一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統的製作方法
2023-08-05 22:02:56 1
一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統的製作方法
【專利摘要】一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，包括置於真空室內用於放置待測超導樣品的樣品架，以及置於真空室外的控溫儀、制冷機、吉時利2182A納伏表、吉時利6221電流源、裝有LabVIEW軟體的PC機；控溫儀的溫度傳感器置於真空室內樣品架上，溫度傳感器通過導線連接到真空室外的控溫儀；制冷機的冷頭置於真空室內樣品架底部，冷頭通過導線連接到真空室外的制冷機；吉時利2182A納伏表和吉時利6221電流源的引線連接待測超導樣品，還通過GPIB總線連接到所述裝有LabVIEW軟體的PC機。本發明大大提高了測量溫區，溫度變化穩定，完全消除超導樣品熱電動勢帶來的影響。
【專利說明】一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及一種超導體電阻測量系統，特別涉及Delta法測量和虛擬儀器(LabVIEff)自動採集超導體電阻溫度特性曲線，用於研究超導體材料電阻溫度特性，從而確定超導材料臨界溫度。
【【背景技術】】
[0002]超導體在進入超導狀態後具有零電阻現象，有廣闊的應用前景。一般樣品進入超導狀態需要很低的溫度，大大約束了超導材料在實際中的應用。從1911年超導現象發現至今，研究人員一直為超導體臨界溫度的提高而努力。因此精確測量超導體臨界溫度對超導體材料的研究具有重要性。
[0003]文獻(曾一凡，吳丹.微弱信號檢測技術在超導電阻測量[J].低溫物理報.2009, 31 (3):261-263)採用基於高性能DSP晶片構成鎖定放大器的微弱信號檢測技術對超導體電阻溫度特性進行測量。該方法能有效的檢測樣品的有用信號，去除噪聲信號，大大增加電路的抗幹擾能力。 [0004]文獻(董軍軍，丁紅勝.LabVIEW和國產數據採集卡在高溫超導體電性測量實驗中的應用[J].實驗技術與管理.2006，23(11):73-76)採用LabVIEW軟體和高性能數據採集卡對超導體電阻溫度特性進行測量，實現計算機自動採集數據和圖形顯示。
[0005]文獻(漆漢宏，田永君等.高溫超導體R—T曲線虛擬儀器測試系統[J].微計算機信息.2003, 12 (19): 37，80)基於四弓丨線法，採用高精度電壓表和高精度恆流源進行測量，有較好的測量精度。
[0006]上述文獻普遍是採用在杜瓦瓶內液氮的低溫環境下，採集超導樣品電壓後，根據歐姆定律或電流換向法進行樣品電阻計算。這些方法存在測量溫區小，溫度變化不穩定，不能完全消除超導樣品熱電動勢影響等缺點。這些缺點往往導致一些超導體被誤判，所以開發一套高精度超導體電阻臨界溫度測量系統具有重要意義。
【
【發明內容】
】
[0007]本發明所要解決的技術問題在於提供一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，大大提高了測量溫區，溫度變化穩定，完全消除超導樣品熱電動勢帶來的影響。
[0008]本發明是這樣實現的:
[0009]一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，包括置於真空室內用於放置待測超導樣品的樣品架，以及置於真空室外的控溫儀、制冷機、吉時利2182A納伏表、吉時利6221電流源、裝有LabVIEW軟體的PC機；
[0010]所述控溫儀的溫度傳感器置於所述真空室內樣品架上，所述溫度傳感器通過導線連接到所述真空室外的控溫儀；所述制冷機的冷頭置於所述真空室內樣品架底部，所述冷頭通過導線連接到真空室外的制冷機；
[0011]所述吉時利2182A納伏表連接所述吉時利6221電流源，所述吉時利2182A納伏表的引線連接所述待測超導樣品的第2、3極，所述吉時利6221電流源的引線連接所述待測超導樣品的第1、4極；
[0012]所述吉時利2182A納伏表和所述吉時利6221電流源通過GPIB總線連接到所述裝有LabVIEW軟體的PC機；
[0013]所述控溫儀和所述制冷機通過USB線連接到所述裝有LabVIEW軟體的PC機。
[0014]所述控溫儀為Lakeshore335控溫儀。
[0015]所述制冷機為GM氦氣制冷機。
[0016]所述樣品架包括兩片平行設置的紫銅片，所述兩紫銅片通過六個螺栓固定於所述制冷機的冷頭上方，所述上紫銅片上設有所述控溫儀的溫度傳感器，所述溫度傳感器通過螺栓固定；包裹有導熱絕緣膠布的待測超導樣品置於兩紫銅片間夾緊。
[0017]本發明的優點在於:GM氦氣制冷機為測量提供了 10-300K升降溫度範圍，大大提高了測量溫區；真空測量室和樣品架使溫度變化穩定；335型控溫儀測量精度為0.01k,能精確的測量樣品的溫度；吉時利6221型交直流電流源和2182A型納伏表組合Delta法測量能完全消除樣品熱電動勢帶來的影響，能精確的測量出樣品實時電阻；LabVIEW軟體程序採集數據精度高，速度快，測量界面直觀。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0018]下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的描述。
[0019]圖1是本發明的系統硬體連接圖。
[0020]圖2是本發明的樣品架結構示意圖。
[0021 ] 圖3是本發明的樣品架俯視圖。
