GB∕T 25897-2020 剩余电阻比测量 铌-钛(Nb-Ti)和铌三锡(Nb3Sn)复合超导体剩余电阻比测量.pdf
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1、ICS 17.220.20,29.050 H 21 中华人民共和国国家标准GB/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 代替GB/T25897- 2010 剩余电阻比测量银-铁(Nb-Ti)和银三锡(Nb3Sn)复合超导体剩余电阻比测量Residual resistance ratio measurement-Residual resistance ratio of Nb-Ti and Nb3Sn composite superconductors CIEC 61788-4: 2020, Superconductivity一-Part4: Residual resista
2、nce ratio measurement-Residual resistance ratio of Nb-Ti and Nb3Sn composite superconductors, IDT) 2020-12-14发布国家市场监督管理总局华+国家标准化管理委员会保叩2021-07-01实施G/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 目次前言I引言. II 1 范围-2 规范性引用文件3 术语和定义4 原则-5 装置5.1 圆柱形或平板状样品架材料5.2 圆柱形样品架的直径和平板状样品架的长度5.3 测量样品电阻CR2)的低温恒温容器6 样品准备7 数据采集和分析7.1
3、 室温电阻CR1)3 7.2 刚超过超导转变温度时的电阻CR2或R2* )3 7.3 Nb-Ti复合超导体R2*测量值的弯曲应变修正7.4 剩余电阻比CRRR)8 测试方法的不确定度和稳定性.8.1 温度8.2 电压8.3 电流8.4 尺寸9 测试报告69.1 RRR值9.2 样品69.3 测试条件附录AC资料性附录)有关RRR测量的附加信息8附录BC资料性附录)不确定度考虑14附录cC资料性附录)Nb-Ti和Nb3Sn复合超导体RRR值测试方法的不确定度评定18参考文献. . . . . . . . . . . 23 G/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 目。吕本
4、标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准代替GB/T25897-2010超导电性:锯铁复合超导体剩余电阻比测定),与GB/T25897 2010相比,主要技术变化如下:增加了锯兰锡CNb3Sn)剩余电阻比的测量方法(见全文); 修改了样品准备时两电压接点之间的最小距离,由25mm变化为15mmC见第6章,2010年版的第6章); 修改了测量室温电阻时通人电流的电流密度,由0.1A/mm21 A/mm2变化为0.1A/mm2 2 A/mm2 C见7.1,2010年版的7.1); 一一修改了附录A的内容CA.1是2010年版的A.6;A.3是2010年版的A.4,且增加了b)及e)
5、中的4);A.4是2010年版的A.1;删除了2010年版的A.3); 替换了附录B的大部分内容(删除了2010年版的B.2中的术语和定义,增加了B.3和B.4); 一一增加了附录C。本标准使用翻译法等同采用IEC61788-4: 2020超导第4部分:剩余电阻比测量锯-铁CNb-Ti)和锯兰锡CNb3Sn)复合超导体剩余电阻比测量。与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:一-GB/T2900.100- 2017 电工术语超导电性CIEC60050-815 : 2015, IDT)。本标准做了下列编辑性修改:将标准名称修改为剩余电阻比测量锯铁CNb-Ti)和铝兰锡CNb3
6、 Sn)复合超导体剩余电阻比测量。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这些专利的责任。本标准由中国科学院提出。本标准由全国超导标准化技术委员会CSAC/TC265)归口。本标准起草单位:西部超导材料科技股份有限公司、中国科学院物理研究所、有研工程技术研究院有限公司、华中科技大学、广东电网有限责任公司电力科学研究院、中国科学院等离子体物理研究所。本标准主要起草人:朱燕敏、武博、冯冉、王菲菲、李洁、郑明辉、谭运飞、宋萌、刘华军。本标准所代替标准的历次版本发布情况为:一一-GB/T25897-2010。I G/T 25897-2020/IEC 61788-4 :2020 引
