超导

高温超导材料临界转变温度的测定

系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 同组人 黄佳钰 做实验日期 2005年05月25日 学号 2003010541 教师评定____________

一、测量单元规格及电路原理图 1、待测高温超导材料

需求样品电流= 2.00A ；取样电阻= 0.01Ω ；取样电阻上的电压= 20.00mV 图3 四引线法

图1 待测单元 图2 样品等效电阻电路 2、铂电阻温度计

要求铂电阻上电流= 1.00mA ；0oC时铂电阻阻值= 100.00Ω ；取样电阻= 100Ω ；取样电阻上的电压= 100mV 。

图4 铂电阻温度计 图5 硅二极管温度计 3、硅二极管温度计

要求二极管上电流= 0.100mA ；取样电阻= 1kΩ ；取样电阻上的电压= 0.1V 。 4、感应线圈电路

室温下输出电压= 6.00mV 。

图6 感应线圈电路

二、实验数据及处理 t/K 306.55 293.15 283.15 273.15 263.15 253.15 243.15 233.15 223.15 213.15 203.15 193.15 183.15 173.15 163.15 153.15 146.15 143.15 138.15 133.15 130.15 127.15 124.15 121.15 118.15 116.15 114.15 112.15 110.15 109.15 108.15 107.65 107.15 106.65 106.15 105.65 105.15 104.65 104.15 103.65 UR/mV 1.748 1.676 1.617 1.561 1.501 1.442 1.381 1.322 1.260 1.201 1.143 1.087 1.028 0.979 0.908 0.848 0.804 0.784 0.753 0.720 0.703 0.686 0.669 0.653 0.634 0.622 0.611 0.597 0.584 0.578 0.569 0.564 0.562 0.558 0.553 0.540 0.490 0.389 0.267 0.197 Upt/mV 113.0 107.8 103.9 100.0 96.1 92.2 88.2 84.3 80.3 76.3 72.3 68.3 64.3 60.2 56.2 52.1 49.1 48.0 45.9 43.9 42.6 41.4 40.1 38.9 37.6 36.8 36.0 35.1 34.3 33.9 33.4 33.1 33.0 32.8 32.6 32.4 32.2 32.0 31.7 31.5 Usi/mV UM/mV 6.00 6.10 6.18 6.33 6.49 6.66 6.84 7.02 7.20 7.35 7.51 7.73 7.97 8.23 8.47 8.78 9.03 9.18 9.34 9.42 9.49 9.57 9.65 9.77 9.93 10.01 10.11 10.24 10.35 10.40 10.46 10.50 10.43 10.14 9.56 9.01 8.59 8.41 8.13 7.88 103.15 102.65 102.15 101.65 101.15 100.65 100.15 99.65 99.15 98.65 98.15 97.65 97.15 96.65 96.15 95.65 95.15 94.65 94.15 93.15 92.35 89.45 0.146 0.096 0.059 0.028 0.014 0.007 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 31.3 31.1 30.9 30.7 30.5 30.3 30.1 29.8 29.6 29.4 29.2 29.0 28.8 28.6 28.4 28.1 27.9 27.7 27.5 27.0 26.3 25.5 7.78 7.73 7.69 7.65 7.58 7.43 7.28 7.03 6.91 6.86 6.81 6.79 6.78 6.78 6.78 6.80 6.81 6.82 6.84 6.87 6.92 6.98 注：由于硅二极管端电压显示在实验过程中经常出现大幅波动，故舍掉整组数据。

以Pt电阻为例研究线性温度-电压温度计的实用性

图1 铂电阻端电压-温度曲线图

Upt-t120100UPt/mV806040200050100150t/K

200250300350直线部分拟合结果：斜率k=0.401933mV/K，电阻温度系数??0.4002?/K——这与指导书上给出的0.3908?/K相差不大；线性相关系数r=0.99995，相关性良好。

