物理特性實(shí)驗(yàn)(編輯修改稿)
2024-08-17 23:03 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫液體中，利用加熱絲給樣品輸送熱量。當(dāng)單位時(shí)間輸送給樣品的熱量與漏走的熱量相平衡時(shí)，就獲得一穩(wěn)定的溫度。改變加熱絲的功率或調(diào)整樣品與周圍低溫液體間的漏熱，可以獲得不同的穩(wěn)定溫度。 四、實(shí)驗(yàn)裝置和電測(cè)量線路 低溫恒溫器和不銹鋼杜瓦容器 測(cè)量原理及其測(cè)量設(shè)備 電測(cè)量設(shè)備的核心是一臺(tái)稱為 “ BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置 ” 的電源盒 一臺(tái)靈敏度為為 1μV的PZ158型直流數(shù)字電壓表 高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置自動(dòng)控制專用接口盒（簡(jiǎn)稱接口盒），高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理軟件 。 BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置 主要由鉑電阻、硅二極管和超導(dǎo)樣品等三個(gè)電阻測(cè)量電路構(gòu)成，每一電路均包含恒流源、標(biāo)準(zhǔn)電阻、待測(cè)電阻、數(shù)字電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)等五個(gè)主要部件。 高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置自動(dòng)控制專用接口盒（簡(jiǎn)稱接口盒 ） 接口盒基本結(jié)構(gòu)（如圖 11所示），由單片機(jī)主控模塊、鉑電阻（硅二極管）數(shù)據(jù)接收模塊、 PZ158（ PZ158型直流數(shù)字電壓表的簡(jiǎn)稱）數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)選擇通信模塊和繼電器控制模塊五個(gè)模塊組成。硬件接口盒主要完成對(duì)鉑電阻、硅二極管、超導(dǎo)樣品電阻測(cè)量數(shù)據(jù)的采集工作，實(shí)現(xiàn)鉑（硅）電流 /電壓檔位的自動(dòng)切換，以及自動(dòng)檢測(cè)多路測(cè)量選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換開關(guān)）的狀態(tài)（短路、溫差電偶、液面計(jì)、樣品電壓、樣品電流），自動(dòng)控制加熱器和樣品電流換向開關(guān)。 計(jì) 算 機(jī) 數(shù)據(jù)選擇通信模塊 單片機(jī)主控模塊 PZ158數(shù)據(jù) 接收模塊 繼電器 控制模塊 鉑電阻（硅二極管） 數(shù)據(jù)接收模塊 電加 熱器 電路 和 電流 反向 開關(guān) 圖 11接口盒結(jié)構(gòu)圖 高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置自動(dòng)控制專用接口盒 四引線測(cè)量法： Rx＝ IUx ＝ nxUU Rn 鉑電阻和硅二極管測(cè)量電路 在鉑電阻和硅二極管測(cè)量電路中，提供的電流只有單一輸出的恒流源，它們輸出電流的標(biāo)稱值分別為 1mA和 100μA 。在實(shí)際測(cè)量中，通過(guò)微調(diào)我們可以分別在 100Ω 可10KΩ 的標(biāo)準(zhǔn)電阻上得到 . 在鉑電阻和硅二極管測(cè)量電路中 ,使用兩個(gè)內(nèi)置的靈敏度分別為 10μV 和 100μV 的 4數(shù)字電壓表 ,通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)分別測(cè)量鉑電阻 \硅二極管以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓 ,由此可確定紫銅恒溫塊的溫度。 超導(dǎo)樣品測(cè)量電路 由于超導(dǎo)樣品的正常電阻受到多種因素的影響，因此每次測(cè)量所使用的超導(dǎo)樣品的正常電阻可能有較大的差別。