DE4027481C2 - Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen der Temperatur eines Supraleiters und/oder von Änderungen des diesen Supraleiter umgebenden Magnetfelds - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen der Temperatur eines von einem elektrischen Strom durchflossenen ersten Supraleiters und/oder von Änderungen des diesen ersten Supraleiter umgebenden Magnetfelds mittels wenig­ stens eines mit diesem ersten Supraleiter in körperlichem Kontakt stehenden Sensorleiters, der wenigstens einen gegenüber diesem ersten Supraleiter bei Supraleittemperaturen elektrisch isolierten zweiten Supraleiter aufweist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist nach der US-PS 3 579 035 be­ kannt. Bei dieser Vorrichtung ist der zweite Supraleiter durch Parallelschaltung von dem ersten Supraleiter abgezweigt und bildet mit einem Sensor einen Kreis, in dem keine gesonderte Stromquelle liegt. Der Strom in dem Kreis ist daher, soweit es eine Stromquelle betrifft, allein von einer Stromquelle ab­ hängig, die mit dem ersten Supraleiter in einem Kreis liegt. Der Strom, der den zweiten Supraleiter durchfließt, ist daher in jedem Fall abhängig von dem Strom, der den ersten Supralei­ ter durchfließt.

Aus der EP-0 363 181 A2 ist ein Supraleiter bekannt, der aus einem Pulver von Y₂O₃, BaCO₃ und CuO im Mengenverhältnis Y, Ba und Cu 1 : 2 : 3 gebildet ist.

Es ist bekannt, daß Supraleiter - jeweils von ihrer Zusammen­ setzung abhängig - unterhalb eines kritischen Stroms, einer kritischen Temperatur und eines kritischen Magnetfelds betrie­ ben werden müssen. Wenn die Stärke des Magnetfelds, das einen stromführenden Supraleiter umgibt, den kritischen Wert über­ steigt, verliert der Supraleiter abrupt seine Supraleitfähig­ keit und wird normalleitend. Wenn seine Umgebungstemperatur den kritischen Wert übersteigt, verliert er ebenso abrupt seine Supraleitfähigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung eingangs genann­ ter Art anzugeben, die Änderungen der Temperaturen des von dem elektrischen Strom durchflossenen ersten Supraleiters und/oder von Änderungen des diesen ersten Supraleiter umgebenden Magnet­ felds möglichst rasch erfassen kann, um die Möglichkeit einer Steuerung dieser Größen zu bieten, die zu einem Verlust der Supraleitfähigkeit des ersten Supraleiters führen können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung ausgehend von den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kritische Temperatur und das kritische Ma­ gnetfeld des zweiten Supraleiters nicht größer als die kri­ tische Temperatur und das kritische Magnetfeld des ersten Supraleiters sind und daß der Sensorleiter in einem Kreis liegt, in dem sich eine Stromquelle befindet, die in dem zwei­ ten Supraleiter, wenn dieser im supraleitenden Zustand ist, einen Strom vorgegebener Stärke fließen läßt, und in dem sich ein Detektor befindet, der bei einem Übergang des zweiten Supraleiters in den normalleitenden Zustand auf einen sich daraus ergebenden Abfall dieses Stroms anspricht.

Schließlich umfaßt die Erfindung Verwendungstechniken, die bis her nur zur Herstellung umhüllter Leitelemente von Widerstandsheizern oder Thermoelementen angewendet wurden. Durch einzigartiges Anpassen dersel­ ben zur Herstellung von Supraleitern werden die höchsterwünschten und gesuchten Resultate der Erfindung erreicht.

Die Sensorleiterstruktur ist gekennzeichnet durch einen Kern aus supraleitendem Material, einem umgebenden Körper aus isolieren­ dem Material und eine äußere Umhüllung aus verformbarem Material, welches den isolierenden Körper umgibt, um strukturelle Festigkeit und Zusammenhalt vorzusehen. Das supraleitende Material ist gekennzeichnet durch eine kritische Temperatur und ein kritisches Magnetfeld, welche eine Änderung dessen supraleitenden Status′ in Antwort auf Änderungen dessen Umgebungstemperatur und des Magnetfelds bewirken, bevor solche Änderungen auf einen stromführenden Supraleiter signifikant wirken, mit dem es zur Verwendung zusammengesetzt ist.

