Датчик криогенных температур

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я(х) = СЕ дината, отсчитанта по оси термоого элемента;оле рассеяния намагнита;магнитное поле ика.для О К;константы, завиических свойств сверхпроводника х - текущая коо ная от маги чувствитель Н 0 - магнитное п говерхности Н - критическое к верхпровод Ы - эмпирически сящие от фипоп. 1, отличаю м, что сверхпроводящий ельный элемент выполне постоянньй магнит - из бария.(56) Авторское свидетельство СССР В 342082, кл. С 01 К 7/16, 1970.Авторское свидетельство СССР В 1064160, кл. С 01 К 7/16, 1982.Авторсоке свидетельство СССР Ф 830149, кл. С 01 К 7/16, 1979. (54)(57) 1. ДАТЧИК КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР, содержащий сверхпроводящий термочувствительный элемент и источник магнитного поля, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения устройства и обеспечения линейности его выходной характеристики при непрерывном контроле температуры, источник магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита в форме цилиндра, а сверхпроводящий термочувст 801198391 дбв 4 С 01 К 7/16 вительный элемент контактирует смагнитом и выполнен в виде тела вращения переменного сечения, ось которого совпадает с осью магнита, приэтом сечение Я(х) .ермочуствительного элемента определяется по формуле1198391 2 Изобретение относится к термометрии и может быть использовано приизменении криогенных температур.Цель изобретения - упрощение конструкции устройства наряду с обеспечением линейности выходной характеристики при непрерывном контроле температуры.На фиг. 1 показана конструкциядатчика, разрез; на фиг. 2 - температурная зависимость напряжения натермочувствительном элементе притоке 1 А.Датчик содержит,сверхпроводящийтермочувствительный элемент 1,источник магнитного поля в виде постоянного магнита 2 в форме цилиндра,электроды 3 и 4, предназначенныедля включения датчика в измерительнуюсхему четырехточечной схеме, покрытие 5, выполненное, например, изотвердевшей эпоксидной смолы и предназначенное для обеспечения жесткости конструкции датчика и защиты термочувствительного элемента 1 от повреждений,Термочувствительный элемент 1датчика контактирует с магнитом 2 ивыполнен в виде тела вращения переменного сечения,ось которого совпадает с осью магнита 2, при этомсечение Б(х)термочувствительногоэлемента 1, задающее профиль последнего,определяется по формуле 5 магнитным полем рассеяния во всемчобъеме сверхпроводника при любоитемпературе. Константа С определяется размерами термочувствительногоэлемента и сравнима с площадью тор 10 цового участка, контактирующего ."1 Нопостоянным магнитом, 8(О )-С 1 1НкКонстанта е( определяется рассея-"нием магнитного потока на торцовойповерхности постоянного магнита,15контактирующей с термочувствительнымэлементом. Она может меняться в широких пределах в зависимости от магнитного состояния постоянного магнита (намагниченности насыщения, ха 20рактера доменной структуры и т.д,),а .также его размеров, Для рассматриваемого ниже примера Ы для гексаферрита бария 4 10 смВ качестве постоянного магнитамогут быть использованы, например,гексаферрит бария,самарийкобальтовыйсплав и другие магнитные материалы.С целью расширения температурногоинтервала измерений для термочувстЗ 0 вительного элемента необходимо выбрать сверхпроводники с высокой критической температурой Тк , напримертантал (Т = 4,4 К), свинец(Тк = 7,2 К), ниобий (Т, = 9,2 К).35 С целью упрощения технологии из)чготовления датчика сверхпроводящиитермочувствительный элемент можетбыть выполнен из свинца, а источникмагнитного поля - из гексаферрита40 бария. Гексаферрит бария с одноосноймагнитной анизотропией обладает большой остаточной индукцией (В =2,9 10 Гс) и большой магнитнойэнергией (ВН = 1,8 10 Гс), что645 обеспечивает значительный магнитныйпоток. Свинец - сверхпроводник первого рода с достаточно высокой критической температурой. Диапазон критических магнитных полей разрушения50 свинца при изменении температуры от елен 0 до 7,2 К составляет 800-03, что чувпо порядку величины соответствуетмагнитному полю рассеяния гексаферрита бария. Кроме того, свинец лег- вед 55 ко подвергается механической обраб икаке, не хрупок, обеспечивает хорошиэлектрический контакт с проводником.датчик работает следующим образом,ината, отсчинита по оси екущаяанная где термочувстивтельного элемента;магнитное поле рассеянияна поверхности магнита;критическое магнитное полесверхпроводника для О К;эмпирические константы, зависящие от физически свойств и геометрии сверхпрово ика и магнит мо о цлине,и отЙ ов нита я еНо -с 1 х )=Се 1 - еНк Выражение (1), адающее ный закон изменения сечения ствительного элемента 1 по обеспечивает линейность вых характеристики датчика, Оно ливо для любой пары сверхпр первого рода и постоянногоОграничение накладываетс на напряженность магнитнот о8391 з119Постоянный магнит 2 обладает од-ноосной магнитной анизотропией с осью легкого намагничивания (ОЛН), перпендикулярной плоскости контакта с термочувствительным элементом, Такая ориентация ОЛН обеспечивает значительный магнитный поток в направлении термочувствительного элемента 1. По мере удаления от поверхности постоянного магнита 2 магнитный поток 1 О рассеивается, и различные участки термочувствительного элемента находятся в разном магнитном поле - поле рассеяния постоянного магнита 2. Та часть сверхпроводника, где поле рас сеяния превосходит критическое поле разрушения сверхпроводимости при данной температуре, переходит в ре. зистивное состояние и д:ет вклад в падение напряжения О , снимаемое 0 с торцовых поверхностей термочувствительного элемента 1. Изменение температуры соответствует изменению критического поля. Это означаетУ что при изменении температуры гра ница сверхпроводник-нормальный металл сдвигается по оси чувствительного элемента. В этом случае падение напряжения монотонно изменяется с чзменением температуры. 30 4П р и м е р . Датчик выполнен с термочувствительным элементом из свинца и постоянным магнитом из гексаферрита бария при следующих геометрических размерах свинцового образца и феррита, мм:Длина ферритового цилиндра 4Диаметр ферритового цилиндра 3Длина свинцового образца 5Начальный диаметр свинцовогообразца ,0 51Конечный диаметр свинцового образца 3Зависимость 8(х)выбирали исходя из формулы (1) с последующей ручной корректировкой профиля свинцового образца. Т оковые и потенциальные электродыдатчика выполнены из медного провода диаметром 0,5 и 0,1 мм соответственно. Контакты со свинцовым образцом осуществлялись припаиванием с последующей заливкой свинцового образца и места контактов эпоксидным клеем. Выходная характеристика датчика,снятая при токе 1 А, приведена нафиг. 2. Рабочий диапазон измерениятемпературы датчиком данной конструкции 5-7,2 К,1198391 200 Фиг я Составитель В. ГолубевРедактор М. Петрова Техред Ж.Кастелевич 96 аказ 77 ое 113 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 42 Тираж НИИПИ Государстве по делам иэобрет , Москва, Ж, Р го комитета й и открытий ская наб., д орректор М. Максимишинец