图8 样品电阻引出端电压-温度曲线图

UR-t21.5UR/mV10.50050100150t/K

200250300350直线部分拟合结果：斜率k=0.05959mV/K，电阻温度系数??2.980?10?/K；线性相关系数r=0.99993，相关性良好。

图9 正常-超导转变过程

?5UR-t 转变过程0.60.50.4UR/mV0.30.20.1098100102104t/K106108110

起始转变温度T0=105.7K，对应的电压值U0=0.54mV；

电阻率下降一半时，0.5U0=0.27mV，对应临界温度TC=104.2K；

0.9U0=0.483mV，0.1U0=0.054mV，转变宽度ΔTC=105.1-102.1=3.0K。

图10 样品透磁-温度曲线图

UM-t12108UM/mV6420050100150t/K

图11 正常-超导转变过程样品超导材料部分透磁-温度曲线图

200250300350(UM-6.18mV)-t43.53(UM-6.18)/mV2.521.510.5095100t/K105110起始转变温度T0=107.6K，对应的输出电压值U0=3.70mV； 导磁下降一半时，0.5U0=1.85mV，对应临界温度TC=105.1K； 0.9U0=3.33mV，0.1U0=0.37mV，转变宽度ΔTC=106.5-99.9=6.6K。

三、思考题

1、 为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触电阻的影响？

答：四引线法一般用在伏安测电阻法上。伏安法是用电压除以电流得到电阻，而通有较大电

流的导线必然会分到电压，使结果不准确。四引线法可以排除那些导线的影响，所以更准确。 2、 采用电磁感应法测定TC时，当样品转变为超导态后次级线圈信号为什么仍不为零？ 答：这是因为超导样品的成分不全是Bi系超导氧化物，中间还有其他金属的片层结构，这些金属不是完全抗磁性，所以当样品转变为超导态后次级线圈信号为什么仍不为零。 3、 试比较四引线法与电磁感应法的优缺点

答：利用电阻法测TC较简单，但它要求样品有一定形状并能连接电导线，而且当样品材料内含有TC不同的超导相时，只能测出其中能形成超导通路的临界温度最高的一个超导相的TC。用电感法测TC则可以弥补电阻法的不足，既可以把不同的超导相同时测出。

4、 用四引线法测量TC时，常采用电流换向法消除乱真电势，试分析产生乱真电势原因及

消除原理。 答：乱真电流是由于数字电压表输入为零显示不为零造成的，原因可能是电压表两输入端的共模电压。根据对称原理，如果反向取平均值，乱真电势可以被消除。 5、 试分析利用温差电偶法确定液面位置时的连接方法。

答：用两支性能相同的温差电偶，一支插入液氮中，一支固定在探头上，接有共同公共段。探头接触液面时，两电偶温度相同，温差电动势为零；否则数字电压表显示不为零。

流的导线必然会分到电压，使结果不准确。四引线法可以排除那些导线的影响，所以更准确。 2、 采用电磁感应法测定TC时，当样品转变为超导态后次级线圈信号为什么仍不为零？ 答：这是因为超导样品的成分不全是Bi系超导氧化物，中间还有其他金属的片层结构，这些金属不是完全抗磁性，所以当样品转变为超导态后次级线圈信号为什么仍不为零。 3、 试比较四引线法与电磁感应法的优缺点

答：利用电阻法测TC较简单，但它要求样品有一定形状并能连接电导线，而且当样品材料内含有TC不同的超导相时，只能测出其中能形成超导通路的临界温度最高的一个超导相的TC。用电感法测TC则可以弥补电阻法的不足，既可以把不同的超导相同时测出。

4、 用四引线法测量TC时，常采用电流换向法消除乱真电势，试分析产生乱真电势原因及

消除原理。 答：乱真电流是由于数字电压表输入为零显示不为零造成的，原因可能是电压表两输入端的共模电压。根据对称原理，如果反向取平均值，乱真电势可以被消除。 5、 试分析利用温差电偶法确定液面位置时的连接方法。

答：用两支性能相同的温差电偶，一支插入液氮中，一支固定在探头上，接有共同公共段。探头接触液面时，两电偶温度相同，温差电动势为零；否则数字电压表显示不为零。

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