Способ определения криогенной температуры
Использование: измерение криогенных температур в различных средах. Сущность изобретения в контролируемой среде размещают образец из сверхпроводящего материала На образец воздействуют монотонно изменяющимся магнитным полем, магнитным полем колебательного контура и переменным магнитным полем с амплитудой, более чем на порядок меньшей напряженности монотонно изменяющегося магнитного поля и с частотой, более чем на порядок меньшей резонансной частоты колебательного контура Регистрируют момент перехода материала образца из сверхпроводящего в нормальное состояние при достижении нулевой скорости изменения добротности колебательного контура В момент перехода измеряют величину напряженности критического магнитного поля, по которой определяют температуру среды 2 ил
(19) SU (ll) 1779137 А1 (51) 5 G 01 K 7 36
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСНАТЕНТ СССР)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4689753/10 (22) 15.0589 (46) 15.12.93 Бюл. % 45-46 (71) Физико-технический институт имА.Ф.Иоффе (72) Вейнгер А.И.; Хейфец АС. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИОГЕННОЙ
ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Использование: измерение криогенных температур в различных средах Сущность изобретения: в контролируемой среде размещают образец из сверхпроводящего материала. На образец воздействуют монотонно изменяющимся магнитным полем, магнитным полем колебательного контура и переменным магнитным полем с амплитудой, более чем на порядок меньшей напряженности монотонно изменяющегося магнитного поля и с частотой, более чем на порядок меньшей резонансной частоты колебательного контура. Регистрируют момент перехода материала образца из сверхпроводящего в нормальное состояние при достижении нулевой скорости изменения добротности колебательного контура. В момент перехода измеряют величину напряженности критического магнитного поля, по которой определяют температуру среды. 2 ил.
1779137
Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения низких и сверхнизких температур в различных средах.
Известен сппсоб измерения температуры по величине магнитного поля, при котором сверхпроводящий материал первого рода переходит в нормальное состояние, Он состоит в помещении термочувствительного элемента из материала со сверхпроводящим переходом первого рода в среду, температуру которой необходимо определить, воздействии на термочувствительный элемент монотонно изменяющимся магнитным полем, измерении напряженности это" то поля, соответствующей исчезновению сверхпроводящего состояния, и определении по измеренной напряженности искомой температуры. При этом исчезновение сверхпроводящего состояния регистрируется по появлению сопротивления термочувствител ь ного элемента постоя н ному току.
Недостатком способа является невысокая точность измерения температуры, обусловленная двумя причинами: необходимостью соединения термочувствиельного элемента с измерительным прибором элек трическими проводами, приводящей к дополнительному подводу тепла, и тем, что регистрация исчезновения сверхпроводимости ведется по изменению сопротивления термочувствительного элемента, которое нарастает в широком диапазоне полей, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ измерения температуры, заключающийся в том, что на размещенный в контролируемой среде образец из сверхпроводящего материала первого рода, являющийся термочувствительным элементом, воздействуют монотонно изменяющимся магнитным полем и магнитным полем колебательного контура, измеряют величину напряженности критического магнитного поля в момент перехода материала образца из сверхпроводящего в нормальное состояние, а температуру среды определяют по значению этой напряженности, Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокая точность, связанная с невозможностью точногб определения значения магнитного поля, разрушающего сверхпроводящее состояние.
Целью изобретения является повышение точности способа. Одновременно достигается дополнительный положительный эффект, заключающийся в уменьLUpнии массы образца, что позволчет использовагь
55 способ при измерении температуры малых обьемов.
