Устройство для измерения зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля

.90107 1)4001 К 90 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) 621.317.7;537.312.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 915016, кл. С 01 Е 19/00, 1980СотниковГ.В. Бесконтактный метод измерения критических токов технических сверхпроводников. Препринт ИАЭ/1 О, М., 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗА ВИСИМОСТИ КРИТИЧЕСКОГО ТОКА ОБРАЗЦОВ ТЕХНИЧЕСКОГО СВЕРХПРОВОДНИКА ОТ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее сверхпроводящий магнит, подключенный к выходу источника питания и образующий первичную обмотку сверхпроводящего трансформатора, вторичная обмотка которого связана с исследуемым сверхгроводящим образцоми расположена в магнитном полесверхпроводящего магнита, двухкоординатный самописец, один иэ входов которого подключен к выводам шунта вцепи питания сверхпроводящего магнита, а другой вход - к выходу блокаизмерения тока во вторичной обмотке сверхпроводящего трансформатора,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренияв него введены блок сравнения и источникэталонного напряжения, причем один из входов блока сравнения .подключен к выходу источника эталонного напряжения, другой вход - к измерительному участку последуемогосверхпроводящего образца, а выходк цепи управления источника питания.10774 ббной обмотке сверхпроводящего трансформатора.Недостаток известного устройствазаключается в низкой точности измерения, обусловленной переходом иссле.дуемого сверхпроводящего образца внормальное состояние и, как следствие, ростом температуры.Цель изобретения - повышение точности измерительного устройства.Поставленная цель .достигается тем,что в устройство для измерения зависимости критического тока образцовтехнического сверхпроводника от внешнего магнитного поля, содержащеесверхпроводящий магнит, подключенный к .выходу источника питания и образующий первичную обмотку сверхпроводящего трансформатора, вторичнаяобмотка которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, двухкоординатныйсамописец, один из входов которогоподключен к выводам шунта в цепи питания сверхпроводящего магнита, адругой вход - к выходу блбка измерения тока во вторичной обмотке сверхпроводящего трансформатора, введеныблок сравнения и источник эталонного напряжения, причем один из входовблока сравнения подключен к выходуисточника эталонного напряжения,другой вход - к измерительному участку исследуемого сверхпроводящего образца, а выход - к цепи управленияисточника питания.На фиг. 1 представлена функцио"нальная схема предложенного устройства для измерения зависимости критического тока образцов техническогосверхцроводника от внешнего магнитного поля; на фиг. 2 - временные диаграммы первичного 3, и вторичного3 токов сверхпроводящего трансформатора, а также индукции В 1 в местерасположения измерительного участка исследуемого сверхпроводящего образца для двух скоростей ввода тока3 в сверхнроводящий магнит1 Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для использования при исследовании токонесущей способности сверхпро. водящих сильноточных кабелей, 5Известно устройство для непрерывной записи зависимости критического тока образцов технического сверхпро" водника от внешнего магнитного поля, содержащее сверхпроводящий магнит,10 подключенный к выходу первого из источников питания, сверхпроводящнй трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом второго источника питания, а вторичная обмотка связана с исследуемым сверх- проводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, блок сравнения, один иэ входов которого подключен к выходу 20 задатчика кода, другой вход через аналого-цифровой преобразователь и . усилитель - к потенциальным выводам исследуемого сверхпроводящего образца, а выход - к входу управления второго источника питания, двухкоординатный самописец, один из входов которого соединен с выводами шунта в цепи питания сверхпроводящего магнита, а другой вход через инвертор - З 0 с индукционной катушкбй, включенной в петле вывода вторичной обмотки сверхпроводящего трансформатора.Недостаток известного устройства определяется необходимостью использо вания одновременно двух источников стабилизированного тока - для питания сверхпроводящего магнита и первичной обмотки сверхпроводящего транс. форматора. 40 Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения зависимости критического тока образцов технического сверхпроводника от внешнего магнитного поля, содержащее сверхпроводящий магнит, подключенный к выходу источника питания и образующий первичную обмотку сверхпроводящего трансформатора, вторичная обмотка которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом и расположена в магнитном поле сверхпроводящего магнита, двух- координатный самописец, один из,входов которого подключен к выводам шунта в цепи питания .