×
10.07.2015
216.013.609c

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к устройствам для исследования сверхпроводников с помощью электрических и магнитных средств и позволяет обеспечить высокую точность измерения температурных параметров сверхпроводников. В корпусе устройства установлены две катушки индуктивности. Оси катушек ориентированы параллельно друг другу и поверхности образца, расположенного между катушками. Для уменьшения поля рассеяния первичной катушки и увеличения величины спада сигнала при переходе в сверхпроводящее состояние катушки индуктивности выполнены с прямоугольным поперечным сечением и установлены меньшей стороной прямоугольника параллельно поверхности образца. Механизм регулировки и фиксации расстояния между образцом и поверхностью криоагента обеспечивает исключение влияния конвекционных паров вблизи поверхности криоагента. Корпус устройства выполнен из двух половин. Образец сверхпроводника установлен в плоскости разъема корпуса для обеспечения точности фиксации положения сверхпроводника относительно катушек индуктивности и поверхности криоагента. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов с помощью электрических и магнитных средств и может быть использовано для определения физических свойств сверхпроводников.

Известно, например, устройство для измерения свойств сверхпроводников, в частности критического тока сверхпроводников, включающее катушку индуктивности, средства для установки катушки индуктивности в непосредственной близости от сверхпроводника, электрические соединения, обеспечивающие прохождение через катушку переменного тока с низкой амплитудой, охлаждающие средства для поддержания сверхпроводника при заданной температуре, а также средства для измерения реактивного сопротивления катушки индуктивности (US Patent №5134360 «Apparatus and method for critical current measurements», filled Mar. 15, 1991, published Jul. 28, 1992, IPC: G01N 28/00). Известное устройство предназначено для измерения критического тока и не учитывает особенностей процесса измерения температурных параметров сверхпроводников.

Для измерения температурных параметров сверхпроводников, в частности критической температуры, используют в основном устройства, работа которых основана на эффекте Мейснера, который заключается в том, что при охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объема. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объеме должна сохраняться без изменения.

Основными элементами таких устройств являются расположенные на общей оси две катушки индуктивности, между которыми расположен диск, изготовленный из сверхпроводящего материала [«Measuring the Critical Temperature of YBCO using Meissner effect», Daniel Brown and Mihach Milliman, Department of Physics, Wabash College, Crawfordsville, IN 47933. Dated: December 10, 2008)].

Рассмотренное в указанной статье устройство позволяет определять температурные параметры сверхпроводников, в частности критическую температуру, при условии погружения в жидкий азот сверхпроводника вместе с катушками индуктивности. Резкие колебания температур катушек индуктивности - основных элементов передачи и фиксирования сигнала, определяющего критическую температуру сверхпроводника, являются источником больших погрешностей при измерениях. В соответствии с представленными в вышеуказанной статье данными точность измерений составляет Тс=90.6±2.2 K. Такая точность определения, в частности критической температуры, в ряде случаев является недостаточной.

Известно также аналогичное устройство для измерения критической температуры сверхпроводника [«Critical temperature measurement set up», J. Riley, M. Liepe, S. Rosen, CLASSE, Ithaca, NY 14853, U.S.A]. Известное устройство, также как и рассмотренное выше, включает две катушки индуктивности, установленные симметрично с зазором для размещения образца сверхпроводника, емкость с криоагентом и термодатчик. Катушки выполнены с круглым поперечным сечением и расположены на общей оси, перпендикулярной поверхности образца, параметры которого измеряют. Первичная катушка предназначена для подачи на нее напряжения звуковой частоты U1, при этом со второй катушки снимается регистрируемый сигнал (напряжение U2). Когда образец достигает сверхпроводящего состояния наблюдается резкое падение сигнала, поступающего со вторичной катушки. Из-за существования полей рассеяния, спада сигнала до нуля не происходит. Температура, соответствующая середине спада напряжения U2, является критической температурой образца, а температурный промежуток между максимальной и минимальной величинами напряжения U2 - это ширина сверхпроводящего перехода.

