專利名稱：高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物理實(shí)驗(yàn)儀器，尤其是指一種高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
根據(jù)固體物理理論，實(shí)際的金屬材料由于存在雜質(zhì)和缺陷對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射，在溫度趨向絕對(duì)零度時(shí)，金屬的電阻率將趨近一個(gè)定值，稱為剩余電阻率。但是，1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)，利用液氦把汞冷卻到4. 2 K左右時(shí)，水銀的電阻率突然由正常的剩余電阻率值減少到接近零。近20多年，美中科學(xué)家又分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了 Y — Ba — Cu — 0 體系超導(dǎo)體，電阻急劇下降的轉(zhuǎn)折溫度為92 K以上，在液氮溫區(qū)，這些起始轉(zhuǎn)折溫度高于液氮溫度77K的氧化物超導(dǎo)體稱為高溫超導(dǎo)體。超導(dǎo)電性的應(yīng)用十分廣泛，超導(dǎo)材料現(xiàn)已應(yīng)用在高能物理、電力工程、電子技術(shù)、 生物磁學(xué)、航空航天、醫(yī)療診斷、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)微波器件等領(lǐng)域。因此，近些年來(lái)高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入各高校的物理實(shí)驗(yàn)中來(lái)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是測(cè)量超導(dǎo)材料的電阻與溫度的關(guān)系曲線。2011年9月北京航空航天大學(xué)出版社出版的趙杰主編的《大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)》一書中第119-122頁(yè)，就公開(kāi)了一種國(guó)內(nèi)銷售量很大的一種高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)儀。但是公知的高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)儀使用不方便，超導(dǎo)材料每次實(shí)驗(yàn)要焊接兩次、易于損壞，并且可做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少，液氮損失較多，當(dāng)液氮過(guò)多時(shí)還會(huì)滲透入測(cè)量氣室，使實(shí)驗(yàn)失敗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，它既可以定量研究超導(dǎo)材料的電阻溫度特性，又可以研究其他物理量變化引起的超導(dǎo)材料電阻溫度特性的變化，并且具有使用方便、超導(dǎo)材料不易損壞等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將超導(dǎo)材料工作電源(18)的一路直流輸出端與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1)以及溫度電壓測(cè)試放大器O)的電源輸入端相連，超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器
(I)的輸出端與超導(dǎo)電壓測(cè)試電壓表(V2)相連，可拆式固定在探棒(6)上的定位板(5)，溫度電壓測(cè)試放大器O)的輸入端與溫度傳感器(20)相連，溫度電壓測(cè)試放大器O)的輸出端與溫度電壓測(cè)試電壓表(Vl)相連。插接件上基板(10)與探棒(6)的下端以及上插接件
(II)相互固定，上插接件(11)與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1)以及超導(dǎo)材料工作電源(18)相連，下插接件(12)與超導(dǎo)材料(13)相連并且都固定在插接件下基板(14)上，上固定框(21) 和下固定框(9)分別固定在探棒(6)的上側(cè)和下側(cè)，套筒(8)的上端與防漏套筒(7)的下端固定，防漏套筒(7)的上端通過(guò)可拆式鎖緊部件(19)固定在上固定框(21)上，套筒(8)的下端帶有可拆卸磁鐵。超導(dǎo)材料工作電源(18)帶有寬范圍電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可寬范圍改變超材料(13)的工作電流。為了良好傳熱和透過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)，套筒(8)的下端是扁長(zhǎng)方形的鋁材料制造的。
為了獲得可調(diào)節(jié)的強(qiáng)磁場(chǎng)并且便于固定，可拆卸磁鐵是由電磁鐵構(gòu)成，電磁鐵芯 (15)與套筒(8)之間用電磁鐵固定螺絲(22)相互固定。為了節(jié)省液氮，防漏套筒(7)和探棒(6)由導(dǎo)熱性不好的物體制造。為了方便讀取磁場(chǎng)強(qiáng)度，電磁鐵電源(17)上安裝有標(biāo)有磁場(chǎng)強(qiáng)度刻度的調(diào)節(jié)旋鈕。