Устройство для измерения токонесущей способности сверхпроводников Советский патент 1983 года по МПК H01L39/14 

Изобретение относится к электрическим приборам на твердом теле, в которых используется явление сверхпроводимости, а точнее к устройства для измерения токонесущей способнос ти сверхпроводников в магнитном пол Известны устройства, в которых для изучения сройств сверхпроводников (СП) короткий образец исследующемого материала располагают в магнитном поле, величина индукции (в) которого фиксирована, при этом токовые выводы образца подключают к и Точнику питания, а потенциальные к двухкоординатному са иописцу, регистрирующему при вводе тока вольтамперную характеристику (ВДХ) сверх проводящего образцаЩ . При исслед ;.вании влияния, условий охлаждения, на токонесущую способность сверхпро водника из вольт-амперной характеристики сверхпроводящего образца вы числяется значение критичёск ого ток соответствующее определенной величи не мощности (N , выДеляетлой на изме рительном участке образца. Таким образом, для определения з висимости токонесущей способности сверхпроводника от величины магнитн го поля при заданном значении мощности, выделяемой на образце, необходимо повторить процедуру измерения вольт-амперных характеристик в различных магнитных полях и далее путем обработки вольт-амперных характеристик построить график .зависимости критического тока от ин дукции магнитного поля -tp (8) . Необходимость измерения и обработки большого количества вольт-амперных, характеристик для определения зависимости критического тока от магнитного поля при различных -значениях мощности, выделяемой на измерительном участке образца, составляет основной недостаток работы таких устройств. Наиболее близким по технической сущности является устройство для не прерывного -.измерения критического тока сверхпроводящих образцов от магнитного поля при заданном значении напряжения на образце 2J . . I Устройство содержит криостат, сверхпроводящий магнит, источник питания образца, имеющий токовые и потенциальные выводы, источник питания сверхпроводящего магнита, источник опорного напряжения, двухкоординатный самописец. Токовые выводы образца подключены к источнику питания, а потенциальные выводы, последовательно соединенные с источником опорного напрялсения, подключены к усилителю, выходной сигнал которого интегрируется электронной схемой. Выход интегратора подключен к источнику питания, который вводит ток в образец до тех пор, пока напряжение на образце не сравняется с опорным. Зависимость тока в образце от величины магнитного поля регистриру тся двухкоординатным самописцем. Такое устройство не позволяет производить измерение зависимости токонесущей способности сверхпроводчадего образца от магнитного поля при фиксиров анных значениях мощности, выделяемой на измерительном участке. Целью изобретения является обеспечение Непрерывной записи зависимости критического тока сверхпроводящего образца от магнитного поля при фиксированном значении мощности, выделяемой на образце. Для достижения цели в устройство для измерения токонесущей способности сверхпроводников, содержащее криостат, свер проводящий магнит, источник питания образца, имеющий потенциальные и токовые выводы, подключенные к источнику питания, источник питания сверхпроводящего- магни..та, источник опорного напряжения, двухкоррдинатный самописец, введены усилитель постоянного тока, дифференциальный усилитель, электронный умножитель аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь, цифровая схема сравнения, задатчик.кода, шунт в цепи источника питания образца, при этом потенциальные выводы образца подключены через усилитель постоянного тока к одному из входов электронного умножителя аналоговых сигналов, другой вход - к указанному шунту, а выход,через аналого-цифровой преобразователь соединен с первым входом цифровой схемы сравнения, второй вход которой соединен с задатчиком кода, а выход с источником опорного напряжения. На фиг.1 представлена блок-схема устройства/ на фиг.2 - график зависимости токонесущей способности сверхпроводящего образца от магнитного поля. Устройство содержит сверхпроводящий образец 1, потенциальные выводы которого 2 подключены к усилителю постоянного тока (УПТ) 3. Выход усилителя постоянноготока через дифференциальный усилитель 4 соединен с входом электронного умножителя 5 аналоговых сигналов. Измерительный шунт б через дифференциальный усилитель 7 подключен к второму входу электронного умножителя, выходной сигнал которого пропорционален мо:4ности на измерительном участке образца. .Выход умнржителя через аналого-цифровой преобразователь (ДЦЛ)3 подключен к первому входу цифровой схемы 9 сравнения, второй вход которой соединен с задатчиком 10 кода, а выход - с источником 11 опорного напряжения (УИОН), который регулирует ток стабилизированного источника 12 питания образца. Источник питания 13 соленоида управляется программным блоком 14. Шунт 15 испольэуетсся для измерения магнитного поля. Сигнал с шунта 16, пропорциональный току в образце/ поступает на вход У двухкоординатного самописца 17, на вход X которого поступает сигнал с шунта 15. Источник магнитного поля сверхпроводящий соленоид 18 - располагается в криостате 19.

