高温超导材料的特性测试和低温温度计实验报告

实验二十三：高温超导材料的特性测试和低温温度计
2016.12.29
一、实验数据记录
1.室温检测：
表1.室温检测数据表
2.低温温度计对比数据及超导转变曲线数据：
见下表
降温
U-pt/mV U-Si/V 温差电偶/mV 样品电压/mV T/K 样品电阻105.00 0.5417 5.570 0.148 283.15 0.0148 104.00 0.5480 5.477 0.146 280.70 0.0146 103.00 0.5545 5.382 0.144 278.25 0.0144 102.00 0.5610 5.288 0.143 275.80 0.0143 101.00 0.5674 5.195 0.142 273.35 0.0142 100.00 0.5740 5.101 0.141 270.90 0.0141
99.00 0.5803 5.011 0.140 268.44 0.0140
98.00 0.5870 4.921 0.139 265.99 0.0139
97.00 0.5940 4.829 0.138 263.54 0.0138
96.00 0.0000 4.742 0.137 261.09 0.0137
95.00 0.6064 4.649 0.136 258.64 0.0136
94.00 0.6131 4.564 0.135 256.19 0.0135
93.00 0.6195 4.480 0.133 253.73 0.0133
92.00 0.6265 4.389 0.132 251.28 0.0132
91.00 0.6330 4.304 0.131 248.83 0.0131
90.00 0.6394 4.220 0.130 246.38 0.0130
89.00 0.6465 4.134 0.128 243.93 0.0128 88.00 0.6530 4.047 0.127 241.48 0.0127 87.00 0.6600 3.966 0.126 239.03 0.0126 86.00 0.6668 3.881 0.125 236.57 0.0125 85.00 0.6736 3.797 0.123 234.12 0.0123 84.00 0.6807 3.717 0.122 231.67 0.0122 83.00 0.6876 3.634 0.121 229.22 0.0121 82.00 0.6943 3.554 0.120 226.77 0.0120 81.00 0.7010 3.474 0.119 224.32 0.0119 80.00 0.7075 3.396 0.118 221.86 0.0118 79.00 0.7143 3.320 0.116 219.41 0.0116 78.00 0.7211 3.243 0.115 216.96 0.0115 77.00 0.7276 3.171 0.114 214.51 0.0114 76.00 0.7346 3.094 0.113 212.06 0.0113 75.00 0.7410 3.020 0.112 209.61 0.0112 74.00 0.7478 2.946 0.110 207.15 0.0110 73.00 0.7545 2.874 0.109 204.70 0.0109 72.00 0.7607 2.808 0.108 202.25 0.0108 71.00 0.7660 2.748 0.107 199.80 0.0107 70.00 0.7727 2.677 0.105 197.35 0.0105 69.00 0.7794 2.607 0.104 194.90 0.0104 68.00 0.7860 2.534 0.103 192.44 0.0103 67.00 0.7928 2.463 0.102 189.99 0.0102 66.00 0.7998 2.390 0.100 187.54 0.0100 65.00 0.0000 2.318 0.099 185.09 0.0099 64.00 0.8130 2.242 0.098 182.64 0.0098 63.00 0.8192 2.176 0.097 180.19 0.0097 62.00 0.8237 2.130 0.096 177.74 0.0096 61.00 0.8290 2.076 0.095 175.28 0.0095 60.00 0.0000 2.022 0.094 172.83 0.0094 59.00 0.0000 1.960 0.093 170.38 0.0093 58.00 0.8503 1.929 0.092 167.93 0.0092 57.00 0.8567 1.865 0.091 165.48 0.0091 56.00 0.8621 1.802 0.090 163.03 0.0090 55.00 0.8680 1.751 0.088 160.57 0.0088 54.00 0.8748 1.695 0.086 158.12 0.0086 53.00 0.8815 1.623 0.085 155.67 0.0085 52.00 0.8882 1.558 0.084 153.22 0.0084 51.00 0.8949 1.490 0.083 150.77 0.0083 50.00 0.9019 1.429 0.081 148.32 0.0081 49.00 0.9095 1.359 0.080 145.86 0.0080 48.00 0.9157 1.298 0.079 143.41 0.0079 47.00 0.9219 1.245 0.078 140.96 0.0078
46.00 0.9276 1.191 0.077 138.51 0.0077 45.00 0.9334 1.136 0.076 136.06 0.0076 44.00 0.9390 1.084 0.075 133.61 0.0075 43.00 0.9447 1.032 0.074 131.15 0.0074 42.00 0.9509 0.985 0.073 128.70 0.0073 41.00 0.9566 0.929 0.072 126.25 0.0072 40.00 0.9622 0.877 0.071 123.80 0.0071 39.00 0.9655 0.832 0.070 121.35 0.0070 38.00 0.9713 0.802 0.069 118.90 0.0069 37.00 0.9766 0.753 0.068 116.45 0.0068 36.00 0.9820 0.708 0.067 113.99 0.0067 35.00 0.9871 0.663 0.065 111.54 0.0065 34.00 0.9920 0.621 0.064 109.09 0.0064 33.00 0.9999 0.534 0.063 106.64 0.0063 32.00 1.0093 0.457 0.062 104.19 0.0062 31.00 1.0135 0.408 0.059 101.74 0.0059 30.00 1.0196 0.362 0.055 99.28 0.0055 28.71 1.0271 0.051 96.12 0.0051 28.65 1.0275 . 0.048 95.97 0.0048 28.61 1.0278 0.046 95.88 0.0046 28.56 1.0288 0.042 95.75 0.0042 28.55 1.0281 0.040 95.73 0.0040 28.53 1.0283 0.037 95.68 0.0037 28.51 1.0282 0.034 95.63 0.0034 28.50 1.0283 0.031 95.61 0.0031 28.49 1.0285 0.024 95.58 0.0024 28.48 1.0285 0.020 95.56 0.0020 28.48 1.0285 0.016 95.56 0.0016 28.46 1.0286 0.013 95.51 0.0013 28.46 1.0286 0.010 95.51 0.0010 28.45 1.0287 0.008 95.48 0.0008 28.44 1.0287 0.005 95.46 0.0005 28.43 1.0287 0.003 95.43 0.0003 28.41 1.0288 0.001 95.39 0.0001 28.39 1.0289 0.000 95.34 0.0000
3.液氮沸点监测数据：
表2：液氮沸点监测数据
二、实验数据分析、处理和结论
1. 处理室温检测数据，给出三部分测量电路的电流、室温、室温下的超导样品的电阻：（1）电流：铂电阻：109.03mA
Si半导体电阻：100.00μA
样品电流：10.0165mA
（2）室温：
T=2.4516*109.03+25.736=293.03K
(3) 室温下，样品的电阻：
R=0.162/10.0165=0.0162Ω
2.处理低温温度计对比数据，作图给出对比结果，总结三种温度计的特点：
图1：Si电压-温度曲线
Y=-0.0026x+1.2798 R2= 0.9994
图2：温差电偶电压-温度曲线
线性拟合：Y=0.0279x-2.6711 R2=0.990
非线性拟合：Y=0.000057x2+0.0061x-0.75127 R2=0.9998
结论：由图1：Si半导体电压随着温度呈线性相关，且是负相关。

