Способ измерения индуктивности сверхпроводящей катушки и устройство для его осуществления
Изобретение относится к точным электромагнитным измерениям и может быть использовано для измерения индуктивности сверхпроводящих катушек, применяемых в пепях постоянного или медленно изменяющегося тока. Цель изобретения - повышение точности измерения индуктивностиза. счет компарирования ее величины с известньи значением сопротивления, измерении времени релаксации при многократном увеИзобретение относится к точным электромагнитным измерениям, исполь- ЗУ1ПЩИМ явление сверхпроводимости и квантовые з4)фекты в сверхпроводниках, и мо;кет быть использовано для точного измерения индуктивности сверхпроводящих катушек, применяемых в цепях постоянного или медо1енио изменяющегося 1тока. Цель изобретения повышение точности измерения,. Предлагаемое техн1гч-еское решение позволяет, используя период1гческу50 .. зависимость выходного сигнала сверхличеииу скорс)С 1 и измоиопня глп нл.па путем напи ейнот-о преобразопания сигналл с помощью срерхпронодяшего тового иитерферометрического прооП- разователя. Устройство содержит n;i- рлллельное соединение через свгрхпроводниковьп переключатель смерхпроподящен катушки индуктипногти с одн№1 из резисторов, подсоединенное через выключатель к рр улируем мУ источнику постоянного тока. Кроме того, устройство снабжено сперхпроводягцим квантовьгь интерфпрометрическим прр. образоватолсм (СКИП), приемный контур которого инду.чтивно свяялн с катушкой , а его выход подключен к входу частотомера. Катушка, резисторы, переключатель и СКИП размещены в яаполяенном сжиженным г-слисм К11иостате. Данное техническое решениепол1;оляет достигнуть относительной ггЬг1з 1и-- ностя в единичном измергшич .,5 к , 1 ил. «3. проводящего кпантового интерферометрического преобразователи от магнитного потока, сцеплениги-о с его контуром квантования, многократно повысить точность измеро1П1я ггостоянного времениe L/R , где L - индуктивность сверхпроводящей катушки; R - сопротиплеппо парлл. / подключенного к р игсторя и повысить точность измерения ИНДУКТИБПОС1 и. W.T «IW4 о f«rej, . чО 4 о Кл)
СОЮЗ СОНГтСНИХ
СОЦИЛЛИСтИЧКСН»»К
Р»=СПУЬЛ)»)» (51) 5 П 0» L 39/22
:)л
/л. т /R снерхиронпдя)!арал))!< ..)i )(O и flpй р ())г тпра
) (3 ) f ()л F 11) IS) ПОДКХ)Юл! 01!!)ОГO
И ПОНЬ!СИТЬ Тол!
ИНДУКТИУЗ)1ОС7 f! . госУЛА стве»-»н»»й комитент
ПО ИЗОБРЕ (Е».»» »ЯМ И ОП-»РЬг)КЯ)л>»
ПРИ П<НТ СССР (46} 07.04. )2. Г>юл, 1 13 (21) 4456685/25 (22) 12.07. 88 . (72) Э.Т,()ранцуз, »С.11. Горчаков
И Ф.Е. KyPO÷ÊE)ff (53) 621. 3»3(088. 8) (56) ApyT)(>finn B.Î. Электрические измерительные приборы и измерения, M.-Л.: Госэнергоиздат, »958, с. 445-447. (54) CI10C05 ИВ»(ЕР !» _#_ HHgYKTHBHOCTH
СВЕРХПРОВОДЩГЙ»лЛТУ) »К И УСТРОЙСТВО
ДГИ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ»7 ИЯ (57) Изобретение относится к точным электромагнитным измерениям и может быть использовано для измерения индуктивности сверхпроводящих катушек, применяемых в цепях постоянного или медленно изменяющегося тока. Цель изобретения — по)зышение точности измерения индуктивности за счет компарирования ее величины с известным значением сопротивления, измерении времени рел",.êñàöèè при многократном увеИзобретение относится к точным электромагнитным измерениям, использу)щим явление сверхпроводимости и квантовые э4>фекты в сверхпроводниках, и может быть использовано для точного измерения индуктивности сверхпроводящих катушек, применяемых в цепях постоянного или медленно изменяющегося
ТОКал
Цель изобретения — повышение точности измерения,.
Прадлагаемое техническое рещение позволяет, используя периодическу)о эави-имость выходного сигнала сверх ."
