CN112556870A - 一种超导带材动态温度测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于超导材料温度测量技术领域，尤其涉及一种超导带材动态温度测量方法及系统。本申请的超导带材动态温度测量方法通过设置矩阵式温度测试监控单元和低温扫描霍尔探头，采集超导带材的温度分布场信号和磁场分布信号，通过用磁场分布信号去校准对齐温度分布场信号的时间维度，实现获取实时的温度分布场信号的技术目的。本申请利用低温扫描霍尔探头测量超导带材自发磁场值，判定超导带材是否发生失超，通过温度异常变化与磁场异常变化的时刻找到迟滞时间，从而在时间尺度上校准对齐温度分布场信号，最终得到实时的可定位的超导带材动态温度分布，能够有效克服温度传感器的测量时间延迟，具有误差小、效率高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及超导材料温度测量技术领域，尤其涉及一种超导带材动态温度测量方法及系统。
背景技术
近年来超导材料的各种特性研究已然成为比较热门的课题，尤其在超导带材的失超特性方面，由于其工业应用的较大价值，成为业内研究关注的焦点。
超导设备在运行期间，一旦发生失超，通流能力会下降，如不采取措施会带来不可逆性损伤，因此在设备运行期间对其的监测和保护尤为重要。超导带材在失超时的物理特性变化会表现在多个方面，譬如温度、电流和磁场等。根据超导带材的温度特性及周围磁场变化，当超导带材失超时会局部产生热点，导致局部温升，可通过在超导带材上布置矩阵式温度测试监控系统进行动态温度测量，以定位失超点。
然而，实验证明，当被测温度突然发生变化时，温度传感器的输出会延迟一段时间，这段时间一般称为纯滞后或纯时延。在测量超导带材温度时，若不修正温度传感器的时间常数和滞后，将导致测量的结果出现偏差，进而无法准确判断超导带材的失超时间和失超部位。因此，亟待一种消除纯时延的超导带材动态温度测量方法及系统，解决超导带材动态温度测量中时间迟滞不对齐的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种超导带材动态温度测量方法及系统，以解决当前超导带材温度测量纯时延校准的问题。
本申请采用的技术方案如下：
本申请的第一方面，提供一种超导带材动态温度测量方法，包括以下步骤：
搭建通流平台，使超导带材处于低温环境并产生自发磁场；
设置矩阵式温度测试监控单元，采集超导带材的温度分布场信号；
设置低温扫描霍尔探头，利用霍尔效应获取超导带材的磁场分布信号；
根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布。
可选的，所述矩阵式温度测试监控单元中的温度传感器采用双绞线串联，多条双绞线按照预设距离均匀分布并贴附在超导带材的表面，采集超导带材的温度分布场信号。
可选的，在所述搭建通流平台，使超导带材处于低温环境并产生自发磁场的步骤中，包括：
将超导带材的两端通过铜导线与电流发生装置连接，将超导带材浸没在液氮中，使超导带材处于低于零下200℃的低温环境中，电流发生装置产生强电流，同时使超导带材产生自发磁场。
可选的，在所述设置低温扫描霍尔探头，利用霍尔效应获取超导带材的磁场分布信号的步骤中，包括：
低温扫描霍尔探头置于超导带材的下方，检测并获取超导带材的磁场分布信号。
可选的，在所述根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布的步骤中，包括：
计算机发送采集指令至巡检主机，再由巡检主机转发至各分机，各分机根据采集指令驱动矩阵式温度测试监控单元和低温扫描霍尔探头不间断进行温度信号、磁场信号的采集，并将采集到的温度信号、磁场信号回传至巡检主机，再由巡检主机将温度信号、磁场信号上传至计算机，由计算机对收到的数据进行存储、实时显示以及处理分析，最后计算机根据处理分析的结果进行预设的操作。
可选的，在所述根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布的步骤中，所述分析过程包括：