[0022]圖4是本發明的6221電流源與2182A納伏表組合連線圖。
[0023]圖5是本發明的LabVIEW測量軟體採集控制界面圖。
[0024]圖6是本發明測量系統對已知臨界溫度Tc ^ 105K鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)超導體進行測量採集界面電阻溫度特性曲線圖。
[0025]圖7是利用0rigin8.0製圖軟體進行處理後鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)超導體電阻溫度特性曲線圖。
【【具體實施方式】】
[0026]一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，包括置於真空室內用於放置待測超導樣品10的樣品架20，以及置於真空室外的控溫儀30、制冷機40、吉時利2182A納伏表50、吉時利6221電流源60、裝有LabVIEW軟體的PC機70。圖1所示為本發明的系統硬體連接圖。
[0027]控溫儀30選用LakeSh0re335控溫儀，其溫度傳感器31置於真空室內樣品架20上，溫度傳感器31通過導線連接到真空室外的LakeSh0re335控溫儀30 ;制冷機40選用GM氦氣制冷機，其冷頭41置於真空室內樣品架20底部，41冷頭通過氦氣管和帶線連接到真空室外的GM氦氣制冷機40。
[0028]如圖2和圖3所示，樣品架20包括兩片平行設置的紫銅片21、22，兩紫銅片21、22通過六個螺栓23固定於制冷機40的冷頭41上方，上紫銅片21上設有Lakeshore335控溫儀30的溫度傳感器31，溫度傳感器31通過螺栓24固定；包裹有導熱絕緣膠布的待測超導樣品10置於兩紫銅片21、22間夾緊。
[0029]吉時利2182A納伏表50連接吉時利6221電流源60，吉時利2182A納伏表50的引線連接待測超導樣品10的第2、3極，吉時利6221電流源60的引線連接待測超導樣品10的第1、4極。
[0030]如圖4所示，吉時利2182A納伏表50和吉時利6221電流源60通過GPIB總線連接到裝有LabVIEW軟體的PC機70。
[0031 ] Lakeshore335控溫儀30和GM氦氣制冷機40通過USB線連接到裝有LabVIEW軟體的PC機70。
[0032]本發明的測量方法是利用計算機LabVIEW(虛擬儀器)軟體進行編程，程序通過GPIB總線及板卡控制吉時利6221型交直流電流源和2182A型納伏表組合，用Delta法對樣品電阻進行實時測量採集；通過USB總線控制LakeSh0re335型控溫儀對樣品溫度進行實時測量採集。最終形成超導體溫度特性曲線，從而得出超導樣品的電阻臨界溫度。
[0033]本發明的超導體電阻測量原理:用四引線法實際測量超導體在低溫環境下電阻時，發現即使樣品沒有電流，電壓端也常能測量到幾十微伏至幾百微伏的電勢差。這是因引線的漏熱、樣品與紫銅片局部接觸等因素導致樣品內形成一定的溫度梯度。樣品上的溫度差會引起載流子的擴散，從而產生熱電勢。由於電流流過樣品而在電壓引線端產生的電壓降只在10 —3~10_~ V之間，因而熱電勢對測量的影響很大，若不採取有效的測量方法予以消除，有時會將良好的超導樣品誤作非超導材料，造成錯誤的判斷。 [0034]傳統消除熱電動勢的方法是採用電流換向法:通過改變電流I的極性進行兩次測量，測得正向電壓為:
[0035]V+= V熱+IR (I)
[0036]反向電壓為:
[0037]V_ = V熱-1R (2)
[0038]結合兩次測量結果即能消除熱電動勢:
[0039]
【權利要求】
1.一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，其特徵在於:包括置於真空室內用於放置待測超導樣品的樣品架，以及置於真空室外的控溫儀、制冷機、吉時利2182A納伏表、吉時利6221電流源、裝有LabVIEW軟體的PC機； 所述控溫儀的溫度傳感器置於所述真空室內樣品架上，所述溫度傳感器通過導線連接到所述真空室外的控溫儀；所述制冷機的冷頭置於所述真空室內樣品架底部，所述冷頭通過導線連接到真空室外的制冷機； 所述吉時利2182A納伏表連接所述吉時利6221電流源，所述吉時利2182A納伏表的引線連接所述待測超導樣品的第2、3極，所述吉時利6221電流源的引線連接所述待測超導樣品的第1、4極； 所述吉時利2182A納伏表和所述吉時利6221電流源通過GPIB總線連接到所述裝有LabVIEff軟體的PC機； 所述控溫儀和所述制冷機通過USB線連接到所述裝有LabVIEW軟體的PC機。
2.如權利要求1所述的一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，其特徵在於:所述控溫儀為Lakeshore335控溫儀。
3.如權利要求1所述的一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，其特徵在於:所述制冷機為GM氦氣制冷機。
4.如權利要求1所述的一種納伏量級超導體電阻臨界溫度測量系統，其特徵在於:所述樣品架包括兩片平行設置的紫銅片，所述兩紫銅片通過六個螺栓固定於所述制冷機的冷頭上方，所述上紫銅片上設有所述控溫儀的溫度傳感器，所述溫度傳感器通過螺栓固定；包裹有導熱絕緣膠布的待測超導樣品置於兩紫銅片間夾緊。
【文檔編號】G01R33/12GK104007402SQ201410249202
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】王 鋒 申請人:泉州師範學院