專利名稱：高溫超導綜合實驗儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種物理實驗儀器，尤其是指一種高溫超導綜合實驗儀。
背景技術：
根據(jù)固體物理理論，實際的金屬材料由于存在雜質(zhì)和缺陷對電子運動的散射，在溫度趨向絕對零度時，金屬的電阻率將趨近一個定值，稱為剩余電阻率。但是，1911年荷蘭物理學家昂尼斯發(fā)現(xiàn)，利用液氦把汞冷卻到4. 2 K左右時，水銀的電阻率突然由正常的剩余電阻率值減少到接近零。近20多年，美中科學家又分別獨立地發(fā)現(xiàn)了 Y — Ba — Cu — 0 體系超導體，電阻急劇下降的轉折溫度為92 K以上，在液氮溫區(qū)，這些起始轉折溫度高于液氮溫度77K的氧化物超導體稱為高溫超導體。超導電性的應用十分廣泛，超導材料現(xiàn)已應用在高能物理、電力工程、電子技術、 生物磁學、航空航天、醫(yī)療診斷、超導磁懸浮列車、超導微波器件等領域。因此，近些年來高溫超導實驗項目已經(jīng)進入各高校的物理實驗中來，實驗內(nèi)容主要是測量超導材料的電阻與溫度的關系曲線。2011年9月北京航空航天大學出版社出版的趙杰主編的《大學基礎物理實驗》一書中第119-122頁，就公開了一種國內(nèi)銷售量很大的一種高溫超導實驗儀。但是公知的高溫超導實驗儀使用不方便，超導材料每次實驗要焊接兩次、易于損壞，并且可做的實驗內(nèi)容偏少，液氮損失較多，當液氮過多時還會滲透入測量氣室，使實驗失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫超導綜合實驗儀，它既可以定量研究超導材料的電阻溫度特性，又可以研究其他物理量變化引起的超導材料電阻溫度特性的變化，并且具有使用方便、超導材料不易損壞等特點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將超導材料工作電源(18)的一路直流輸出端與超導電壓測試放大器(1)以及溫度電壓測試放大器O)的電源輸入端相連，超導電壓測試放大器
(I)的輸出端與超導電壓測試電壓表(V2)相連，可拆式固定在探棒(6)上的定位板(5)，溫度電壓測試放大器O)的輸入端與溫度傳感器(20)相連，溫度電壓測試放大器O)的輸出端與溫度電壓測試電壓表(Vl)相連。插接件上基板(10)與探棒(6)的下端以及上插接件
(II)相互固定，上插接件(11)與超導電壓測試放大器(1)以及超導材料工作電源(18)相連，下插接件(12)與超導材料(13)相連并且都固定在插接件下基板(14)上，上固定框(21) 和下固定框(9)分別固定在探棒(6)的上側和下側，套筒(8)的上端與防漏套筒(7)的下端固定，防漏套筒(7)的上端通過可拆式鎖緊部件(19)固定在上固定框(21)上，套筒(8)的下端帶有可拆卸磁鐵。超導材料工作電源(18)帶有寬范圍電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可寬范圍改變超材料(13)的工作電流。為了良好傳熱和透過強磁場，套筒(8)的下端是扁長方形的鋁材料制造的。
為了獲得可調(diào)節(jié)的強磁場并且便于固定，可拆卸磁鐵是由電磁鐵構成，電磁鐵芯 (15)與套筒(8)之間用電磁鐵固定螺絲(22)相互固定。為了節(jié)省液氮，防漏套筒(7)和探棒(6)由導熱性不好的物體制造。為了方便讀取磁場強度，電磁鐵電源(17)上安裝有標有磁場強度刻度的調(diào)節(jié)旋鈕。