Eine Sensoranordnung umfaßt einen relativ kleinen und leichtgewichtigen supraleitenden Sensorleiter, dessen primärer Zweck und Bauweise es nicht ist, hohe Stromlasten zu führen, mit geringer oder gar keiner Nebenschlußfähigkeit, der in enger Nähe zu einem starkstromfüh­ renden Supraleiter angeordnet ist. Eine elektrische Stromquelle ist angeschlossen; um einen elektrischen Stromfluß relativ geringer Energie zwischen den Enden des Sensorleiters in einer bekannten Weise vorzusehen (oder ein Spannungsmeßgerät könnte daher als Ersatz dienen). Weiterhin wird eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, um den elektrischen Stromfluß durch den Sensorleiter zu überwachen, um Änderungen darin zu erfassen, die Anzeiger von Änderungen der kritischen Parameter in der Umgebung der Anordnung sind.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann unter Bezug auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine teilweise Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen herkömmlichen supraleitenden Thermoelementkabels beim Herstellungsvor­ gang unter Verwendung eines Formstückes gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 zeigt eine teilweise Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen erfindungsgemäßen Sensorkabels beim Herstellungsvorgang unter Verwendung eines Formstücks;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorkabelanordnung, die einen stromführenden Supraleiter umhüllt und einem erfindungsgemäßen Sensorschaltkreis zugeordnet ist;

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung der Erfindung unter Verwendung einer Vielzahl unabhängiger supraleitender Sensoren, die entlang eines stromführenden Supraleiters mit Zuordnung einer dünnen filmartigen Leiterbahn angeordnet sind, die an der äußeren Umhüllung des stromführenden Leiters gebildet ist.

In Fig. 1 erkennt man ein konventionelles Stück von umhülltem und isoliertem Thermoelementkabel 10 mit einem Paar Leitungsdrähten 14, 16 mit Abstand voneinander, die in Abstand voneinander durch und innerhalb eines Körpers aus verpreßtem Isoliermaterial gehalten sind, das inner­ halb einer äußeren Umhüllung 12 enthalten ist. Die Leiter 14, 16 zur Verwendung an Thermoelementen sind aus unterschiedlichen Metallen wie etwa Alumel und Chromel gebildet, während der Isolierkörper aus jedem geeigneten verdichtbaren konventionellen Material wie etwa granulärem Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid gebildet sein kann. Die äußere Umhül­ lung 12 ist typischerweise aus einem verformbaren Metall wie etwa Kupfer gebildet, die anfänglich einen größeren Durchmesser als der des fertig­ gestellten Kabels hat, um das Einsetzen und Ausrichten der Leiter 14, 16 und das Füllen und Verdichten des Isoliermaterials zu erleichtern. Bei der herkömmlichen Herstellung derartiger Kabel wird, nachdem die Leiter 14, 16 und das Isoliermaterial eingesetzt sind, der anfängliche größere Durchmesser der Umhüllung durch Ziehen der zusammengesetzten Anordnung durch ein oder mehrere "reduzierende" oder "ziehende" Formmittel redu­ ziert, welches in Fig. 1 mit 18 bezeichnet ist. Das aus dem Formmittel 18 austretende Material ist ein fertiggestelltes Kabel oder ein Leiter 30 mit vorbestimmtem und erwünschtem Durchmesser (Fig. 1).

Mit einigen Änderungen, welche vom Fachmann leicht zu erkennen sind, wurden die im vorhergehenden Absatz beschriebenen Kabelformungstechniken nach dem Stand der Technik für Kabel oder Leiter für elektrische Heizelemente von Öfen oder Heißwasserbereitern angewendet, wobei der eingesetzte Leitungsdraht ein Widerstandselement ist, welches mit Abstand zu sich selbst und der äußeren Schutzhülle durch einen Körper aus verdichtetem isolierendem Füllmaterial gehalten ist.

In der vorliegenden Erfindung werden diese Herstellungstechniken zur Herstellung eines Sensorkabels zum Erfassen der Temperatur und des Magnetfelds, die einen Supraleiter umgeben, angewendet. Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt ein derartiges Sensorkabel einen geeigneten Kern 40 aus supraleitendem Material, das ursprünglich die Form einer Stange oder von Partikeln haben kann. Der Kern 40 kann umgeben und getragen werden von einem Körper aus verdichtbarem Isoliermaterial 44, das aus jedem geeigneten Material, wie etwa Silber, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen bestehen kann. In dem Fall einer Supraleitersensorkonstruk­ tion kann 44 entweder ein elektrischer Leiter oder ein elektrischer Isolator sein. In dem Fall einer Heiz- oder Thermoelementkonstruktion muß 44 ein elektrischer Isolator sein.