為此，在超導(dǎo)樣品測(cè)量電路中，采用多檔輸出式的恒流源來(lái)提供電流。在本裝置中，該內(nèi)置恒流源共設(shè)標(biāo)稱為 100μA 、 1mA、 5mA、 10mA、 50mA、 100mA的六檔電流輸出，其實(shí)際值由串接在電路中 10Ω 標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓值確定。 為了提高測(cè)量精度，使用一臺(tái)外接的靈敏度為 1μV 的 5位的 PZ158型直流數(shù)字電壓表，來(lái)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻和超導(dǎo)樣品上的電壓，由此可確定超導(dǎo)樣品的電阻。 為了消除直流測(cè)量電路固有亂真電動(dòng)勢(shì)的影響，我們?cè)诓捎盟囊€測(cè)量法的基礎(chǔ)上還增設(shè)了電流反向開關(guān)，用以進(jìn)一步確定超導(dǎo)體的電阻確已為零。當(dāng)然，這種確定受到了測(cè)量?jī)x器靈敏度的限制。然而，利用超導(dǎo)環(huán)所做的持久電流實(shí)驗(yàn)表明，超導(dǎo)態(tài)即使有電阻也小于 1027Ω. M. 溫差電偶及定點(diǎn)液面計(jì)的測(cè)量電路 利用轉(zhuǎn)換開關(guān)和 PZ158型直流數(shù)字電壓表，可以監(jiān)測(cè)銅 — 康銅溫差電偶的電動(dòng)勢(shì)以及可調(diào)式定點(diǎn)液面計(jì)的指示。 電加熱器電路 BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置中，一個(gè)內(nèi)置的穩(wěn)壓電源和一個(gè)指針式電壓表，構(gòu)成了一個(gè)為安裝在探頭中的 25Ω 錳銅加熱器線圈供電的電路。利用電壓調(diào)節(jié)旋鈕可提供 0— 5V的輸出電壓，從而使低溫恒溫器獲得所需要的加熱功率。 實(shí)驗(yàn)電路圖 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 儀器連接 將 “ 裝置連接電纜 ” 兩端的 19芯插頭分別插在低溫恒溫器拉桿頂端及BW2右側(cè)面的插座上，同時(shí)接好 BW2面板上虛線所示的待連接導(dǎo)線，并將PZ158與 BW2面板上的 “ 外接 PZ158”相連接。 分 別用 25芯數(shù)據(jù)線（一條）、電源線將 BW2與接口盒連接，將串口線Ⅰ 分別插在 PZ158后的插頭及接口盒后的標(biāo)有 “ PZ158串口 ” 的串口插頭上。將串口線 Ⅱ 分別插在電腦的串口插座和接口盒后標(biāo)有 “ PC機(jī)串口 ” 插座上。 打開 PZ158的電源開關(guān)（將其電壓量程置于 200mV檔），以及 BW2的總電源開關(guān)，并依次打開鉑電阻、硅二極管和超導(dǎo)樣品等三個(gè)分電源開關(guān)及接口盒的電源。預(yù)熱三十分鐘。 液氮的灌注 使用液氮一定要注意安全。 例如，不要讓液氮濺到人的身體上，也不要把液氮倒在有機(jī)玻璃板、測(cè)量?jī)x器或引線上；液氮汽化時(shí)體積將急劇膨脹，切勿將容器出氣口封死；氮?dú)馐侵舷⑿詺怏w，應(yīng)保持實(shí)驗(yàn)室有良好的通風(fēng)。 在實(shí)驗(yàn)開始之前，先檢查實(shí)驗(yàn)用的不銹鋼杜瓦容器中是否有剩余液氮或其它雜物，如有則須將其倒出。清理干凈后，可將輸液管道的一端插入貯存液氮的杜瓦容器中并擰緊固定螺母，并將輸液管道的另一端插入實(shí)驗(yàn)用的不銹鋼杜瓦容器中，然后關(guān)閉貯存杜瓦容器上的通大氣的閥門使其中的氮?dú)鈮簭?qiáng)逐漸提高，于是液氮將通過(guò)輸液管道注入實(shí)驗(yàn)用的不銹鋼杜瓦容器。 由于液氮一直在劇烈地沸騰，不易判斷其平靜下來(lái)的液面位置，因此最好先將貯存杜瓦容器中的液氮注入便攜式廣口玻璃杜瓦瓶中，然后將廣口玻璃杜瓦瓶中的液氮緩慢地逐漸倒入實(shí)驗(yàn)用不銹鋼杜瓦容器中，使液氮平靜下來(lái)時(shí)的液面位置在距離容器底部約 30㎝ 的地方。 手動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量 室溫的測(cè)量
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