一种基于低温制冷机的高温超导转变温度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种高温超导转变温度测量装置，属于超导电子学领域，通过将压缩制冷机的制冷端伸入真空室内，并在制冷端上安装温度传感器与加热器；温度传感器与加热器与加热器均与温控仪相连；温控仪与采集处理系统相连；从而通过在制冷端顶面上设置两套可分别进行电输运方法与交流磁化率方法测量超导材料高温转变温度的测量装置。本实用新型专利技术的优点为：可实现电输运方法与交流磁化率方法单独或同时进行超导材料超导转变温度的无损测量，且测量过程高效，测量结果准确、可靠，便于及时掌握测量情况，是对制备超导材料性能检验有一定的实用价值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超导电子学领域，具体来说，是一种基于低温制冷机的高温超导转变温度测量装置。技术背景转变温度Tc是表征高温超导材料物性的重要参数之一，也是衡量超导薄膜样品性能优劣的主要指标之一，准确的测量高温超导转变温度对提高高温超导材料的性能具有重要的意义。目前测量超导材料转变温度的方法主要有两种一种通过测量超导材料的电阻随温度的变化决定转变温度，即电阻突然消失时对应的温度；第二种是测量超导材料随温度变化时的交流磁化率来确定转变温度。这两种方法分别对应超导的两种基本性质，即零电阻效应和迈斯纳效应。国内已经存在由南京大学恒通电子仪器厂生产的HT-288型高Tc超导体电阻一温度特性测量仪，是一种利用电输运方法测量高温超导转变温度的成套装置；但是这套装置利用提动拉杆的方法实现超导样品的温度变化，这就造成测量过程中温度变化的不均匀。而利用交流磁化率法测量高温超导转变温度的仪器还没有进行研制。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出一种基于低温制冷机的高温超导转变温度测量装置，在实验室条件下就能得到准确的测量高温超导转变温度，通过低温制冷机可将被测超导样品温度从室温(300K)连续均匀的降低至45K左右，并且整个测量过程不需要人工参与。且在改变本技术测量装置结构的情况下，只需改变被测超导样品放置位置和外部测量设备，便可采取电输运方法和交流磁化率方法两种测量方法测量超导薄膜样品的转变温度，且测量精度高，测量结果准确可靠而且满足自动化测试的要求。本技术一种基于低温制冷机的高温超导转变温度测量装置，包括真空室、真空泵、压缩制冷机、温度传感器、加热器、温控仪、第一测量机构、第二测量机构与采集处理系统。其中，真空泵通过管路与真空室连通，管路上安装有真空阀；真空室上还安装有真空计；压缩制冷机的制冷端伸入到真空室内；压缩制冷机的制冷端上安装有温度传感器与加热器；温度传感器与加热器均与温控仪相连；温控仪与采集处理系统相连。上述压缩制冷机的制冷端上安装有第一测量机构、第二测量机构，第一测量机构与第二测量机构的结构与安装方式具体为第一测量机构用来通过电输运方法测量高温超导样品转变温度，包括由样品座、四个接线端子、恒流源与电压测量仪；其中，样品座设置在压缩制冷机的制冷端端面上，被测高温超导材料放置在样品座上；样品座上固定有四个接线端子，其中两个接线端子通过引线与电压测量仪相连，另两个接线端子通过引线与恒流源相连；四条引线还与被测高温超导材料相连；电压测量仪、恒流源均与采集处理系统相连。第二测量机构用来通过交流磁化率方法进行高温超导样品转变温度的测量，包括由初级线圈骨架、次级线圈骨架、初级线圈与次级线圈构成的线圈组以及锁相放大器；其中，初级线圈骨架设置在压缩制冷机的制冷端端面上；初级线圈骨架支座端上竖直安装有至少两个螺栓，螺栓上套有次级线圈骨架支座端，并且在每个螺栓上螺纹连接有两个螺母，两个螺母分别位于次级线圈骨架支座端上下方；在初级线圈骨架绕线端与次级线圈骨架绕线端上分别盘绕有初级线圈、次级线圈；被测高温超导材料位于在初级线圈骨架绕线端与次级线圈骨架绕线端间，放置在初级线圈骨架绕线端端面上；初级线圈和次级线圈分别通过两根导线与锁相放大器的输出端和输入端相连，锁相放大器与采集处理系统相连。基于上述的测量装置，可通过两种方法分别对一个高温超导材料的转变温度测量，也可同时通过两种方法同时测量两个高温超导材料的转变温度。 在进行电输运方法测量高温超导样品转变温度时，通过四条引线将待测样品与样品座上的四个接线端子相连；随后开启真空阀，通过真空泵对真空室内抽真空，随后关闭真空阀。开启压缩制冷机使制冷端温度下降，从而通过冷头对真空室内进行制冷。开启恒流源、电压测量仪、加热器、温控仪以及采集处理系统，通过恒流源为被测高温超导材料施加恒定电流。通过电压测量仪将被测高温超导材料两端的电压数据发送给采集处理系统；通过温控仪获取温度传感器采集的真空室内的温度数据，并根据获取的温度数据控制加热器的加热功率，对真空室内的温度进行控制在被测高温超导材料的超导转变温度。采集处理系统将温度测量仪、电压测量仪发送来的被测高温超导材料的温度数据与电压数据进行保存，并生成被测高温超导材料电阻随温度的变化曲线，从而确定被测高温超导材料的超导转变温度。