阅读说明：本技术 一种利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法 (Method for measuring length of superconducting braided flat wire by accumulated turns ) 是由 柳祥 郭强 闫凯鹃 杨创利 朱燕敏 秦星 刘建伟 李建峰 刘向宏 冯勇 于 2018-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法,包括圆筒直径D统一,将超导扁线线头依次穿过各导轮、激光计米系统及排线器,最终收到收线轮上,将复绕张力设置为25N,开始密排复绕线材,复绕速度小于50m/min,通过复绕实验获得层匝数N<Sub>i</Sub>,第一层单匝长度x<Sub>1</Sub>,公差Δx及复绕结束后的总匝数N<Sub>总</Sub>等4个参数,并通过匝数计米公式计算出对应的线材长度L,对比激光机密器显示长度计算匝数计米精度。本发明在简单测量几个数据后就能利用计数器实现高精度计米,精度可高达0.3％。(The invention provides a method for measuring the length of a superconducting braided flat wire by accumulated turns, which comprises the steps of unifying the diameter D of a cylinder, sequentially passing the wire head of the superconducting flat wire through each guide wheel, a laser meter counting system and a wire arranging device, finally receiving the wire head on a take-up pulley, setting the rewinding tension to be 25N, starting to densely arrange the rewinding wire rods, setting the rewinding speed to be less than 50m/min, and obtaining the number of turns N of a layer by a rewinding experiment i Length x of single turn of the first layer 1 Tolerance Δ x and total number of turns N after completion of rewinding General assembly And waiting for 4 parameters, calculating the length L of the corresponding wire according to a turn number meter formula, and comparing the length displayed by a laser encryptor to calculate the turn number meter precision. The invention can realize high-precision meter counting by using the counter after simply measuring a plurality of data, and the precision can reach 0.3 percent.)

一种利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法

技术领域

本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种超导编织扁线长度的方法。

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系统(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用超导扁线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。若采用履带式计米器对带编织层的线材计米时，容易破坏线材的编织层；若采用双光轴激光计米器计米，则成本太高，不适合大规模生产。因此，获得一种针对编织扁线的高精度计米方法非常重要。

发明内容

针对现有技术中采用履带式计米器对带编织层的线材计米时，容易破坏线材的编织层；若采用双光轴激光计米器计米，则成本太高，不适合大规模生产的技术问题，本发明提供了一种利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法，利用超导编织扁线本身精度高，承载编织线材的线轮圆筒直径经过校准挑选后统一性强的特性，在编织线材密排至线轮上时仅通过简单的匝数计数，即可实现高精度计米，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匝数累计测量超导编织扁线长度的方法，包括如下步骤：

(1)测量编织线材收线轮的圆筒直径D。

(2)清洁密排复绕设备，并将线轮1装入密排复绕设备收线机，准备1支带编织层的超导扁线，将超导扁线固定至密排复绕设备放线机，将线头依次穿过各导轮、激光计米系统及排线器，最终收到收线轮上，将复绕张力设置为20N-40N，开始密排复绕线材，复绕速度小于50m/min，同时启动激光计米器和匝数计数器功能。

(3)开始绕线2-3圈，给线材压力保证线材之间紧密。稳定后采用聚四氟棒施加一定的侧向压力，保证线材间隙均匀，复绕过程中每层线材均记录层匝数N_i(要求精度为0.1匝)和50匝线材长度L_i(i＝1，2，3…n)，完成记录后清零，继续进行下一层线材的数据记录。

(4)线材密排复绕完成后，记录排满层数n和最外层匝数M，通过公式(4)即可计算出单层匝数N。

(5)之后通过公式(2)可计算出N_总1。

(6)另外，通过计算L_i/50即可获得x_i的实验值，将x_i-n线性拟合，便可获得第一层单匝长度x_i和公差Δx。

(7)复绕结束后记录激光计米器显示值，即线材总长L₁。

(8)将总匝数N_总1结合固定参数(N，x_i和Δx)带入公式(1)，计算出对应的线材长度L₁。

本发明中，编织线材收线轮放入体积测量装置测量体积，通过编织线材收线轮放入后排除的检测液体积将编织线材收线轮按照不同规格进行分类，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，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。

如果将一支超导扁线密排复绕至线轮上，那么线材总长可以通过公式(1)计算出来。

其中L代表线材总长，n代表线材排满层数，N代表每层线材匝数，M代表最外层线材匝数，x_i代表第i层单匝长度。

假设线材总匝数为N_总，线轮直径为D，线材厚度为T，则在已知N_总的前提下，仅需获得N，即可通过公式(2)计算出线材的排线情况，n，N，M。

N_总＝n·N+M 公式(2)

另外，通过公式(3)可知x_i为等差数列，经实验测量、拟合数据获得第一层单匝长度x₁和公差Δx即可。

x_i＝3.14[D+(2i+1)T] 公式(3)

因此，相同尺寸线材绕至相同规格线轮上时，N、x₁和Δx为固定参数(需测量)，仅需获得N_总即可通过公式(1)计算出线材总长L。

本发明的有益效果:

