测量高温超导体特性实验装置

摘要

本发明公开了一种可随意控制超导样品降温速率、延长样品使用寿命的测量高温超导体特性的实验装置。该实验装置采用齿轮与齿条杆吻合机构形式的升降机控制装有测试组件的紫铜圆筒在真空保温瓶内升或降，改变入浸液氮程度，调节超导样品降温速率。全密封测试组件加上多种防潮措施有效延长样品使用寿命。用弹性顶针对样品压力接触方式取代了焊接，更换样品方便并接触可靠。

说明书

技术领域

本发明属于教学实验装置，更具体地说，它属于大专院校物理实验中测量高温超导体特性的实验装置。

背景技术

低温实验中常需测量高临界温度超导材料的转变温度等基本特性，实验需在能长时间保持液氮77K(-196^oC)低温的实验装置中进行，实验装置要能随意控制超导材料降温速率，不能太快降温或太慢(液氮气化损失多)，以方便测量超导材料转变温度曲线等物理变化数据，让学生能观察到高温超导体在高于液氮温度(77K)的某一温度突然快速发生零电阻的物理现象。

由于高温氧化物超导材料为质地松脆的陶瓷材料，受低温影响，表面会凝结大气中的水份，使之受潮而损坏。超导样品电阻较小，为消除测量引线对测量的影响，常采用四端子法。四个电极常用铟材料在超导样品上磨压制成，电极与细引线连接很不可靠，极易脱落。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种测量高温超导体特性的实验装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种测量高温超导体特性的实验装置，其特征在于，包括升降机、横杆、接线盒、线管、圆盖、紫铜圆筒、真空保温瓶、围栏；所述升降机和围栏均安装在平台上；真空保温瓶安装于围栏中；横杆安装在升降机的顶端，接线盒安装在横杆的末端；线管上端与接线盒相连，下端具有外螺纹，下端穿过圆盖，与紫铜圆筒相连；

所述紫铜圆筒包括筒帽、筒身、导热杆、导热片和筒盖，其中，筒盖为中央有圆凸台圆饼状，筒盖开有中心通孔，筒盖的中心通孔的具有与线管末端外螺纹相匹配的内螺纹，筒盖与线管螺纹连接；筒帽套在筒盖的圆凸台上，筒帽具有内螺纹，筒身上端具有与筒帽上内螺纹相配合的外螺纹；旋紧筒帽可使筒盖紧压筒身上端口而密闭。导热片通过导热杆安装在筒身的底部；测试组件安装在筒盖下面；

所述测试组件包括两块盖板、引岀线、基板、超导样品、衬垫板、四个弹性顶针、铟丝、铂电阻、调压螺丝和顶针夹板。基板固定在筒盖下面，基板开有引线通孔、铂电阻腔和安装腔，铂电阻腔和安装腔通过引线通孔与筒盖相通；顶针夹板固定在安装腔内，四个弹性顶针依次排列安装在顶针夹板上，四个弹性顶针上端分别与四根相互绝缘的引岀线相连，引岀线依次穿过、筒盖、线管、接线盒与测试电路相连；铂电阻安装在铂电阻腔内，引线一端与铂电阻相连，另一端依次穿过筒盖、线管、接线盒与测量仪表相连；超导样品、衬垫板依次安装在弹性顶针下方；调压螺丝旋入基板的下部螺孔，并顶住衬垫板，旋调二个螺丝可调节超导样品受弹性顶针的压力大小及均匀度；两块盖板分别通过多个螺丝紧压在基板的前后两面；基板前后两面均有环形铟丝凹槽，铟丝嵌于铟丝凹槽内。

由于采用上述技术方案，该发明具有如下有益效果：

1.使实验者能随意控制超导材料降温速率，可快可慢或保持一定降温速率。

2.采用四个弹性顶针与超导样品可靠接触，不用焊接且更换样品方便。

3.采用普通真空保温瓶，低成本但保温效果佳，少量液氮就可完成实验。

4.测试组件密闭设计，使超导样品不易受潮或液氮浸入，可多次实验不损坏。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是紫铜圆筒的剖视图；

图3是测试组件的结构示意图；

图4是升降机的示意图；

图5为筒盖（中央有圆凸台的圆饼状）的结构示意图；

图中：真空保温瓶1，测试组件2，紫铜圆筒3，线管4，圆盖5，围栏6，横杆7，螺丝8，平台9，升降机10，超导样品11，衬垫板12，弹性顶针13，铟丝凹槽14，调压螺丝15，顶针夹板16，引岀线17，基板18，铂电阻19，盖板20，齿条杆21，旋钮22，立筒23，接线盒24，固定套25、筒帽26、筒身27、导热杆28、导热片29、筒盖30。