如果某一时刻超导带材的磁通量密度发生变化，则判定超导带材处于失超状态，计算机根据温度分布场信号中温升最快异常变化时刻T与磁场分布信号中磁场异常变化时刻Tc，计算得到矩阵式温度测试监控单元的迟滞时间T-Tc，并从时间尺度上校准对齐超导带材的热分布场信息，得到实时的可定位的超导带材的动态温度分布。
可选的，所述强电流为大于超导带材临界电流小于等于2000安的直流电或交流电电流。
可选的，所述矩阵式温度测试监控单元中采用的是铂热电阻温度传感器。
本申请的另一方面，提供一种超导带材动态温度测量系统，包括：
通流平台，所述通流平台用于使超导带材处于低温环境并产生自发磁场；
矩阵式温度测试监控单元，用于采集超导带材的温度分布场信号；
低温扫描霍尔探头，用于利用霍尔效应获取超导带材的磁场分布信号；
计算机，用于根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布。
可选的，还包括：
绝缘板，所述绝缘板用于将超导带材固定在其上面；
泡沫箱，所述泡沫箱用于承装所述绝缘板和所述超导带材。
采用本申请的技术方案的有益效果如下：
一、本申请通过设置矩阵式温度测试监控单元和低温扫描霍尔探头，采集超导带材的温度分布场信号和磁场分布信号，通过用磁场分布信号去校准对齐温度分布场信号的时间维度，实现获取实时的温度分布场信号的技术目的。通过将超导带材的温度分布场信号中存在局部温升的测量点判定为失超点，本申请获得的测量结果可用于超导带材失超点的定位。
二、本申请在通流的同时利用低温扫描霍尔探头测量超导带材自发磁场值，根据超导带材磁场分布情况判定超导带材是否发生失超，在超导带材失超时，通过温度异常变化与磁场异常变化的时刻找到迟滞时间，从而在时间尺度上校准对齐矩阵式温度测试监控单元的温度传感器测量结果，最终得到实时的可定位的超导带材动态温度分布，能够有效克服温度传感器的测量时间延迟，具有误差小、效率高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的结构示意图；
图示说明：
其中，1-通流平台、2-超导带材、3-矩阵式温度测试监控单元、4-低温扫描霍尔探头。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本申请的第一方面，提供一种超导带材2动态温度测量方法，包括以下步骤：
搭建通流平台1，使超导带材2处于低温环境并产生自发磁场；
设置矩阵式温度测试监控单元3，采集超导带材2的温度分布场信号；
设置低温扫描霍尔探头4，利用霍尔效应获取超导带材2的磁场分布信号；
根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材2的动态温度分布。
如图1所示，本实施例中的矩阵式温度测试监控单元3，贴附在超导带材2的上表面。矩阵式温度测试监控单元3，示例性地采用铂热电阻温度传感器，利用铂热电阻电阻值随温度的变化而变化的原理，将铂热电阻的四个引脚接入万用表，通过万用表给铂热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值，万用表里设置了国标里的阻值-温度对应关系，可由电阻值转换为温度值，从而实现温度测量，铂热电阻温度传感器的温度信号线采用四线制进行接线，从铂热电阻两端引出四线，接线时电路回路和测量回路独立分开接线，以提高测量精度，其温度矩阵表示为：
将低温扫描霍尔探头4置于超导带材2的下方，低温扫描霍尔探头4利用霍尔效应的原理，超导电流密度是关于超导带材2位置和磁通量密度的函数，通过测量自发磁场值，根据毕奥-萨伐尔定律，可通过连续扫描观察到磁通变化大小。一旦失超，超导电流密度变化导致磁通量密度变化，通过磁场分布信号的异常时刻与温度分布场信号的异常时刻进行对比，可得出温度分布场信号的迟滞时间，根据迟滞时间将温度分布场信号进行时间对齐校准，得到实时的温度分布场信号。
可选的，所述矩阵式温度测试监控单元3中的温度传感器采用双绞线串联，多条双绞线按照预设距离均匀分布并贴附在超导带材2的表面，采集超导带材2的温度分布场信号。
可选的，在所述搭建通流平台1，使超导带材2处于低温环境并产生自发磁场的步骤中，包括：