本发明提供的一种利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法，利用超导扁线编织时圆筒直径D稳定，线材厚度T稳定，每层线材匝数N稳定的特性，结合本发明的计算公式，在简单测量几个数据后就能利用计数器实现高精度计米，精度可高达0.3％，使得检测工作数量化，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长度测量偏差大问题，在超导线编织领域适用性广泛。

附图说明

图1为本发明的线材密排复绕过程图；

图2为本发明较大规格线材x_i-n线性拟合拟合图；

图3为本发明的较小规格线材x_i-n线性拟合拟合图；

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6为本发明匝数计数器。

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1-6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：本发明利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法

本发明提供了一种利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法，包括如下步骤：

(1)测量编织线材收线轮的圆筒直径D。

(2)清洁密排复绕设备，并将线轮1装入密排复绕设备收线机，准备1支带编织层的超导扁线，将超导扁线固定至密排复绕设备放线机，将线头依次穿过各导轮、激光计米系统及排线器，最终收到收线轮上，将复绕张力设置为20N，开始密排复绕线材，复绕速度小于50m/min，同时启动激光计米器和匝数计数器功能。

(3)开始绕线2-3圈，给线材压力保证线材之间紧密。稳定后采用聚四氟棒施加一定的侧向压力，保证线材间隙均匀，复绕过程中每层线材均记录层匝数N_i(要求精度为0.1匝)和50匝线材长度L_i(i＝1，2，3…n)，完成记录后清零，继续进行下一层线材的数据记录。

(4)线材密排复绕完成后，记录排满层数n和最外层匝数M，通过公式(4)即可计算出单层匝数N。

(5)之后通过公式(2)可计算出N_总1。

(6)另外，通过计算L_i/50即可获得x_i的实验值，将x_i-n线性拟合，便可获得第一层单匝长度x_i和公差Δx。

(7)复绕结束后记录激光计米器显示值，即线材总长L₁。

(8)将总匝数N_总1结合固定参数(N，x_i和Δx)带入公式(1)，计算出对应的线材长度L₁。

实施例二：本发明利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法的精度测量

步骤1：取4个经过挑选的线轮，清洁与线材接触的表面，用清水擦拭干净后，用无水乙醇脱水，吹干。

步骤2：采用长爪游标卡尺测量每个线轮的圆筒直径，确保圆筒直径在D_名义±1mm范围内，依次命名为线轮2，线轮3，线轮4，线轮5，参见说明书附图1。

步骤3：选择4支名义尺寸与NbTi 1相同的线材，分别命名为NbTi 2，NbTi 3，NbTi4，NbTi 5。

步骤4：选择对应的线轮与线材(如线轮2和NbTi 2)，均进行复绕准备工作，即步骤三(步骤1～步骤4)。

步骤5：在复绕设备上增加匝数计数器，参见说明书附图6，同时启动复绕设备和匝数计数器开始复绕。复绕结束后，匝数计数器显示数字部分加上开始绕线匝数即为线材总匝数，4组数据分别为N_总，2，N_总，3，N_总，4，N_总，5。

步骤6：复绕结束后记录激光计米器显示值，分别为L′₂，L′₃，L′₄，L′₅。

步骤7：分别将总匝数N_总结合固定参数(N，x₁和Δx)带入公式(1)，计算出对应的线材长度L₂，L₃，L₄，L₅。

步骤8：匝数计米精度＝|L-L′|/L′，计算出5组数据的精度，取最大值作为匝数计米精度。

实施例三：本发明体积测量装置

本发明中，编织线材收线轮放入体积测量装置测量体积，通过编织线材收线轮放入后排除的检测液体积将编织线材收线轮按照不同规格进行分类，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，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1。

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：本发明利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法

本发明利用匝数累计测量较大规格扁线长度，步骤如下：

(1)取5个线轮，圆筒直径名义值为400mm，利用体积测量装置进行挑选，使得直径在400mm±1mm范围内，清洁与线材接触的表面，用清水擦拭干净后，用无水乙醇脱水，吹干。采用长爪游标卡尺测量其中一个线轮5个不同位置圆筒直径分别为399.78mm，399.58mm，399.76mm，400.06mm，399.82mm，D＝399.80mm，在要求范围内，用长爪游标卡尺测量测量另外一个线轮5个不同位置圆筒直径分别为399.78mm，399.92mm，399.96mm，399.96mm也在范围内，说明本发明方法可行。

(2)清洁密排复绕设备，并将线轮装入密排复绕设备收线机。

(3)取一支矩形(宽度*高度)名义尺寸为2.553mm*1.765mm的编织绝缘NbTi线材，清洁密排复绕设备，用清水清洗干净，无水乙醇脱水，并吹干，将实验线固定至密排复绕设备放线机，将线头依次穿过各导轮、激光计米系统及排线器，最终收到收线轮上。

