Устройство для измерения зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля Советский патент 1986 года по МПК G01R19/00 

Од О) Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследова/ НИИ токонесущей способности сверхпро водящих сильноточных кабелей. Известно устройство для непрерывной записи зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля содержащее сверхпроводящий магнит, подключенный к выходу первого из источников питания, сверхпроводящий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом второго источника питания, а вторичная обмотка связана с исследуемым сверхпроводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, блок сравнения, один из входов которого подключен к выходу задатчика кода, другой вход через аналого-цифровой преобразователе и . усилитель - к потенциальным выводам исследуемого сверхпроводящего.образца, а выход - к входу управления второго источника питания, двухкоординатный самописец, один из входов которого соединен с выводами шунта в цепи питания сверхпроводящего магнита, а другой вход через инвертор с индукционной катушкой, включенной в петле вывода вторичной обмотки сверхпроводящего трансформатора. Недостаток известного устройства определяется необходимостью использо

вания одновременно двух источников стабилизированного тока - для питания сверхпроводящего магнита и первичной обмотки сверхпроводящего трансформатора .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля, содержащее сверхпроводящий магнит, подключенный к выходу источника питания и образующий первичную обмотку сверхпроводящего трансформатора, вторичная обмотка которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, двухкоординатный самописец, один из .входов которого подключен к выводам шунта в цепи питания сверхпроводящего магнита, а другой вход - к выходу блока измерения тока во вторичразца, а выход - к цепи управления источника питания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства для измерения зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля; на фиг. 2 - временные диаграммы первичного 3.| и вторичного

3 токов сверхпроводящего трансформатора, а также индукции В в месте расположения измерительного участка исследуемого сверхпроводящего образца для двух скоростей ввода тока

3 в сверхпроводящий магнит

dj,

5,8 А/с - кривая I

dt

dJ. 3 А/с - кривая II dt

В состав устройства входит сверхпроводящий магнит 1, образующий перной обмотке сверхпроводящего трансформатора. Недостаток известного устройства заключается в низкой точности измерения, обусловленной переходом исследуемого сверхпроводящего образца в нормальное состояние и, как следствие, ростом температуры. Цель изобретения - повьш1ение точности измерительного устройства. Поставленная цель .достигается тем, что в устройство для измерения зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля, содержащее сверхпроводящий магнит, подключенный к выходу источника питания и образующий первичную обмотку сверхпро- водящего трансформатора, вторичная обмотка которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, двухкоординатный самописец, один из входов которого подключен к выводам шунта в цепи питания сверхпроводящего магнита, а другой вход - к выходу блика измерения тока во вторичной обмотке сверхпроводящего трансформатора, введены блок сравнения и источник эталонного напряжения, причем один из входов блока сравнения подключен к выходу источника эталонного напряжения, другой вход - к измерительному участку исследуемого сверхпроводящего обвичную обмотку сверхпроводящего трансформатора, вторичная обмотка 2 которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом 3, имеющим форму шпильки. Питание сверхпроводя щего магнита 1 осуществляется от ис точника 4 питания (стабилизированно го источника тока), в выходную цепь которого включен шунт 5. В петле вьгоода вторичной обмотки 2 установлена индукционная катушка 6, соединенная с интегратором 7. Регистрация искомой зависимости производитс двухкоординатным самописцем 8, один из входов которого подключен к выво дам шунта 5, а другой вход - к выходу интегратора 7. Узел автоматиче кого регулирования тока в сверхпроводящем магните 1 включает в себя блок 9 сравнения, один из входов ко торого соединен с выходом источника 10эталонного напряжения, другой вход - с измерительным участком 11исследуемого сверхпроводящего образца 3, а выход через согласующий источник 12 опорного напряжения с входом управления источника 4 пит ния. Устройство содержит также нагреватель 13, подключенный к источ,нику 14 нагревающего тока. Функциональные блоки, работающие при низкой температуре, заключены в криостат 15, заполненный жидким гелием. Работа устройства происходит еле дующим образом. Исходя из длины измерительного участка 11 исследуемого сверхпровод , щего образца 5 источником 10 эталон ного напряжения задается напряжение соответствующее такой напряженности электрического поля в образце 3, пр которой будет регистрироваться вели чина критического тока J . Блок 9 сравнения вьщает команду на ввод то ка О от источника 4 в сверхпроводя щий магнит 2 с заданной скоростью . При нарастании тока J, во вторичной обмотке 2 наводится ЭДС, рав ная - М 5, где М - коэффициент взаимном индуктивности обмоток. Во вторичном контуре индуцируется ток J . пои зтом токи в обмотках свя-J , при зтом токи заны условием М L dt 4t 1где Lj - индуктивность вторичного контура, R - сопротивление спаев сверхпроводящего образца 3 с вьюодом вторичной обмотки 2. Блок 9 сравнения через источник 12 опорного напряжения вьщает сигнал источнику питания 4 для остановки ввода тока в сверхпроводящий магнит 1. При J const из-за конечного значения R ток 2 начинает уменьшаться, и когда его величина становится меньше значения 3, , блок 9 сравнения вьщает команду на ввод тока 3 в сверхпроводящий магнит 1. Далее процесс повторяется. В данном случае имеет место система автоматического регулирования релейного типа, причем блок 9 сравнения выполняе функции реле, а источник 12 опорного напряжения играет роль интегратора. В процессе работы устройства пррисходит рост магнитного поля до максимальной величины, а значение тока в образце 3 поддерживается равным критическому. Двухкоординатным самописцем 8 осуществляется запись кривой 3,, (в) непосредственно в координатах Л и В. Устройство позволяет вести запись зависимости -с соответствующей выбранному значению электрического поля в образце 3. Для записи зависимости Лд(В) по критериям сопротивления или мощности достаточно поделить или умножить соответствующей электронной схемой напряжение U с измерительного участка 11 образца 3 на выходное напряжение интегратора 7, которое пропорционально текущему значению тока 2 в образце 3. На вход блока 9 сравнения в этом случае подается преобразованный сигнал, пропорцио„ и ,. нальныи - или и- J , соответственно при записи с (в) по критерию сопротивления или мощности. Для записи вольт-амперных характеристик образца 3 необходимо измерительный участок 11 подключить к одному из входов двухкоординатного самописца 8, а другой вход последнего соединить с выходом интегратора 7. Работа устройства наглядно иллюст рируется кривыми, приведенными на иг. 2, а, б. При вводе тока J в сверхпроводяий магнит 1 в месте расположения змерительного участка 11 образца создается магнитное поле В.; , а

