Устройство для бесконтактного определения электрических и магнитных параметров сверхпроводящих образцов при фазовом переходе Советский патент 1991 года по МПК G01R33/35 

фиг1

10

Изобретение относится к технике измерения электрических и магнитных свойств материалов и может быть использовано при производстве сверхпроводящих материалов.

Целью изобретения является увеличение точности измерений.

На фиг, 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - конструкция катушек с исследуемым сверхпроводящим образцом.

Устройство для бесконтактного определения электрических и магнитных параметров сверхпроводящих образцов при фазовом переходе содержит криогенную систему 1, источник 2 постоянного магнитного поля в виде электромагнита, источник переменного магнитного поля в виде плоской спиральной катушки 3 индуктивности, размещенной в криогенной системе 1 и между полюсами электромагнита 2. Катушка 3 индуктивности кабелем 4 соединена с высокочастотным генератором 5, соединенным с развязывающим блоком 6 (трансформатор). С переменным конденсатором 7 (емкость С) катушка индуктивности 3 (индуктивностью L) образуют последовательный резонансный контур. Кабель 4 имеет общее активное сопротивление R потерь контура . Анализатором измеряемого сигнала контура служит включенный параллельно конденсатору 7 блок регистрации, состоящий из вольтметра 8 и измерителя 9 емкости, аналоговые выходы которых соединены с Y-каналами графопостроителя 10, с Х-ка- налами которого соединены датчики температуры 11 и постоянного магнитного поля 12. Спиральная плоская катушка 3 с помощью фотошаблона изготовлена из меди на ситалловой пластине 13. Соединительный кабель 4 эпоксидным клеем приклеен к диэлектрической пластине 13. У пластины 13 в кабеле 4 диэлектрик удален и внешний и внутренний проводники кабеля 4 соединены с началом и концом спиральной катушки 3 индуктивности. Пленочный сверхпроводящий образецтрлщий d 100 мкм расположен на части спиралей катушки 3. Датчики магнитного поля 12 (например, датчик Холла) и температуры 11 (например, датчик n Ge) приклеены к противоположной проводникам катушки 3 стороне диэлектрической пластины 13.

Для описанной последовательно цепи LCR полное ее сопротивление

+ (XL-Xc)2, где XL (a L;

О)

Хс 1/ лЖС - реактивные сопротивления контура,

при резонансе максимально, а ток в цепи и напряжение на реактивных элементах - максимальны. Максимальный ток цепи, напряжение на конденсаторе Uc в последовательном контуре, если вносимое развязывающим трансформатором 6 сопротивление мало, ограничивать сопротивление потерь контура.

Изменение напряжения на конденсаторе 7 в условиях фазового перехода определяется потерями измеряемого объекта (катушки 3 индуктивности с исследуемым сверхпроводящим образцом 14), а изменение

резонансной частоты определяется изменением индуктивности измеряемого объекта. В измеряемом объекте изменение потерь вызывает изменение проводимости исследуемого образца 14, а изменение индуктивности вывзывает изменение магнитной восприимчивости сверхпроводника при фазовом переходе. Устройство работает следующим образом.

Из высокочастотного генератора 5 через развязывающий трансформатор 6 в последовательный контур, образованный переменным конденсатором 7 и катушкой индуктивности, вводитсягЭДС Е. Вносимое трансформатором 6 сопротивление в контур

мало. Конструкция переменного конденсатора 7 выполнена таким образом, что потери в нем значительно меньше потерь в катушке 3. Напряжение Uc на конденсаторе 7 максимально, когда индуктивное сопротивпение катушки 3 индуктивности с образцом 14 равно емкостному сопротивлению конденсатора 7. Температура Ti образца 14 превышает температуру Тс фазового перехода, т.е. образец 14 не находится в сверхпроводящем состоянии. Уменьшение напряжения на конденсаторе 7 при резонансе связано с потерями активной мощности в контуре, которые- обуславливают

переход сверхпроводящего образца 14 в сверхпроводящее состояние, при изменении температуры (уменьшении) в криогенной системе 1, вызывающей изменения активного сопротивления катушки 3 индук0 тивности. Изменение резонансной емкости С рез конденсатора 7 связано с изменением магнитной восприимчивости сверхпроводящего образца 14 при фазовом переходе, что является следствием изменения индуктив5 ности L катушки 3 индуктивности. Температура в криогенной системе 1 стабилизирована и меняется с шагом ДТ равным 1 или 0,1° в области фазового перехода.. Блоки анализатора сигнала устройства, т.е. измеритель 9 емкости и вольтметр 8, фиксируют изменения

напряжения Uc и емкости Срез, а графопостроителем СТРОЯТ ЗаВИСИМОСТИ Uc f(T) И Срез

ffT), что эквивалентно зависимостям, соот- ветственнол f(T) и jf f(T), где а - электропроводность исследуемого образца, Jf- магннтная восприимчивость. В устройстве предусмотрена возможность изменения величины индукции постоянного магнитного поля В, что позволяет исследовать влияние В на измеряемые зависимости. Формула изобретения Устройство для бесконтактного определения электрических и магнитных параметров сверхпроводящих образцов при фазовом переходе, содержащее криоген0

ную систему, источник постоянного магнитного поля, источник переменного магнитного поля в виде катушки индуктивности, размещенной в криогенной системе, образующей с конденсатором резонансный LC- контур генератора и соединенный с ним через развязывающий блок, графопостроитель, блок регистрации, соединенный с X- каналом графопостроителя, датчики постоянного магнитного поля и температуры, соединенные с Y-каналом графопостроителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений, катушка индуктивности выполнена плоской и спиральной,

Изобретение относится к технике измерения электрических и магнитных свойств сверхпроводящих материалов при фазовом переходе. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит криогенную систему 1, источник 2 постоянного магнитного поля, источник переменного магнитного поля в виде катушки 3 индуктивности, составляющей с переменным конденсатором 7 LC-контур генератора 5 и размещенной в криогенной системе, развязывающий блок 6, анализатор, графопостроитель 10. Выполнение индукционной катушки 3 плоской и спиральной, составляющей с конденсатором 7 последовательный резонансный контур, и использование в качестве анализатора измерителя 9 емкости и вольтметра 8 позволяют увеличить чувствительность устройства, т е. исследовать большее разнообразие образцов по форме. 2 ил. fe / О XI СП 00 о ю

м

(fit/a Z