сверхпроводящего магйита, а другой вход - к выходу блока измерения тока во вторич= 5,8 А/с - кривая 1 и;гВ состав устройства входит сверх- проводящий магнит 1, образующий первичную обмотку сверхпроводящего трансформатора, вторичная обмотка 2 которого связана с исследуемым сверхпроводящим образцом 3, имеющим форму шпильки. Питание сверхпроводящего магнита 1 осуществляется от источника 4 питания. (стабилизированного источника тока), э выходную цепь которого включен шунт 5В петле вывода вторичной обмотки 2 установ лена индукционная катушка 6, соединенная с интегратором 7. Регистрация искомой зависимости производится двухкоординатным самописцем 8, один из входов которого подключен к выво дам шунта 5, а другой вход - к выходу интегратора 7. Узел автоматичес кого регулирования тока в сверхпроводящем магните 1 включает в себя блок 9 сравнения, один из входов ко торого соединен с выходом источника 10 эталонного напряжения, другой вход - с измерительным участком 11 исследуемого сверхпроводящего образца 3, а выход через согласующий источник 12 опорного напряжения - с входом управления источника 4 питания. Устройство содержит также нагреватель 13, подключенный к источ,нику 14 нагревающего тока. функциональные блоки, работающие при низкой температуре, заключены в криостат 15, заполненный жидким гелием.Работа устройства происходит сле- дующим образом. 35Исходя из длины измерительного участка 11 исследуемого сверхпроводя, щего образца 5 источником 10 эталон ного напряжения задается напряжение, соответствующее такой напряженности электрического поля в образце 3, при которой будет регистрироваться величина критического тока 3 . Блок 9 сравнения выдает команду на ввод тока 3 от источника 4 в сверхпроводя 1щий магнит 2 с заданной скоростью й 3- При нарастании тока Э во вто- Ы1 ричной обмотке 2 наводится ЭДС, рав ная - х 1, где м - коэффициент взаимнои индуктивности обмоток. Во вторичном контуре индуцируется токпри этом токи в обмотках связаны условием 55Э 1 ЮМд=Ьд +Щ;,где Ь - индуктивность вторичногоЯконтура, К - сопротивление спаев сверхпроводящего образца 3 с выводом вторичной обмотки 2.Блок 9 сравнения через источник 12 опорного напряжения выдает сигнал источнику питания 4 для остановки ввода тока в сверхпроводящий магнит 1.При 3, сопзй из-за конечного значения К ток 3 начинает уменьшаться, и когда его величина становится меньше значения 3 , блок 9 сравнения выдает команду на ввод тока 3 в сверхпроводящий магнит 1.1Далее процесс повторяется. В данном случае имеет место система автоматического регулирования релейного типа, причем блок 9 сравнения выполняет функции реле, а источник 12 опорного напряжения играет роль интегратора. В процессе работы устройства происходит рост магнитного поля да максимальной величины, а значение тока в образце 3 поддерживается равным критическому. Двухкоординатным самописцем 8 осуществляется запись кривой 3, (В) непосредственно в координатах 3, и В. Устройство позволяет вестч запись зависимости 3,(В), соответствующей выбранному значению электрического поля в образце 3. Для записи зависимости Э (В) по критериям сопротивления или мощности достаточно поделить или умножить соответствующей электронной схемой напряжение Н с измерительного участка 11 образца 3 на выходное напряжение интегратора 7, которое пропорционально текущему значению токав образце 3. На вход блока 9 сравнения в этом случае подается преобразованный сигнал, пропорциональный - или 0.3 , соответственС 1но при записи с (В) по критерию со" противления или мощности. Для запи-. си вольт-амперных характеристик образца 3 необходимо измерительный участок 11 подключить к одному иэ входов двухкоординатного самописца 8, а другой вход последнего соединить с выходом интегратора 7.Работа устройства наглядно иллюст рируется кривыми, приведенными на фиг. 2, а, б.При вводе тока 7 в сверхпроводящий магнит 1 в месте расположения измерительного участка 11 образца 3 создается магнитное поле В, , а107746 бнитном поле до 8 Т при помощи одйогостабилизированного источнйка тока смаксимальным рабочим током 200 А.Устройство предназначено для работы5 в стандартном гелиевом криостатеи обеспечивает проведение испытанийсильноточных образцов без использования массивных токовводов, что приводит к экономии жидкого гелия. Ис 10 следуемый сверхпроводящий образец 3располагается на сменном штоке, чтопозволяет производить его быструюзамену. М с 13,. З= -- . При Э, сопзС токф, к авторичного контура 3 уменьшаетсяиэ-за конечного значения К. В момент времени С включается нагреватель 13 для уменьшения остаточныхтоков.Предложенное устройство позволяетпроизводить автоматическую записьзависимости критического тока образцов технического сверхпроводникаот внешнего магнитного поля при за-,данном значении напряженности электрического поля в образце. Устройство позволяет провести изучение токонесущей способности сильноточныхсверхпроводников до тока 10 кА в магво вторичной обмотке 2 индуцируется/ток 3. . В начальный момент времени при 1( - вторичный ток 3 расОй 2 тет пропорционально первичному 3 а при С,со стремится к значению Поскольку система автоматического регулирования изменяет токи в сверхпроводящем магните 1 и сверхпроводящем образце 3 таким образом, что про-. изводится непрерывная запись зависимости(В) без перехода образца 3 в нормальное состояние, общая точ- ностЬ измерения указанной зависимости оказывается повышенной.1077466 га п Ра Грузов Техред М, Ходаии кто Шек рек одписное д. 4/5 Улгород Производственно-полиграфическое предприяти Проектная, 4 Заказ 6979/3 ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москва, 7 У О О 7 Ю ПР ЧР ОЮ Тираа 728 твенного комитета ретений и открытий -35, Раушская наб