GB/T 40296-2021 实用超导线 铌-钛(Nb-Ti)与铌三锡(Nb3Sn)复合超导体的扭距测量方法.pdf

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  • 将样品一端固定装置松开,使能轴向滑动,但不能径向转动。将样品中段约80%的长度弯曲,且弯 曲时不应出现硬弯折[见图1b),可通过扭距测量辅助工装实现(见附录A)。将样品弯曲部分浸人质 量分数为40%~60%的硝酸溶液中直至铜基体被彻底溶蚀,内部超导丝完全分散开。腐蚀过程应尽量 保持样品静止,以获得清晰的腐蚀边界

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    将腐蚀完毕的样品移出酸液,用水充分冲洗去除酸液,再用无水乙醇脱水药品标准,最后按照7.3中的规 风吹干或用烘箱干燥

    将清洁与干燥后的样品恢复至水平的初始固定位置,使样品不能轴向弯曲,只能径向转动,可通过 租距测量辅助工装实现(见附录A)。首先,观察线材扭转方向,沿着扭转反方向旋转样品一端见 图1c),直至肉眼观察线材超导丝呈互相平行状态。然后,用厚度为1mm,宽度为10mm~30mm的 片铜箔(或其他硬质薄片)从样品被腐蚀区一端挑出儿根超导丝,将该铜箔抵住腐蚀区边界。再将另 片规格相近的铜箔亦插人该位置并滑动至腐蚀区另一端,同时调整旋转角度,直至挑出的超导丝被完 全退扭转,即所有超导丝呈互相平行的状态、且铜箔顺利抵住腐蚀区另一边界时,记录退扭转角度。 用游标卡尺测量被铜箔挑起的平行超导丝两端的距离(即两片铜箔/其他硬质薄片外缘之间的距离),记 为长度1见图1d)],可通过扭距测量辅助工装实现(见附录A)。 注:根据扭距定义,长度是在退扭转之前测量。但退扭转前超导丝实际分散长度不容易精确判定,而使用辅助工 装可保证退扭转后样品两端轴向位置不发生变化,这样实际测量的是退扭转后平行超导丝两端的距离而非平 行超导丝(松弛后的)长度。由于工装加工精度等原因退扭转后样品固定位置可能发生微小改变,引入不大于 0.50mm的误差,不确定度评定时进行考虑(见附录B)

    根据公式(1)计管扭距:

    根据公式(1)计算扭距: Lp=l/n,n=0/360 式中: Lp 扭距,单位为毫米(mm); 腐蚀长度,单位为毫米(mm); 77 退扭转圈数; 6 退扭转角度,单位为度()

    本方法通过测量退扭转角度6和腐蚀长度7获得扭距,不确定度评定方法见附录E 本方法的测量相对扩展标准不确定度应不大于3.0%(包含因子k=3)。

    测试报告中应包含如下信息: a) 线材类型; 样品编号; c)线径; d)扭转方向; e)扭距。 如下样品信息,如已知,也应写入报告中:

    测试报告中应包含如下信息: a) 线材类型; b) 样品编号; c)线径; d)扭转方向; e) 扭距。 SAG 如下样品信息,如已知,也应写入报告中,

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    a)线材制造商; b)线材批号; c)标称铜与非铜体积比; d)平均超导丝直径; e)超导丝数量; f) 取样位置。

    a)线材制造商; 线材批号; 标称铜与非铜体积比; d) 平均超导丝直径; e) 超导丝数量; f) 取样位置。

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    附录A (资料性) 种扭距测量辅助工装及使用方法示例

    一种扭距测量辅助工装及使用方法示例

    采用本文件方法测量扭距,需要使用扭距测量辅助工装固定超导线(矩形截面样品固定方法与圆形 线相同),并读取退扭转角度和测量腐蚀长度。本附录介绍了一种扭距测量辅助工装的设计(见图A.1) 及具体使用方法(见图A2)

