Датчик криогенных температур

 

1. ДАТЧИК КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР , содержащий сверхпроводящий термочувствительный элемент и источник магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и обеспечения линейности его выходной характеристики при непрерывном контроле температуры, источник магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита в форме цилиндра , а сверхпроводящий термочувствительный элемент контактирует с магнитом и выполнен в виде тела вращения переменного сечения, ось которого совпадает Сосью магнита, при этом сечение S(x) жермочуствительного элемента определяется по формуле iTT .-otx S(x) се где X - текущая координата, отсчитанная от магнита по оси термочувствительного элемента; HO магнитное поле рассеяния на поверхности магнита; HK критическое магнитное поле сверхпроводника ДЛЯ О К; C.oL эмпирические константы, зависящие от физических свойств и геометрии сверхпроводника и магнита.. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что сверхпроводящий термочувствительный элемент выполнен СО из свинца, а постоянньй магнит - из гексаферрита бария. 00 оо со

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ВСЕСОЮЗИ

)3, „

ВаЬИИаТИА !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Я(х) = СЕ

С где х н, (21) 3649819/24-10 (22) 06. 10.83 (46) 15.12.85. Бюл. В 46 (71) Институт физики им. Л.В. Киренского (72) Е.В. Бабкин, Н,И. Киселев и В.Г. Пынько (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 342082, кл. G 01 К 7/16, 1970.

Авторс.-,ое свидетельство СССР

У 1064160, кл. G 01 К 7/16, 1982.

Авторсоке свидетельство СССР

Ф 830149, кл. G 01 К 7/16, 1979. (54) (57) 1. ДАТЧИК КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР, содержащий сверхпроводящий термочувствительный элемент и источник магнитного поля, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения устройства и обеспечения линейности его выходной характеристики при непрерывном контроле температуры, источник магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита в форме цилиндра, а сверхпроводящий термочувст„„SU„„1198391 д

f50 4 G 01 К 7/16 вительный элемент контактирует с магнитом и выполнен в виде тела вращения переменного сечения, ось которого совпадает с осью магнита, при этом сечение S(x) . ермочуствительного элемента определяется по формуле текущая координата, отсчитанная от магнита по оси термочувствительного элемента; магнитное поле рассеяния на говерхности магнита; критическое магнитное поле верхпроводника для О К; эмпирические константы, зависящие от физических свойств и геометрии сверхпроводника и магнита..

2. Датчик по п. 1 о т л и ч а юшийся тем, что сверхпроводящий термочувствнтельный элемент выполнен из свинца, а постоянньФ магнит — из гексаферрита бария.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при изменении криогенных температур.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства наряду с обеспечением линейности выходной характе4 ристики при непрерывном контроле температуры.

На фиг. 1 показана конструкция датчика, разрез; на фиг. 2 — температурная зависимость напряжения на термочувствительном элементе при токе 1А.

Датчик содержит,сверхпроводящий термочувствительный элемент 1,источник магнитного поля в виде постоянного магнита 2 в форме цилиндра, электроды 3 и 4, предназначенные для включения датчика в измерительную схему четырехточечной схеме, покрытие 5, выполненное, например, иэ отвердевшей эпоксидной смолы и предназначенное для обеспечения жесткости конструкции датчика и защиты термочувствительного элемента 1 от повреждений.

Термочувствительный элемент 1 датчика контактирует с магнитом 2 и выполнен в виде тела вращения переменного сечения,ось которого совпадает с осью магнита 2, при этом сечение Б(х)термочувствительного элемента 1, задающее профиль последнего, определяется по формуле

Б(х) = Ce текущая координата, отсчитанная от магнита по оси термочувстивтельного элемента; магнитное поле рассеяния на поверхности магнита; критическое магнитное поле сверхпроводника для О К; эмпирические константы, зависящие от физически::. свойств и геометрии сверхпроводника и магнита. где х н„

Выражение (1), адающее определенный закон изменения сечения термочувствительного элемента 1 по его цлине, обеспечивает линейность выходной характеристики датчика. Оно справедливо для любой пары сверхпроводника первого рода и постоянного магнита. !

