一種適用于4.2k-4.5k溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫測量設(shè)備，更具體地，涉及一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上溫度計種類繁多，有電阻型、熱電偶型、二極管、飽和蒸汽壓等。低溫常用的溫度計如鍺電阻溫度計、氧化釕電阻溫度計、玻璃碳電阻溫度計，基本都是負(fù)電阻系數(shù)電阻溫度計，溫度越低材料電阻值越大。這種溫度計的工作原理是利用四線法精確地測得溫度計的電阻值，根據(jù)電阻與溫度的關(guān)系反推溫度值，其分辨率可達(dá)到100 μ K。
[0003]而隨著低溫超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的實驗在低溫環(huán)境下進(jìn)行，如材料物性測量、超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)重力儀器的研發(fā)等。為了減小溫度波動帶來的影響，其中的一些實驗對溫度提出了極高的控制要求，甚至要求溫度波動小于幾十μ ko如涉及超導(dǎo)重力儀器的實驗，要求溫度測量的分辨率要達(dá)到幾個μ K，市場上的溫度計都無法滿足其要求。為了將溫度控制穩(wěn)定在目標(biāo)范圍，首先需要有極高分辨率的溫度計來測量溫度。
[0004]超導(dǎo)體中磁場穿透深度與溫度在4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)為線性關(guān)系，溫度變化能引起磁場穿透深度的變化，從而影響超導(dǎo)體表面的線圈有效電感。如果能對線圈有效電感的變化進(jìn)行高分辨率的測量，即可反推出該溫區(qū)的溫度變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計，其中通過對其關(guān)鍵組件如感應(yīng)線圈、超導(dǎo)體、互感線圈和超導(dǎo)量子干涉儀的具體結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式進(jìn)行研宄和改進(jìn)，與現(xiàn)有產(chǎn)品相比能顯著提高測量分辨率，并且由于超導(dǎo)體中磁場穿透深度與溫度在4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)呈線性關(guān)系的發(fā)覺，而尤其適用于4.2Κ-4.5Κ的液氮溫區(qū)。
[0006]按照本發(fā)明，提供了一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計，包括感應(yīng)線圈、隔離元件、超導(dǎo)體、互感線圈以及超導(dǎo)量子干涉儀，其特征在于:
[0007]感應(yīng)線圈為平面無骨架線圈的形式，并通過隔離元件與超導(dǎo)體予以空間分隔處理；
[0008]互感線圈由初級線圈和次級線圈共同組成，并且初級線圈用于與感應(yīng)線圈構(gòu)成第一回路，次級線圈則用于與超導(dǎo)量子干涉儀相連并構(gòu)成第二回路；并且在第一回路和第二回路中各自串聯(lián)有熱阻開關(guān)；
[0009]此外，當(dāng)在第一回路中注入超導(dǎo)電流且當(dāng)環(huán)境溫度變化時，感應(yīng)線圈產(chǎn)生的磁場在超導(dǎo)體中的穿透深度發(fā)生改變，進(jìn)而影響感應(yīng)線圈的有效電感，第一回路中的電流隨之改變，同時引起第二回路的電流變化，并由超導(dǎo)量子干涉儀對此時的電流變化值執(zhí)行實時檢測，從而可基于該電流變化值的實時檢測結(jié)果來反推出環(huán)境溫度的變化值。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，隔離元件為G-1O環(huán)氧板。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，超導(dǎo)體的材料為鈮。
[0012]在上述的各種超導(dǎo)溫度計中，在4.2K-4.5K溫區(qū)間的測量分辨率優(yōu)于0.5 μ K。
[0013]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于對感應(yīng)線圈、超導(dǎo)體和互感線圈之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和設(shè)置方式進(jìn)行研宄和改進(jìn)，同時運用超導(dǎo)量子干涉儀對電流的變化值進(jìn)行探測，從而顯著提高了測量分辨率。
