Способ измерения индуктивности сверхпроводящей катушки и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H01L39/22 

16

HP. чертеже приведена c. устрой ствп для измерения кндуктит люсти сверхпроводящей, катушгш,

Устройство измерения яндз ктив - нести сворхпроводящей катушки содержит резисторы 2, выкл очатель 3, регулируемый источ ик постоянного токе 4, сверх роводями-1Й квантовый ин- терферометрический п peoGp а зова гель 5, частотомер б и перекл п ште,пь 1, Регулируеь ьт источник тока через выключатель подсоединен к параллелтзному соединению одного из рез ипторов и сперхпроводящей катушки, приемный контур сверкпроводкш;его квамтового иитерферометричес ко го isps обра зова теля индуктивности связан с катушкой, а его выход подключен к зходу частотомера. Сверхпроводящая катушка, резисторы, переключатель к сверхпрово- дищий квантовый интерферометраческри .преобразователь размещены в запол нея™ ti()M сж1-шен1-ым гелиаг- криостате, по- KjaaaHHOM пунктиром,

11 р и м е р реализации способа Особенностью сверхпроводящего квантового интерферометркческого преобразователя является периодическая зав симость выходного сигнапа от магйит- ного потока, сцепленного с его контуром квантования с нернодом, равньм кванту магнитного потока {JK, . .

При ияменении тока в с верхпроводя- щрй катуигке на величину 4 I на выкоде сверхпроводящего квантовоГ о иптгрфе- рометрическо го преобразователя воз- иикагот электрические коггебанип, чис° ло которых

n i I M/%

г де М язаимкая н 1дукт 5з:ность лезаку

сверхпроводящей кату1Ш ой и I коятуром квантова11ия «;верхпио -водящего квантового игттерфе- рометрического иреобиалова- теля.

В, исходном положеиик зыключатель замкнут, ток источк/гка ;, г,тако1 лен равным нулю,, а. частотомер устаиовлегГ 13 режим счета числе. кол 55аний. В начале измерения источник тока регулк- руетсп так, чтобы его тс.к .ото5-гно увеличивался от нуля до еднн.ицы и- так, чтобы частотомер эафикс ировал -колебаний на выход::: сверхпроводящего KBaUi tiBoi o интep.фepo feтpичec кого npeD6j.fc-.3OsaTe.rm, л десь k - 4111.:

I

3

ло большее единицы. Затем частотомер перек-ттгнчается в режим измерения ус редненного периода колебаний с козф- фИ1;:иентоы усреднения п, а выгслюча- тель размыкается одновременно с запуском частотомера.. После этого магнитный поток в сверхпроводящей катушке зкспонен11иг ль о уменьшается с посто- гниой времени 2; L/RS вызывая колебания на выходе сверхпроводящего квантового -интерферометрического. преобразователя, частота которых также экспо1- енциально уменьшается. Частотомер измерит среднее значение периода Ту| этих колебаний. Значение индук- тиБНоети сверхпроводящей катушки рассчитывается по значениям R, Т и чис-: лам К и п след-;ло цим образом. В момент .времени t., когда частотомер зафиксирует п периодов колебаний на выходе сзерхлроводящего квантового интерферометрического преобразователя (т.е. 1:. ток i в катушке будет равен

. -tfC- knlfo -T.vife , ,,е е

Так как Д ,. то можно записать

0

k-ti-Уо М л

(,.,-«1,0.

Отсюда t / In k/ (k-1) и L TnR/ln k/( ) J . В этом выражении k и n постоянные числа, поэтому относительная пог решность измерения L определяется как сумма погрешности тнйчения R и погрешности измеренш .(«(. ). Для оценки погрешности измерения итщуктивности сверхпроводящей катушки из группы резисторов выбирается резистор с поминальным значением сопротивления ,.5 мОм и ис- нользуется сверхпроводящий квантовый йктерферометрический преобразователь среяней чувствнтельности со спект- Рй.ггьной rmoT7io(;;rbio шумового потока Sjjj-l--liT.(.foA|rir,, Тогда ( с. Максимальная скорость измерения потока при Т. J И) ЧСй/М, равная I/t, составляет ijl lO (.р/У)/40 с 275(|,/Н, Величина tfjj/K fil/n - изме- пе.нйе тока в св;-;рхпроводящей катушке, соответствующее одному периоду и.мё гштшя вьтод 1огп сигнала сверхпроводящего квантового интерферометрическо го преобразо}зателя, полоса пропускания вь ходного .;п.а сзерхпроводя- щсго квазггового интгрферометрическо51609 0

го преобрязсвателя лояжма быть не менее 275 Гц. Иригшнля во. пю мание величину S , выбранного г1реобразова- теля, отношение тум/сигиал (U,/U{)

ни выходе преобразорятеля и, соствет ственно, на входе частотомера, составляет -,|I50 1,66 40.