ЛИЧ Е111)И С! П1>ОГ Тl) И ) t f 0 ) i(111!)l (Иl )l )J1;! путем нелинейно) о прспбразот)ания си!в нала " ппмпщ!.ю (.глерхир<>!)(дя)яггг> )(I)аитовогп 1!)!теp(»)eposeTp)«)P(.кпг.п преобpà30íÿ Ге>7я У сTpОйс 7 f30 с (лд(p>)!)f T и а ралпе>п )н>е соединение через гнгрхпронодникпный переключатгль (.I)p(>õп1>oI)ОД)) !IP) i ка тУlпки 11ИДУктlf пl!0(. ГI! г одним из резисторов, 110IIOOpII,EI)fp)))fop. через выключатель к рг) ул:!руемпму и»вЂ”
ТОЧИИ!(> )лОСТОяНИОГО ТПК(l, КРОМЕ ТОГО л устройс —.)3о с)!абже!!и гнерхпронодящим квантовым интер(»>ероыетриче(ким и реобразс натглем (СК1»П), прис)))!)>й к(и Г у р К О Т и >> О Г О И ) (Д " *, T E f f 3 1 1 0 (13 )I з (1 н С К а тушкой, а ег0 ьч)ход г одключен к входу час готомера. Катуни<а, резисторы, перекл)о)атель и СЯ»П размещеньl н запол)(вином сжижегн!ым г(ли(.l(криостате, Дан)3ое техническое р(шен;!(И07):0>)ff" ет д(стигнуть Отпосител! Ипй ипгр(ш-ностц в един!и!)!Ом измер(.ни(! F>,5>)() I0, » ил, проводящего i;I)()»To)301.0 и!) ) ерферометрическог0 преобразователя oт маг)3)17. ного потока, сцепленипго с его контуром квантования, многокгатно повыcHTb точность измерения постоянного времени где 1» — индуктивность щей )гатуп)к));
R — СО П Р О Т))п.)Е) Ц) 11я ч({ртеже приведена (.:<Рмя устрой" ствя JIJ)я из ipрf!1{ил ни пук"!{ВиостH
C I! С{ Р Х П Р О В О,(1, Я !1 7 P f i . K «{ Т У Ш < И . у< "роЙс» 1 во ДI{я измеря){ { " (B «!..-r«l!»-:
« . 2
Нс с ти < B Орхп 1)овоцящей кя !""«!((к({ I с )»" дсржит резисторы 2, вьн<личятель 3, рс гулируемый источник по!"гoB!lного Уо ка 4, с:e;)x!lpoBopB(I)нй кв{1((товый! Ин-терфероме .ри-(еск1(,".7 преобр:!зов,1 тел(- -;0
5, частотомер «2 и переклик!атель 7, Регулирye{--!«B{13 источник тока через выключатель подсоединен к пярялл=-льному соединению одного из peý?{cторов и
cBpрхп рОВ7дящей катушки, )риемllь(Й контур сверхпроводягle(о I B ЕГО ВЫХС)Д ПОДКХ({ОЧЕЫ К БХОДУ -{Я то " ТОмера, Сверхп1)оводле(!8 л (,атушка „. р знс ropbi р (! BpeKJï<2«I!) TBJ(1» и св е1)хпрово— дяl!!и!»i кван Орый иHтpp(jiеромeтp«! <Оск!" l! преобразователь размещен,! !! зало!Т)1 «!» и О м C )I< H27< e ({ I-II- м Гелием к 12 и (2 с т я т е и о" кя з янном пунктиром, « П р и M Р р реализации C!Ioco6B« 0 обеиностью сверхп()Вводящего квантового нитерферометрического преобря3 з!3ятeJIЯ яВпяpтся пер! .Одйческeя .«яви С НМ О C Г Ь 5 ЬГХ ОД НО 1" О (И Г Н BÏ с Î I» ««Га Г l!ИТ " ного иотс ка, сцепленного с pl î 1;.онт;I2-: ром квантования с периодсм, равным кВянту MP.,ÃиитнОГО потокЯ ф - 2>0; 10 "11б. При изменении тока в -:Båðõïðîíoäÿ- ...,. щей катушке на вегпичину l;Т ня выход» с(3ерхпрог)одя)1)его квантового инт "II)e"" p o M e T p H II e c K o Г О и 12 е О б «р я 3 (2 в Я т ел и B 0 з - " ННКВ«««0Т BJIBKTpHIIeскчР 1<0) {бя)lил „ . 1(„" ло которых и=! 1 1«)/ Ю Где И вЂ” взаимная нидукт.-(вяо ..:.. ь{(1)кдy ! " Вepхпpo"=":оцяI(«Р){ !г я туг(2»о)1 «А к(2)!тУ1)оь(« .Г«ЯНTОВ!Iнил с)3» 12)(п!3 (2 - вс,-(лщего квянтопого 11«г! ерф- !)0MeTpHweскОГО 1{реОб}2 - OBñ" . ) (=. лл « 8 исходном IIOJ10«<енн(г ыклич" ТРЛ -. ВЯМкнут, ток исто 1){,{кя, .