7、在锯铁CNb-Ti)和锯兰锡CNb3Sn)复合超导体中,铜CCu)、铜/铜镇CCu/Cu-Ni)或铝CAl)既作为基体材料,同时又作为一种稳定化材料。当超导体局部失超时,它可起分流作用,并能把超导体内产生的热量传导至周围的冷却介质中,从而使超导体有可能恢复其超导性能。因此低温下基体材料的电阻率是复合超导材料的一个重要特性指标,它关系到超导材料的稳定性和交流损耗。剩余电阻比定义为复合超导体在室温时的电阻值与刚超过超导转变温度时的电阻值之比。本标准规定了Nb-Ti和Nb3Sn复合超导体剩余电阻比的测试方法。复合超导体刚超过超导转变温度时的电阻值使用曲线法测量。其他测量该电阻值的方法在A.3说明。H
8、 G/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 剩余电阻比测量银-钦CNb-Ti)和银三锡CNb3Sn)复合超导体剩余电阻比测量1 范围本标准规定了无应变、无外加磁场条件下铜CCu)、铜镇CCu-Ni)、铜/铜镇CCu/Cu-Ni)基体和铝CAl)基体的锯一铁CNb-Ti)和锯三锡CNb3Sn)复合超导体剩余电阻比CRRR)的测试方法。本标准适用于剩余电阻比值低于350、横截面小于3mm2、具有矩形或圆形横截面的一体化超导体的剩余电阻比的测量。对于Nb3Sn复合超导体,样品经反应热处理。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的
9、版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。IEC 60050-815 国际电工术语CIEV)第815部分:超导电性CInternational Electrotechnical Vo-cabulary-Part 815: Superconductivity) 3 术语和定义3.1 IEC 60050-815界定的以及下列术语和定义适用于本文件。ISO和IEC维护用于标准化的术语数据库,地址如下: IEC电工百科:http:/www.electropedia.org ISO在线浏览平台:http:/www.iso.org/ obp 剩余电阻比resid
10、ual resistance ratio; RRR 室温时的电阻值与刚超过超导转变温度时的电阻值之比。注:本标准规定,Nb-Ti和Nb3Sn复合超导体在2 93K(20 OC)时的电阻为室温电阻。复合超导体的剩余电阻比按公式(1)计算。式中:rRRR 复合超导体的剩余电阻比;Rl一一复合超导体在293K(20 OC)时的电阻;R l rRRR R2 R2一在无应变、无外加磁场条件下测量的复合超导体刚超过超导转变 温度时的电阻。图1给出了低温下样品电阻随温度变化的测量曲线示意图。( 1 ) G/T 25897-2020/IEC 61788-4 :2020 型HrO * 1c 温度注:低温电阻(R
11、2)取决于两直线(a)和(b)在温度T的交点A。图1电阻-温度曲线4 原则复合超导体的室温电阻和低温电阻都应采用四引线法进行测量。所有测量均不加磁场。本测量方法的目标相对合成标准不确定度为不超过5%的扩展不确定度(走=2)。在安装和冷却Nb-Ti样品过程中引人的最大弯曲应变应不超过2%。对于Nb3Sn样品,测量应在无应变或仅在可允许的热应变条件下进行。5 装置5.1 圆柱形或平板状样晶架材料用于测量线圈形Nb-Ti样品的圆柱形样品架和测量直线形Nb-Ti或Nb3Sn样品的平板状样品架,应使用铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)或在液氮温度(4.2K)时的热导率等于或大于100W /(m. K)的
12、类似材料。这些材料的表面应用绝缘材料覆盖(例如聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚醋、聚四氟乙烯等带材或涂层),其厚度等于或小于0.1r旧n。5.2 圆柱形样晶架的直径和平板状样晶架的长度对于测量Nb-Ti样品的圆柱形样品架应有足够大的直径,以确保样品的弯曲应变小于或等于2%。用于测量直线形样品的平板状样品架应确保Nb3Sn样品在无应变或仅在可允许的热应变条件下进行测量。平板状样品架的长度应至少为30mm。5.3 测量样品电阻(R2)的低温恒温容器测量样品电阻Rz用的低温恒温容器应包括样品支撑结构和液氮容器。样品支撑结构应使安装在圆柱形或平板状样品架上的样品能浸到液氮并能从液氮中提出。另外,样品支撑结构应