    扭距测量辅助工装整体见图A.1a),零部件 剖面图见图A.1b),角度指示盘俯视图见图A.1c)

    E)扭距测量辅助工装整体图

    图A.1扭距测量辅助工装设计图

    扭距测量辅助工装的使用见第8章

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    图A.1扭距测量辅助工装设计图(续)

    装样方法见图A,2a),取一段清洁与十燥后的样品固定在扭距测量辅助工装上。具体固定方法 如下: a 将样品无弯折地穿过组件A与组件B的中心孔,中心孔直径约为2.5mm: b 将样品的一端沿着组件A上的紧线螺钉顺时针缠绕1圈,并顺时针拧紧组件A上的紧线 螺钉; ) 缓慢拉直样品,将样品的另一端沿着组件B上的紧线螺钉顺时针缠绕1圈,并顺时针拧紧组件 B上的紧线螺钉

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    方法见8.2中操作步骤

    清洁与干燥见8.3中操作步骤!

    待样品完全干燥后再进行测量。将组件A推回原位置,拧紧组件A与组件D之间的锁紧螺钉 公开组件B与组件C之间的定位鞘,观察线材扭转方向,若是右旋则顺时针旋转组件B见图A.2c) 反之逆时针旋转组件B。边旋转组件B边观察超导丝退扭转情况,退扭转至所有超导丝呈互相平行状 态的方法见8.4中操作步骤,记录退扭转角度。用游标卡尺测量被挑起的平行超导丝两端的距离,见 图A.2d),记为长度1

    图A.2扭距测量辅助工装使用方法

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    d)平行超导丝两端的距离

    图A.2扭距测量辅助工装使用方法(续)

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    B.1.1扭距计算模型

    本文件的扭距计算模型为公式(B.1):

    L,=0/360 式中: 样品腐蚀长度,单位为毫米(mm): 退扭转角度,单位为度(°); 扭距,单位为毫米(mm)。

    B.1.2不确定度灵敏度系数评定

    =c,"u,2 +c2"ue2 (B.2) 式中,uL,是通过本方法测得的扭距的合成标准不确定度。C1和C2是灵敏度系数,可通过对公 式(B.1)求偏导来获得,分别为公式(B.3)和公式(B.4):

    B.2.2每个变量的合成标准不确定度

    B.2.2.1腐蚀长度1的合成标准不确定度

    腐蚀长度1的测量考虑了边界腐蚀不清晰的测量误差和由于工装加工精度等原因引入的测量误 8.4注)。腐蚀长度1的不确定度评定如下: a)多次测量被铜箔(或其他硬质薄片)挑起的平行超导丝两端的距离,记为1"(见表B.1),实验

    A类不确定度是0.10mm

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    b)游标卡尺的分辨率是0.02mm,引的不确定度是0.01mm(0.02//3); ) 腐蚀边界不清晰的误差是0.50mm,引人的不确定度是0.29mm(0.50//3); d)由于工装加工精度等原因引入的测量误差(见8.4注)是0.50mm,引入的不确定度是0.29mm (0.50//3)。 腐蚀长度l合成标准不确定度u是0.42mm

    B.2.2.2退扭转角度0的合成标准不确定度

    退扭转角度6的测量考虑了测量时平行度的观察误差以及样品弯曲引入的误差。 退扭转角度θ是中间计算量,计算过程保留3位~4位有效数字。退扭转角度6的不确定度评定 如下: a)多次观察超导丝的平行状态并记录退扭转角度,记为6"(见表B.2),实验的A类不确定度是 9.09°;

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    b)角度指示盘的分辨率是5°,引入的不确定度是2.89(5°//3); c)平行度观察的误差是20°,引人的不确定度是11.55°(20°//3); d)样品弯曲引人的误差是10°,引人的不确定度是5.77(10°//3)。 退扭转角度0的合成标准不确定度u。是16.05°

