一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，包括置于真空室內(nèi)用于放置待測(cè)超導(dǎo)樣品的樣品架，以及置于真空室外的控溫儀、制冷機(jī)、吉時(shí)利2182A納伏表、吉時(shí)利6221電流源、裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)；控溫儀的溫度傳感器置于真空室內(nèi)樣品架上，溫度傳感器通過導(dǎo)線連接到真空室外的控溫儀；制冷機(jī)的冷頭置于真空室內(nèi)樣品架底部，冷頭通過導(dǎo)線連接到真空室外的制冷機(jī)；吉時(shí)利2182A納伏表和吉時(shí)利6221電流源的引線連接待測(cè)超導(dǎo)樣品，還通過GPIB總線連接到所述裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)。本發(fā)明大大提高了測(cè)量溫區(qū)，溫度變化穩(wěn)定，完全消除超導(dǎo)樣品熱電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的影響。
【專利說(shuō)明】一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)體電阻測(cè)量系統(tǒng)，特別涉及Delta法測(cè)量和虛擬儀器(LabVIEff)自動(dòng)采集超導(dǎo)體電阻溫度特性曲線，用于研究超導(dǎo)體材料電阻溫度特性，從而確定超導(dǎo)材料臨界溫度。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超導(dǎo)體在進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)后具有零電阻現(xiàn)象，有廣闊的應(yīng)用前景。一般樣品進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)需要很低的溫度，大大約束了超導(dǎo)材料在實(shí)際中的應(yīng)用。從1911年超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)至今，研究人員一直為超導(dǎo)體臨界溫度的提高而努力。因此精確測(cè)量超導(dǎo)體臨界溫度對(duì)超導(dǎo)體材料的研究具有重要性。
[0003]文獻(xiàn)(曾一凡，吳丹.微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)在超導(dǎo)電阻測(cè)量[J].低溫物理報(bào).2009, 31 (3):261-263)采用基于高性能DSP芯片構(gòu)成鎖定放大器的微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)對(duì)超導(dǎo)體電阻溫度特性進(jìn)行測(cè)量。該方法能有效的檢測(cè)樣品的有用信號(hào)，去除噪聲信號(hào)，大大增加電路的抗干擾能力。 [0004]文獻(xiàn)(董軍軍，丁紅勝.LabVIEW和國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集卡在高溫超導(dǎo)體電性測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2006，23(11):73-76)采用LabVIEW軟件和高性能數(shù)據(jù)采集卡對(duì)超導(dǎo)體電阻溫度特性進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和圖形顯示。
[0005]文獻(xiàn)(漆漢宏，田永君等.高溫超導(dǎo)體R—T曲線虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2003, 12 (19): 37，80)基于四弓丨線法，采用高精度電壓表和高精度恒流源進(jìn)行測(cè)量，有較好的測(cè)量精度。
[0006]上述文獻(xiàn)普遍是采用在杜瓦瓶?jī)?nèi)液氮的低溫環(huán)境下，采集超導(dǎo)樣品電壓后，根據(jù)歐姆定律或電流換向法進(jìn)行樣品電阻計(jì)算。這些方法存在測(cè)量溫區(qū)小，溫度變化不穩(wěn)定，不能完全消除超導(dǎo)樣品熱電動(dòng)勢(shì)影響等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)往往導(dǎo)致一些超導(dǎo)體被誤判，所以開發(fā)一套高精度超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)具有重要意義。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，大大提高了測(cè)量溫區(qū)，溫度變化穩(wěn)定，完全消除超導(dǎo)樣品熱電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的影響。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，包括置于真空室內(nèi)用于放置待測(cè)超導(dǎo)樣品的樣品架，以及置于真空室外的控溫儀、制冷機(jī)、吉時(shí)利2182A納伏表、吉時(shí)利6221電流源、裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)；