13、能使电流通过2 G/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 样品,并能测量出样品上产生的电压。6 样品准备测试样品不应有接头或折痕,其长度为30mm或更长。电流引线连接在样品两端,一对电压引线连接在样品中间部分。两电压接点之间的距离(L)应等于或大于15mmo用于低温测量的温度计应尽可能地贴近样品。应采用一定的机械方法把样品固定在具有绝缘层的圆柱形或平板状样品架上。在连接电压、电流引线和把样品安装在样品架上时应特别小心,以免对样品施加过分的力,造成样品承受超过其允许范围内的拉伸或弯曲应变。理想情况是Nb3Sn样品的形状尽可能笔直,然而实际情况并非总是如此,因此宜特别注意尽
14、量保持样品在接收时的状态。样品安装在圆柱形或平板状样品架上进行电阻的测量。电阻Rl和R2的测量都应对同一样品在同一安装状态下进行。7 数据采集和分析7.1 室温电阻(R1) 安装好的样品应在室温Tm(K)下进行电阻测量,其中Tm满足以下条件:273 KT m 308 K。测量时应在样品上通人一定的电流11(A汀,以导体的整个横截面计算的样品电流密度控制在0.1 A/mm22 A/mm2的范围内,应记录样品上产生的电压U1(V)、电流11(A)和室温Tm(K)。应使用公式(2)计算样品在室温(Tm)时的电阻(Rm),应使用公式(3)计算 铜基超导体在293K (20 O C ) 时的电阻(R1)
15、。对于不含纯铜组元的超导体,Rl的电阻应设置为Rm不需做任何温度的修正。Rm=号R m R,二川1 + 0.003 93 X (T m二293) 7.2 刚超过超导转变温度时的电阻(R2或R2*) 7.2.1 应变效应修正( 2 ) ( 3 ) Nb-Ti样品在承受应变的状态下,在刚超过超导转变温度时所测得的低温电阻R2* ,并不是在剩余电阻比测量中所需要的电阻R2的正确值。相应的应变效应修正见7.3。7.2.2 低温电阻数据采集样品应保持安装在室温测量的样品架上,放置于5.3所指定的低温恒温容器中进行电阻测量。推荐采用样品水平安装方式,参见附录A的A.1。其他使用加热元件来控制样品温度的低温
16、恒温容器参见A.2。样品应缓慢浸人液氮浴中并冷却到液氮温度。样品从室温冷却到液氮温度的时间至少5mino 在低温电阻R2*的测量阶段,应在样品上通人一定的电流CI2 ) ,以导体的整个横截面计算的样品电流密度控制在0.1A/mm210 A/mm2的范围内,应记录样品上产生的电压U(V)、电流12(A)和样品的温度T(K)。为使采集到的电压信号有足够高的信噪比,在刚超过超导转变温度之上时,样品所产生电压的绝对值应大于10V。图2给出了在低温电阻R2*测量过程中所采集的数据和对其进行分析的示意图。3 GB/T 25897-2020/IEC 61788-4 :2020 U u. 。+.4一一一吨。+
17、f句陀、,+一-U2 0-7 UO一注:电压下标符号的+和一分别表示在正极性和负极性电流下测得的电压,而U20+和U20一是在零电流下测得的电压。为说明问题清楚起见,零电流时测得的Uo巾和IUo没有重合。直线()为电压随温度剧增的转变区域的切线,直线(6)为电压接近常数的切线。图2电压-温度曲线和各个电压的定义当样品处于超导状态并且有测试电流CI2)通过时,应几乎同时地测量两个电压。一个是电压UO+, 它是电流以正向通过样品时测得的电压;另一个是电压UOr啊,它是瞬间改变电流极性时在样品上测得的电压。有效的R2*测量要求没有过大的干扰电压存在,并且样品初始处于超导状态。因此一次有效测量应满足公
18、式(4)的条件。式中:I UO+ -UOrev I 一1%U2 U2 在低温下样品处于正常态时的平均电压,它的定义见公式(5)。. ( 4 ) 应缓慢加热样品使它完全转变到正常态。当使用5.3中说明的低温恒温容器来进行低温电阻测量时,可以简单地通过把样品提升到液氮面上某一合适的位置来实现。在采集样品的电压温度曲线时,样品的升温速率保持在0.1K/min10 K/min之间。样品由超导态转变为正常态直至低于15K(对于Nb-Ti样品)或低于25K(对于Nb3Sn样品)的某一温度时,其电压-温度曲线应全程记录。接着在这一低于15K(对于Nb-Ti样品)或低于25K(对于Nb3Sn样品)的温度下,应
19、将样品电流降为零,并记录下相应的电压UZO+。应把样品再次缓慢浸入液氮中,并把样品冷却到与初始电压UO+时几乎相同的温度,允许的温度偏差为:l:lK。在这个温度下应改变样品电流Iz的方向,此时测试电流和初始测试时使用的电流在大小上相同,但方向相反,相应样品上的电压UO一也应记录下来。接着在这极性相反方向的测试电流下应重复上述步骤以记录样品的电压-温度曲线。另外应在和测量U20+时几乎相同的温度下记录相应的UZO-,允许的样品温度偏差为:l:lK。应在这两条曲线上的每一曲线中电压绝对值随温度急剧增加的部分画一条直线(a),并在样品转变为正常态的部分(随着温度的变化Nb-Ti样品的电压接近常数,N