Ограничение накладывается лишь на напряженность магнитного поля рас1198391 2

-«.» сеяния: очевидно, при H e > Н „, при любом х выражение (1) не имеет физического смысла. Это означает, что сверхпроводимость уже разрушена магнитным полем рассеяния во всем объеме сверхпроводника при любои температуре. Константа С определяется размерами термочувствительного элемента и сравнима с площадью тор10 цового участка, контактирующего

l Но постоянным магнитом, S(0 )=C 11,1»

I Нк

Константа (определяется рассея-" нием магнитного потока на торцовой поверхности постоянного магнита, 15 контактирующей с термочувствительным элементом. Она может меняться в широких пределах в зависимости от магнитного состояния постоянного магнита (намагниченности насыщения, ха20 рактера доменной структуры и т.д.), a ..также его размеров. Для рассматриваемого ниже примера о для гексаферрита бария 4 - 10 см

В качестве постоянного магнита могут быть использованы, например, гексаферрит бария,самарийкобальтовый сплав и другие магнитные материалы.

С целью расширения температурного интервала измерений для термочувстЗ0 вительного элемента необходимо выбрать сверхпр.>водники с высокой критической температурой Тк, например тантал (Т = 4,4 К), свинец (T = 7 «2 К) «ниобий (T,< = 9,2 К) .

Ç5 С целью упрощения технологии изготовления датчика сверхпроводящий термочувствительный элемент может быть выполнен из свинца, а источник магнитного поля — из гексаферрита

40 бария. Гексаферрит бария с одноосной магнитной анизотропией обладает большой остаточной индукцией (В =

2,9 . 10 Гс) и большой магнитной энергией (BH = 1,8 10 Гс), что

45 обеспечивает значительный магнитный поток. Свинец — сверхпроводник первого рода с достаточно высокой критической температурой. Диапазон критических магнитных полей разрушения

50 свинца при изменении температуры от

О до 7,2 К составляет 800-03, что по порядку величины соответствует магнитному полю рассеяния гексаферрита бария. Кроме того, свинец лег55 ко подвергается механической обработке, не хрупок, обеспечивает хороший электрический контакт с проводником. датчик работает следующим образом, 8391 з

119

Постоянный магнит 2 обладает од- ноосной магнитной анизотропией с осью легкого намагничивания (ОЛН) .9 перпендикулярной плоскости контакта с термочувствительным элементом. Такая ориентация ОЛН обеспечивает значительный магнитный поток в направлении термочувствительного элемента 1.

По мере удаления от поверхности постоянного магнита 2 магнитный поток 10 рассеивается, и различные участки термочувствительного элемента находятся в разном магнитном поле — поле рассеяния постоянного магнита 2. Та часть сверхпроводника, где поле рас- 15 сеяния превосходит критическое поле разрушения сверхпроводимости при данной температуре, переходит в ре. зистивное состояние и д:1ет вклад в падение напряжения U,,снимаемое gp с торцовых поверхностей термочувствительного элемента 1. Изменение температуры соответствует изменению критического поля. Это означает

У что при изменении температуры гра- 2$ ница сверхпроводник-нормальный металл сдвигается по оси чувствительного элемента. B этом случае падение напряжения монотонно изменяется с чзменением температуры. 30

Пример . Датчик выполнен с термочувствительным элементом из свинца и постоянным магнитом из гексаферрита бария.при следующих геометрических размерах свинцового образца и феррита, мм:

Длина ферритового цилиндра 4

Диаметр ферритового цилиндра 3

Длина свинцового образца 5

Начальный диаметр свинцового образца,О 5

Конечный диаметр свинцового образца 3

Зависимость 8(х)выбирали исходя из формулы (1) с последующей ручной корректировкой профиля свинцового образца.

Т оковые и потенциальные электроды датчика выполнены из медного провода диаметром 0,5 и 0,1 мм соответственно. Контакты со свинцовым образцом осуществлялись припаиванием с последующей заливкой свинцового образца и места контактов эпоксидным клеем. Выходная характеристика датчика, снятая при токе 1А, приведена на фиг. 2. Рабочий диапазон измерения температуры датчиком данной конструкции 5-7,2 К. фиг. 1

1198391

700

7;К

Составитель В. Голубев

Редактор М. Петрова Техред Ж.Кастелевич

Корректор M. Максимишинец

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 77 13/42 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5