во вторичной обмотке 2 индуцируется

Ji

В начальный момент вретокмени при вторичный ток 3,j растет пропорционально первичному J , а при t-co стремится к значению

При Л,

const ток вторичного контура J, уменьшается

из-за конечного значения R. В мо- мент времени t включается нагреватель 13 для уменьшения остаточных токов.

Предложенное устройство позволяет производить автоматическую запись зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля при за-, данном значении напряженности электрического поля в образце. Устройство позволяет провести изучение токонесущей способности сильноточных сверхпроводников до тока 10 кА в магнитном поле до 8Т при помощи одного стабилизированного источника тока с максимальным рабочим током 200 А. Устройство предназначено для работы в стандартном гелиевом криостате и обеспечивает проведение испытаний сильноточных образцов без использования массивных токовводов, что приводит к экономии жидкого гелия. Исследуемый сверхпроводящий образец 3 располагается на сменном штоке, что позволяет производить его быструю замену..

Поскольку система автоматического регулирования изменяет токи в сверхпроводящем магните 1 и сверхпроводящем образце 3 таким образом, что про изводится непрерывная запись зависимости 2() перехода образца 3 в нормальное состояние, общая точность измерения указанной зависимости оказывается повышенной.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ КРИТИЧЕСКОГО ТОКА ОБРАЗЦОВ ТЕХНИЧЕСКОГО СВЕРХПРОВОДНИКА ОТ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее сверхпроводящий магнит, подключенный к выходу источника питания и образующий первичную обмотку сверх.проводящего трансформатора, вторичная обмотка которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, двухкоординатный самописец, один из входов которого подключен к выводам шунта в цепи питания сверхпроводящего магнита, a другой вход - к выходу блока измерения тока во вторичной обмотке сверхпроводящего трансформатора, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, в него введены блок сравнения и источник эталонного напряжения, причем один из входов блока сравнения подключен к выходу источника эталонного напряжения, другой вход - к измерительному участку последуемого сверхпроводящего образца, a выход к цепи управления источника питания.

1г.кА

т1111г

т-I-г а