Установка для измерения потерь энергии в сверхпроводнике

Установка для измерения потерь энергии в сверхпроводнике

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике, особенно к системам с использованием явления сверхпроводимости, конкретно - к сверхпроводниковым электрическим машинам постоянного и переменного тока. Суть изобретения: установка для измерения потерь энергии в сверхпроводнике содержит : 1 - криостат, 2,3 - первый и второй источники постоянного магнитного поля, 4 - источник вращающегося магнитного поля, выполненный в виде И-фазной обмотки, 5 - испытательный образец, 6 - газосборный стакан, 7,8 источники постоянного тока, 9 - источник n-фазного тока, 10 - газосчетчик, 11 - трубка, соединяющая газосборный стакан 6 и газосчетчик 10, 12 - держатель для испытательного образца, плоскость вращения вектора индукции источника вращающегося магнитного поля, 14 - коммутатор, 15 - источник постоянного тока, 16 - источник переменного тока. Установка позволяет повысить надежность и чувствительность измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, особенно к системам с использованием сверхпроводимости, конкретно - к сверхпроводниковым электрическим машинам постоянного и переменного токов.

Известно устройство, состоящее из источника постоянного магнитного поля, держателя для испытательного образца, расположенных в криостате, токоввода, через который соединены источник постоянного магнитного поля и источник постоянного тока, источник постоянного тока выполнен в виде соленоида. Испытательный образец выполнен в виде пакета и бифилярно уложенных слоев фольги сверхпроводника второго рода, причем слои изолированы друг от друга. Испытательный образец через токоввод подсоединен к источнику постоянного тока. Источник постоянного магнитного поля и испытательный образец расположены друг относительно друга так, что вектор индукции магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости сверхпроводящий фольги. Имеются также высоковольтный конденсатор и обмотка катушки, предназначенные для создания управляющего постоянного магнитного поля.

Недостатком известного технического решения являются его узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что исследуется воздействие на сверхпроводник только постоянного магнитного поля.

Известно устройство, состоящее из сверхпроводящего полюса, катушки переменного тока, датчика уровня хладагента, датчика Холла, расположенных в криостате, а также источника постоянного тока, блока защиты и измерения в цепи сверхпроводящего полюса, источника переменного тока, блока измерения в цепи переменного тока, блока измерения магнитного поля, уровнемера, расположенных вне криостата. Источники постоянного и переменного токов через токовводы соединены с катушками постоянного и переменного магнитного поля соответственно. Сверхпроводящий полюс и катушка переменного поля расположены друг относительно друга так, что вектор индукции катушки переменного магнитного поля ортогонален вектору индукции постоянного магнитного поля сверхпроводящего полюса. Магнитное поле в зоне воздействия измеряется датчиками Холла, установленными на сверхпроводящем полюсе таким образом, чтобы измерять нормальную составляющую магнитного поля катушки переменного тока и постоянное поле сверхпроводящего полюса. Катушка переменного тока могла подключаться или к генератору переменного тока (при работе на частоте 2 - 50 Гц) или к сети переменного тока (частота 50 Гц). Тепловыделения в криостате контролировались уровнемером жидкого гелия.

Недостатком известного решения являются его узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно позволяет определять воздействие только переменного магнитного поля на сверхпроводник с транспортным током и вызывающее в результате этого появление нормальной фазы в сверхпроводнике.

Известно техническое решение - прототип, в котором образцы сверхпроводника или проводника, выполненного из металла нормальной проводимости, вращаются или совершают возвратно-поступательное движение в постоянном магнитное поле. Известное техническое решение состоит из источника постоянного магнитного поля, держателя для испытательного образца, выполненного из нейлона, источник постоянного магнитного поля выполнен из сверхпроводника в виде соленоида и вместе с держателем для образца размещен в криостате, причем испытательный образец размещен в центре соленоида. Источник постоянного магнитного поля имеет вывод, с помощью которого он соединен с источником постоянного тока, расположенным вне криостата. Испытательный образец - отрезки сверхпроводника - с источником тока не соединены. Держатель с испытательным образцом соединены с приводным электродвигателем, расположенным вне криостата. Испытательный образец в держателе расположен в одной плоскости в виде коротких отрезков, проходящих через ось вращения держателя, при этом плоскость вращения образца ортогональна оси вращения держателя, а вектор индукции источника постоянного магнитного поля расположен в плоскости вращения испытательного образца. Недостатком известного решения являются его узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что потери в испытательном образце измеряются без транспортного тока, а также тем, что испытательный образец может испытываться только в одной плоскости только под воздействием вращающегося магнитного поля.

В основу настоящего изобретения положена задача: повысить надежность и чувствительность установки и расширить ее функциональные возможности при измерении потерь энергии в сверхпроводнике, а также получить возможность измерения критического тока в испытательном образце.

Поставленная задача достигается тем, что в установке для измерения потерь энергии в сверхпроводнике, состоящей из расположенных в криостате источника постоянного магнитного поля, в центре которого размещен держатель для испытательного образца, держатель выполнен из неметаллического материала, в криостате дополнительно установлены два источника постоянного магнитного поля и источник вращающегося магнитного поля, имеется также коммутатор, один из входов которого соединен с источником постоянного тока, а другой вход - с источником переменного тока, а выход коммутатора - с испытательным образцом, держатель для образца жестко закреплен в криостате, источники постоянных магнитных полей установлены друг относительно друга так, что векторы индукций их магнитных полей ортогональны. Поставленная задача достигается также тем, что источник, способный создавать вращающееся магнитное поле, выполнен в виде n-фазной обмотки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, и причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков предлагаемого объекта изобретения и техническим результатом приведены в таблице.

