The measurement system for magnetic and electric properties of high temperature superconductors

• Autorzy: Lisowski M. , Mosiądz M. , Kusik W.

Warianty tytułu

PL

System pomiarowy do badania właściwości magnetycznych i elektrycznych nadprzewodników wysokotemperaturowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Structure of the fully automated measurement system for electric and magnetic properties of high-temperature superconductors is described. Ac susceptibility, resistivity and critical current measurement channels are discussed. basic parameters and advantages of the system are presented.

PL

Ze względu na dużą ilość wykonywanych pomiarów właściwości nadprzewodników wysokotemperaturowych oraz ich czasochłonność stosuje się w pełni zautomatyzowane systemy pomiarowe, ułatwiające tego typu badania. Systemy te konstruowane są zarówno w jednostkach naukowo-badawczych, jak i przez komercyjne firmy zajmujące się produkcja specjalistycznego sprzętu pomiarowego do badań naukowych. Na ogół są to wąsko wyspecjalizowane systemy pomiarowe przeznaczone do specyficznych badań, ale budowane są też systemy wielozadaniowe, umożliwiające kompleksowy pomiar właściwości materiałów nadprzewodzących. Na Politechnice Wrocławskiej skonstruowano zautomatyzowany system pomiarowy umożliwiający badania właściwości magnetycznych i elektrycznych nadprzewodnikow wysokotemperaturowych. W skład tego systemu wchodzą podsystemy przeznaczone do pomiaru podatności magnetycznej, rezystywności i charakterystyki prądowo-napięciowej. Umożliwiają one wyznaczanie temperatury krytycznej i gęstości prądu krytycznego. Podsystem przenaczony do pomiarów charakterystyki temperaturowej podatności magnetycznej mierzy, za pomocą mikroprocesorowefgo mostka Hartshorna, zmiany induakcyjności wzajemnej czujnika, w którym znajduje się badana próbka. Mostek równoważy się w stanie pełnego nadprzewodnictwa. Następnie powoli zwieksza się temperaturę próbki i mierzy się nanowoltomierzem fazoczułym napięcie niezrównoważenia mostka. Kontrola i stabilizacja temperatury próbki, znajdującej się w komorze pomiarowej kriostatu przepływowego, odbywa się przy pomocy regulatora temperatury współpracującego z grzejnikiem i czujnikiem temperatury Pt-100. Temperaturę próbki mierzy się przy pomocy termopary Cu-Konst. Opisano budowę i zasadę działania systemu oraz przedstawiono analizę funkcji przetwarzania napięcia niezrównoważenia mostka na wartość podatności magnetycznej badanego materiału. System umożliwia również pomiary właściwości elektrycznych materiałów nadprzewodzących. Opisano budowę podsystemów przeznaczonych do wyznaczania temperatury krytycznej z pomiarów temperaturowej charakterystyki rezystywności materiału oraz gęstości prądu krytycznego z charakterystyki prądowo-napięciowej przy stałej temperaturze ciekłego azotu, niżej od temperatury krytycznej badanej próbki. Podano podstawowe parametry systemu i przykładowe wyniki ilustrujące jego działanie.

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 8, nr 4
• Strony: 321--336
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys.

Twórcy

autor

Lisowski M.

• Faculty of Electrical Engineering, Wrocław University of Technology

autor

Mosiądz M.

• Faculty of Electrical Engineering, Wrocław University of Technology

autor

Kusik W.

