Устройство для измерения вольт-ам-перных характеристик сильноточныхсверхпроводников

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп838765 ж 1 (б1) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 0709,79 (21) 2818261/24-07 с присоединением заявки ¹

Н 01 F 7/22

Государственный комитет

СССР по дел ам и зоб рете н и и и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150 6 81. Бюллетень № 22 ($3) УД (537. 312. .б2(088.8) Дата опубликования описания 1506.81 (72) Авторы изобретения

Л. С. Ииршов и Геральд Э ндерлейн (ГДР )

1 . МУ (71) Заявитель

Институт физики высоких энергий (5 4 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИВКЕР ЕНИЯ ВОЛЬТ-АКПЕР НЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СИЛЬНОТОЧНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

Изобретение относится к технике сверхпроводящих магнитных систем, а именно к измерению вольт-амперных характеристик сверхпроводящих об5 разцов в магнитном поле.

Известно устройство для изменения критических токов сверхпроводящих образцов в магнитном поле с применением метода индуцированных токов, содержащее сверхпроводящий трансформатор для связи образца с источником тока <1).

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что с его помощью можно изглерять критические токи сверхпроводящих образцов только в слабых магнитных полях. Кроме того, для изучения свойств нового образца необходимо производить разработку устройства, а измерение критического 2() тока по току первичной обмотки приводит к сшибке измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому результату является устройство для измерения вольт-амперных характеристик сильноточных сверхпроводников, содержащее криостат, в котором размещен источник магнитного поля, сверхпроводящий трансформаТор, ко вторичной ЗО обмотке которого подсоединен образец испытуемого еверхпроводника, з афиксированный держателем и индукционные катушки (2) .

Однако данное устройство иглеет недостаточно широкий диапазон магнитного поля, в котором производится измерение, а также достаточно большую величину погрешности измерения изза влияния генерируемого образцом поля, искажающего внешнее поле.

Цель изобретения — расширение диапазона магнитного поля, в котором производится измерение и уменьшение погрешности измерения.

Для достижения поставленной цели в устройстве для измерения вольтамперных характеристик сильноточных сверхпроводников, содержащем криостат, в котором размещен источник магнитного поля, сверхпроводящий трансформатор, ко вторичной обмотке которого подсоединен образец испытуемого сверхпроводника, зафиксированный держателем, и индукционные катушки источник магнитного поля выполнен в виде сверхпроводящего соленоида, обмотка трансформатора имеет вытянутую форму, а инду сционные катушки размещены на держателе образца.

838765

На фиг. 1 изображеHD устройство, общий вид„ на фиг. 2 — схема калибровки измерительной систег"ь«, на фиг= 3 — принципиальная схема устройства ддя измерения вольт-амперных характеристик сильноточных сверх- 5 проводников.

Устройство для измерения вольта мп ер ных хар а кт ери cт и к сил ь нот оч ных сверхпроводников содержит кри ocT ат в котором размещен источник магнитного поля, сверхпроводя«>«ий трансформатор ко вторичной обмотке 2 которого подсоединен образец 3 испытуемого сверхпроводника,. з афиксированный держателем 4, и индукционные катушки

5, причем источник магнитного поля выполнен в виде сверхпроводящего соленоида. 6 г обмотка 2 трансформатора имеет в««тя«1уту«с форму, а индукционные катушки 5 размещены на держателе 4 образца 3. Для получения больших Цтоков в образце 3 Используется сверхпроводящий трансформатор без сердечника. Обмотки трансформатора име«от вытянутую форму, причем на первичную многовитковую сверхпроводящую обглотку положены несколько витков вторичной сверхг«роводящей обмотки 2, выполненной ",ç проводника прямоугольного сечения, изготовленного транспочированным из свехпроводящих проводок и пропаянно1о индием. Вторичная обмотка зафиксирована бандажем из нихромовсй проволоки. iC концам вторичной обмот ки при кр епля ет ся с помощью индия короткий образец 3 сверхпро3 « водника, согнутый в форме шпильки.

Каркас трансформатора 7 и держатель

4 образца чзготовлены из текстолита и скреплены с помо«г«ью планки 8. B держателе образца по размеру образца

4с сделан паз, в который укладывается испытываемый образ ец с последу«хяей фиксацией с точностью 0,1 мм. Для измерения тока вторичного контура используются индукционные катушки 5, расположенные на держателе образца.

Каждая катушка выполнена многовитковой и размещена на текстолитовом каркасе, Токовводами первичной обмотки

9 являются медные трубки, охлаждаемые парами испаряющегося гелия. То- -O ковводы уплотняются с помощью фторопластового уплотнения на съемном фланце 10 устройства. Измерительные провода выводятся через герметич -«ExA разъем 11. Для устранения остаточных токов вторичной обмотки используется нагреватель 12, намотанный на проводник вторичной обмотки. Внешнее магнитное поле до 8 Т создается сверхпроводящим соленоидом б. Устройство уплотняется на крышке криостата M

1 с помощью пластового уплотнения.

Устройство работ" åò следующим

Образ ом.

При вводе тока в первичную обмотку 13 во вторичной обмотке 2 наводит- 65 ся ЭДС и при на>«««с«ии образца 3 во вторичном контуре протекает ток. Д>«я измерения тока вторичного контура используются индукционные катушки 5 .