由于本發(fā)明將插接件上基板(10)與探棒(6)的下端以及上插接件(11)相互固定， 上插接件(11)與超導電壓測試放大器(1)以及超導材料工作電源(18 )相連，下插接件(12 ) 與超導材料(13)相連并且都固定在插接件下基板(14)上，使得超導材料(13)與超導電壓測試放大器(1)以及超導材料工作電源(18)相連的方式為插接式，通過上插接件(11)與下插接件(12)的相互拔插就可取下或插上，克服了每次實驗都要焊接的麻煩和頻繁損壞昂貴的超導材料的缺陷；防漏套筒(7)和探棒(6)由導熱性不好的材料制造，使得這部分的吸熱向外傳熱和結霜都變少，減少了液氮的汽化損失，并且這種結構不會使液氮滲透進套筒8 的內(nèi)空間；由于超導材料工作電源(18)帶有寬范圍電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可寬范圍地改變超導材料(13)的工作電流，從而增加超導材料的轉折溫度與其工作電流的對應關系研究的實驗內(nèi)容；套筒(8)的下端帶有的可拆卸磁鐵，可增加研究超導材料的轉折溫度與磁場強度對應關系的實驗內(nèi)容。


圖1是本發(fā)明結構原理圖，其中的機械部分為縱切面，內(nèi)部導線是用細點畫線表示的。圖2是本發(fā)明套筒8與電磁鐵芯15之間嵌合的示意圖。
具體實施例方式在圖1中，超導材料13用粘接或機械固定件固定在由環(huán)氧樹脂板材制作的插接件下基板14上，下插接件12也固定在插接件下基板14上，超導材料13的四個引線分別接下插接件12的四個插頭。上述幾個部件為一獨立整體，可單獨取出將其放入帶有硅膠的瓶子，使超導材料13處于干燥環(huán)境，防止其變質(zhì)損壞。插接件上基板10固定在探棒6的下端，插接件上基板10的下側固定有上插接件11。上插接件11的中心兩個端子與超導電壓測試放大器1輸入端相連，其外側兩個端子與超導材料工作電源18相連。下插接件12與上插接件11可相互插接。俯視圖為方形的上固定框21和下固定框9分別固定在探棒6的上側和下側，固定方式螺絲緊固或粘接均可。俯視圖為圓形的定位板5以及前置放大盒3也固定在探棒6的上端。套筒8的上端與防漏套筒7的下端密封式固定，兩者都是扁的長方形柱體，口徑分別與下固定框9和上固定框21相吻合，并且通過鎖緊部件19將套筒8與防漏套筒7掛在上固定框21上，由于套筒8與防漏套筒7總高度遠大于套筒8的高度，因此插入液氮容器后， 不會發(fā)生公知技術的當加入的液氮過深使得液氮滲透進套筒8內(nèi)空間使實驗失敗的現(xiàn)象發(fā)生(公知技術中儀器該部分的套筒8是螺旋式擰在探棒6上的，因螺旋結構有可能漏液)。 防漏套筒7和探棒6由導熱性不好但耐超低溫的(例如環(huán)氧樹脂玻璃纖維材料)剛性物體制造，使得這部分的吸熱傳熱和結霜都變少，減少了液氮的汽化損失。為了研究磁場與超導的關系，本實施例還在套筒的下端安裝有電磁鐵，電磁鐵由電磁鐵芯15和繞在其上的電磁鐵線圈16構成。電磁鐵線圈16與電磁鐵電源17 (可用市售寬范圍大電流可調(diào)開關穩(wěn)壓電源)相連，電磁鐵電源17帶有電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可通過改變電壓磁場強度。用特斯拉計給電壓調(diào)節(jié)旋鈕定標后，在電壓調(diào)節(jié)旋鈕的相應位置刻上刻度，就可直接讀取磁場強度而不必再借助特斯拉計測量了。為了獲得較強的磁場，還把套筒8的下半部分的超導材料13的所在區(qū)域制成很扁的(以不觸及超導材料為限)，正好插入電磁鐵鐵芯15內(nèi)部，如圖2所示(圖1中的電磁鐵芯15應該轉90度才對，但圖1該畫法是為了便于分析結構)，套筒8還要用導熱性和透過磁性均好的純鋁材料制作。電磁鐵固定螺絲22 擰緊后就把電磁鐵芯15固定在了套筒8上，擰松后又可拆下電磁鐵芯15。由于實驗時電磁鐵和套筒8都是浸沒在溫度極低的液氮中(溫度77K)，電磁鐵線圈可用很細的導線繞制通以很大的電流也不至燒壞，因而線圈體小圈數(shù)多，易于產(chǎn)生強磁場。當然，電磁鐵也可用磁場強的永久磁鐵代替，可通過改變其固定位置來改變磁場強度。溫度傳感器20可用鉬電阻傳感器(也可采取類似于超導材料13那種四線電阻的連接方式，其供電電源也來自超導材料工作電源18)，將其固定在超導材料13所在的氣室空間，使其與超導材料13的溫度一致。溫度傳感器20與溫度電壓測試放大器2的輸入端相連。溫度電壓測試放大器2與超導電壓測試放大器1的電源輸入端與超導材料工作電源 18的一路直流輸出端相連。