将超导带材2的两端通过铜导线与电流发生装置连接，将超导带材2浸没在液氮中，使超导带材2处于低于零下200℃的低温环境中，电流发生装置产生强电流，同时使超导带材2产生自发磁场。
可选的，在所述设置低温扫描霍尔探头4，利用霍尔效应获取超导带材2的磁场分布信号的步骤中，包括：
低温扫描霍尔探头4置于超导带材2的下方，检测并获取超导带材2的磁场分布信号。
可选的，在所述根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材2的动态温度分布的步骤中，包括：
计算机发送采集指令至巡检主机，再由巡检主机转发至各分机，各分机根据采集指令驱动矩阵式温度测试监控单元3和低温扫描霍尔探头4不间断进行温度信号、磁场信号的采集，并将采集到的温度信号、磁场信号回传至巡检主机，再由巡检主机将温度信号、磁场信号上传至计算机，由计算机对收到的数据进行存储、实时显示以及处理分析，最后计算机根据处理分析的结果进行预设的操作。
可选的，在所述根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材2的动态温度分布的步骤中，所述分析过程包括：
如果某一时刻超导带材2的磁通量密度发生变化，则判定超导带材2处于失超状态，计算机根据温度分布场信号中温升最快异常变化时刻T与磁场分布信号中磁场异常变化时刻Tc，计算得到矩阵式温度测试监控单元3的迟滞时间T-Tc，并从时间尺度上校准对齐超导带材2的热分布场信息，得到实时的可定位的超导带材2的动态温度分布。
可选的，所述强电流为大于超导带材2临界电流小于等于2000安的直流电或交流电电流。
本实施例中，强电流为本领域实验中通常使用的惯用词汇，其本质意义具有相对性，即相对于实验所采用的超导材料的性质以及实验的条件；一般而言，意指在超导带材2临界电流以上，但小于一定值的电流。强电流施加在超导带材2上促使超导带材2失去超导性能。在本实施例中，限定了强电流为大于超导带材2临界电流小于等于2000安的直流电或交流电电流，对于实验的有效性具有指导的作用。
可选的，所述矩阵式温度测试监控单元3中采用的是铂热电阻温度传感器。
本申请的另一方面，提供一种超导带材2动态温度测量系统，包括：
通流平台1，所述通流平台1用于使超导带材2处于低温环境并产生自发磁场；
矩阵式温度测试监控单元3，用于采集超导带材2的温度分布场信号；
低温扫描霍尔探头4，用于利用霍尔效应获取超导带材2的磁场分布信号；
计算机，用于根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材2的动态温度分布。
可选的，还包括：
绝缘板，所述绝缘板用于将超导带材2固定在其上面；
泡沫箱，所述泡沫箱用于承装所述绝缘板和所述超导带材2。
本实施例中，将绝缘板置于开口向上的泡沫箱箱体的底部，将超导带材2固定在绝缘板上，超导带材2两端通过铜导线与电流发生装置连接，得到通流平台1，使超导带材2产生自发磁场；泡沫箱箱体内注入浸没超导带材2的液氮，使超导带材2处于低于零下200℃的低温环境；将矩阵式温度测试监控单元3安装在超导带材2的上表面，矩阵式多布点采集超导带材2的温度分布场；将低温扫描霍尔探头4置于超导带材2的下方，检测超导带材2的磁场分布。绝缘板和泡沫箱的设置，有利于高效搭建通流平台1，同时有利于超导带材2动态温度测量系统的测量稳定性和准确性。
本申请通过设置矩阵式温度测试监控单元3和低温扫描霍尔探头4，采集超导带材2的温度分布场信号和磁场分布信号，通过用磁场分布信号去校准对齐温度分布场信号的时间维度，实现获取实时的温度分布场信号的技术目的。通过将超导带材2的温度分布场信号中存在局部温升的测量点判定为失超点，本申请获得的测量结果可用于超导带材2失超点的定位。
本申请在通流的同时利用低温扫描霍尔探头4测量超导带材2自发磁场值，根据超导带材2磁场分布情况判定超导带材2是否发生失超，在超导带材2失超时，通过温度异常变化与磁场异常变化的时刻找到迟滞时间，从而在时间尺度上校准对齐矩阵式温度测试监控单元3的温度传感器测量结果，最终得到实时的可定位的超导带材2动态温度分布，能够有效克服温度传感器的测量时间延迟，具有误差小、效率高的优点。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种超导带材动态温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