Die Erfindung paßt diese Technik der Herstellung von Supraleitern an, wobei wie in Fig. 2 dargestellt geeignetes partikelförmiges, nicht­ partikelförmiges, kristallines oder faseriges supraleitendes Material 40 mit biegsamen oder spröden Eigenschaften innerhalb einer äußeren Umhüllung 42 aus Metall enthalten ist. Das supraleitende Material mit oder ohne einer verdichtbaren Isolierschicht 44 kann leicht in jede Länge der Röhre 42 größeren Durchmessers gefüllt werdend wie zum Beispiel in ein relativ großes Rohr mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 Inch) und anschließend durch Formmittel wie bei 18 gezogen werden, um dessen Durchmesser zu reduzieren und um den umhüllten oder umkleideten Supraleiter erheblich zu strecken. Dem Ziehen und Reduzieren können in bekannter Weise geeignete Temperschritte zugeordnet sein, um den Form­ durchgang des Umhüllungsmetalls zu erleichtern.

Ein äußeres Umhüllungsteil 42 aus Kupfer oder einem anderem geeigneten verformbaren Material wie rostfreiem Stahl enthält den Kern und die Isolierung und sieht einen strukturellen Zusammenhalt und physischen Träger für das zusammengesetzte Sensorkabel vor. Ein in dieser Weise hergestelltes Sensorkabel kann nach unten durch eine oder mehrere Zugformstücke wie etwa 18 in Fig. 2 gezogen werden, und wie oben erwähnt zu jeder geeigneten und gewünschten Größe dünnen und feinen Drahtes gezogen werden. Ein derartiges supraleitendes Sensorkabel wird schnell und empfindlich auf Änderungen der umgebenden Temperatur- und Magnetfeldstärkebedingungen reagieren.

Bei der weiteren Anwendung dieser Technik wird, um einen supraleitenden Draht zur Verwendung als Sensoren zu bilden, das supraleitende Material in Stangen- oder in Partikelform von einer Isolierschicht umgeben. Geeignete Materialien für die Isolierschicht umfassen Silber, Magnesium­ oxid, Aluminiumoxid (verdichtbare Materialien); Teflon, Peak (nichtverdichtbare Materialien); oder ähnliche Materialien. Eine äußere Umhüllungsschicht aus Kupfer oder einem anderen verformbaren Material wird verwendet, um den Kern und die Isolierschicht zu aufzunehmen. Die Isolierschicht schützt nicht nur das supraleitende Material vor den Wirkungen von Wasserdampf, Sauerstoff und atmosphärischen Verunreinigun­ gen, sondern hält auch den Supraleiter während der Reduzierung und allen notwendigen Erwärmungs/Temper/Sinter-Prozessen durch die äußere Schutz/Trageschicht frei von Verunreinigungen.

Wenn eine verdichtbare Isolierschicht verwendet wird, kann der Sensor zusammengesetzt werden, wobei der Kern aus supraleitendem Material mit der verdichtbaren Isolierung durch eine Umhüllung umgeben und dann mittels Durchtritt durch eine Folge von reduzierenden Formstücken der Durchmesserreduzierung unterworfen wird. Wenn eine nicht-verdichtbare Isolierschicht verwendet wird, kann der Sensor zusammengesetzt werden, wobei zuerst der Kerndurchmesser des supraleitenden Materials mittels Durchtritt durch eine Serie von reduzierenden Formstücken verringert wird. Der supraleitende Kerndraht wird dann mit der nicht-verdichtbaren Isolierschicht beschichtet und in einer Umhüllung angeordnet, die dann durch Ziehen durch ein Formstück einer Durchmesserverringerung unterwor­ fen wird, um die Umhüllung dicht auf den mit der Isolierschicht beschichteten supraleitenden Kerndraht aufzupassen. Wenn der supralei­ tende Kerndraht seinen eigenen Zusammenhalt erhält und flexible Eigen­ schaften zeigt, ist zur Verwendung als Sensor in beiden Fällen das Umfassen in einer äußeren Umhüllung nicht notwendig.