[0010]所述控溫儀的溫度傳感器置于所述真空室內(nèi)樣品架上，所述溫度傳感器通過導(dǎo)線連接到所述真空室外的控溫儀；所述制冷機(jī)的冷頭置于所述真空室內(nèi)樣品架底部，所述冷頭通過導(dǎo)線連接到真空室外的制冷機(jī)；
[0011]所述吉時(shí)利2182A納伏表連接所述吉時(shí)利6221電流源，所述吉時(shí)利2182A納伏表的引線連接所述待測(cè)超導(dǎo)樣品的第2、3極，所述吉時(shí)利6221電流源的引線連接所述待測(cè)超導(dǎo)樣品的第1、4極；
[0012]所述吉時(shí)利2182A納伏表和所述吉時(shí)利6221電流源通過GPIB總線連接到所述裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)；
[0013]所述控溫儀和所述制冷機(jī)通過USB線連接到所述裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)。
[0014]所述控溫儀為L(zhǎng)akeshore335控溫儀。
[0015]所述制冷機(jī)為GM氦氣制冷機(jī)。
[0016]所述樣品架包括兩片平行設(shè)置的紫銅片，所述兩紫銅片通過六個(gè)螺栓固定于所述制冷機(jī)的冷頭上方，所述上紫銅片上設(shè)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(dǎo)熱絕緣膠布的待測(cè)超導(dǎo)樣品置于兩紫銅片間夾緊。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:GM氦氣制冷機(jī)為測(cè)量提供了 10-300K升降溫度范圍，大大提高了測(cè)量溫區(qū)；真空測(cè)量室和樣品架使溫度變化穩(wěn)定；335型控溫儀測(cè)量精度為0.01k,能精確的測(cè)量樣品的溫度；吉時(shí)利6221型交直流電流源和2182A型納伏表組合Delta法測(cè)量能完全消除樣品熱電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的影響，能精確的測(cè)量出樣品實(shí)時(shí)電阻；LabVIEW軟件程序采集數(shù)據(jù)精度高，速度快，測(cè)量界面直觀。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0018]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0019]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件連接圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的樣品架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖3是本發(fā)明的樣品架俯視圖。
[0022]圖4是本發(fā)明的6221電流源與2182A納伏表組合連線圖。
[0023]圖5是本發(fā)明的LabVIEW測(cè)量軟件采集控制界面圖。
[0024]圖6是本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)對(duì)已知臨界溫度Tc ^ 105K鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)超導(dǎo)體進(jìn)行測(cè)量采集界面電阻溫度特性曲線圖。
[0025]圖7是利用0rigin8.0制圖軟件進(jìn)行處理后鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)超導(dǎo)體電阻溫度特性曲線圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0026]一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，包括置于真空室內(nèi)用于放置待測(cè)超導(dǎo)樣品10的樣品架20，以及置于真空室外的控溫儀30、制冷機(jī)40、吉時(shí)利2182A納伏表50、吉時(shí)利6221電流源60、裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)70。圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)硬件連接圖。
[0027]控溫儀30選用LakeSh0re335控溫儀，其溫度傳感器31置于真空室內(nèi)樣品架20上，溫度傳感器31通過導(dǎo)線連接到真空室外的LakeSh0re335控溫儀30 ;制冷機(jī)40選用GM氦氣制冷機(jī)，其冷頭41置于真空室內(nèi)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(jī)40。
[0028]如圖2和圖3所示，樣品架20包括兩片平行設(shè)置的紫銅片21、22，兩紫銅片21、22通過六個(gè)螺栓23固定于制冷機(jī)40的冷頭41上方，上紫銅片21上設(shè)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(dǎo)熱絕緣膠布的待測(cè)超導(dǎo)樣品10置于兩紫銅片21、22間夾緊。