[0014]其次，由于超導(dǎo)體中磁場穿透深度與溫度在4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)為線性關(guān)系的發(fā)覺，本發(fā)明在4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)間的測量分辨率與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了 2個量級，能夠?qū)崿F(xiàn)在液氮溫區(qū)進(jìn)行高分辨率的測量。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種適用于4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是實施例中探測電流與溫度擬合關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0018]圖1是按照本發(fā)明的適用于4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1中所示，按照本發(fā)明的用于液氦溫區(qū)高分辨率的超導(dǎo)溫度計包括感應(yīng)線圈1、G-1O環(huán)氧板2、超導(dǎo)鈮板3、互感線圈4以及超導(dǎo)量子干涉儀5。其中感應(yīng)線圈I為平面無骨架盤形線圈，G-1O環(huán)氧板2形狀為兩面平行且光滑的薄板，感應(yīng)線圈I通過G-1O環(huán)氧板2與超導(dǎo)鈮板3予以空間分隔處理，超導(dǎo)鈮板3與G-1O環(huán)氧板2接觸的面平整且光滑。
[0019]互感線圈4由超導(dǎo)鈮線繞成，且為螺旋管結(jié)構(gòu)，包括初級線圈41和次級線圈42。并且初級線圈41用于與感應(yīng)線圈I構(gòu)成第一回路，次級線圈42則用于與超導(dǎo)量子干涉儀5相連并構(gòu)成第二回路；并且在所述第一回路和第二回路中各自串聯(lián)有熱阻開關(guān)6，第一回路中熱阻開關(guān)6用于超導(dǎo)電流的注入，第二回路中的熱阻開關(guān)6用于確?；芈分谐跏茧娏鳛镺。
[0020]在第一回路中注入超導(dǎo)電流，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，感應(yīng)線圈I產(chǎn)生的磁場在超導(dǎo)鈮板3中的穿透深度發(fā)生改變，影響感應(yīng)線圈I的有效電感，第一回路中的電流隨之改變，同時通過互感線圈4引起第二回路的電流變化，第二回路中電流的變化值由超導(dǎo)量子干涉儀5實時監(jiān)測。通過溫度與超導(dǎo)量子干涉儀5探測電流之間的靈敏度系數(shù)，可以反推環(huán)境溫度的變化值。
[0021]超導(dǎo)量子干涉儀5的探測電流與溫度擬合關(guān)系曲線見圖2，可看出，在4.2Κ-4.5Κ溫區(qū)，探測電流與環(huán)境溫度呈線性關(guān)系，其測量分辨率優(yōu)于0.5 μ K。
[0022]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種適用于4.2K-4.5K溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計，包括感應(yīng)線圈(I)、隔離元件(2)、超導(dǎo)體(3)、互感線圈(4)以及超導(dǎo)量子干涉儀(5)，其特征在于: 所述感應(yīng)線圈(I)為平面無骨架線圈的形式，并通過所述隔離元件(2)與所述超導(dǎo)體(3)予以空間分隔處理； 所述互感線圈(4)由初級線圈(41)和次級線圈(42)共同組成，并且所述初級線圈(41)用于與所述感應(yīng)線圈(I)構(gòu)成第一回路，所述次級線圈(42)則用于與所述超導(dǎo)量子干涉儀(5)相連并構(gòu)成第二回路；并且在所述第一回路和第二回路中各自串聯(lián)有熱阻開關(guān)(6)； 此外，當(dāng)在所述第一回路中注入超導(dǎo)電流且當(dāng)環(huán)境溫度變化時，所述感應(yīng)線圈(I)產(chǎn)生的磁場在所述超導(dǎo)體(3)中的穿透深度發(fā)生改變，進(jìn)而影響所述感應(yīng)線圈(I)的有效電感，所述第一回路中的電流隨之改變，同時引起所述第二回路的電流變化，并由所述超導(dǎo)量子干涉儀(5)對此時的電流變化值執(zhí)行實時檢測，從而可基于該電流變化值的實時檢測結(jié)果來反推出環(huán)境溫度的變化值。2.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)溫度計，其特征在于: 隔離元件為G-1O環(huán)氧板。3.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)溫度計，其特征在于: 超導(dǎo)體的材料為鈮。4.如權(quán)利要求1-3所述的超導(dǎo)溫度計，其特征在于: 在4.2K-4.5K溫區(qū)間的測量分辨率優(yōu)于0.5 μ K。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于4.2K-4.5K溫區(qū)的高分辨率超導(dǎo)溫度計，包括感應(yīng)線圈、隔離元件、超導(dǎo)體、互感線圈、超導(dǎo)量子干涉儀以及熱阻開關(guān)，其中感應(yīng)線圈為平面無骨架線圈的形式，并通過隔離元件與超導(dǎo)體予以分隔處理，互感線圈由初級線圈和次級線圈共同組成，并且該初級線圈用于與感應(yīng)線圈構(gòu)成第一回路,次級線圈則用于與超導(dǎo)量子干涉儀相連并構(gòu)成第二回路，并且在第一回路和第二回路中各自串聯(lián)有熱阻開關(guān)。通過本發(fā)明，可根據(jù)回路中電流的變化值反推溫度的變化，其在4.2K-4.5K溫區(qū)間的測量分辨率可達(dá)0.5μK。
【IPC分類】G01K7/36
【公開號】CN104931149
【申請?zhí)枴緾N201510221977
【發(fā)明人】陳亮, 胡咸軍, 肖再林, 劉向東
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月5日