На фиг. 1 приведена установка для измерения потерь в сверхпроводнике, общий вид; на фиг.2 - схема расположения обмоток постоянных и вращающегося магнитных полей друг относительно друга; внутренний источник постоянного магнитного поля имеет вид соленоида; далее от центра расположен второй источник постоянного магнитного поля, выполненный в виде диполя; векторы индукций первого и второго источников магнитного поля ортогональны; снаружи расположен источник вращающегося магнитного поля; продольная ось испытательного образца перпендикулярна плоскости вращения вектора индукции источника вращающегося магнитного поля; вектор индукции магнитного поля второго источника постоянного магнитного поля расположен в плоскости вращения вектора индукции источника вращающегося магнитного поля.

На фиг.3 - схема расположения обмоток постоянных и вращающегося магнитных полей и испытательного образца. Внутри расположен источник вращающегося магнитного поля. Источники постоянных магнитных полей выполнены в виде катушек Гельмгольца; векторы индукций первого и второго источников постоянных магнитных полей ортогональны, а вектор индукции второго источника постоянного магнитного поля расположен в плоскости вращения вектора индукции источника вращающегося магнитного поля; продольная ось испытательного образца расположена в плоскости вращения вектора индукции источника вращающегося магнитного поля.

Установка для измерения потерь в сверхпроводнике состоит (см. фиг.1-3) из криостата 1, в котором расположен первый 2 и второй 3 источник постоянного магнитного поля, источники вращающегося магнитного поля 4, испытательный образец 5, который расположен в газосборном стакане 6. Вне криостата расположен первый 7 и второй 8 источники постоянных токов, источник n-фазного тока 9, газосчетчик 10. Источники постоянных токов 7 и 8 соединены с источниками постоянных магнитных полей 2 и 3 соответственно, а источник n-фазного тока 9 соединен с источником вращающегося магнитного поля 4. Газосборный стакан 6 и газосчетчик 10 соединены трубкой 11. Испытательный образец жестко закреплен в криостате 1 с помощью держателя 12. 13 - плоскость вращения вектора индукции источника вращающегося магнитного поля (фиг.2, 3). 14 - коммутатор, выход которого соединен с испытательным образцом 5, один из входов коммутатора соединен с источником постоянного тока 15, а другой его вход - с источником переменного тока 16.

Источники постоянных магнитных полей 2 и 3 выполняются, например, в виде соленоида (см. фиг.2). Другим примером выполнения источников постоянных магнитных полей 2 и 3 является их исполнение в виде катушек Гельмгольца (см. фиг.3). Еще одним примером их выполнения является их исполнение в виде диполя (см. фиг.2). Источники постоянных магнитных полей 2 и 3 могут быть выполнены из металла нормальной проводимости. Другим примером материала для их выполнения является сверхпроводник.

Источник вращающегося магнитного поля 4 может быть выполнен, например, трехфазным. Другим примером его выполнения является его исполнение с числом фаз более трех.

Испытательный образец 5 может быть выполнен, например, в виде отрезков сверхпроводникового провода. Испытательный образец 5 через коммутатор 14 может быть подключен к источникам постоянного тока 15 или переменного токов 16, или к источникам 15 и 16 одновременно, или не подключаться ни к одному из них. Держатель 12 для испытательного образца выполняется, например, из пластмассы, стекла или другого неметаллического материала.

Установка для измерения потерь энергии в сверхпроводнике работает следующим образом (см. фиг.1 - 3). Перед началом работы испытательный образец 5 закрепляется в держателе 12 таким образом, чтобы он был ориентирован относительно источников постоянного 2, 3 или (и) вращающегося 4 магнитных полей определенным образом. Например, продольная ось образца ортогональна плоскости вращения вектора индукции вращающегося магнитного поля (см. фиг.2) или лежит в этой плоскости (см. фиг.3). Затем производится захолаживание установки. Источники постоянных магнитных полей 3, 4, а также вращающегося магнитного поля 4 подключаются к соответствующим источникам тока 7, 8.

Испытательный образец 5 с помощью коммутатора, например, не подключается к источникам тока 15 или 16. При включении источника n-фазного тока в испытательном образце возникают потери электрической энергии, при этом производится его нагрев. По объему испарившегося гелия производится подсчет потери энергии в испытательном образце при данной ориентации испытательного образца относительно источников вращающегося и постоянного токов.

Для измерения критического тока в испытательном образце 5 с помощью коммутатора 14 производится его подключение, например, к источнику постоянного тока 15. С помощью, например, датчиков Холла производится определение появления нормальной фазы в испытательном образце во вращающемся магнитном поле, а также в постоянном магнитном поле одного или другого источника постоянного поля или при их общем поле. При совместной работе обоих источников постоянного магнитного поля суммарный вектор индукции магнитного поля может изменять свое положение в плоскости от 0 до 2 и абсолютную величину индукции, равную сумме индукций источников постоянного магнитного поля, при этом отпадает необходимость в изменении ориентации испытательного образца относительно источников постоянного тока.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СВЕРХПРОВОДНИКЕ, состоящая из расположенных в криостате источника постоянного магнитного поля, в центре которого размещен держатель для испытательного образца, держатель выполнен из неметаллического материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, чувствительности установки и расширения ее функциональных возможностей при изменении потерь и возможности измерения критического тока в испытательном образце, в криостате дополнительно установлены два источника постоянного магнитного поля и источник вращающегося магнитного поля, имеется также коммутатор, один из входов которого соединен с источником постоянного тока, другой вход - с источником переменного тока, а выход коммутатора - с испытательным образцом, держатель для образца жестко закреплен в криостате, источники постоянных магнитных полей установлены друг относительно друга так, что векторы индукций их магнитных полей ортогональны.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источник, способный создавать вращающееся магнитное поле, выполнен в виде n-фазной обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5