ICS 17.220.20;29.050 CCSK10 中华人民共和国国家标准 GB/T41640—2022 临界电流测量 第二代高温超导长带 临界电流及其沿长度方向均匀性测量 Critical current measurement-Measurement of critical current and its uniformity along the length of 2G-HTS long tapes 2022-10-12发布 2023-05-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T41640—2022 目 次 前言 引言 范围 规范性引用文件 3 术语和定义 原理 装置 5 5.1 总则 5.2 卷对卷系统 5.3 低温系统 5.4 测试系统 5.5 预热烘干系统和氮气氛保护 6 临界电流测量 6.1 四引线组件各段长度（测试段及相关各段长度） 6.2 样品准备 6.3 测量过程 6.4 样品存放 7结果计算 7.1 临界电流判据 7.2 n-值（选测） 7.3 长带临界电流的确定及其沿长度方向均勾性评估 8 测量不确定度 测试报告 9.1 被测试样带详情 9.2 测试结果 10 9.3 测试条件 10 附录A（资料性） 第1章～第9章的补充信息 12 附录B（资料性） 非接触测量方法 18 附录C（资料性） 不确定度评定 20 参考文献 26 GB/T41640—2022 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由中国科学院提出 本文件由全国超导标准化技术委员会（SAC/TC265）归口。 本文件起草单位：上海上创超导科技有限公司、上海超导科技股份有限公司、苏州新材料研究所有 限公司、上海电缆研究所有限公司、中国船舶重工集团公司第七一二研究所、中国科学院电工研究所、 中国科学院物理研究所、西部超导材料科技股份有限公司、中国科学院等离子体物理研究所、中国电力 上海交通大学。 本文件主要起草人：蔡传兵、张永军、赵跃、朱佳敏、熊旭明、李洁、宗曦华、郑军、张国民、刘志勇、 李敏娟、闫果、刘华军、丘明、顾晨、王银顺、程军胜、陈思侃、胡南南、王玉山 1 GB/T41640—2022 引言 自1987年Y-Ba-Cu-O（YBCO）发现以来的30年里，RE-Ba-Cu-O（REBCO,RE：稀土元素）超导体 的实用化取得了重大发展，带材制备长度达到百米、甚至千米量级。为了区分以Bi-2223为代表的铋系 第一代高温超导带材，通常称REBCO超导带材为第二代高温超导（2G-HTS）带材，也被称为涂层导 体。现阶段2G-HTS带材已实现商业化生产。 2G-HTS带材具有低损耗、高载流密度的优越性，但相对于常规导体或低温超导材料，由于 REBCO超导体属于陶瓷材料，机械性能比较脆弱，极易受到损坏，而局部缺陷将影响整根带材的性能。 临界电流是表征2G-HTS带材超导性能的重要技术指标之一。传统的低温超导线材采用四引线 法测量，是在线材首、尾两端取短样进行测量，而对于2G-HTS长带而言，其结果并不能代表线材整体 的性能。因此，对2G-HTS长带进行临界电流及其均匀性的连续测量是十分必要的。 自前，2GHTS长带的临界电流的连续测量方法种类繁多，如传输法和感应法（文可细分为多种） 等。不同厂家采用的测量方法不一样，测量标准的不统一不利于2G-HTS带材的规模化应用。因此， 对临界电流及其沿长度方向均匀性测量进行规范，建立标准的测量方法十分必要且具有重大意义 据此，本文件对测量装置、测量方法及结果计算等进行了规范。本文件的实施将有效促进2G-HTS 带材的产业化发展。 GB/T41640—2022 临界电流测量第二代高温超导长带 临界电流及其沿长度方向均匀性测量 重要提示：本文件的应用可能涉及某些有危险性的材料和操作。但并未对此有关的所有安全问题 都提出建议。用户在使用本文件之前有责任制定相应的安全和保护措施，并明确其受限制的适用范围。 1范围 本文件描述了一种测量单根长度不小于10m的第二代高温超导（2G-HTS）长带的直流临界电流 及其沿长度方向分布的方法（见第4章）。 本文件适用于测量宽度2mm~15mm、厚度0.1mm~0.5mm、临界电流小于500A、n-值大于5、 液氮温度下的过流能力至少是其标称临界电流的1.5倍的铜及铜合金封装带材 本文件不适用于测量表面涂覆绝缘层的2G-HTS带材。 注1：本方法可用于测量临界电流超过500A的带材，但直流恒流源需能够提供足够高的电流，并且需要更加谨慎 地设计保护电路，以防止测量过程中带材受损 程中大气压力出现偏离或有磁场存在的情况下，根据需要可以对测量结果进行修正。 