    B.2.3扭距的合成标准不确定度计算

    将l=128.51mm(1的平均值),0=3276°(的平均值)代入公式(B.3)和公式(B.4)计算灵敏度系 数,C1=0.110,C2=一0.004mm/(°)。这里用于不确定度灵敏度系数评定的量仅适用于特定的实验。 这些系数并非普遍适用,每次实验会不同。 L,的合成标准不确定度根据公式(B.2)计算,uL.是0.08mm

    B.2.4确定扩展不确定度U

    取包含因子K三3时,扩展不确定度U mm,相对拉展标准不确定度是1.7%0。

    依据扭距公式(B.1),l=128.51mm(l的平均值),0=3276°(0的平均值),计算扭距结果Lp 14.12mm,则测量结果L,=(14.12±0.24)mm

    B.3Nb.Sn复合超导体扭距测量的不确定度评定

    B.3.2每个变量的合成标准不确定度

    B.3.2.1腐蚀区长度1的合成标准不确定度

    腐蚀长度7的测量考虑了边界腐蚀不清晰的测量误差和由于工装加工精度等原因引入的测量误差 见8.4注)。腐蚀长度1的不确定度评定如下: a)多次测量被铜箔(或其他硬质薄片)挑起的平行超导丝两端的距离,记为l*(见表B.3),实验的 A类不确定度是0.19mm;

    Nb.Sn样品腐蚀区的长

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    表B.3Nb.Sn样品腐蚀区的长度(续)

    b)游标卡尺的分辨率是0.02mm,引人的不确定度是0.01mm(0.02//3); 长度腐蚀边界不清晰的误差是1.00mm,引入的不确定度是0.58mm(1.00//3); d 由于工装加工精度等原因引人的测量误差(见8.4)是0.50mm,引人的不确定度是0.29mm (0.50//3)。 腐蚀长度l的合成标准不确定度u是0.67mm

    B.3.2.2退扭转角度6的合成标准不确定度

    退扭转角度6的测量考虑了测量时平行度的观察误差以及样品弯曲引人的误差。 退扭转角度是中间计算量,计算过程保留3位~4位有效数字。退扭转角度θ的不确定度评定 如下: a)多次观察超导丝的平行状态并记录退扭转角度,记为*(见表B.4),实验的A类不确定度是 20.11°;

    表B.4Nb.Sn样品腐蚀区的退扭转角度

    b)角度指示盘的分辨率是5°,引入的不确定度是2.89°(5//3); c)平行度观察的误差是20°,引入的不确定度是11.55°(20//3)

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    1)样品弯曲引入的误差是10° 引人的不确定度是5.77(10//3) 退扭转角度的合成标准不确定度u。是24.07

    B.3.3扭距的合成标准不确定度计算

    将l=138.56mm(1*的平均值),0=3202°(0*的平均值)代入公式(B.3)和公式(B.4)计算灵敏度 系数c1=0.112和c2=一0.005mm/()。这里用于不确定度灵敏度系数评定的量仅适用于特定的实 验。这些系数并非普遍适用的,每次实验会不同, L,的合成标准不确定度根据公式(B.2)计算,uL是0.14mm。

    B.3.4确定扩展不确定度U

    依据扭距公式(B.1),l=138.56mm(1*的平均值),0=3202°(0*的平均值),计算扭距结果L 8mm,则测量结果L,=(15.58±0.42)mm

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    公路工程表B.6Nb.Sn样品循环比对测量结果

    B.4.2测量结果分析

    根据参考文献1的不确定度和标准偏差等数据分析方法,对四家实验室测量数据进行了平均值 、标准偏差s、标准不确定度u。和相对标准不确定度u的计算分析,见表B.7和表B.8。并对四家实 验室测量数据的平均值进行了标准偏差,标准不确定度u。和相对标准不确定度u.的计算分析,见 表B.9

    表B.8Nb.Sn样品数据分析结果L,、S、u.u

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    表B.9四家实验室之间数据分析结果s.u.u

    B.5影响扭距测量的其他因素

    详品测量前发生的扭转,会影响样品测量的重复性

    探伤标准GB/T 40296—2021

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