当被测高温超导材料的温度降低到一定程度后，即转变为超导态，此时被测高温超导材料的电阻变为零，因此被测高温超导材料两端的电压为零，同时在采集处理系统中其输出RT曲线中电阻值也发生突然转变为零。在进行交流磁化率方法测量高温超导样品转变温度时，需确保初级线圈或次级线圈内部没有断裂或漆包线的绝缘层在绕制的过程中没有损坏。随后将被测高温超导材料放置在初级线圈骨架绕线端端面上。开启真空阀，使用真空泵对真空室内抽真空，抽完真空后关闭真空阀。开启压缩制冷机对真空室内制冷，真空室的热量经压缩制冷机制冷端传给压缩制冷机。开启加热器与温控仪，通过温控仪获取温度传感器采集的真空室内的温度数据，并根据获取的温度数据控制加热器的加热功率，对真空室内的温度进行控制在被测高温超导材料的超导转变温度。开启锁相放大器，为初级线圈提供交流激励电压，并实时测量初级线圈的电压数据。开启采集处理系统，通过采集处理系统接收温控仪由温度传感器实时获取的真空室内温度数据，并接收锁相放大器实时测得的次级线圈的电压数据，并自动绘制交流磁化率曲线。在磁化率曲线中锁相放大器测得的次级线圈的电压数据V=Vx+iVY，\为次级线圈感应电压的实部，为次级线圈感应电压的虚部，i表示虚部。当被测高温超导材料进入超导态后，磁场被屏蔽，Vx和Vy突然发生变化。实部Vx突然发生变化时所对应的温度就是被测高温超导材料的超导转变温度。本专利技术的优点在于I、本专利技术测量装置可以同时采用两种方法测量超导样品的转变温度，将两种方法的结果进行比较分析，得到更准确的样品信息；2、本专利技术测量装置中的降温过程完全依靠制压缩冷机进行，与手动提拉法相比，不需要人工处理，可以得到更加均匀的温度降低过程；3、本专利技术测量装置的测温范围可以低至35K，可以满足绝大多数高温超导样品的测量需要，相比于液氮，扩大了测温范围；而相比于液氦制冷，降低了测量成本。附图说明图I为本专利技术整体结构示意图；图2为第二测量机构结构示意图。·图中I-真空室 2-真空泵3-压缩制冷机4-温度传感器5-加热器 6-温控仪7-第一测量机构 8-第二测量机构9-采集处理系统 10-被测高温超导样品301-制冷端701-样品座702-接线端子 703-恒流源704-电压测量仪 801-初级线圈骨架802-次级线圈骨架803-初级线圈804-次级线圈805-锁相放大器806-螺栓807-螺母具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本技术一种基于低温制冷机的高温超导转变温度测量装置，如图I所示，包括真空室I、真空泵2、压缩制冷机3、温度传感器4、加热器5、温控仪6、第一测量机构7、第二测量机构8与采集处理系统9。其中，真空室I为密闭结构，真空泵2通过管路与真空室I连通，管路上安装有真空阀，真空泵2用来为真空室I抽真空，使真空室I内真空度小于IPa，通过真空阀控制真空管路的通断。真空室I上还安装有真空计，通过真空计观测真空室I的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低温制冷机的高温超导转变温度测量装置，其特征在于：包括真空室、真空泵、压缩制冷机、温度传感器、加热器、温控仪、第一测量机构、第二测量机构与采集处理系统；其中，真空泵通过管路与真空室连通，管路上安装有真空阀；真空室上还安装有真空计；压缩制冷机的制冷端伸入到真空室内；压缩制冷机的制冷端上安装有温度传感器与加热器；温度传感器与加热器均与温控仪相连；温控仪与采集处理系统相连；上述压缩制冷机的制冷端上安装有第一测量机构、第二测量机构，第一测量机构与第二测量机构的结构与安装方式具体为：第一测量机构用来通过电输运方法测量高温超导样品转变温度，包括由样品座、四个接线端子、恒流源与电压测量仪；其中，样品座设置在压缩制冷机的制冷端端面上，被测高温超导材料放置在样品座上；样品座上固定有四个接线端子，其中两个接线端子通过引线与电压测量仪相连，另两个接线端子通过引线与恒流源相连；四条引线还与被测高温超导材料相连；电压测量仪、恒流源均与采集处理系统相连；第二测量机构用来通过交流磁化率方法进行高温超导样品转变温度的测量，包括由初级线圈骨架、次级线圈骨架、初级线圈与次级线圈构成的线圈组以及锁相放大器；其中，初级线圈骨架设置在压缩制冷机的制冷端端面上；初级线圈骨架支座端上竖直安装有至少两个螺栓，螺栓上套有次级线圈骨架支座端，并且在每个螺栓上螺纹连接有两个螺母，两个螺母分别位于次级线圈骨架支座端上下方；在初级线圈骨架绕线端与次级线圈骨架绕线端上分别盘绕有初级线圈、次级线圈；被测高温超导材料位于在初级线圈骨架绕线端与次级线圈骨架绕线端间，放置在初级线圈骨架绕线端端面上；初级线圈和次级线圈分别通过两根导线与锁相放大器的输出端和输入端相连，锁相放大器与采集处理系统相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王三胜，张丽，
申请(专利权)人：北京鼎臣超导科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：