MgB2高温超导材料的烧制试验(精)

镁、硼混合物样品两端的电压。测量电流由 恒压源提供，电流的大小可由标准电阻R上 的电压U1的测量值得出，I=R/ U1。如果测量 得到了待测样品上的电压U2，则待测样品的 电阻为Rx= U2 /I =（U2/ U1）×R。在实验过 程中由于样品的电阻变化范围很大，如果只 用一个标准电阻，则会导致在一定范围内样 品电阻测量不准，所以实验中采用了多标准 电阻自动换档的方法来解决之一问题，换档 的标准则是由当前测得的样品电阻阻值的范 围而定的，并采用微机实现自动换档、记录 样品电阻的阻值。
电路设计：
温度测量电路：
引脚24
U1 op27g 1k
R22
+ -
+
C1 1000u 0
+ -
R21
3.01
U2 op27g
R7
R-VAR
0
R7
R-VAR
t
+
C2 1000u 0
• 热电偶产生的电压信号（炉温与室温
之差）经过电压跟随器（U1），330倍 的放大器（U2)，送入数据采集卡的第 24号引脚（channel 9）。放大器输出 电压为-10V—10V。对于铂—铂铑合金 电偶来讲，温度测量范围为0—1000摄 氏度。电路中没有对室温进行测量， 而是在测量程序中的室温窗口来输入 当前室温，再加上热电偶测得的温度 差来推断炉温。
样品电阻随温度的变化：
• 样品电阻随温度的变化图（整个升温过
程）：
样品电阻随温度变化图（升温过程 中620～680摄氏度的放大图）：
样品电阻随温度的变化（保温过 程）：
四引线法测量样品电阻：
• 样品电阻测量的原理电路如图所示：
恒压源
DC
标准电阻
R
样品 U2
U1
• 图中的U1、U2分别为标准电阻两端的电压，
电阻测量电路：
JR1 1
U1
2
4 3 U2
0
+ -
R15
U3 op27g
1k
R11
1k R12
1k
U5 op27g
+ -
JP2 R
R-VAR
R
R-VAR
R13
1k
1 2 3 4 5 6 7 8
0
U4 op27g
+ -
R13 R14 R
R-VAR 1k
1k
R17
+ -
1k
U6 op27g
R18
1k
R4
op27G 集成运放，实际电路中电压跟随器的输入 端在两端短接的情况下仍然存在 0.132mV 的输入 失调电压。且此时跟随器的输出电压为 0.186mV ， 这一电压与电偶产生的压差（起初大概是0.03mV 量级）相比太大，导致测量值与实际值偏差过大。 且运放本身的放大倍数也不十分稳定，会出现随 环境改变的现象，导致出现上述情况。
解决Biblioteka Baidu法 ：
•①
我们在原来电路的基础上将测温电路进行了 一下改进，采用了标准的精密仪器放大电路设计， 如图：
• 如此一来，经过调零电阻调节，已将运放
两端的输入失调电压降到了 0.08mV 左右， 但是相比于电偶的输出电压还是偏大，且 放大倍数不稳的现象仍然存在，但由于采 用了质量较好的标准电阻（ 1% ），偏差已 部分降低。
问题分析及解决：
1、测温功能中的问题： • 首先测量电路使用的电偶由于长期使用或其 他原因已损坏，与控温仪所用电偶在相同温 度时产生的电压已完全不同，加上数模转换 卡精度所限，故读不到数据。现已换为同一 个电偶，可以读到数据。
• 但是更换之后仍存在正负三十度左右的误差。 • 据分析，测温电路之中电压跟随器使用的是
MgB2高温超导材料的烧制试 验
试验人：辛天牧 马晖 指导老师：冯庆荣
试验目的：
• 改进MgB2高温超导材料的数据采集电路；
• 编写MgB2高温超导材料烧制试验的数据采
集程序。
仪器用具：
• • • • • • •
电阻-温度自动测量电路； K-812型模入接口卡； 微机； DTC-3A型可编程控温仪； 769YP-24B型粉末压片机； SK2-3-9K型管是电阻炉（3kW）； 纯度为99.8%的镁粉，纯度为99.999%的硼粉， 氩气。
R-VAR
8HEADER
+5v
0
•图为电阻测量电路。由U3、
U4组成的电压跟随器。使电
阻测量电路拥有较高的电阻。 U5为减法器，输出U1、U2的 电压差。U6输出U1、U2的电 压差的333倍。
存在的问题：
1. 在使用中发现，电路测得的温度值与控温 仪上读出的温度值总存在不小的误差，即起 初测量值一直为0，后突然增至60度左右，并 一直存在差距，使得实际上根本无法使用温 度读取功能得到的数据，而仍须由人工记录 温度值。 • 2. 在对测电阻电路的测试中发现，当从13k当 换到200欧姆档的时候，换档前后虽然外接标 准电阻阻值没变，测量值却会有大约 1k 的跃 变，导致在测得的电阻变化曲线上出现一段 反常的正斜率区间。
换档控制电路：
+5v
S1 U1
样品
VOFF=0.0V VON=1.0V S2 R9 3.3M
R1 1k
LED D1
2
Q1 QD14 0
JP1 1 2 3 4 5 6 7 8 0 8HEADER
R2 1k
LED D2
2
Q2 QD14 0
VOFF=0.0V VON=1.0V S3 R7 13K
R3 1k
铂—铂铑合金电偶随温度的的变化：
• 铂—铂铑合金电偶来讲，温度测量范围为0
～1000摄氏度； • 铂—铂铑合金电偶两端的电压随温度的变 化可近似表述为： -0.025595 × v 4+ 0.7405 × v 3- 8.7897 × v 2+ 142.53 × v+当前室温 ；
•
•
程序设计 电路设计
LED D3
2
Q3 QD14 0
VOFF=0.0V VON=1.0V S4 R8 200
R4 1k
LED D4
2
Q4 QD14 0
VOFF=0.0V VON=1.0V S5 R9 3.01
R5 1k
LED D5
2
Q5 QD14 0
VOFF=0.0V VON=1.0V
•图为换档电路。有数据采集
卡的第33，15，34，16，35 号引脚引入的TTL电平使三 级管导通，驱动继电器工作， 选择不同的通路测量JR1（样 品）中的电阻。
背景介绍：
• 简介：
自从2001年1月，Akimitsu及其同事宣布发现了二 元金属化合物MgB2具有在T=39K的超导电性。在 非氧化物和没有C60基底超导材料中，这个临界 温度已相当高了，超过了BCS理论所预测的临界 温度的上限。这一发现激起了人们在简单金属间 化合物中寻找更高临界温度超导体的兴趣。为了 探索MgB2的超导机理和基本物理性能，世界各地 的研究小组已经作了大量的研究工作。