一種適用于4.2k-4.5k溫區的高分辨率超導溫度計的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低溫測量設備，更具體地，涉及一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區的高分辨率超導溫度計。
【背景技術】
[0002]目前市場上溫度計種類繁多，有電阻型、熱電偶型、二極管、飽和蒸汽壓等。低溫常用的溫度計如鍺電阻溫度計、氧化釕電阻溫度計、玻璃碳電阻溫度計，基本都是負電阻系數電阻溫度計，溫度越低材料電阻值越大。這種溫度計的工作原理是利用四線法精確地測得溫度計的電阻值，根據電阻與溫度的關系反推溫度值，其分辨率可達到100 μ K。
[0003]而隨著低溫超導領域的發展和進步，越來越多的實驗在低溫環境下進行，如材料物性測量、超導磁體、超導重力儀器的研發等。為了減小溫度波動帶來的影響，其中的一些實驗對溫度提出了極高的控制要求，甚至要求溫度波動小于幾十μ ko如涉及超導重力儀器的實驗，要求溫度測量的分辨率要達到幾個μ K，市場上的溫度計都無法滿足其要求。為了將溫度控制穩定在目標范圍，首先需要有極高分辨率的溫度計來測量溫度。
[0004]超導體中磁場穿透深度與溫度在4.2Κ-4.5Κ溫區為線性關系，溫度變化能引起磁場穿透深度的變化，從而影響超導體表面的線圈有效電感。如果能對線圈有效電感的變化進行高分辨率的測量，即可反推出該溫區的溫度變化。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區的高分辨率超導溫度計，其中通過對其關鍵組件如感應線圈、超導體、互感線圈和超導量子干涉儀的具體結構及其設置方式進行研宄和改進，與現有產品相比能顯著提高測量分辨率，并且由于超導體中磁場穿透深度與溫度在4.2Κ-4.5Κ溫區呈線性關系的發覺，而尤其適用于4.2Κ-4.5Κ的液氮溫區。
[0006]按照本發明，提供了一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區的高分辨率超導溫度計，包括感應線圈、隔離元件、超導體、互感線圈以及超導量子干涉儀，其特征在于:
[0007]感應線圈為平面無骨架線圈的形式，并通過隔離元件與超導體予以空間分隔處理；
[0008]互感線圈由初級線圈和次級線圈共同組成，并且初級線圈用于與感應線圈構成第一回路，次級線圈則用于與超導量子干涉儀相連并構成第二回路；并且在第一回路和第二回路中各自串聯有熱阻開關；
[0009]此外，當在第一回路中注入超導電流且當環境溫度變化時，感應線圈產生的磁場在超導體中的穿透深度發生改變，進而影響感應線圈的有效電感，第一回路中的電流隨之改變，同時引起第二回路的電流變化，并由超導量子干涉儀對此時的電流變化值執行實時檢測，從而可基于該電流變化值的實時檢測結果來反推出環境溫度的變化值。
[0010]作為進一步優選地，隔離元件為G-1O環氧板。
[0011]作為進一步優選地，超導體的材料為鈮。
[0012]在上述的各種超導溫度計中，在4.2K-4.5K溫區間的測量分辨率優于0.5 μ K。
[0013]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，由于對感應線圈、超導體和互感線圈之間的結構關系和設置方式進行研宄和改進，同時運用超導量子干涉儀對電流的變化值進行探測，從而顯著提高了測量分辨率。
[0014]其次，由于超導體中磁場穿透深度與溫度在4.2Κ-4.5Κ溫區為線性關系的發覺，本發明在4.2Κ-4.5Κ溫區間的測量分辨率與現有技術相比提高了 2個量級，能夠實現在液氮溫區進行高分辨率的測量。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區的高分辨率超導溫度計的結構示意圖。