Вследствие того, что катушки индуктивности расположены на одной оси, уровень сигнала U2 ограничивается величиной их взаимной индуктивности. Чем меньше величина U2, тем меньше отношение сигнал-шум. Кроме того, при таком расположении катушек индуктивности имеет место большая величина магнитного поля рассеяния, спад напряжения U2 в зоне сверхпроводящего перехода мал, а при использовании узких образцов спад напряжения U2 в зоне сверхпроводящего перехода дополнительно снижается. Все эти факторы отрицательно сказываются на точности измерений.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для измерения температурных параметров сверхпроводников, пригодного для промышленного применения, повышение точности измерений температурных параметров сверхпроводников и расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности измерения температурных характеристик узких ленточных образцов сверхпроводников.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения температурных параметров сверхпроводников, включающем две катушки индуктивности, установленные симметрично в общем корпусе с зазором для размещения образца сверхпроводника, а также емкость с криоагентом и термодатчик, оси катушек индуктивности ориентированы параллельно друг другу и поверхности образца, катушки индуктивности выполнены с прямоугольным поперечным сечением и установлены меньшей стороной прямоугольника параллельно поверхности образца, а корпус выполнен из двух половин, с плоскостью разъема для размещения образца сверхпроводника, при этом устройство дополнительно снабжено механизмом регулировки и фиксации расстояния между образцом и поверхностью криоагента.

Соотношение сторон прямоугольного сечения катушек индуктивности целесообразно выбирать в интервале от 2 до 4.

Устройство дополнительно может содержать защитный экран, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью, установленный в одной плоскости с образцом, примыкающий к образцу с обеих сторон.

Устройство также может дополнительно содержать установленные в корпусе магнитные экраны, выполненные в форме разомкнутых цилиндрических поверхностей, п-образного поперечного сечения, установленные по наружным торцам катушек индуктивности со стороны, противоположной образцу, при этом расстояние между катушками индуктивности и защитными экранами 5÷10 мм, а между плоскостью размещения исследуемого образца и магнитными экранами не менее 5 мм.

Целесообразно, чтобы термодатчик был установлен в одной из половин корпуса с возможностью контакта с образцом.

В предлагаемом устройстве для измерения температурных параметров сверхпроводников оси катушек индуктивности ориентированы параллельно друг другу и поверхности образца. Такое расположение катушек индуктивности и образца позволяет увеличить взаимоиндуктивность катушек, увеличить уровень сигнала U2 и отношение сигнал-шум. Точность измерения при этом будет повышена.

Использование катушек индуктивности прямоугольного поперечного сечения и расположение катушек индуктивности меньшей стороной прямоугольного поперечного сечения параллельно поверхности образца позволяет уменьшить поле рассеяния первичной катушки и увеличить величину спада сигнала U2 при переходе в сверхпроводящее состояние.

Корпус устройства выполнен из двух половин, с плоскостью разъема для размещения образца сверхпроводника, что обеспечивает удобство и точность установки образца относительно катушек, жестко закрепленных в корпусе.

Предлагаемое устройство снабжено механизмом регулировки и фиксации расстояния между образцом и поверхностью криоагента. Наличие такого механизма позволяет установить образец сверхпроводника строго параллельно поверхности криоагента и на расстоянии от поверхности криоагента, позволяющем обеспечить максимально возможную точность измерений. Если образец располагается слишком близко от поверхности криоагента или расстояние между образцом и поверхностью криоагента неравномерно (в частном конкретном случае это минимальное расстояние составляло 25 мм), наблюдается сильное искажение кривой сверхпроводящего перехода. Это объясняется тем, что образец то переходит в сверхпроводящее состояние, то возвращается в нормальное состояние вследствие влияния сильных конвекционных потоков паров криоагента, в частности жидкого азота, вблизи его поверхности. В экспериментальном образце устройства, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, был использован скользящий по штанге цанговый механизм.

Если образец расположен слишком далеко от поверхности криоагента необоснованно увеличивается время измерения, что неприемлемо в условиях промышленного применения.

