Opis przedmiotu zamówienia CZĘŚĆ 7 Poz. Kriostat do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych wraz z układem automatyki kontrolno-pomiarowej 1. Projekt koncepcyjny wykonania Kriostatu do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych wraz z układem automatyki kontrolnopomiarowej 1. Ogólny opis przedmiotu zamówienia Przedmiotem zamówienia jest opracowanie projektu koncepcyjnego wraz z dokumentacją techniczną zautomatyzowanego kriostatu do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych służących do oceny taśm nadprzewodnikowych HTS 2G (High Temperature Superconductor), w którym będzie możliwość wyznaczania charakterystyki R=f(T) w zakresie temperatur od 77K-324K oraz rejestracja przebiegów U=f(t), I=f(t) w zakresie zmian nastaw napięcia 0-8V, lub prądu 0-400A w temperaturze ciekłego azotu dla zaprogramowanych wartości prądu i napięcia. Opracowanie powinno zawierać rysunki techniczne konstrukcji mechanicznej, schematy elektryczne i sygnałowe obwodów zasilania, sterowania oraz pomiarowego, wraz ze wstępnym wykazem elementów według wymagań przedstawionych w punktach 2 4. Ponadto projekt powinien zawierać opis działania opracowanego projektu. Ilość 2. Wymagania dotyczące konstrukcji mechanicznej 1) Ze względu na wykorzystanie w stanowisku badawczym substancji (ciekły azot) zagrażających życiu bądź zdrowiu obsługi i osób postronnych oraz sprzętu sterującopomiarowego należy spełnić wymienione poniżej wytyczne dotyczące konstrukcji mechanicznej. Ponadto, ze względu na pracę przy niskich temperaturach, konstrukcja kriostatu powinna spełniać rygorystyczne wymogi, również szczegółowo omówione w tym punkcie. 2) Stanowisko badawcze powinno składać się z konstrukcji wsporczej zbudowanej z profili konstrukcyjnych skręcanych (nie spawanych), tolerancje profili DIN EN 12020. Profile konstrukcyjne muszą być wykonane z materiału stop 6063 gatunek T66 wyżarzanych cieplnie (F25) o powierzchni matowanej i anodowanej naturalnie o grubości warstwy 12 µm, która będzie minimalizowała efekty korozji w niekorzystnych warunkach jej pracy. Konstrukcja mechaniczna powinna być zamontowana na nóżkach do bezstopniowego ustawienia wysokości oraz ruchomo ułożyskowaną podstawą stopki, aby nierówności powierzchni mogły być wyrównywane, tak by umożliwić stabilne usadowienie kriostatu oraz jego wypoziomowanie. 3) Konstrukcja mechaniczna kriostatu powinna mieć wydzieloną część na aparaturę automatyki kontrolno-pomiarowej, tak by opary ciekłego azotu nie powodowały niewłaściwej pracy bądź uszkodzenia tej aparatury. Obydwie te części powinny być oddzielone płytą z tworzywa sztucznego. Do zbiornika kriostatu właściwego powinien być zapewniony dostęp w 1 komplet Strona 1 z 6
takim zakresie by możliwe było swobodne nalewanie ciekłego azotu. Zbiornik kriostatu będzie stanowić dewar z luźną pokrywą i uchwytem do przenoszenia ciekłego azotu o pojemność minimum 6 litrów, średnicy wewnętrznej minimum 185 mm oraz wysokości wewnętrznej minimum 270 mm. 4) Do wszystkich urządzeń kontrolno-pomiarowych oraz rozdzielnicy zasilającej stanowisko badawcze powinien być swobodny dostęp, umożliwiający ręczną ingerencję operatora, bez konieczności przesuwania stanowiska bądź odkręcania osłon ochronnych. Wszystkie przewody zasilające oraz kontrolno-pomiarowe powinny być prowadzone w specjalnych kanałach sygnałowych, uniemożliwiających mechaniczne ich uszkodzenie. 5) Część konstrukcji mechanicznej, zawierająca badane próbki taśm HTS oraz czujniki pomiarowe powinna być opuszczana/podnoszona do/z zbiornika kriostatu automatyczne, za pomocą napędu elektrycznego sterowanego z programu komputerowego, przez dedykowaną kartę kontrolno-pomiarową. Całość części pomiarowej powinna być zamontowana na prowadnicy liniowej modułu liniowego umożliwiającego pozycjonowanie z dokładnością co najmniej 0,1 mm wyposażonego w czujniki krańcowe. Część ruchoma systemu powinna być tak zamontowana, aby opary ciekłego azotu i zamarzająca para wodna, nie powodowały jej błędnego działania. Wszystkie przewody pomiarowe oraz zasilające badaną próbkę, doprowadzone do części ruchomej powinny być umieszczone w zapewniającym cichą pracę, prowadniku przewodów wyposażonym w separatory przewodów. 