溫度電壓測試放大器2的輸出端與溫度電壓測試電壓表Vl相連，超導電壓測試放大器1的輸出端與超導電壓測試電壓表V2相連。超導材料工作電源18 的給超導材料13供電線路還串聯(lián)有電流表A，用于測量通過超導材料的工作電流。超導材料工作電源18上還帶有寬范圍電流調(diào)節(jié)旋鈕，用于研究超導材料的溫度電阻曲線與工作電流的關系。本實施例的主機4內(nèi)安裝有超導材料工作電源18、電磁鐵電源17、溫度電壓測試電壓表VI、超導電壓測試電壓表V2，電源都來自交流市電變換而成。主機4與前置放大盒 3之間用兩頭帶多心插接件的多根導線連接在一起。本實施例的電壓表和電流表采用數(shù)字或機械式均可。下面把本發(fā)明的實驗過程做一簡要說明
實驗時，按照圖1和圖2連接好電路和安裝好各個部件，將定位板5以下的整體插入液氮瓶中，定位板5則擔在液氮瓶的瓶口上，調(diào)節(jié)超導材料13的工作電流A為某個值，記錄一組溫度電壓和超導電壓，利用溫度傳感器20的溫度電壓和溫度對應表格，把溫度讀出來， 就得到溫度和超導電壓的一組對應數(shù)據(jù)，利用這組數(shù)據(jù)，就可在坐標紙上繪制出此工作電流條件下的超導材料的溫度電阻變化規(guī)律曲線，再增加工作電流測量，直至出現(xiàn)轉折溫度變化。同理，用前述方法增加磁場后，還可研究超導材料的溫度電阻變化規(guī)律曲線與磁場的關系。
權利要求
1.一種高溫超導綜合實驗儀，超導材料工作電源(18)的一路直流輸出端與超導電壓測試放大器(1)以及溫度電壓測試放大器O)的電源輸入端相連，超導電壓測試放大器(1) 的輸出端與超導電壓測試電壓表(V2)相連，定位板(5)固定在探棒(6)的上端，溫度電壓測試放大器O)的輸入端與溫度傳感器(20)相連，溫度電壓測試放大器O)的輸出端與溫度電壓測試電壓表(VI)相連，其特征是插接件上基板(10)與探棒(6)的下端以及上插接件 (11)相互固定，上插接件(11)與超導電壓測試放大器(1)以及超導材料工作電源(18)相連，下插接件(12)與超導材料(13)相連并且都固定在插接件下基板(14)上，上固定框(21) 和下固定框(9)分別固定在探棒(6)的上側和下側，套筒(8)的上端與防漏套筒(7)的下端固定，防漏套筒(7)的上端通過可拆式鎖緊部件(19)固定在上固定框(21)上，套筒(8)的下端帶有可拆卸磁鐵。
2.按權利要求1所述的高溫超導綜合實驗儀，其特征是套筒(8)的下端是扁長方形的鋁材料制造的。
3.按權利要求1所述的高溫超導綜合實驗儀，其特征是可拆卸磁鐵是由電磁鐵構成， 電磁鐵芯(15)與套筒(8)之間用電磁鐵固定螺絲(22)相互固定。
4.按權利要求1所述的高溫超導綜合實驗儀，其特征是超導材料工作電源(18)帶有寬范圍電壓調(diào)節(jié)旋鈕。
5.按權利要求1所述的高溫超導綜合實驗儀，其特征是防漏套筒(7)和探棒(6)由導熱性不好的物體制造。
6.按權利要求1所述的高溫超導綜合實驗儀，其特征是電磁鐵電源(17)上安裝有標有磁場強度刻度的調(diào)節(jié)旋鈕。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫超導綜合實驗儀，它是將超導材料與下插接件連接后一并固定在插接件下基板上，插接件上基板固定在探棒的下端并安裝有上插接件，上下插接件相互插接。寬范圍電壓調(diào)節(jié)的超導材料工作電源通過插接件與超導材料相連。套筒與防漏套筒相接套裝在上固定框上。套筒下端還帶有磁鐵。它克服了公知的高溫超導實驗儀的超導材料安裝和拆卸不便且易于損壞、實驗內(nèi)容少、液氮損失多等缺陷。它可用于改進公知的各類高溫超導實驗儀，改善實驗條件和實驗效果，增加實驗內(nèi)容。
文檔編號G09B23/18GK102426812SQ201110361400
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)明者趙杰 申請人:趙杰