由于本發(fā)明將插接件上基板(10)與探棒(6)的下端以及上插接件(11)相互固定， 上插接件(11)與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1)以及超導(dǎo)材料工作電源(18 )相連，下插接件(12 ) 與超導(dǎo)材料(13)相連并且都固定在插接件下基板(14)上，使得超導(dǎo)材料(13)與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1)以及超導(dǎo)材料工作電源(18)相連的方式為插接式，通過(guò)上插接件(11)與下插接件(12)的相互拔插就可取下或插上，克服了每次實(shí)驗(yàn)都要焊接的麻煩和頻繁損壞昂貴的超導(dǎo)材料的缺陷；防漏套筒(7)和探棒(6)由導(dǎo)熱性不好的材料制造，使得這部分的吸熱向外傳熱和結(jié)霜都變少，減少了液氮的汽化損失，并且這種結(jié)構(gòu)不會(huì)使液氮滲透進(jìn)套筒8 的內(nèi)空間；由于超導(dǎo)材料工作電源(18)帶有寬范圍電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可寬范圍地改變超導(dǎo)材料(13)的工作電流，從而增加超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)折溫度與其工作電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系研究的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；套筒(8)的下端帶有的可拆卸磁鐵，可增加研究超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)折溫度與磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖，其中的機(jī)械部分為縱切面，內(nèi)部導(dǎo)線是用細(xì)點(diǎn)畫線表示的。圖2是本發(fā)明套筒8與電磁鐵芯15之間嵌合的示意圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中，超導(dǎo)材料13用粘接或機(jī)械固定件固定在由環(huán)氧樹(shù)脂板材制作的插接件下基板14上，下插接件12也固定在插接件下基板14上，超導(dǎo)材料13的四個(gè)引線分別接下插接件12的四個(gè)插頭。上述幾個(gè)部件為一獨(dú)立整體，可單獨(dú)取出將其放入帶有硅膠的瓶子，使超導(dǎo)材料13處于干燥環(huán)境，防止其變質(zhì)損壞。插接件上基板10固定在探棒6的下端，插接件上基板10的下側(cè)固定有上插接件11。上插接件11的中心兩個(gè)端子與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器1輸入端相連，其外側(cè)兩個(gè)端子與超導(dǎo)材料工作電源18相連。下插接件12與上插接件11可相互插接。俯視圖為方形的上固定框21和下固定框9分別固定在探棒6的上側(cè)和下側(cè)，固定方式螺絲緊固或粘接均可。俯視圖為圓形的定位板5以及前置放大盒3也固定在探棒6的上端。套筒8的上端與防漏套筒7的下端密封式固定，兩者都是扁的長(zhǎng)方形柱體，口徑分別與下固定框9和上固定框21相吻合，并且通過(guò)鎖緊部件19將套筒8與防漏套筒7掛在上固定框21上，由于套筒8與防漏套筒7總高度遠(yuǎn)大于套筒8的高度，因此插入液氮容器后， 不會(huì)發(fā)生公知技術(shù)的當(dāng)加入的液氮過(guò)深使得液氮滲透進(jìn)套筒8內(nèi)空間使實(shí)驗(yàn)失敗的現(xiàn)象發(fā)生(公知技術(shù)中儀器該部分的套筒8是螺旋式擰在探棒6上的，因螺旋結(jié)構(gòu)有可能漏液)。 防漏套筒7和探棒6由導(dǎo)熱性不好但耐超低溫的(例如環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維材料)剛性物體制造，使得這部分的吸熱傳熱和結(jié)霜都變少，減少了液氮的汽化損失。為了研究磁場(chǎng)與超導(dǎo)的關(guān)系，本實(shí)施例還在套筒的下端安裝有電磁鐵，電磁鐵由電磁鐵芯15和繞在其上的電磁鐵線圈16構(gòu)成。電磁鐵線圈16與電磁鐵電源17 (可用市售寬范圍大電流可調(diào)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源)相連，電磁鐵電源17帶有電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可通過(guò)改變電壓磁場(chǎng)強(qiáng)度。用特斯拉計(jì)給電壓調(diào)節(jié)旋鈕定標(biāo)后，在電壓調(diào)節(jié)旋鈕的相應(yīng)位置刻上刻度，就可直接讀取磁場(chǎng)強(qiáng)度而不必再借助特斯拉計(jì)測(cè)量了。為了獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)，還把套筒8的下半部分的超導(dǎo)材料13的所在區(qū)域制成很扁的(以不觸及超導(dǎo)材料為限)，正好插入電磁鐵鐵芯15內(nèi)部，如圖2所示(圖1中的電磁鐵芯15應(yīng)該轉(zhuǎn)90度才對(duì)，但圖1該畫法是為了便于分析結(jié)構(gòu))，套筒8還要用導(dǎo)熱性和透過(guò)磁性均好的純鋁材料制作。電磁鐵固定螺絲22 擰緊后就把電磁鐵芯15固定在了套筒8上，擰松后又可拆下電磁鐵芯15。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)電磁鐵和套筒8都是浸沒(méi)在溫度極低的液氮中(溫度77K)，電磁鐵線圈可用很細(xì)的導(dǎo)線繞制通以很大的電流也不至燒壞，因而線圈體小圈數(shù)多，易于產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)然，電磁鐵也可用磁場(chǎng)強(qiáng)的永久磁鐵代替，可通過(guò)改變其固定位置來(lái)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度。溫度傳感器20可用鉬電阻傳感器(也可采取類似于超導(dǎo)材料13那種四線電阻的連接方式，其供電電源也來(lái)自超導(dǎo)材料工作電源18)，將其固定在超導(dǎo)材料13所在的氣室空間，使其與超導(dǎo)材料13的溫度一致。溫度傳感器20與溫度電壓測(cè)試放大器2的輸入端相連。溫度電壓測(cè)試放大器2與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器1的電源輸入端與超導(dǎo)材料工作電源 18的一路直流輸出端相連。