Geeignete Sensorkabel können beispielsweise gemäß der folgenden Bei­ spiele und Anmerkungen hergestellt werden.

Beispiel 1

30,48 cm (1 Fuß) eines Cu/Nn47%Ti supraleitenden Materials mit einem Außendurchmesser von 5,994 mm (0,236 Inch) wird durch eine Serie von 45 Formstücken mit einer jeweiligen 15% Reduktion zu einer Endgröße von 0,16 mm (0,0063 Inch) gezogen. Dieser Draht wird durch eine Plastikex­ trusionsmaschine geführt und eine 0,0762 mm (3 mil)-Beschichtung aus Teflon wird auf dem Draht abgelegt. 60,96 m (200 Fuß) dieses Drahtes werden zu einer Schleife von 30,48 m (100 Fuß) Länge geformt. Diese Drahtschleife wird dann innerhalb eines Kupferrohrs mit einem Außen­ durchmesser von 0,127 mm (0,05 Inch) und einer Wanddicke von 0,089 mm (0,0035 Inch) mit einer Länge von etwa 24,38 m (80 Fuß) angeordnet. Die kombinierte Schleife und die Kupferumhüllung wird in zwei Zügen auf einen Durchmesser von 1,016 mm (0,04 Inch) heruntergezogen, im ersten Formstück auf 1,092 mm (0,043 Inch) und im zweiten Formstück auf 1,016 mm (0,04 Inch) bei einer endgültigen Länge von 30,48 m (100 Fuß). Die Kupferumhüllung wurde am Schleifenende des mit Teflon beschichteten Supraleiters dicht verschweißt.

Beispiel 2

Ein 30,48 cm (1 Fuß) langes Silberrohr mit einem Außendurchmesser von 4,75 mm (0,187 Inch) mit einer Wanddicke von 0,508 mm (0,02 Inch) mit einem durch Schweißen verschlossenem Ende wird mit partikulärem (2-5 Micrometer) YBa₂CU₃O_7-x (123) gefüllt. Das offene Ende des Rohres wird durch Knicken verschlossen und das Rohr wird dann in einem 30,48 cm (1 Fuß) langen Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 6,35 mm (0,25 Inch) und einem Innendurchmesser von 4,826 mm (0,19 Inch) angeordnet, dessen eines Ende durch Schweißen verschlossen ist. Das Silberrohr wird mit dem verschweißten Ende zuerst eingesetzt. Das Kupferrohr wird dann durch Klemmen verschlossen. Die zusammengesetzten Rohre werden dann unter Verwendung von 46 Formstücken mit einer 15% Reduktion bei Durchlaufen jedes Formstücks auf einen Außendurchmesser von 0,152 mm (0,006 Inch) gezogen. Ein 60,96 m (200 Fuß) langer Abschnitt des zusammengesetzten Kupfer- und Silberrohres mit dem partikulären YBa₂CU₃O_7-x wird zur Bildung eines Abschnitts von 30,48 m (100 Fuß) zu einer Schleife geformt und dann auf Magnesiumoxidpellets von 50,8 mm (2 Inch) Länge mit 2 Löchern mit einem Außendurchmesser von 0,813 mm (0,032 Inch) und Löchern von 0,2032 mm (0,008 Inch) aufgefädelt. Der 30,48 m (100 Fuß) lange perlschnurartige Strang wird in ein Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 1,054 mm (0,0415 Inch) und einem Innendurchmesser von 0,864 mm (0,034 Inch) eingesetzt. Eine Länge von 152,4 mm (6 Inch) von massiven Magnesiumoxidpellets mit einem Außendurchmesser von 0,813 mm (0,032 Inch) wird gegen das Schleifenende der Anordnung eingesetzt. Das Rohr wird nun angespitzt, um das Ende für eine kurze Distanz zu verringern, damit es in ein Zugformstück mit 0,889 mm (0,035 Inch) paßt. Die Anordnung wird nun auf einen Außendurchmesser von 0,889 mm (0,035 Inch) gezogen. Die Anordnung wird von dem Schleifenende her innerhalb 12,7 mm (0,5 Inch) von der Schleife zurückgerichtet und dann wird das Rohr durch Schweißen verschlossen. Das gegenüberliegende Ende wird abgezogen, wodurch die 2 Leiterenden verbleiben, die sich wenigstens 76,2 mm (3 Inch) jenseits des Rohrendes für die elektrischen Verbindun­ gen erstrecken. Die Anordnung wird nun durch einen Glühofen bei 510°C (950° Fahrenheit) gezogen, etwas unterhalb des Schmelzpunktes des Silberrohrs von 515,5°C (960°F), um das YBa₂CU₃O_7-x-Pulver zu sintern.