Цель достигается тем, что в известном способе, включающем помещение в контролируемую среду образца из сверхпроводящего материала, воздействие на него монотонно изменяющимся магнитным полем и магнитным полем колебательного контура, измерение величины критического магнитного поля в момент перехода материала образца из сверхпроводящего в нормальное состояние и определение температуры среды по значению этой напряженности, согласно формуле изобретения, на образец дополнительно воздействуют переменным магнитным полем с амплитудой, более чем на порядок меньшей напряженности монотонно изменяющегося магнитного поля, и с частотой, более чем на порядок меньшей резонансной частоты колебательного контура, а измерение величины критического магнитного поля осуществляют при достижении нулевой скорости изменения добротности колебательного контура, Регистрация скорости изменения добротности резонатора по магнитному полю производилась при следующих значениях параметров: СВЧ-мощность на входе резонатора †1 мВт, резонансная частота резонатора — 9,45 ГГц, частота переменного магнитного поля — 100 кГц, амплитуда переменного магнитного поля — 1 Э, область изменения постоянного магнитного поля
="100 Э коэффициент усиления усилителя—
6,3 10, Способ осуществлялся с использованием в качестве термочувствительного элемента шарика из олова диаметром 1,2 мм, который через отверстие в криостате помещался в измерительную среду с низкой температурой, находящуюся в пучности магнитной составляющей СВЧ-поля в резонаторе, Возможно использование термочувствительного элемента и другой геометрической формы. Олово, как известно, имеет температуру сверхпроводящего перехода Т = 3,72 К, а критическое магнитное поле при абсолютном нуле Нсо = 304,5
Э, Среда охлаждалась до температуры ниже температуры сверхпроводящего перехода прокачкой жидкого галия. Требуемая зависимость регистрировалась с помощью самописца. Несколько таких зависимостей представлены на фиг.1, Видно, что при переходе термочувствительного элемента в нормальное состояние зависимость производной добротности от магнитного поля исчезает, и напряженность такого поля легко определить по фиг,1. По значению магнит1779137
20 ного поля из фиг.2 легко определить значение температуры гелия для каждой зависимости. Для зависимостей, представленных на фиг,1, эти температуры имеют следующие значения: T> = 3,66 К, То = 3,64 К, TB = 5
=3,61 К, Тг = 3,57 К, Тд = 3,5 К, Тж = 3,49 К.
Реализация способа для радиочастотного контура с сосредоточенными параметрами не имеет никаких принципиальных отличий от реализации способа с помощью 10 объемного резонатора. Отличие заключается лишь в использовании другого приспособления — стандартного радиочастотного контура. Большое отношение сигнал/шум (порядка 10 ), полученное при реализации 15
4 способа с помощью объемного резонатора, позволяет повысить точность измерения, так как добротность объемного резонатора
Формула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИОГЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ, заключающийся в том, что на размещенный в контролируе- 25 мой среде образец из сверхпроводящего материала воздействуют монотонно изменяющимся магнитным полем и магнитным полем колебательного контура, измеряют величину напряженности критического 30 магнитного поля в момент перехода материала образца из сверхпроводящего в нормальное состояние, а температуру среды определяют по значению этой напряженна 1 — 2 порядка выше добротности радиочастотного контура.
Предлагаемый способ можно применять для измерения температуры среды малого объема (в реализованном варианте— около 0,5 см ), куда невозможно завести контактные провода из-за искажения поля
СВЧ-резонатора и сильного теплоподвода этих проводов, Кроме того, этот способ можно применять для измерения сверхнизких температур, при которых теплоемкость среды становится очень малой, и любой, даже слабый теплоподвод, приведет к существенному изменению температуры. (56) Авторское свидетельство СССР
N 1216676, кл. G 01 К 7/36, 1984.
Заявка ФРГ N - 2929019, кл, G 01 К 7/36, 1981, ности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, на образец дополнительно воздействуют переменным магнитным полем с амплитудой, более чем на порядок меньшей напряженности монотонно изменяющегося магнитного поля, и с частотой, более чем на порядок меньшей резонансной частоты колебательного контура, а измерение величины напряженности критического магнитного поля осуществляют по достижении нулевой скорости изменения добротности колебательного контура, 1779137
4о тк!
Фие,Л
Составитель Н.Соловьева
Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп
Редактор
Заказ 3354
Тираж Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