Соотношение сторон прямоугольного сечения катушек индуктивности в интервале от 2 до 4 обеспечивает минимальное поле рассеяния первичной катушки.

Защитный экран, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью, установленный в корпусе в одной плоскости с образцом, примыкающий к образцу с обеих сторон шириной не менее ширины образца, обеспечивает экранирование поля рассеяния первичной катушки. При ширине экрана меньше чем ширина образца поле рассеяния первичной катушки экранируется недостаточно для получения значительной величины спада сигнала U2 при переходе в сверхпроводящее состояние.

Устройство может дополнительно содержать магнитные экраны в форме разомкнутых цилиндрических поверхностей, п-образного поперечного сечения, установленные по наружным торцам катушек индуктивности со стороны, противоположной образцу, при этом оптимальные расстояния между катушками индуктивности и защитными экранами 5÷10 мм, а между плоскостью размещения исследуемого образца и магнитными экранами не менее 5 мм. Благодаря наличию таких экранов обеспечивается более полное экранирование поля рассеяния первичной катушки индуктивности. Указанные расстояния позволяют одновременно исключить влияние экранов на параметры катушек и максимальное экранирование поля рассеяния первичной катушки.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг.1 - схема расположения катушек индуктивности;

Фиг.2 - схема расположения катушек индуктивности и магнитных экранов;

Фиг.3 - конструкция устройства для измерения температурных параметров сверхпроводников;

Фиг.4 - зависимость сигнала вторичной катушки индуктивности от температуры образца;

Фиг.5 - зависимость сигнала вторичной катушки индуктивности от температуры образца при воздействии на образец конвекционных потоков паров криоагента.

Устройство содержит две катушки индуктивности 1 и 2, установленные симметрично относительно образца сверхпроводника 3. Устройство также содержит емкость с криоагентом (не показана). Кроме того, устройство снабжено защитным экраном 4, выполненным из материала с высокой магнитной проницаемостью и установленным в одной плоскости с образцом. Экран примыкает к образцу с обеих сторон. В общем случае ширина экрана не должна быть меньше ширины образца. В частности, при ширине образца 4 мм, ширина экрана с каждой стороны образца была выбрана равной 7 мм, при ширине образца 10 мм - ширина экрана с каждой стороны образца была выбрана равной 4 мм.

Устройство также может быть дополнительно снабжено п-образными защитными экранами 5, которые установлены по наружным торцам катушек индуктивности со стороны, противоположной образцу.

Катушки индуктивности и экраны установлены в общем корпусе, состоящем из двух половин 6 и 7, в котором предусмотрены штыри 8 и отверстия 9 для соединения и жесткой четкой фиксации частей корпуса, при этом плоскость разъема половин корпуса предназначена для установки образца сверхпроводника.

В одной из половин корпуса устройства установлен датчик температуры 10 с возможностью контакта с поверхностью образца сверхпроводника. Устройство для измерения температурных параметров сверхпроводников было опробовано для определения критической температуры образцов сверхпроводников на подложках из сплава «hastelloy» и на подложках из сплава Ni-W. На подложках были нанесены буферные слои из Y2O3 и CeO2. На буферные слои был нанесен слой высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7. Размеры образцов 10×40 мм и 4×40 мм. Толщина подложек составляла 100 мкм. Катушки индуктивности 1 и 2 были установлены в разъемном корпусе, состоящем из двух половин 6 и 7. Образец сверхпроводника 3 был установлен в плоскости разъема (приклеен) к половине 7 корпуса. Датчик температуры 10 был закреплен в одной из частей корпуса с обеспечением контакта с поверхностью образца. Части корпуса были соединены с помощью штырей 8, которые вставлялись в отверстия 9. Устройство для измерения температурных параметров сверхпроводников было установлено на расстоянии 5 см над поверхностью жидкого азота.