Die Reduktion kann von 400 bis zu etwa 10.000 Mal erfolgen, wodurch ein drahtähnlicher Supraleiter von 0,254 mm (0,01′′) erzeugt wird. Selbst­ verständlich können auch andere dünne Durchmesser erreicht werden. Jedoch wird durch Verwendung der Füllungs- und Reduzierungsschritte eine stark vereinfachte Herstellung erreicht. Es ist ebenfalls wichtig, daß das nunmehr umhüllte supraleitende Material vor der Umgebungsatmosphäre vor und bei der Verwendung geschützt ist, wodurch eine Verschlechterung des Materials oder ein Angriff darauf ausgeschlossen ist.

Hierdurch erlaubt die sehr dünne leitende metallische Umhüllung ein Abkühlen und Suprakühlen des supraleitenden Materials bei dessen Verwen­ dung.

Es wird dargestellt, daß mit dem reduzierenden Ziehen durch Formstücke bis zu 10.000 Mal enorme Längen supraleitenden Drahts erhalten werden. Weiterhin hat dessen tatsächliche Dicke durch den Vorzug der supralei­ tenden im wesentlichen widerstandsfreien Charakteristik für die ins Auge gefaßten Zwecke nicht die zum Beispiel elektrischen Heizelementen oder Widerständen innewohnenden kritischen Eigenschaften.

Die zu umhüllenden und zu streckenden besonderen supraleitenden Materia­ lien sind für das erfindungsgemäße Konzept nicht kritisch, anders als an die ins Auge gefaßten Umhüllungs-füllenden und kompaktierend/streckenden oder Dünnfilmablagerungstechniken angepaßbar zu sein. Somit können zum Beispiel die durch diese Erfindung handhabbaren supraleitenden Materia­ lien solche umfassen, die bei niedrigen Temperaturen, wie etwa bei der von flüssigem Helium (4,2K), bis zu hohen Temperaturen gleich oder oberhalb der von flüssigem Stickstoff (90K) arbeiten. Solche Materialien umfassen Niob-Zinn und Niob-Titan-Verbindungen (4,2K) in Faserform oder anderer Form, NB₃Ge (23K), gesinterte Oxide von La-Ba-Cu-O (30K), Perowskite (35K), A₁B₁Cu₃O₇ und (A_xB_1-x)CO₄, wobei A Elemente von seltenen Erdmetallen oder Yttrium und B Erdalkalielemente wie etwa Ca, Sr, und Ba darstellt, Y₁Ba₂Cu₃O_x mit x nahe bei 7 (91K), K₂N₁F₄ und keramische Verbindungen mit Wismuth und Thallium (125K).

Wenn ein geeignet dünnes und empfindliches Sensorkabel in enger Nach­ barschaft zu einem stromführenden supraleitenden Kabel mit elektrischen Schaltkreis- und Signalmitteln des hier beschriebenen und in Fig. 3 dargestellen Typs zusammengesetzt wird, wird das Sensorkabel leicht auf Änderungen der Temperatur und der Magnetfeldbedingungen in der Umgebung reagieren, die den stromführenden Supraleiter umgeben, und wird Anzeigen für solche Änderungen in der folgenden Weise vorsehen:

Ein Sensorkabel 51 (Fig. 3) mit einer kritischen Temperatur und einem kritischen Magnetfeld gleich oder niedriger als diejenigen des stromfüh­ renden Supraleiterkabels, mit dem es zusammengesetzt ist, ist in enger paralleler und im wesentlichen gleicherstreckender Nähe mit einem stromführenden supraleitenden Kabel 55 zusammengesetzt. Der Sensor 51 kann ein einzelnes Leiterkabel sein, das angeordnet ist, um eine im wesentlichen kontinuierliche Schleife zu bilden, die sich von einer ersten Stelle 61 auf dem Supraleiter 55 zu einer davon entfernten zweiten Stelle 63 erstreckt und dann zu der ersten Stelle 61 zurück­ kehrt, so daß die Endstücke 62, 64 an den entgegengesetzten Enden des Sensors 51 beide für elektrische Verbindungen an der ersten Stelle zugänglich sind.