具体实施方式

如图1所示，一种测量高温超导体特性的实验装置，包括升降机10、横杆7、接线盒24、线管4、圆盖5、紫铜圆筒3、真空保温瓶1、围栏6；所述升降机10和围栏6均安装在平台9上。真空保温瓶1安装于围栏6中，以防止侧翻；横杆7安装在升降机10的顶端，接线盒24安装在横杆7的末端；线管4上端与接线盒24相连，下端具有外螺纹，下端穿过圆盖5，与紫铜圆筒3相连；圆盖5盖在真空保温瓶1瓶口，可减少液氮气化消耗量。具体地，在升降机10的顶部水平安装圆筒状的固定套25，横杆7位于固定套25内部，固定套25上部旋有螺丝8，当需要调节紫铜圆筒3的水平位置时，拧松螺丝8，调节横杆7的位置，使得紫铜圆筒3位于真空保温瓶1的正上方，然后拧紧螺丝8。

如图2所示，所述紫铜圆筒3包括筒帽26、筒身27、导热杆28、导热片29和筒盖30，其中，筒盖30为中央有圆凸台的圆饼状（如图5所示，由两个圆柱组成，上面圆柱的直径小于下面的圆柱的直径），筒盖30开有中心通孔，筒盖30的中心通孔的孔壁具有与线管4末端外螺纹相匹配的内螺纹，筒盖30与线管4螺纹连接；筒帽26套在筒盖30的圆凸台上，筒帽26具有内螺纹，筒身27上端具有与筒帽26上内螺纹相配合的外螺纹。旋紧筒帽26可使筒盖30紧压筒身27上端口而密闭。导热片29通过导热杆28安装在筒身27的底部；测试组件2安装在筒盖30下面，通过升降机10可控制紫铜圆筒3在真空保温瓶1内升或降，调节紫铜圆筒3下部导热片29入浸液氮程度，有效控制测试组件2的降温速率。

如图3所示，所述测试组件2包括两块盖板20、引岀线17、基板18、超导样品11、衬垫板12、四个弹性顶针13、铟丝、铂电阻19、调压螺丝15和顶针夹板16。基板18固定在筒盖30上，基板18开有引线通孔、铂电阻腔和安装腔，铂电阻腔和安装腔通过引线通孔与筒盖30相通；顶针夹板16固定在安装腔内，四个弹性13顶针依次排列安装在顶针夹板16上，四个弹性顶针13上端分别与四根相互绝缘的引岀线17相连，引岀线17依次穿过、筒盖30、线管4、接线盒24与测试电路相连，用四端子法测量超导样品11的转变温度曲线等物理性能。铂电阻19安装在铂电阻腔内，引线一端与铂电阻19相连，另一端依次穿过筒盖30、线管4、接线盒24与测量仪表相连，以测试温度。超导样品11、衬垫板12依次安装在弹性顶针13下方。调压螺丝15旋入基板18的下部螺孔，并顶住衬垫板12；在两个调压螺丝15的作用下，均匀地上推超导样品11，使得超导样品11与四个弹性顶针13紧密接触。本发明通过弹性顶针13对样品进行压力接触，取代了传统的焊接，更换样品方便且接触可靠，降低了接触电阻对实验的影响，同时也延长了超导样品的使用寿命。

两块盖板20分别通过螺丝紧压在基板18的前后两面；基板18前后两面均有环形铟丝凹槽14，铟丝嵌于铟丝凹槽14内。两块盖板20紧压使铟丝形变，能有助更好密封。

基板18与前后盖板20为紫铜材质，衬垫板12、顶针夹板16为绝缘板材，螺丝均为不锈钢螺丝。弹性顶针13为内有不锈钢压簧的镀金铜质双套管。

如图4所示，所述升降机由齿条杆21、旋钮22、立筒23、齿轮组成，所述齿条杆21和齿轮均固定安装在立筒内，齿条杆21和齿轮啮合，旋钮22和齿轮相连，顺时针旋转旋钮22，齿条杆21向下运动，升降机下降；相反，逆时针旋转旋钮22，齿条杆21向上运动，升降机上升。