Танов{(е){ равным нулю, а. часто(:Оиер vcTBI(îBJI=!: и режим счета HHOJIЯ кол;)баний«1З) на-. чале измерения источ) .":)к }с)кя, е) ;.3)иp yBTc(I тяк "- .тОбы P.I"0 ГОН моно Гон I() УВЕЛИЧИ ВЯПСЛ O"".Р "«I«>«I«» Д:" )1нч ИЦ(-1 Гак чтс)бы чяс"! Отоме!1 эяфикс1!ров;,) (}}1<п .(«Ол е а ни! «{g Вьг<ор . Be pK«» po BI,длще1 0 кван г во-, О ((н г prj)ppoM(« I pHчс«с « кого прео- : =.:-.-о-Iÿ òBJIH.;. öecb !« -" !1 и .= ло б!)Л)шее единицы. Зятем частотомер пере; л{яч«ЯР1 (.я в режим изь{ерения yc)Iep)!PI!IIoI О Г!е17ИОДЯ к(2лебЯний с коэф о)и!IHBHTOM усреднения и, я вь)ключагель рязмья<яетсл одновременно с запуском частотомера, 1!Ocле этого мягинтH1«!A Il c TI (2 K B c B! = P x1! P o B o II(I)77P É к Я ТУшк е . = ксп0>! pí! IH({ëüè0 умеиьяlяeтся с посто, с >!Н)(ои времени (, -:-1«/1! ., Вь!зывал колебанияя на выходР (!3 ерхп1. ОВодлщеГО кваH тового 1(итерферометрического, преобрязо)зателя, частота которых также экспоненцияльио у({еиьшается. Частотомер ){змерит среднее значение периода Т„„ эт:x колебаний. Значение индуктив.li>сти CBерхпроводящей катушки рассчитывает(.я по значениям 1(, Т и чис-.. лам I(и и след л щим образом. В момент времени t) когда частотомер зяф}(ксирует и периодов колебаний на выходе ! Верхи р(вводящего к}3а)3ioB01 ицтерферометрического преобразователя (т.е. {-=T п)) ток i в 1<атушке будет равен 1:!K кeK h, ." = !" 1.=«!}) /(«1) то можно запи «..Я ) l Отсидя с --1/Е=ТП/1П11(/(Ic-1)) и 1.==-Тпг
1< и и — постоянные числа, поэтому относи reльиая погрсшно(.ть измерения ь определя(тсл как сумма погрешности зн,": Ipi!HB R и I((2;"pem),ости, !IBMepeния {) !««@ «!) «-) «ЦПГ(ОЦЕНКИ IОГРРШНОС Ги ! IB«(«!epe(IH?(индук г!Яв)ЗОСТ(.1 BBB р«»хпроводл tB",.=. .й к«lтуш1<и из Груп({в(рр зисторОВ Вы :;-иряетсл 12еэисто12 с 1(оминальиым зна-..:-Нием сопротивления 8=2)5 МОМ и ис-! (23!; зует» я сверхпроводящий квантовый II!K!iе!)фероме грический преобразователь c0e(!7Iей чувствитель((ости со спектряльпои плотностью шумового потока Б,„=-1 1Х (1)6/;I Ãö«ÒOãäB --=1./К 40 с. .:{якси)мяльнял скорость измеренил псто:;;-a при с= 1,1 10 Ц){)/К, равная )/I", со(.т{}вля(- т 1 ) 1 10 q /y > / 40 с= =-,» 2 7с? (! ; «1«еличииЯ I l) /1,= ««(J I) изме Пенне тоl(B CBI-гхпроводяшей KQ ушке :»ОО ««ВЕТС"")3 "гщРР ОГНОМУ ПЕПИОДу ИяМЕ ::.)е))ия )зь!ХОХ(1(огг ;. .И)" H«!!IB cверхп120водящего ",««вяитовог(2 (нте(фе170метрическо} 0 BpBî6ðB з(2ватели «(:.": (2ця ПОлося г(ропускяиl я выхОдиОГО Филь .:": 8 сверхпроводя» :.-:,е!«i -квантового иитерферомет(2ическо! 60940" 6 Таь(((ЫХ Р Н«1 С r (iЯCЯЕ(РР(71Ь(Р(1 ((Г Г Р((!15 — кшп(х цифровых вол(ть г(ро((для фикса-. ЦИИ КРПРОй Пап(Н1(Я ТОК 1 П(ь (воЛЯ((Т уменьшить Относит(л1 н p (1 т!оГpe Ill((о(т1 до 1 10 . Так, и образом, предлагаемое тех" ническое решение позволяет, ис((ользуя периодическую за((ис((мост(выхоГС((ого сигнала сверхпроводящего квантового интерфераметрического ((реобразователя от магнитного потока, сцилле(п(ог(ь с его контуром квантопаш(я, получит(. относительную погрешность иэмер(ния индуктивности сверкпроводящей кат ьшки lI = g(+8!!