На первичную катушку подавали переменное напряжение звуковой частоты 2 кГц, 50 мВ, а со вторичной катушки в процессе остывания образца 3 сигнал подавали на резонансный усилитель, соединенный с измерительным прибором. Когда образец достигал сверхпроводящего состояния, уровень сигнала со вторичной катушки резко падал. Как правило, из-за существования полей рассеяния спад сигнала не достигает нулевого значения. Температура, соответствующая середине спада сигнала - критическая температура, а температурный промежуток между максимальной и минимальной величинами сигнала - это ширина перехода.

На основании анализа зависимости сигнала вторичной катушки индуктивности от температуры образца, см. Фиг.4, можно сделать вывод, что ширина перехода в сверхпроводящее состояние находится в пределах 89,0-92,0 K, а критическая температура 90,6 K.

На основании анализа данных Фиг.5 видно, что в диапазоне температур от 100 K до 92 K образец начал переходить в сверхпроводящее состояние, но при температуре 90 K вернулся в нормальное состояние, а затем снова в диапазоне температур от 90 до 82 K начал переходить в сверхпроводящее состояние, что обусловлено конвекционными потоками паров азота.

Предлагаемое устройство может быть использовано в процессе отработки технологии и промышленного производства сверхпроводников, т.к. позволяет обеспечить одновременно оперативный контроль и высокую точность измерений температурных параметров различных типов сверхпроводников.


УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 91-100 из 562.
20.07.2014
№216.012.ddf9

Светочувствительный взрывчатый состав

Изобретение относится к взрывчатым веществам, возбуждаемым когерентным и некогерентным импульсным световым излучением, и может быть использовано в средствах инициирования, в качестве генератора плоских ударных волн, а также в устройствах для обработки металлов энергией взрыва и оптических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522611
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de0b

Способ приготовления многокомпонентных газовых смесей

Изобретение относится к приготовлению многокомпонентных газовых смесей и может быть использовано в лазерной технике, химической промышленности, в частности для приготовления смеси из перфторалкилиодида и буферных газов и последующего заполнения различных рабочих емкостей. Способ включает напуск...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522629
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de31

Способ определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела при внешнем воздействии на поверхность

Использование: для определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела. Сущность: заключается в том, что выполняют измерение энергетических спектров ионов, отраженных и выбитых из поверхности твердого тела, при этом измеряют энергетические спектры непосредственно в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522667
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de4a

Радиоприемное устройство с автокорреляционным разделением посылок частотно-манипулированного сигнала с непрерывной фазой

Изобретение относится к технике радиосвязи. Техническим результатом изобретения является упрощение радиоприемного устройства с автокорреляционным разделением посылок частотно-манипулированного сигнала с непрерывной фазой. В радиоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522692
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de7a

Способ определения характеристик фугасности (варианты)

Группа изобретений относится к области испытаний боеприпасов. При испытании производят выстрел объекта испытания в виде фрагмента или уменьшенной модели боеприпаса из баллистической установки, подрывают в заданной точке его заряд, регистрируют характеристики проходящей воздушной ударной волны,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522740
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de81

Поглощающий нейтроны материал на основе гафната диспрозия

Изобретение относится к поглощающему нейтроны материалу на основе гафната диспрозия, содержащему оксиды диспрозия и гафния. Материал дополнительно содержит триоксид молибдена, имеет следующие соотношение компонентов, мас.%: и его получают путем твердофазного синтеза при температуре 1500-1700°C...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522747
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de88

Способ определения влагоемкости твердых гигроскопичных объектов

Изобретение относится к области методов проведения оперативного контроля и регулирования влажности в герметичных контейнерах с электронными приборами для обеспечения надежности их функционирования. Способ определения влагоемкости твердых гигроскопичных объектов включает помещение анализируемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522754
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de8b

Способ определения коэффициента диффузии в порошковых материалах и способ определения толщины и показателя целостности покрытия на частицах порошковых материалов

Изобретения относятся к области определения значений параметров, характеризующих физико-химические свойства материалов, например коэффициентов диффузии, по величине электропроводности, и могут найти применение в порошковой металлургии, в изучении процессов самораспространяющегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522757
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb1