20、b3Sn样品的电压逐渐升高接近线性)4 G/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 画另外一条直线(b)(见图2)。图2中U2十和U二应分别由上述两个电流极性不同的曲线上两直线的交点来确定。应使用公式UZ+=U2*十二Uo十和U2-=U;一二Uo分别计算修正后的电压U2十和Uz。平均电压Uz应被定义为:二IUz+ -U2一|川一2 . ( 5 ) 有效低温电阻R;的测量要求在电压Uz+和Uz测量期间热电势的漂移保持在可接受的范围内。因此,一个有效的低温电阻测量应满足公式(6)的条件。式中:1,6+ -,6一_. n / 3% Uz 4十和4分别定义为4十=Uzo+-Uo十
21、和,6-= U20-Uo-0 . ( 6 ) 如果低温电阻R2*的测量不能满足本条中公式(4)或公式(6)的有效性要求,则在报告结果之前,对硬件或实验操作方面应采取改进措施以满足这些要求。应用公式(7)计算刚超过超导转变温度时低温电阻(R2* )的测量值。U? R2* -L ( 7 ) 7.2.3 可选的采集方法本标准正文中描述的方法为参照方法,其他可选的采集方法在A.3中概述。7.3 Nb-Ti复合超导体R2*测量值的弯曲应变修正如果超导体中没有纯铜组元,超导体的低温电阻R2应等于测得的R2*。对于含有纯铜组元的复合超导体样品,弯曲应变定义为b=100X(h/r)(%),其中对于矩形截面的导
22、体h是样品厚度的一半,对于圆形截面的导体h是导体半径,r是弯曲半径。如果弯曲应变小于0.3% ,不需要进行任何修正,电阻R2认为等于R;。如果以上两种情况均不适用,则应使用公式(8)来估算无应变条件下复合超导体刚超过超导转变温度时的电阻值R2。式中:SC 表示:R2 = Rz* -.6 - Cu ( 8 ) 4(0,. m)= 6.24 X 10-12 5.11 X 10-142阿三二2%(9 ) 应使用公式(9)计算弯曲应变b对于低温电阻率的影响,对于矩形导体假定其相应的拉伸应变为(1 /2)句,而对于圆形导体认为其相应的拉伸应变为4/(3)Jb。纯铜的剩余电阻比和弯曲应变的依赖性在A.4中
23、做了进一步说明。7.4 剩余电阻比(RRR)RRR值应用公式(1)来计算。5 G/T 25897-2020/IEC 61788-4 :2020 8 测试方法的不确定度和稳定性8.1 温度当安装在圆柱形或平板状样品架上的样品处于室温状态时,室温应以不超过0.6K的标准不确定度测定。8.2 电压对于电阻的测量,电压信号应以不超过0.3%的相对标准不确定度测量。8.3 电流当采用可编程的直流电源直接测量样品时,测试电流应以不超过0.3%的相对标准不确定度测定。当采用四引线法利用标准电阻上的电压-电流特性来确定样品测试电流时,应使用相对合成标准不确定度不超过0.3%的标准电阻。在每一次电阻测量中,由直
24、流电源提供的样品测试电流的波动应小于0.5%。8.4 尺寸沿着样品长度方向,两个电压引线接点之间的距离CL)应以不超过5%的相对合成标准不确定度测定。对于具有纯铜基体超导体的弯曲应变效应的修正,铜基体的横截面CSCu)应根据样品的铜二非铜体积比的标称值和标称尺寸来确定。线材直径Cd)和圆柱形样品架半径CRd)应分别以不超过1%和3%的相对标准不确定度测定。9 测试报告9.1 RRR值所测得的RRR值(RRR)应以公式(10)形式报告:RRR (1 :1: Ure)(=) C 10 ) 式中:Ure -扩展相对不确定度,按公式(11)。Ure = 2 urC走=2)C 11 ) 式中:Ur 相对
25、合成标准不确定度;走一一包含因子;n 样品数量。样品数量最好大于4,这样就可以假设观测结果是正态分布来估计标准偏差。如果不够大,则应假定为均匀分布来估计。9.2 样晶如果已知,测试报告包括下述几项:a) 生产厂家;b) 分类和/或牌号;6 G/T 25897-2020/IEC 61788-4: 2020 c) 横截面的形状和面积;d) 横截面的尺寸;e) 芯丝或亚组元的数量;f) 芯丝或亚组元的直径;g) 对于Nb-Ti样品:Cu与Nb-Ti的体积比,Cu-Ni与Nb-Ti的体积比,Cu和Cu-Ni与Nb-Ti的体积比,Al和Cu与Nb-Ti体积比,Cu-Ni:Cu: Nb-Ti的体积比或Al
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