由图2：温差电偶与温度成正相关，在拟合过程中发现，二次拟合要比一次的拟合精确的多。

因此温差电偶电压应该与温度成二次关系。

比较两图一直，Si半导体的温敏线性较好，成的是线性关系，温差电偶电压与温度成二次关系，铂电阻R与T成线性关系。

3. 作图并用最小二乘法处理超导样品测量数据，给出转变温度。

图3：样品电阻-温度曲线
图4：样品电阻-温度电压（最小二乘法）
Y=0.000048x+0.00109 R-Square=0.9994
结论：由图3、4可知：随着温度下降，R首先以直线下降，在到达一定的温度时，斜率发生突变的点为转变温度。

对于高温时的数据进行线性拟合，其近似一条直线。

通过对于突变处的观察，突变温度约为103K。

4. 处理液氮沸点检测数据，给出液氮沸点，液氮温度下超导样品的电阻、三部分测量电
路的电流，与温室数据对比，评测系统的精确度和稳定性。

Pt 的电阻精确到：0.01mV 0.01mA
Si 半导体电阻精确到：0.0001V 0.01*10^-6A
超导样品精确到：0.001Mv 0.0001 Ma
温差电偶温度计精确到：0.001Mv
铂U最小28.39 mV ,I 最小为99.84mA ，绝对误差为0.04% 和0.01%
硅电压最小：0.5155mV 电流：100.01*10^-6A ，绝对误差为0.02% 和0.01% 样品的电流最小为10.0165mA ，绝对误差0.001%
所以数据中只有样品和电偶可以到0，所以整个系统的精度在于这两个数据的测量。

且系统较为灵敏。

稳定性：
I Pt=（100.30-99.84）/99.84=0.5%
I Si=（100.01-100.00）/100.00=0.01%
I样品=（10.173-10.165）/10.165=0.08%
由此可见系统稳定性较好。

三、实验收获
升温时：
曲线轮廓与降温基本一致，但转折点明显提前了，原来大致103K，而升温时大致80K。

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