Eine elektrische Sensor/Detektoranordnung gemäß der Erfindung umfaßt Stromversorgungsmittel 60 zur Errichtung eines elektrischen Stromflusses bekannter Höhe in dem Sensorkabel 51, das in supraleitender Weise in Betrieb ist. Als ein Ergebnis dieser Anordnung werden Änderungen des elektrischen Widerstandes des supraleitenden Sensors, die durch Verän­ derungen der Temperatur oder der Magnetfeldstärke in der unmittelbaren Umgebung des Sensors und des stromführenden Supraleiterkabels, mit dem es zusammengesetzt ist, verursacht sind, den bekannten Stromfluß in dem Sensor von seinem vorbestimmten Wert verändern, und dies wird eine Anzeige vorsehen, daß Änderungen in der Umgebung stattgefunden haben. Der Stromfluß und die Änderungen darin können durch jede geeignete Meß/Erfassungseinrichtung 65 geeigneter Empfindlichkeit wie etwa ein Digitalamperemeter bekannter Bauart angezeigt werden. In ähnlicher Weise kann die Stromversorgung 60, die den bekannten Stromfluß vorsieht, durch jede im Handel erhältliche geregelte Stromversorgungseinheit bekannter Bauart vorgesehen werden. In der Hauptsache wird das Sensorkabel 51 entweder einen Stromfluß erlauben, weil es bei seiner supraleitenden kritischen Temperatur oder dem Magnetfeld in Betrieb ist, oder es wird kein Strom fließen, weil das supraleitende Kabel dem Stromfluß außerhalb der kritischen Temperatur und des Magnetfelds vollständig widersteht. Als eine Variante davon können die Endstücke 62 und 63 des Sensorkabels 51 an verschiedenen Punkten entlang des stromführenden Supraleiters 55 angeordnet werden.

In Fig. 4 ist ein stromführender Supraleiter 101 mit einem dünnen Film aus herkömmlichem Leitermaterial 102 dargestellt, das eine streifenför­ mige Leiterbahn entlang der äußeren Umhüllung 104 begrenzt. Die Bahn 102 kann leicht durch wohlbekannte Auflege- oder filmbildende Techniken hergestellt werden, wie sie etwa bei gedruckten Leiterplatten weithin verwendet werden. Auf der Oberfläche der Bahn 102 sind in Intervallen entlang ihrer Länge Streifen aus supraleitendem Material 106 angeordnet, die durch ähnliche Techniken geformt und aufgelegt werden können. Jeder Streifen ist elektrisch mit der Bahn 102 an einer vorgegebenen Stelle wie etwa 108 verbunden, und eine Mehrzahl von herkömmlichen Leitungs­ drähten 112 Ist mit den Streifen 106 an einer separaten Stelle 110 auf jedem Streifen verbunden. Eine Stromversorgung 114 wird angeschlossen, um einen elektrischen Stromfluß durch die Streifen durch Mittel der Bahn 102 und der Leiter 112 einzurichten. Insbesondere ist ein Anschluß der Stromversorgung 114 mit der Bahn verbunden, und der andere Anschluß ist in Reihe durch eine Detektoreinrichtung 116 und einen Serienschalter 118 mit den Leitungen 112 verbunden. Wie oben beschrieben, wird das Erfassungsmittel 116 in Abhängigkeit von der Position des Schalters 118 Änderungen des Stromflusses durch jeden supraleitenden Streifen 106 anzeigen. Für eine derartige Anordnung wird der Widerstand der Streifen 106 unter normalen Umgebungsbedingungen sehr gering sein und der vorbestimmte Stromfluß wird unverändert bleiben. Wenn die Temperatur oder das Magnetfeld in der Umgebung die kritischen Werte für die Streifen 118 überschreitet, wird einer oder mehrere davon seine supra­ leitende Fähigkeit verlieren, wodurch sein Widerstand ansteigt und "unendlich" erreicht, was die Stelle der Abweichung durch Mittel eines Signals von der Stromflußerfassungseinrichtung 116 und der Position des Schalters 118 anzeigt. Sowohl der Schalter 118 als auch die Erfassungs­ einrichtung 116 können jede geeignete im Handel erhältliche Einrichtung sein, von denen verschieden Ausführungsformen existieren.

