现有平板状样品架测量RRR值。测量结果如表2所示。
表2采用本实用新型样品架和平板状样品架对Φ1.007mm的铜线测量结果
Figure BDA00001951259200071
由上表2可以看出，采用现有平板状的样品架，由于电阻信号太小无法测得结果，而用本实用新型样品架却能准确测量出RRR值。计算样品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0.1%，满足国际标准对RRR值测试要求COV<5%，弯曲应变：
Figure BDA00001951259200072
(h是样品厚度的一半，r是弯曲半径)为1.18%，小于2%，符合国家标准。

Claims (6)

1.一种测量导线剩余电阻率比的样品架，所述样品架（1）包括圆环状通道（2）。
2.如权利要求1所述的测量导线剩余电阻率比的样品架，其特征在于：所述圆环状通道（2）为多个且间隔设置在筒型骨架上。
3.如权利要求2所述的测量导线剩余电阻率比的样品架，其特征在于：所述圆环状通道（2）为所述筒型骨架上的多个环形凹槽。
4.如权利要求1-3任一项所述的测量导线剩余电阻率比的样品架，其特征在于：所述样品架（1）上端连有样品杆（3），所述圆环状通道（2）上设有接线柱且通过线缆（4）与通道转换器（5）连接。
5.如权利要求4所述的测量导线剩余电阻率比的样品架，其特征在于：所述圆环状通道（2）为10个。
6.如权利要求5所述的测量导线剩余电阻率比的样品架，其特征在于：所述样品架（1）为环氧树脂材料。 
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