搭建通流平台，使超导带材处于低温环境并产生自发磁场；
设置矩阵式温度测试监控单元，采集超导带材的温度分布场信号；
设置低温扫描霍尔探头，利用霍尔效应获取超导带材的磁场分布信号；
根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布。
2.根据权利要求1所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，所述矩阵式温度测试监控单元中的温度传感器采用双绞线串联，多条双绞线按照预设距离均匀分布并贴附在超导带材的表面，采集超导带材的温度分布场信号。
3.根据权利要求1所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，在所述搭建通流平台，使超导带材处于低温环境并产生自发磁场的步骤中，包括：
将超导带材的两端通过铜导线与电流发生装置连接，将超导带材浸没在液氮中，使超导带材处于低于零下200℃的低温环境中，电流发生装置产生强电流，同时使超导带材产生自发磁场。
4.根据权利要求1所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，在所述设置低温扫描霍尔探头，利用霍尔效应获取超导带材的磁场分布信号的步骤中，包括：
低温扫描霍尔探头置于超导带材的下方，检测并获取超导带材的磁场分布信号。
5.根据权利要求1所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，在所述根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布的步骤中，包括：
计算机发送采集指令至巡检主机，再由巡检主机转发至各分机，各分机根据采集指令驱动矩阵式温度测试监控单元和低温扫描霍尔探头不间断进行温度信号、磁场信号的采集，并将采集到的温度信号、磁场信号回传至巡检主机，再由巡检主机将温度信号、磁场信号上传至计算机，由计算机对收到的数据进行存储、实时显示以及处理分析，最后计算机根据处理分析的结果进行预设的操作。
6.根据权利要求1所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，在所述根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布的步骤中，所述分析过程包括：
如果某一时刻超导带材的磁通量密度发生变化，则判定超导带材处于失超状态，计算机根据温度分布场信号中温升最快异常变化时刻T与磁场分布信号中磁场异常变化时刻Tc，计算得到矩阵式温度测试监控单元的迟滞时间T-Tc，并从时间尺度上校准对齐超导带材的热分布场信息，得到实时的可定位的超导带材的动态温度分布。
7.根据权利要求3所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，所述强电流为大于超导带材临界电流小于等于2000安的直流电或交流电电流。
8.根据权利要求1所述的超导带材动态温度测量方法，其特征在于，所述矩阵式温度测试监控单元中采用的是铂热电阻温度传感器。
9.一种超导带材动态温度测量系统，其特征在于，包括：
通流平台，所述通流平台用于使超导带材处于低温环境并产生自发磁场；
矩阵式温度测试监控单元，用于采集超导带材的温度分布场信号；
低温扫描霍尔探头，用于利用霍尔效应获取超导带材的磁场分布信号；
计算机，用于根据获得的温度分布场信号与磁场分布信号，分析得出超导带材的动态温度分布。
10.根据权利要求9所述的超导带材动态温度测量系统，其特征在于，还包括：
绝缘板，所述绝缘板用于将超导带材固定在其上面；
泡沫箱，所述泡沫箱用于承装所述绝缘板和所述超导带材。
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