6) Ruchoma część pomiarowa powinna zawierać dwie płyty bazowe, do których przyłączone będą kriogeniczne przepusty pomiarowe, kriogeniczne przepusty prądowe oraz uchwyty z badanymi próbkami. Górna płyta bazowa wykonana z anodowanego aluminium powinna zawierać izolowane kriogeniczne przepusty pomiarowe oraz izolowane kriogeniczne przepusty prądowe. Dolna płyta bazowa, mająca niewielką zmianę objętości w niskich temperaturach, powinna być wykonana z kompozytu epoksydowo-szklanego typu E i powinna zawierać bloki mocujące uchwyty próbek taśm HTS. Konstrukcja dolnej płyty bazowej powinna umożliwiać zamontowanie jednocześnie dwóch uchwytów próbek taśm HTS, jedna do badań zależności prądowych i napięciowych w czasie, a druga do badań rezystancji w zależności od temperatury. Próbki te powinny być umieszczone jedna pod drugą w odległościach umożliwiających swobodne ich umieszczenie w zbiorniku kriostatu z ciekłym azotem. Połączenie górnej i dolnej płyty bazowej powinno być stabilne i również wykonane z materiału o niewielkiej zmianie objętości w niskiej temperaturze oraz o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, umożliwiającej mechaniczne zamocowanie wymiennych uchwytów badanych próbek. 7) W ramach stanowiska badawczego należy wykonać projekt uchwytów próbek taśmy nadprzewodnikowej HTS 2G o szerokościach 2, 3, 4, 6, 12 mm, umożliwiających zasilanie przez doprowadzenia prądowe i pomiar napięcia na taśmie Strona 2 z 6
HTS przez wyprowadzenia napięciowe rozmieszczone w odległości 100 mm, w celu wyznaczenia charakterystyki R=f(T). Uchwyty te powinny być wykonane z kompozytu epoksydowo-szklanego oraz wyposażone w bloki miedziane, w których zamocowane są badane taśmy HTS. Taśma HTS powinna być odizolowana od bloku miedzianego taśmą poliimidową z klejem silikonowym o odporności dielektrycznej minimum 5 kv. Blok miedziany powinien być wyposażony w otwór umożliwiający umieszenie czujnika kriogenicznego w kształcie walca i wymiarach: średnica Ø = 3.1 mm, wysokość h = 11 mm. Do końcówek taśmy HTS poprzez odpowiednie doprowadzenia powinno być doprowadzone napięcie zasilające badaną próbkę, sterowane z programu komputerowego. Bloki miedziane z badaną próbką taśmy HTS powinny być przymocowywane do uchwytów za pomocą połączenia śrubowego umożliwiającego szybką wymianę uchwytu bez konieczności demontażu połączenia śrubowego, a jedynie przez poluzowanie tego połączenia. 8) W ramach stanowiska badawczego należy wykonać projekt uchwytów próbek taśmy nadprzewodnikowej HTS 2G o szerokości 2, 3, 4, 6, 12 mm, umożliwiających pomiar napięcia na taśmie HTS przez wyprowadzenia napięciowe rozmieszczone w odległości 100 mm, umożliwiające rejestrację przebiegów U=f(t), I=f(t) w zakresie nastaw napięcia 0-8 V oraz prądu 0-400 A w temperaturze ciekłego azotu dla zaprogramowanych wartości prądu i napięcia. Uchwyty te powinny być wykonane z kompozytu epoksydowo-szklanego ze złączami miedzianymi umożliwiającymi podłączenie wysoko-prądowych przewodów zasilających (na prąd do 400 A). Doprowadzenia prądowe powinny umożliwić pracę w niskich temperaturach. Uchwyty z badaną próbką taśmy HTS powinny być przymocowywane do uchwytów na dolnej płycie bazowej za pomocą połączenia śrubowego umożliwiającego szybką wymianę uchwytu bez konieczności demontażu połączenia śrubowego, a jedynie przez poluzowanie tego połączenia. 9) Po wyciągnięciu próbek taśm HTS z kriostatu, uchwyty próbek powinny być ogrzewane za pomocą systemu automatycznego ogrzewania nadmuchowego, w celu zapobiegnięcia skraplania się pary wodnej do zbiornika kriostatu oraz umożliwienie wykonania charakterystyki R=f(T) do temperatury 324K. 3. Wymagania dotyczące układu zasilania 1) Przy badaniu charakterystyk R=f(T) próbki taśm HTS powinny być zasilane z regulowanego zasilacza małej mocy sterowanego z programu komputerowego w sposób automatyczny. Natomiast przy badaniu charakterystyk U=f(t), I=f(t) próbki taśm HTS powinny być zasilane z regulowanego zasilacza dużej mocy, o regulowanych parametrach w zakresie 0-8 V oraz 0-400 A, sterowanego z programu komputerowego w sposób automatyczny. 2) Stanowisko kriostatu do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych wraz z układem automatyki kontrolno- Strona 3 z 6