[0016]圖2是實施例中探測電流與溫度擬合關系曲線。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0018]圖1是按照本發明的適用于4.2Κ-4.5Κ溫區的高分辨率超導溫度計的結構示意圖。如圖1中所示，按照本發明的用于液氦溫區高分辨率的超導溫度計包括感應線圈1、G-1O環氧板2、超導鈮板3、互感線圈4以及超導量子干涉儀5。其中感應線圈I為平面無骨架盤形線圈，G-1O環氧板2形狀為兩面平行且光滑的薄板，感應線圈I通過G-1O環氧板2與超導鈮板3予以空間分隔處理，超導鈮板3與G-1O環氧板2接觸的面平整且光滑。
[0019]互感線圈4由超導鈮線繞成，且為螺旋管結構，包括初級線圈41和次級線圈42。并且初級線圈41用于與感應線圈I構成第一回路，次級線圈42則用于與超導量子干涉儀5相連并構成第二回路；并且在所述第一回路和第二回路中各自串聯有熱阻開關6，第一回路中熱阻開關6用于超導電流的注入，第二回路中的熱阻開關6用于確保回路中初始電流為O。
[0020]在第一回路中注入超導電流，當環境溫度變化時，感應線圈I產生的磁場在超導鈮板3中的穿透深度發生改變，影響感應線圈I的有效電感，第一回路中的電流隨之改變，同時通過互感線圈4引起第二回路的電流變化，第二回路中電流的變化值由超導量子干涉儀5實時監測。通過溫度與超導量子干涉儀5探測電流之間的靈敏度系數，可以反推環境溫度的變化值。
[0021]超導量子干涉儀5的探測電流與溫度擬合關系曲線見圖2，可看出，在4.2Κ-4.5Κ溫區，探測電流與環境溫度呈線性關系，其測量分辨率優于0.5 μ K。
[0022]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種適用于4.2K-4.5K溫區的高分辨率超導溫度計，包括感應線圈(I)、隔離元件(2)、超導體(3)、互感線圈(4)以及超導量子干涉儀(5)，其特征在于: 所述感應線圈(I)為平面無骨架線圈的形式，并通過所述隔離元件(2)與所述超導體(3)予以空間分隔處理； 所述互感線圈(4)由初級線圈(41)和次級線圈(42)共同組成，并且所述初級線圈(41)用于與所述感應線圈(I)構成第一回路，所述次級線圈(42)則用于與所述超導量子干涉儀(5)相連并構成第二回路；并且在所述第一回路和第二回路中各自串聯有熱阻開關(6)； 此外，當在所述第一回路中注入超導電流且當環境溫度變化時，所述感應線圈(I)產生的磁場在所述超導體(3)中的穿透深度發生改變，進而影響所述感應線圈(I)的有效電感，所述第一回路中的電流隨之改變，同時引起所述第二回路的電流變化，并由所述超導量子干涉儀(5)對此時的電流變化值執行實時檢測，從而可基于該電流變化值的實時檢測結果來反推出環境溫度的變化值。2.如權利要求1所述的超導溫度計，其特征在于: 隔離元件為G-1O環氧板。3.如權利要求1所述的超導溫度計，其特征在于: 超導體的材料為鈮。4.如權利要求1-3所述的超導溫度計，其特征在于: 在4.2K-4.5K溫區間的測量分辨率優于0.5 μ K。
【專利摘要】本發明公開了一種適用于4.2K-4.5K溫區的高分辨率超導溫度計，包括感應線圈、隔離元件、超導體、互感線圈、超導量子干涉儀以及熱阻開關，其中感應線圈為平面無骨架線圈的形式，并通過隔離元件與超導體予以分隔處理，互感線圈由初級線圈和次級線圈共同組成，并且該初級線圈用于與感應線圈構成第一回路,次級線圈則用于與超導量子干涉儀相連并構成第二回路，并且在第一回路和第二回路中各自串聯有熱阻開關。通過本發明，可根據回路中電流的變化值反推溫度的變化，其在4.2K-4.5K溫區間的測量分辨率可達0.5μK。
【IPC分類】G01K7/36
【公開號】CN104931149
【申請號】CN201510221977
【發明人】陳亮, 胡咸軍, 肖再林, 劉向東
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月5日