(4)将复绕张力设置为25N，开始密排复绕线材，复绕速度小于30m/min，同时启动激光计米器和匝数计数器功能。

(5)开始绕线2～3圈，人为给线材一定的压力，保证线材之间紧密。稳定后采用聚四氟棒施加一定的侧向压力，保证线材间隙均匀。

(6)复绕完成后，记录的层匝数N_i和50匝线材长度l_i见表1。

(7)排满层数为31层，最外层匝数为1.3匝。

(8)将N_i求平均值得单层匝数N为111.15匝，总匝数N_总1为3446.8匝。

(9)通过计算l_i/50获得x_i的实验值，x_i-n拟合结果参见说明书附图2，y＝0.01113x+1.24564，R^2.00000＝0.99996，第一层单匝长度x_i为1.25677mm，公差Δx为0.01113mm。

(10)复绕结束后激光计米器显示值L′₁为4911.3m。

(11)将总匝数N_总＝3446.8匝结合固定参数(N＝111.15匝，x₁＝1.25677mm，Δx＝0.01113mm)，计算得线材长度L₁＝4907.5m。

(12)选择4支名义尺寸与实验线材相同的线材，均在装有匝数计数器的设备上进行复绕工作，复绕结束后获得各自的总匝数依次为3441，3433,1434,1083，及激光计米器显示值依次为4905.7m，4892.9m，1902.5m，1417.0m。

(13)分别将总匝数结合固定参数(N＝111.15匝，x₁＝1.25677mm，Δx＝0.01113mm)，计算得对应的线材长度依次为4898.2m，4885.5m，1897.2m，1413.9m。

(14)经计算得5组数据的精度依次为0.08％，0.15％，0.15％，0.27％，0.22％，则匝数计米精度为0.3％。

实施例五：本发明利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法

本发明利用匝数累计测量较小规格扁线长度，步骤如下：

(1)取5个线轮，圆筒直径名义值为400mm，利用体积测量装置进行挑选，使得直径在400mm±1mm范围内，清洁与线材接触的表面，用清水擦拭干净后，用无水乙醇脱水，吹干。采用长爪游标卡尺测量其中一个线轮5个不同位置圆筒直径分别为399.98mm，400.02mm，400.02mm，400.10mm，399.88mm，D＝400.00mm，在要求范围内，用长爪游标卡尺测量测量另外一个线轮5个不同位置圆筒直径分别为400.22mm，399.96mm，400.34mm，399.88mm，说明本发明方法可行。

(2)清洁密排复绕设备，并将线轮装入密排复绕设备收线机。

(3)取一支矩形(宽度*高度)名义尺寸为2.24mm*1.425mm的编织绝缘NbTi线材。清洁密排复绕设备，用清水清洗干净，无水乙醇脱水，并吹干，将实验线固定至密排复绕设备放线机，将线头依次穿过各导轮、激光计米系统及排线器，最终收到收线轮上。

(4)将复绕张力设置为40N，开始密排复绕线材，复绕速度小于30m/min，同时启动激光计米器和匝数计数器功能。

(5)开始绕线2～3圈，人为给线材一定的压力，保证线材之间紧密。稳定后采用聚四氟棒施加一定的侧向压力，保证线材间隙均匀。

(6)复绕完成后，记录的层匝数N_i和50匝线材长度l_i见表1。

(7)排满层数为30层，最外层匝数为101.2匝。

(8)将N_i求平均值得单层匝数N为149.20匝，总匝数N_总1为4577.2匝。

(9)通过计算l_i/50获得x_i的实验值，x_i-n拟合结果参见说明书附图3，y＝0.00892x+1.24808，R^2.00000＝0.99994，第一层单匝长度x_i为1.25700mm，公差Δx为0.00892mm。

(10)复绕结束后激光计米器显示值L′₁为6369.0m。

(11)将总匝数N_总＝4577.2结合固定参数(N＝149.20匝，x₁＝1.25700mm，Δx＝0.00892mm)，计算得线材长度L₁＝6359.5m。

(12)选择4支名义尺寸与实验线材相同的线材，均在装有匝数计数器的设备上进行复绕工作，复绕结束后获得各自的总匝数依次为2942，2155,1825,2458，及激光计米器显示值依次为3953.0m，2841.5m，2390.1m，3265.7m。

(13)分别将总匝数结合固定参数(N＝149.20匝，x₁＝1.25700mm，Δx＝0.00892mm)，计算得对应的线材长度依次为3943.8m，2838.2m，2385.6m，3259.5m。

(14)经计算得5组数据的精度依次为0.15％，0.23％，0.12％，0.19％，0.19％，则匝数计米精度也为0.3％。

表1两种规格线材密排复绕实验参数

实施例六：本发明利用匝数累计测量超导编织扁线长度的方法有效性验证

为了证明本方法的可靠性与稳定性，将同一支实验线材复绕测试线材长度，采用同一批线轮，不同操作人员严格按上述步骤操作，测得层匝数N_i，排满层数n，最外层匝数M和各层50匝线材长度l_i，计算出固定参数N，x₁，Δx和N_总，最终计算得线材长度见下表：

线轮序号	操作员编号	线材长度/m
			线轮1	A	5496.0
线轮2	B	5493.4
			线轮3	C	5495.4
线轮4	D	5494.8

计算线材长度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0.02％。

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。