Способ определения концентрации изотопного состава молекулярного йода в газах

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в атомной энергетике и для охраны окружающей среды. Осуществляют прокачку анализируемой смеси газов через исследуемую ячейку, возбуждают в ней флуоресцентное излучение перестраиваемыми полупроводниковыми лазерами с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522795
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb3

Устройство для формирования ударно-волнового импульса

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности испытаний объектов на воздействия воздушных ударных волн. Устройство содержит ударную трубу, источник ударной волны, размещенный на одном торце ударной трубы, и заглушку, размещенную на другом торце ударной трубы. Заглушка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522797
Дата охранного документа: 20.07.2014
Показаны записи 91-100 из 414.
20.07.2014
№216.012.ddf9

Светочувствительный взрывчатый состав

Изобретение относится к взрывчатым веществам, возбуждаемым когерентным и некогерентным импульсным световым излучением, и может быть использовано в средствах инициирования, в качестве генератора плоских ударных волн, а также в устройствах для обработки металлов энергией взрыва и оптических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522611
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de0b

Способ приготовления многокомпонентных газовых смесей

Изобретение относится к приготовлению многокомпонентных газовых смесей и может быть использовано в лазерной технике, химической промышленности, в частности для приготовления смеси из перфторалкилиодида и буферных газов и последующего заполнения различных рабочих емкостей. Способ включает напуск...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522629
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de31

Способ определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела при внешнем воздействии на поверхность

Использование: для определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела. Сущность: заключается в том, что выполняют измерение энергетических спектров ионов, отраженных и выбитых из поверхности твердого тела, при этом измеряют энергетические спектры непосредственно в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522667
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de4a

Радиоприемное устройство с автокорреляционным разделением посылок частотно-манипулированного сигнала с непрерывной фазой

Изобретение относится к технике радиосвязи. Техническим результатом изобретения является упрощение радиоприемного устройства с автокорреляционным разделением посылок частотно-манипулированного сигнала с непрерывной фазой. В радиоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522692
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de7a

Способ определения характеристик фугасности (варианты)

Группа изобретений относится к области испытаний боеприпасов. При испытании производят выстрел объекта испытания в виде фрагмента или уменьшенной модели боеприпаса из баллистической установки, подрывают в заданной точке его заряд, регистрируют характеристики проходящей воздушной ударной волны,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522740
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de81

Поглощающий нейтроны материал на основе гафната диспрозия

Изобретение относится к поглощающему нейтроны материалу на основе гафната диспрозия, содержащему оксиды диспрозия и гафния. Материал дополнительно содержит триоксид молибдена, имеет следующие соотношение компонентов, мас.%: и его получают путем твердофазного синтеза при температуре 1500-1700°C...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522747
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de88

Способ определения влагоемкости твердых гигроскопичных объектов

Изобретение относится к области методов проведения оперативного контроля и регулирования влажности в герметичных контейнерах с электронными приборами для обеспечения надежности их функционирования. Способ определения влагоемкости твердых гигроскопичных объектов включает помещение анализируемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522754
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de8b

Способ определения коэффициента диффузии в порошковых материалах и способ определения толщины и показателя целостности покрытия на частицах порошковых материалов

Изобретения относятся к области определения значений параметров, характеризующих физико-химические свойства материалов, например коэффициентов диффузии, по величине электропроводности, и могут найти применение в порошковой металлургии, в изучении процессов самораспространяющегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522757
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb1

Способ определения концентрации изотопного состава молекулярного йода в газах

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в атомной энергетике и для охраны окружающей среды. Осуществляют прокачку анализируемой смеси газов через исследуемую ячейку, возбуждают в ней флуоресцентное излучение перестраиваемыми полупроводниковыми лазерами с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522795
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb3

Устройство для формирования ударно-волнового импульса

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности испытаний объектов на воздействия воздушных ударных волн. Устройство содержит ударную трубу, источник ударной волны, размещенный на одном торце ударной трубы, и заглушку, размещенную на другом торце ударной трубы. Заглушка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522797
Дата охранного документа: 20.07.2014
+ добавить свой РИД