Если выбрать i 1 10 tpo/F, соответственно, 4 1 О (п., 10 а , с, то среднее значение периода Т можно измерить частотомером 43-54 с погрешностью

R гр

Г, ч iJ3i )

Or«i(-- + Т п

1 1-1

где I и, /(3Uj ) - относительная погрешность уровня запуска частотоме- ра;

п число усредняемых периодов (выбрано п 1 104 ).

Т период частоты заполнения (минимальное значение для 43-54 рав- но 1 10 с). Т п выбран равным 92 с. Величина погрешности о определяется в этом случае преобладающим первым членом и составляет .б з/г (Uc3n)5,5 Она представляет собой случайнуто погрешность, так как зависит от шумового потока сверхпроводящего квантового интерферометри- ческого преобразователя. Ее можно уменьшить, применяя обычную процеду- ру многократного повторения измерения Т и усреднения результатов, Сис тематические погрешности-измерения интервала Т складываются из составляющих, связанных с дрейфом нулевого уровня преобразователя, влиянием па разитных индуктивностей резистора и переключателя и влиянием паразитной емкости катушки. При использовании малоиндуктивных криорезисторов сверх проводящего переключателя а также при стабилизации температуры гелиевой ванны (нестабильность за ч л.) эти составляющие не превышают Ь 10 , Использование же самых

точных в нпстояпи- с пргмп рем-игтрпру- гогчих 1П фровых роп пли фиксл-- UiH крппой падения токп по:1пплиш- меньшить относмтольпую тюгрошиогть до I -lOTaк ; i образом, предлагаемое техническое решение позппляс Т, исппш.эул периодическую записимость пыхоДиого сигнала сверхпровс дяпипч ) квпнтопого интерферометрического преобрлзоплтеля от магнитного потока, ГНРПЛСННОГО с его контуром квантоппния, тюлучить относительную погрешность измеррпмя индуктивности сверхпроподящей катушки (+5 5,.,510- т„е . повысить точность измерения примерно в 15 раз.

Формула изобретения

. Способ измерения индуктипности сверхпроводящей катушки, включающий конпарирование величины индуктивности с известным значением сопротитшения резистора путем определения постоян- |Ной времени LR-цепи, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, многократно увеличивают скорость изменения сигнала путем e- линейного преобразования сигнала с помощью сверхпроводящего квлмтопого интерферометрического преобразователя ,

i

2. Устройство для измерения индуктивности сверхпроводящей клтушки, содержащее резисторы с известным значением сопротивления, выключатель и регулируемый источник постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности, оно снабжено сверхпроводящим квантовым . интерферометрическим преобразователем и частотомером, npi-n-teM преобразователь индуктивно связан с катушкой, его вход подключен к входу частотомера, а источник тока через выключатепь присоединен к пара:шельному соединению катушки с однш-1 из резисторов. .

Изобретение относится к точным электромагнитным измерениям и может быть использовано для измерения индуктивности сверхпроводящих катушек, применяемых в пепях постоянного или медленно изменяющегося тока. Цель изобретения - повышение точности измерения индуктивности- за. счет компари- рования ее величины с известньи значением сопротивления, измерении времени релаксации при многократном увеИзобретение относится к точным электромагнитным измерениям, исполь- ЗУ1ПЩИМ явление сверхпроводимости и квантовые з4)фекты в сверхпроводниках, и мо;кет быть использовано для точного измерения индуктивности сверхпроводящих катушек, применяемых в цепях постоянного или медо1енио изменяющегося 1тока. Цель изобретения повышение точности измерения,. Предлагаемое техн1гч-еское решение позволяет, используя период1гческу50 .. зависимость выходного сигнала сверхличеииу скорс)С 1 и измоиопня глп нл.па путем напи ейнот-о преобразопания сиг- налл с помощью срерхпронодяшего тового иитерферометрического прооП- разователя. Устройство содержит n;i- рлллельное соединение через свгрх- проводниковьп переключатель смерх- проподящен катушки индуктипногти с одн№1 из резисторов, подсоединенное через выключатель к рр улируем мУ источнику постоянного тока. Кроме того, устройство снабжено сперхпроводягцим квантовьгь интерфпрометрическим прр. образоватолсм (СКИП), приемный контур которого инду.чтивно свяялн с катушкой, а его выход подключен к входу частотомера. Катушка, резисторы, переключатель и СКИП размещены в яа- поляенном сжиженным г-слисм К11иостате. Данное техническое решение- пол1;оля- ет достигнуть относительной ггЬг1з 1и-- ностя в единичном измергшич .,5 к , 1 ил. «3. проводящего кпантового интерферомет- рического преобразователи от магнитного потока, сцеплениги-о с его контуром квантования, многократно повысить точность измеро1П1я ггостоянного времениe L/R, где L - индуктивность сверхпроводящей катушки; R - сопротиплеппо парлл. / подключенного к р игсторя и повысить точность измерения ИНДУКТИБПОС1 и. W.T «IW4 о f«rej, . чО 4 о Кл)