注3：其他的一些具体限制和辅助的测量方法，在附录A和附录B中给出。 2规范性引用文件 2 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 本文件。 GB/T2900.100—2017电工术语超导电性 3术语和定义 GB/T2900.100一2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 临界电流criticalcurrent I. 在超导体中，可视为几乎是无阻流动的最大直流电流。 注：I是磁场强度、温度和应变的函数 ［来源：GB/T2900.100—2017，815-12-01] 3.2 临界电流判据 critical currentcriterion I.判据I。criterion 根据电场强度E或电阻率e确定临界电流I的判据 注：常用的电场判据为E=10μV/m或E=100μV/m，电阻率判据为p=10-1*α·m，或p=10-1*α·m。 ［来源：GB/T2900.100—2017.815-12-02] 1 GB/T41640—2022 3.3 测试段testingsection 四引线法测量直流临界电流时，两电压引线之间带材的节段。 3.4 步进检测模式 step-by-steptesting mode 一种走带一检测一走带···交替进行的四引线长带临界电流及其均匀性测量方式。 注：步进检测模式通常是给带材测试段输人一随时间线性增大的直流电流，同时记录测试段上的电压变化，得到每 一测试段的U-I曲线，从而根据I.判据确定各段临界电流值。其优点是可以获得各测试段的n-值，缺点是检测 效率相对较低。 3.5 步长 steplength Ls 采用步进检测模式时，带材每步向前移动的长度 注：L，的设置与电压引线间距（L）有关，推荐步长为1m～5m。 3.6 重叠长度 Eoverlaplength L6 采用步进检测模式时，为防止出现漏测，相邻两个测试段之间设置的重叠部分的长度，即电压引线 间距（L）与步长（L，）的差值。 3.7 长带临界电流及其沿长度方向均匀性critical currentanditsuniformityalongthelengthof longtape 长带各测试段测得的临界电流数值，沿长度方向均匀性采用各测试段临界电流数值的标准偏差 表征。 注：沿长度方向均匀性数据与步长有关。 3.8 卷对卷系统 reel-to-reel system 为了实现连续走带，并保证长带的连续性和完整性，将带材从放卷盘释放，经导向轮传动并在一定 的张力下同步缠绕到收卷盘上的装置。 3.9 n-值（超导体）n-value（superconductor） n 在特定的电场强度或电阻率区间，超导体的电压-电流曲线U(I)可近似表示为UocI"，其中I的幂 指数就是超导体的n-值 ［来源：GB/T2900.100—2017,815-12-10］ 3.10 恒定速率升流法 constantsweepratemethod 以恒定升流速率为样品提供直流电流，在电流从零升到略大于临界电流1值的过程中，以一定的 采样频率采集U-I数据的方法。 ［来源：GB/T21546—2008,3.8] 3.11 升流-恒流-升流法 ramp-and-holdmethod 根据测试需求，沿U-I曲线设定多个恰当分布的点，电流从一个设定点升流到另一个设定点后再保 持一定时间的恒流，同时记录若干相应的电流和电压值，然后继续升流到后续设定点。 来源：GB/T215462008.3.9 2 GB/T41640—2022 4原理 动态传输法测量。使测试段冷却到液氮温度，在一个标准大气压下，输入随时间线性增大的直流电流， 同时记录测试段上的电压变化，得到每一测试段的U-I曲线。在特定电压引线间距下，达到电场判据 （E。）对应的临界电压值（U。）时的电流值即当前测试段的临界电流（I）。完成一个测试段的测量后，通 根长带完成测量后，根据各测试段1。值来评估长带的临界电流及其沿长度方向的均匀性。 5装置 5.1总则 采用图1所示步进检测模式的动态传输法测量装置，主要包括以下四部分： 卷对卷系统； 一低温系统； 一测试系统（包括四引线组件等）； 预热/烘干系统。 数据采集 烘干 液H（根据液位置手动或白动补充液氮） 液氮 电压引线电板 电压引线电极 放卷装置 收卷装置 电流引线电极 低温槽 电流引线电极 液（根热液H位置手动或白动补充液氮） 电压引线电板 超导带材 液氮 电流引线电极 低温槽 电流引线电极 标引序号说明： a一电流引线电极/电压引线电极采用滚轮的形式，与带材成曲面接触； b一一电流引线电极/电压引线电极采用平面压接的形式，与带材成平面接触。 注：图示为电流、