=5(5 10 +1 ° 10 = 6ь5 10 т. е . повысить точность измерения примерно в 15 раз. 1. Способ измереш|я индукти(п(ости сверхпроводящей катушки, включающий компариравание величины индуктивности с известным значением сопротиме((ия резистора путем определения постоян-! ной времени 1Л-цепи, о т л и ч а ю-! шийся тем, что, с целью повьш(е| ния точности, многократно унелнчиьают ЗО скорость изменения сигнала путем 1(елинейного преобразования сигнала с помощью сверхпроводящего ква.(топаго интерферометрического реобраэоватечя го преобразователя должна быть не менее 275 Г((. Пр-lнпмая во внимание величину S выбранного преобразова lu теля, отношение шум/сигнал (U
Гсли выбрать i=1 !О (!(,/1(, соот3 ветственно, А I=I ° 10 (f /Г. (n=l !О, !О л a I п=-2,3(=92 с, та среднее значение периода Т можно измерить частотомером ЧЗ-54 с погрешностью Т т((((1-(-- + Т и т ! 5 где ((=U /(ÇU ) — относительная пас грешность уровня запуска частотомера; ((— число усредняемых периодов (выбрано п=1:1О ). Т „ период частоть(заполнения (минимальное значение для ЧЗ-54 равно 1 "10 c). Т и выбран равным 92 с. Величина погрешности (1 определят ется в этом случае преобладающим первым членом и составляет 3т(1./и= =U /(0 Зп)=5,5 !0 . 0;(a представляет собой случайную погрешность, так как зависит от шумового потока сверхпроводящего квантового интерферометрического преобразователя. Ее можно уменьшить., пр(я(еняя обычную процедуру многократного повторения измерения Т и усреднения результатов, Сис" тематические погрешности. измерения интервала Т складываются из составляющих, связанных с дрейфом нулевого (и уровня преобразователя, влиянием паразитных индуктивностей резистора и переключателя и впиянием параэитной емкости катушки, При использовании малоиндуктивных криорезисторов сверхпроводящего переключателя, а также при стабилизации температуры гелиевой ванны (нестабильность за I ч л. 1(10 К) эти составляющие не пре"б еыщают i 10, Использование же самых 5О! Формула изобретения 2, Устройство для измерения индуктивности сверхпроводящсй катушки, содержащее резисторы с иэвест((ым значением сопротивления, выключатель и регулируемый источник постоянного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности, оно снабжено сверкпровадящим квантовым интерферометрическим преобразователем и частотомерам, причем преобразователь индуктивно связан с катушкайь ега вход подключен к входу частотомера а источник тока через выключатель присоединен к параллельному соединению катушки с одним иэ резисторов, Редактор .".*5агона Сосч анитех1ь 6е СеиеиоБ 7екред А .,КРДБчук1; Корректор С.Кранцоиа Закаа 2307,,г ) ирам Й о ди и с и о е ВПИИПИ Государствеииого каиите . а о иао<зретеииии и открь тиги при ГХИТ СССР 413935, Иосква, 5-35, Раулская иаб, д„ 4/5 «Э il l у „и Ироиэводс; неиио-издательский коибииат "Патент, г. Ужгород,, ул, t агарииа, 101