溫度電壓測(cè)試放大器2的輸出端與溫度電壓測(cè)試電壓表Vl相連，超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器1的輸出端與超導(dǎo)電壓測(cè)試電壓表V2相連。超導(dǎo)材料工作電源18 的給超導(dǎo)材料13供電線路還串聯(lián)有電流表A，用于測(cè)量通過(guò)超導(dǎo)材料的工作電流。超導(dǎo)材料工作電源18上還帶有寬范圍電流調(diào)節(jié)旋鈕，用于研究超導(dǎo)材料的溫度電阻曲線與工作電流的關(guān)系。本實(shí)施例的主機(jī)4內(nèi)安裝有超導(dǎo)材料工作電源18、電磁鐵電源17、溫度電壓測(cè)試電壓表VI、超導(dǎo)電壓測(cè)試電壓表V2，電源都來(lái)自交流市電變換而成。主機(jī)4與前置放大盒 3之間用兩頭帶多心插接件的多根導(dǎo)線連接在一起。本實(shí)施例的電壓表和電流表采用數(shù)字或機(jī)械式均可。下面把本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)過(guò)程做一簡(jiǎn)要說(shuō)明
實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照?qǐng)D1和圖2連接好電路和安裝好各個(gè)部件，將定位板5以下的整體插入液氮瓶中，定位板5則擔(dān)在液氮瓶的瓶口上，調(diào)節(jié)超導(dǎo)材料13的工作電流A為某個(gè)值，記錄一組溫度電壓和超導(dǎo)電壓，利用溫度傳感器20的溫度電壓和溫度對(duì)應(yīng)表格，把溫度讀出來(lái)， 就得到溫度和超導(dǎo)電壓的一組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，利用這組數(shù)據(jù)，就可在坐標(biāo)紙上繪制出此工作電流條件下的超導(dǎo)材料的溫度電阻變化規(guī)律曲線，再增加工作電流測(cè)量，直至出現(xiàn)轉(zhuǎn)折溫度變化。同理，用前述方法增加磁場(chǎng)后，還可研究超導(dǎo)材料的溫度電阻變化規(guī)律曲線與磁場(chǎng)的關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，超導(dǎo)材料工作電源(18)的一路直流輸出端與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1)以及溫度電壓測(cè)試放大器O)的電源輸入端相連，超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1) 的輸出端與超導(dǎo)電壓測(cè)試電壓表(V2)相連，定位板(5)固定在探棒(6)的上端，溫度電壓測(cè)試放大器O)的輸入端與溫度傳感器(20)相連，溫度電壓測(cè)試放大器O)的輸出端與溫度電壓測(cè)試電壓表(VI)相連，其特征是插接件上基板(10)與探棒(6)的下端以及上插接件 (11)相互固定，上插接件(11)與超導(dǎo)電壓測(cè)試放大器(1)以及超導(dǎo)材料工作電源(18)相連，下插接件(12)與超導(dǎo)材料(13)相連并且都固定在插接件下基板(14)上，上固定框(21) 和下固定框(9)分別固定在探棒(6)的上側(cè)和下側(cè)，套筒(8)的上端與防漏套筒(7)的下端固定，防漏套筒(7)的上端通過(guò)可拆式鎖緊部件(19)固定在上固定框(21)上，套筒(8)的下端帶有可拆卸磁鐵。
2.按權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是套筒(8)的下端是扁長(zhǎng)方形的鋁材料制造的。
3.按權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是可拆卸磁鐵是由電磁鐵構(gòu)成， 電磁鐵芯(15)與套筒(8)之間用電磁鐵固定螺絲(22)相互固定。
4.按權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是超導(dǎo)材料工作電源(18)帶有寬范圍電壓調(diào)節(jié)旋鈕。
5.按權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是防漏套筒(7)和探棒(6)由導(dǎo)熱性不好的物體制造。
6.按權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是電磁鐵電源(17)上安裝有標(biāo)有磁場(chǎng)強(qiáng)度刻度的調(diào)節(jié)旋鈕。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫超導(dǎo)綜合實(shí)驗(yàn)儀，它是將超導(dǎo)材料與下插接件連接后一并固定在插接件下基板上，插接件上基板固定在探棒的下端并安裝有上插接件，上下插接件相互插接。寬范圍電壓調(diào)節(jié)的超導(dǎo)材料工作電源通過(guò)插接件與超導(dǎo)材料相連。套筒與防漏套筒相接套裝在上固定框上。套筒下端還帶有磁鐵。它克服了公知的高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)儀的超導(dǎo)材料安裝和拆卸不便且易于損壞、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少、液氮損失多等缺陷。它可用于改進(jìn)公知的各類高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)儀，改善實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)效果，增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
文檔編號(hào)G09B23/18GK102426812SQ201110361400
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者趙杰 申請(qǐng)人:趙杰