Устройство работает следующим образом. На задатчике 10 кода вырабатывается сигнал, соответствующий- такому значению мощности на измерительном участке сверхпроводящего образца 1, при котором необходимо исследовать зависимость токонесущей способности сверхпроводника от магнитного поля. С выхода умножителя 5 аналоговый сигнал, пропорциональ ный мощности на измерительном участке образца, преобразуется аналогоцифровым преобразователем 8 в цифровой код и поступает на вход схемы 9, которая сравнивает поступивший сигнал с эталонным числом и выдает команду управляемому источнику 11 опорного напряжения на ввод тока в образец. Источником 12 питания вводится ток в образец 1 до тех пор, пока мощность, выделяемая на измерительном участке, не достигнет за- данного уровня. -При достижении заданного уровня мощности на образце, например 10Вт, схема 9 выдает сигнал остановки на управляемый источник опорного напряжения и далее поддерживает ток в образце таким, . чтобы мощность на измерительном учаске составляла 10 Вт. При изменении магнитного поля, которое осуществляеся программным блоком 14, ток через .образец поддерживается таким, что мощность на измерительном участке раняется заданной при всех значениях магнитного поля. Двухкоординатным самописцем 17 регистрируется зависимость тока, соответствующего фиксированной мощности на образце, от магнитного поля. Меняя выставленное число на задатчике 10 кода, можно из мерить семейство кривых Г (В) зависимости критического тока сверхпроводящего образца от индукции магнитного поля. 6 при разных уровнях мощности N , выделяемой на измерительном участке образца.

Предлагаемое устройство является системой автоматического регулирования релейного типа с цифровой схемой сравнения. Текущее значение

регулируемой величины, которой является сигнал, пропорциональный мощности на измерительном участке образца 1, преобразуется аналогоцифровым преобразователем 8 в параллельный двоично-десятичный код и сравнивается с заданным значением схемой 9, которая вырабатывает командные сигналы, управляющие работой источника 12 питания образца.

Схема 9, изготовленная на интегральных схемах 155 серии, вырабатывает командные сигналы на УИОН 11, Задатчик 10 кода собран на основе программных переключателей типа ПП10-МВ и позволяет задать в двоично-десятичном коде любое четырехзначное число. В качестве аналогоцифрового преобразователя 8 применяеся цифровой вольтметр 468000, УПТ 3 - микровольтный усилитель В2-1 Дифференциальные усилители 4,7 используются для усиления сигналов до уровня, необходимого для правильной работы электронного умножителя 5.

- На фиг.2 представлен график зависимости токонесущей способности сверпроводящего образца от индукции магнитного поля, полученный при работе данного устройства. Исследовался сверхпроводящий образец диаметром 0,7 мм, который, содержит 61 нить диаметром 60 мкм материала МТ-50, заключенного в медную матрицу. Образец имел форму шпильки и располагался перпендикулярно к магнитному полю создаваемому сверхпроводящим соленоидом. На измерительном участке длиной 10 мм выделялась мощность 2,4 х X . Для сравнения на кривую нанесены точки, полученные из обработки вольт-амперных характеристик этого образца, которые измерялись стандартным методом: при фиксированном магнитном поле вводился ток в образец с постоянной скоростью

Использование данного устройства позволяет производить в автоматическом режиме работы непрерывную запис зависимости токонесущей способности сверхпроводящего образца от магнитного поля при фиксированном значении мощности, выделяемой на образце. Применение устройства позволяет получить семейство кривых 1с (В,К) без измерения вольт-амперных характеристик при различных значениях магнитного поля, что значительно-снжает затраты времени на получение информации о свойствах сверхпроводника.

3,А Wffff

УСТРОЙСТВО ДЙЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОНЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВЕРХПРОВОДНИКОВ, содержащее криостат, сверх- , проводящий магнит, источник питания ; образца, имеющий потенциальные и токовые выводы, подключенные к источ|Нику питания, источнике питания сверхпроводящего магнита, источник опорного напряжения, двухкоорДинатный самописец, отличающееся тем, что, с целью обеспечения непрерыэной записи зависимости критического тока сверхпроводящего образца от магнитного поля при фиксированном значении мощности на образце, в него введены усилитель постоянного тока, дифференциальный усилитель, элекТ ронный умножитель аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь цифровая схема сравнения, задатчик кода, шунт в цепи источника питания образца, при этом потенциальные выводы образца подключены через усилитель постоянного тока к одному из входов электронного умножителя аналоговых сигналов, другой вход которого подключен к шунту, а выход через ана(О лого-цифровой преобразователь соединен с первым входом цифровой схемы с сравнения, второй вход которого соедннен с задатчиком кода, а выход с источником опорного напряжения. ;о ел 35 со ел

/ / «; V j V фуг. / / s.i