[0029]吉時(shí)利2182A納伏表50連接吉時(shí)利6221電流源60，吉時(shí)利2182A納伏表50的引線連接待測(cè)超導(dǎo)樣品10的第2、3極，吉時(shí)利6221電流源60的引線連接待測(cè)超導(dǎo)樣品10的第1、4極。
[0030]如圖4所示，吉時(shí)利2182A納伏表50和吉時(shí)利6221電流源60通過GPIB總線連接到裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)70。
[0031 ] Lakeshore335控溫儀30和GM氦氣制冷機(jī)40通過USB線連接到裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)70。
[0032]本發(fā)明的測(cè)量方法是利用計(jì)算機(jī)LabVIEW(虛擬儀器)軟件進(jìn)行編程，程序通過GPIB總線及板卡控制吉時(shí)利6221型交直流電流源和2182A型納伏表組合，用Delta法對(duì)樣品電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量采集；通過USB總線控制LakeSh0re335型控溫儀對(duì)樣品溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量采集。最終形成超導(dǎo)體溫度特性曲線，從而得出超導(dǎo)樣品的電阻臨界溫度。
[0033]本發(fā)明的超導(dǎo)體電阻測(cè)量原理:用四引線法實(shí)際測(cè)量超導(dǎo)體在低溫環(huán)境下電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)即使樣品沒有電流，電壓端也常能測(cè)量到幾十微伏至幾百微伏的電勢(shì)差。這是因引線的漏熱、樣品與紫銅片局部接觸等因素導(dǎo)致樣品內(nèi)形成一定的溫度梯度。樣品上的溫度差會(huì)引起載流子的擴(kuò)散，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。由于電流流過樣品而在電壓引線端產(chǎn)生的電壓降只在10 —3~10_~ V之間，因而熱電勢(shì)對(duì)測(cè)量的影響很大，若不采取有效的測(cè)量方法予以消除，有時(shí)會(huì)將良好的超導(dǎo)樣品誤作非超導(dǎo)材料，造成錯(cuò)誤的判斷。 [0034]傳統(tǒng)消除熱電動(dòng)勢(shì)的方法是采用電流換向法:通過改變電流I的極性進(jìn)行兩次測(cè)量，測(cè)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(jié)合兩次測(cè)量結(jié)果即能消除熱電動(dòng)勢(shì):
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括置于真空室內(nèi)用于放置待測(cè)超導(dǎo)樣品的樣品架，以及置于真空室外的控溫儀、制冷機(jī)、吉時(shí)利2182A納伏表、吉時(shí)利6221電流源、裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)； 所述控溫儀的溫度傳感器置于所述真空室內(nèi)樣品架上，所述溫度傳感器通過導(dǎo)線連接到所述真空室外的控溫儀；所述制冷機(jī)的冷頭置于所述真空室內(nèi)樣品架底部，所述冷頭通過導(dǎo)線連接到真空室外的制冷機(jī)； 所述吉時(shí)利2182A納伏表連接所述吉時(shí)利6221電流源，所述吉時(shí)利2182A納伏表的引線連接所述待測(cè)超導(dǎo)樣品的第2、3極，所述吉時(shí)利6221電流源的引線連接所述待測(cè)超導(dǎo)樣品的第1、4極； 所述吉時(shí)利2182A納伏表和所述吉時(shí)利6221電流源通過GPIB總線連接到所述裝有LabVIEff軟件的PC機(jī)； 所述控溫儀和所述制冷機(jī)通過USB線連接到所述裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述控溫儀為L(zhǎng)akeshore335控溫儀。
3.如權(quán)利要求1所述的一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述制冷機(jī)為GM氦氣制冷機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種納伏量級(jí)超導(dǎo)體電阻臨界溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品架包括兩片平行設(shè)置的紫銅片，所述兩紫銅片通過六個(gè)螺栓固定于所述制冷機(jī)的冷頭上方，所述上紫銅片上設(shè)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(dǎo)熱絕緣膠布的待測(cè)超導(dǎo)樣品置于兩紫銅片間夾緊。
【文檔編號(hào)】G01R33/12GK104007402SQ201410249202
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】王 鋒 申請(qǐng)人:泉州師范學(xué)院