pomiarowej powinno być zasilane z rozdzielnicy, zamontowanej w dostępnym miejscu stanowiska. Rozdzielnica powinna być wyposażona w odpowiednio dobrane zabezpieczenia nadprądowe oraz upływowe obwodu zasilania komputera, monitorów temperatury, zasilacza, obwodów napędu podnoszenia/opuszczenia badanych próbek taśm HTS oraz innych obwodów. Obwody zasilająco-sterujące powinien być wyposażone w ręczny wyłącznik bezpieczeństwa odcinający zasilanie w razie zaistnienia zagrożenia tzw. wyłącznik bezpieczeństwa. 4. Wymagania dotyczące układu pomiarowego 1) Układ pomiarowy będzie wyposażony w monitor temperatury o następujących parametrach: zakres pomiarowy do minimum 1,2K; minimum 8 wejść sensorowych; obsługa czujników diodowych oraz typu RTD (resistance temperature detectors); wyświetlacz umożliwiający wyświetlanie wyników pomiarów z 8 czujników w następujących jednostkach: K, C, V, oraz Ω; standardy komunikacji typu IEEE-488 oraz RS-232C; wyposażony w minimum dwa wyjścia analogowe; wyposażony w przekaźniki alarmowe. Pomiary temperatury będą wykonywane czujnikiem kriogenicznym o następujących parametrach: zakres mierzonych temperatur od minimum 4K do maksimum 324K (czujnik skalibrowany); czujnik typu RTD, długość wyprowadzeń 2 m. Pomiary parametrów elektrycznych będą wykonywane za pomocą karty kontrolnopomiarowej o następujących parametrach: minimum 32 wejścia analogowe, szybkość transmisji 500 ks/s, rozdzielczość 16-bit, zakres pomiarowy ±10 V; minimum 4 wyjścia analogowe, szybkość transmisji: 900 ks/s dla 1 kanału, 840 ks/s dla 2 kanałów, 775 ks/s dla 3 kanałów, 719 ks/s dla 4 kanałów, rozdzielczość 16-bit, zakres napięć wyjściowych ±10 V; minimum 48 cyfrowych wejść/wyjść (I/O) 1 MHz, system logiczny TTL, minimum cztery 32- bitowe liczniki/timery; standard komunikacyjny USB 2.0. Cały system powinien być połączony i zsynchronizowany za pomocą złączy GPIB/USB oraz wyjść/wejść cyfrowych i wejść analogowych. Pomiar i sterowanie wykonywane jest z komputera za pomocą specjalnego programu komputerowego: umożliwiającego programowanie w środowisku graficznym; posiadającego zintegrowane biblioteki dla analizy pomiarów, algorytmów sterowania oraz cyfrowego przetwarzania sygnałów; umożliwiającego połączenie oprogramowania za pośrednictwem bibliotek DLL, TCP i OPC oraz tworzenie plików wykonywalnych typu start-up; umożliwiającego ścisłą integrację urządzeń elektronicznych poprzez wejścia/wyjścia oraz zbieranie i przetwarzanie danych pomiarowych, tworzenie wykresów i charakterystyk; posiadającego obsługę interfejsów komunikacyjnych IEEE-488 (GPIB), USB, oraz RS232. 2) Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyk U=f(t), I=f(t) powinien być wyposażony w odpowiedni bocznik pomiarowy. Sygnały z bocznika pomiarowego będą mierzone poprzez kartę kontrolno-pomiarową. Strona 4 z 6
3) Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyk R=f(T), powinien umożliwiać pomiar napięcia na taśmie HTS i prądu taśmy (przez pomiar napięcia na boczniku pomiarowym) za pomocy karty kontrolno-pomiarowej. Przewody pomiarowe napięcia i prądu powinny mieć możliwość odłączania od systemu pomiarowego poprzez specjalne złącze zamontowane w górnej płycie bazowej. 4) Układ pomiarowy powinien zawierać zabezpieczenia nadprądowe, zabezpieczenia różnicowoprądowe oraz system ochrony karty pomiarowej zapobiegający uszkodzeniu wejść karty. 2. Wykonanie Kriostatu do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych wraz z układem automatyki kontrolno-pomiarowej według projektu z poz. 1. 1. Ogólny opis przedmiotu zamówienia Przedmiotem zamówienia jest wykonanie zautomatyzowanego kriostatu do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych według wytycznych przedstawionego w pozycji 1. zamówienia oraz projektu koncepcyjnego powstałego w wyniku realizacji pozycji 1. zamówienia, wraz z wykonaniem programu kontrolno pomiarowego oraz po 10 uchwytów próbek taśmy nadprzewodnikowej HTS 2G według specyfikacji zawartej w punkcie 2 podpunkty 7 oraz 8 pozycji 1. zamówienia. 2. Wymagania dotyczące programu kontrolno pomiarowego 1) Program kontrolno-pomiarowy powinien być napisany w programie komputerowym o następujących możliwościach: umożliwiającego programowanie w środowisku graficznym; posiadającego zintegrowane biblioteki dla analizy pomiarów, algorytmów sterowania oraz cyfrowego przetwarzania sygnałów; umożliwiającego połączenie oprogramowania za pośrednictwem bibliotek DLL, TCP i OPC oraz tworzenie plików wykonywalnych typu start-up; umożliwiającego ścisłą integrację urządzeń elektronicznych poprzez wejścia/wyjścia oraz zbieranie i przetwarzanie danych pomiarowych, tworzenie wykresów i charakterystyk; posiadającego obsługę interfejsów komunikacyjnych IEEE-488 (GPIB), USB, oraz RS232. Wykonawca dostarcza wszystkie pliki z programem, z możliwością jego modyfikacji, nie zabezpieczony żadnymi hasłami. Zadaniem programu jest wykonanie w sposób automatyczny wszystkich założonych charakterystyk taśm nadprzewodnikowych HTS: U=f(t), I=f(t), R=f(T) oraz automatyczne i ręczne sterowanie systemem automatyki. 2) Cały proces sterowania i pomiarów powinien być obsługiwany z interfejsu użytkownika zawierającego następujące zakładki funkcjonalne: a. zakładka menu głównego sterowania z automatyczną nastawą wszystkich możliwych parametrów napięciowych i prądowych oraz kroku pomiarowego, jak również sterowania układu grzewczego, b. zakładka trybu sterowania serwisowego umożliwiająca ręczne sterowanie oraz dokonywanie pomiarów dla z góry ustawionych parametrów. 3) Po wykonaniu pomiarów program powinien umożliwiać Ilość 1 zestaw Strona 5 z 6
generację raportu zawierającego: a. informacje o dacie wykonania pomiaru, nazwy instytucji zlecającej wykonanie pomiaru, osób wykonujących pomiar, b. informacje o typie badanych próbek oraz wszelkich uwag dotyczących pomiaru lub wyników, c. stabelaryzowane wyniki pomiarowe, d. wyznaczone charakterystyki statyczne R = f(t). 4) Raport powinien być zapisywany w następujących formatach plików wyjściowych: HTML, Microsoft Excel oraz powinien mieć możliwość druku za pomocą drukarki fizycznej. 3. Wymagania dotyczące dokumentacji 1) Powykonawcza dokumentacja techniczna kriostatu do badania właściwości materiałów nadprzewodnikowych wraz z układem automatyki kontrolno-pomiarowej stanowiącego przedmiot zamówienia powinna być opracowana w języku polskim w zakresie niezbędnym do jego bezpiecznej i poprawnej obsługi, a ponadto musi zawierać: a. szczegółowy wykaz elementów wchodzących w skład oferowanego wyposażenia wraz z ich konfiguracją w systemie, b. schematy elektryczne systemu, c. rysunki techniczne konstrukcji mechanicznej, d. wymagania dotyczące warunków zasilania systemu - moc przyłącza sieciowego, e. płytę CD lub pamięć FLASH (USB Pendrive) z kodami programu sterującego, f. instrukcje obsługi stanowiska, g. instrukcję BHP poprawnej i bezpiecznej obsługi. 4. Wymagania dotyczące uruchomienia i szkolenia dla pracowników obsługi Wykonawca po dostarczeniu stanowiska badawczego przeprowadzi sprawdzenie jego działania na miejscu instalacji, łącznie z funkcjonowaniem oprogramowania, a także w terminie do 3 tygodni od daty dostawy przeprowadzi szkolenie z zakresu obsługi stanowiska dla wskazanych przez Zamawiającego pracowników. Szkolenie powinno obejmować czas nie krótszy niż 1 dzień. Strona 6 z 6