• Faculty of Electrical Engineering, Wrocław University of Technology

Bibliografia

• 1. LakeShore Cryotronics. Inc.: LakeShore Magnetic Measurement Catalogue, Westerville, Ohio, USA, 1999.
• 2. Quantum Design: PPMS - Physical Property Measurement System. USA, 1999.
• 3. Oxford Instruments: MagLabExa, Tubney Woods, Abingdon, Great Britain, 1998.
• 4. Oxford Instruments: MagLabVSC, Tubney Woods, Abingdon, Great Britain, 1998.
• 5. Abbess Instruments Inc.: www.abbess.com
• 6. Pitsakis M. N., Wang X.: Automated superconductor measurement system. Rev. Sci. Instr., Vol. 60, No. 1, 1989, p. 135.
• 7. Wnuk J. J., Eggenkamp P. J. T., Linden P. J. E., Steen H. J. L.: Automated system for resistance and critical current measurements. Rev. Sci. Instr., Vol. 62, No. 7, 1991, p. 1813.
• 8. Deutz A. F., Hulstman R., Kranenburg J.: Automatic mutual inductance bridge for accurate AC susceptibility measurements from 1.2 to 300K. Rev. Sci. Instr., Vol. 60, No. 1, 1989, p. 113.
• 9. Gadkari S. C., Gupta S. K.: An instrument for automatic measurements of critical current of superconductors in pulse mode. Rev. Sci. Instr., Vol. 70, No. 2, 1999, p. 1486.
• 10. Marhas M. K., Balakrishnan K., Ganesan V., Srinivasan R.: A fully automated precise electrical resistance measurement system. Rev. Sci. Instr., Vol. 67, No. 8, 1996, p. 2867.
• 11. Flores L. E., Noda C.: Automatic system for the direct and continuous measurement of the irreversibility line of high Tc superconductors. Rev. Sci. Instr.. Vol. 69, No. 10. 1998. p. 3634.
• 12. Bajpai A.. Banerjee A.: An automated susceptometer for the measurement of linear and nonlinear magnetic ac susceptibility. Rev. Sci. Instr., Vol. 68, No. 11, 1997, p. 4075
• 13. de Souza R. R., Magon C. J.: A moving coilac magnetic susceptometer. Rev. Sci. Instr., Vol. 69, No. 2, 1998, p. 431.
• 14. Magnusson J., Djurberg C., Granberg P., Nordblad P.: A low field superconducting interference device magnetometer for dynamic measurements. Rev. Sci. Instr., Vol. 68, No. 10, 1997, p. 3761.
• 15. Lisowski M.: Metrological analysis of ac susceptibility measurement. Metrologia i systemy pomiarowe, Vol. 3, 1995, II, p. 191.
• 16. Magnusson J., Djurberg C. D., Granberg P., Nordblad R: A low field superconducting quantum interference device magnetometer for dynamic measurements. Rev. Sci. Instr., Vol. 68, No. 10, 1997, p. 3761.
• 17. Zrubec V.: Theoretical sensitivity limits of the compensation method for magnetization characteristics measurement of HTC superconducting materials using LTc SQUID 2nd order gradiometer. Cryogenics, Vol. 39, 1999, p. 241.
• 18. Gotszalk R., Lisowski M.: Mutual inductance bridge for the measurement of superconducting transition temperatures and magnetic susceptibility. Rev. Sci. Instr., Vol. 58, No. 9, 1987, p. 1771.
• 19. Pereira R. F. R., Meyer E., Silveira M. F.: Simple technique for measuring the superconducting critical temperature of small samples. Rev. Sci. Instr., Vol. 54, No. 7, 1983, p. 899.
• 20. Soulen R. J., Scholey J. F., Evans G. A.: Simple instrumentation for the inductive detection of superconductivity. Rev. Sci. Instr., Vol. 44, No. 10, 1973, p. 1537.
• 21. Lisowski M.: Zmodyfikowany mostek Maxwella do pomiarów podatności magnetycznej w niskich temperaturach. Pomiary, Automatyka, Kontrola, No. 10, 1994, p. 225.
• 22. Astrov D. N., Pavlov V. A., Shkraba V. T.: Magnetic temperature scale in the 2K to 30K range. Metrologia, Vol. 12, No. 4, 1976, p. 143.
• 23. Cetas T. C., Swenson C. A.: A paramagnetic salt temperature scale 0.9 to 18K. Metrologia, Vol. 8, No. 2, 1972, p. 46.
• 24. Cetas T. C.: A magnetic temperature scale from 1 to 83K. Metrologia, Vol. 12, No. 1, 1976, p. 27.
• 25. Deutz A. F., Hultzman R., Kranzberg J.: Automatic mutual inductance bridge for accurate ac susceptibility measurements from 1.2 to 300K. Rev. Sci. Instr., Vol. 60, No. 1, 1989, p. 113.
• 26. Maxwell E.: Mutual inductance bridge for ac susceptibility measurements at low frequencies. Rev. Sci. Instr., Vol. 36, No. 4, 1965, p. 553.
• 27. Rusby R. I., Swenson C. A.: A new determination of the helium pressure scale using a CMN magnetic thermometer and the NPL-75 gas thermometer scale. Metrologia, Vol. 16, No. 11, 1980, p.73.
• 28. Whitmore S. C., Ryan S. R., Sandess T. M.: Mutual inductance bridge for low-temperature thermometry and susceptibility measurements. Rev. Sci. Instr., Vol. 49, 1978, p. 1579.
• 29. Lisowski M.: Metrological analysis of the modified Hartshorn bridges for ac susceptibility measurements at low temperatures. Metrologia i systemy pomiarowe, Vol. 4, 1995, II, p. 257.
• 30. Lisowski M., Nowak J., Kusik W., Chrapkiewicz Z.: System do badania właściwości magnetycznych nadprzewodników wysokotemperaturowych. IV Sympozjum Pomiarów Magnetycznych, Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej, Elektryka 31, 1994, p. 187.
• 31. Lisowski M.: A modification of Hartshorn bridge for application at measurement of low-temperature magnetic susceptibility. Pomiary, Automatyka, Kontrola, No. 10, 1996, p. 272.
• 32. SIEMENS: Microcomputer components. SAB 80C5J7/80C537 8-Bit CMOS Single Chip Microcontroller. User’s Manual. Siemens Semiconductor Group, Germany
• 33. Lisowski M., Nowak J.: Study of magnetic susceptibility processing in on increment of the total flux. Rev. Sci. Instr., Vol. 65, No. 9, 1994, p. 2929.
• 34. Kuryłowicz J.: Badania materiałów magnetycznych. WNT, Warszawa 1962.
• 35. Lisowski M., Nowak J.: Wyniki analizy pomiaru podatności magnetycznej metodą indukcyjną. Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej, Elektryka 31, Kielce 1994, p. 181.
• 36. Kusik W.: Analiza przetwarzania podatności magnetycznej nadprzewodzącej próbki walcowej. Praca doktorska, Wrocław 2001.
• 37. Lisowski M., Woźny L., Kusik W.: System do pomiaru rezystywności nadprzewodników wysokotemperaturowych. VIII Krajowa Konferencja Metrologii, Prace Nauk. Politechniki Warszawskiej, Konferencje 4, Warszawa 1985, p. 307.
• 38. Lisowski M., Woźny L., Kusik W.: System pomiarowy prądów krytycznych nadprzewodników wysokotemperaturowych. Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i EIektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej, no. 31, Konferencje 8, 1996, p. 153.
• 39. Woźny L.: Technologiczne uwarunkowania prądów krytycznych w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych. Rozprawa doktorska. Instytut Podstaw Elektrotechniki i EIektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1992.
• 40. Powell R. L., Clark A. F.: Definitions of terms for practical superconductors 2. Critical paramenters. Cryogenics, 18, 1978, p. 137.
• 41. Gomory F.: Characterization of high-temperature superconductors by AC susceptibility measurements. Supercond. Sci. Tech., Vol. 10, 1997, p. 523.