Ток, протека«с«>«ий через образец 3, создает магнитное поле, пропорциональное току, При изменении магнитнос го поля на катушках 5 возникает напряжение, пропорциональное ЛЬ/Ю, поэтому на работе катушек не сказываются постоянные внешние магнитные поля.

После интегрирования по времени напряжения с катушек на выходе интегратора получается напряжение U = Kl

Определение значения К производится экспериментально калибровкой измерительной системы. }3 криостат 1 с жидким гелием помещается короткий образец 3, закрепленный на держателе

4 образца,С помощью сильноточных токовводов 14 (фиг. 2) образец запитывается током непог.редственно от стабилизированного источника 15 питания, Ток измеряется падением напряжения на ст андарт ном и з мерит ель ном шунте 16, сигнал с которого подается на цифровой вольтметр 17 и записывается цифропечатающим устройством 18.

Напря>кение с индукционных катушек

5, включенных встречно, подается на интегратор 19, с выхода интегратора сигнал подается на цифровой вольтметр

17 и з апи сыв ает ся ци Фропечатающим устройством 18. Значение К определяется соотношением напряжения с выхода интегратора и напряжения на измерительном шунте. Интегратор 19 на основе двух операционных усилителей состоит из двух ступеней. El o первая ступень работает как пропорциональный усилитель с большим входным со««ротивлением и коэффициентом усиления. Вторая ступень — интегратор, работающий в инвертирующем режиме. Применение двух индукционных катушек 5, включенных встречно, доз воляет при изменении вольт-амперных характеристик компенсировать влияние поля первичной обмотки, так как поле, создаваемое током первичной обмотки, направлено в обеих катушках одинаково, а поле, создаваемое током, протекающим через образ ец 3, направлено в катушках в противоположные направления.

При измерении вольт-амперных характеристик сверхпроводящего образца устройство устанавливается (Фиг.3) таким образом, что торец образца находится в центре сверхпроводящего соленоида 6. С помощью стабилизированного источника 15 питания устанавливается необходимая величина магнитного поля, которая контролирует ся вол ьтметром 17 по падению напряжения на откалиброванном шунте 16. Ток в первичную обмотку сверхпроводящего трансФорматора вводится со скоростью

10 20 А/с от стабилизированного источника 15 питания, Наведен«п,«й во

838765 вторичной обмотке ток измеряется с помощью индукционных катушек 5, включенных встречно, и интегратора

19. Напряжение с выхода интегратора измеряется цифровым вольтметром 17, регистрируется цифропечатающим устройством 18 и подается на ось X

5 двухкоординатного самописца 20. Напряжение с потенциальных концов, усиленное в 1000 раэ пропорциональным усилителем 21, подается на ось двухкоординат ного самописца 20, а также регистрируется с помощью цифрового вольтметра 22 и цифропечатающего устройства 18. Напряжение на образце снимается с потенциальных концов, располо>кенных на торце образца. Для 15 уменьшения индуктивных наводок принимаются меры, чтобы потенциальные провода были скручены и в месте припайки образовали как можно меньшую петлю.

С помощью двухкоординатного самописца 20 осуществляется запись вольтамперных характеристик сверхпроводящего образца. При последующих измерениях перед вводом тока включается нагреватель для устранения остаточных токов вторичного контура.

Для контроля проведения первич— ной обмотки 13 трансформатора используется двухкоординатный самописец 20, на ось Х которого подается сигнал с измерительного шунта 16, а на ось

У вЂ” сигнал с концов первичной обмотки. Это помогает определить границы нормальной работы устройства, самописец также является детектором перехода обмотки в нормальное состояние 5 при достижении критического тока обмотки или уменьшения уровня жидкого гелия ниже допустимого.

Предлагаемое устройство измеряет вольт-амперные характеристики до то- 40 ков свыше 10000 A в поле соленоида до 8 Т, при этом порог чувствительности измерения напряжения составляет 0,5 мкВ. Применение данного устройства при измерении вольт-амперных характеристик сверхпроводящих образцов позволяет обойтись без стабилизированного источника питания на токи 10" А, создание которого представляет определеннные трудности.

Отсутствие массивных токовводов в криостат позволяет з начительно снизить испаряемость жидкого гелия, что ведет к его зкономии. Нет необходимости принимать специальные меры для защиты образца от перегорания, Формула и з обр ет е ния устройство для измерения вольтамперных характеристик сильноточных сверхпроводников, содержащее криостат, в котором размещен источник магнит ного поля, сверхпроводящий трансформатор, ко вторичной обмотке кот oporo подсоеди нен образ ец и спыту емого сверхпроводника, зафиксированный держателем, и индукционные катушки, отличающеесятем,что,c целью расширения диапазона магнитного поля, в котором произ водит ся измерение и уменьшение погрешности измерения, источник магнитного поля выполнен в виде сверхпроводящего соленоида, обмотка трансформатора имеет вытянутую форму, а индукционные катушки размещены на держателе образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Приборы для научных исследований", 1969, Р 7, с. 86.

2. "Приборы для научных исследований" 1973, 9 3, с. 35.

838 7б5

Составитель Л. Федосов

Редактор Л. Копецкая Техред М. Голинка Корректор М. Коста

Заказ 4451/77 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент" r. Ужгород, ул. Проектиая, 4