Obwohl die besondere Ausführung dieser Erfindung somit weithin beschrie­ ben ist, so wird der Fachmann leicht erkennen, daß viele andere oder verschiedene Anordnungen innerhalb des Rahmens der Erfindung im Licht dieser Bekanntgabe möglich sind, wie zum Beispiel eine Anordnung, bei der ein einzelner Leitersensor sich von einer ersten Stelle auf dem stromführenden Supraleiter erstreckt und an einer zweiten weiter ent­ fernten Stelle endet, wobei der vorbestimmte bekannte Strom angelegt wird, so daß er von der ersten Stelle durch den Sensor zu einem Masseanschluß an dem Endstück des Sensorkabels an einer entfernten Stelle fließt.

In noch einer anderen Ausführung der Sensoranordnung kann das Sensorka­ bel ein Paar von derartigen Leitern umfassen, die elektrisch voneinander isoliert sind, jedoch in einer gemeinsamen äußeren Umhüllung nach Art von verschiedenen Thermoelementdrähten enthalten sind, wie in der Abbildung von Fig. 1 des Standes der Technik gezeigt. Ein derartiger Sensor würde sich entlang eines stromführenden Supraleiters von einer ersten Stelle in der schon beschriebenen Art erstrecken, und die derartigen Leiter würden miteinander an einem Ende des Sensors elektrisch verbunden werden, so daß ein kontinuierlicher elektrischer Pfad sich durch das Leiterpaar erstrecken würde, der durch einen der Leiter in einer Richtung entlang des Supraleiters verlaufen und durch den anderen Leiter der anderen Richtung nach Art der in Verbindung mit Fig. 3 oben beschriebenen kontinuierlichen Schleife zurück führen würde. Elektrische Verbindungen zu einer derart gebildeten Sensorschleife würden sich nicht wesentlich von den Verbindungen und des Schaltkreises unterscheiden, der unter Bezug auf Fig. 3 vollständig beschrieben und dargestellt ist.

In einer weiteren Ausführung der Sensoranordnung kann das Sensorkabel einen Streifen aus flexiblem Isoliermaterial, auf dem es unter Verwen­ dung der Technik für gedruckte Schaltkreise aufgelegt ist, und einen Hauptstrom-führenden Leiter entlang der Länge des Streifens umfassen. Getrennte Anordnungen aus supraleitendem Material mit einer kritischen Temperatur und einem kritischen Magnetfeld gleich oder niedriger als die des stromführenden Leiters sind mit dem Sensor verbunden und entlang der Länge des Streifens mit Abstand gehalten. Einzelne Leiterdrähte verbin­ den jede Anordnung des supraleitenden Materials sowohl mit dem Haupt­ strom-führenden Leiter als auch mit einer Erfassungseinrichtung und einem Serienschalter.

Es soll herausgestellt sein, daß in einer Anordnung mit einem einzelnen stromführenden Supraleiter mehr als ein Sensor innerhalb des Rahmens der Erfindung angewendet werden kann. Die verschiedenen Sensoren können so hergestellt sein, daß sie sich entlang verschiedener Abschnitte der Länge eines solchen Supraleiters zu erstrecken, so daß jeder Sensor gesonderte Anzeigen der Zustände entlang verschiedener Abschnitte der Länge vorsieht. Weiterhin können sich die Vielzahl von Sensoren von einem im wesentlichen gemeinsamen Startpunkt aus über verschiedene Längen in überlappender Beziehung erstrecken, so daß die nahegelegene axiale Stelle einer Änderung der Umgebungsbedingungen entlang des supraleiten­ den Kabels bestimmt werden kann durch Feststellen, welche der überlap­ penden Sensoren geänderte Bedingungen anzeigen und welche nicht. Mittels eines mechanischen oder elektronischen Serienschaltmittels jeder bekannten und im Handel erhältlichen Bauart kann eine einzelne Über­ wachungs- und Anzeigeeinrichtung in einer aufgeteilten Beziehung zwi­ schen der Vielzahl von Sensoren durch momentanes Koppeln dieser mitein­ ander in einer vorbestimmten Reihenfolge verwendet werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen der Temperatur eines von einem elektrischen Strom durchflossenen ersten Supraleiters (55; 101) und/oder von Änderungen des diesen ersten Supraleiter (55; 101) umgebenden Magnetfelds mit­ tels wenigstens eines mit diesem ersten Supraleiter (55; 101) in körperlichem Kontakt stehenden Sensorleiters (51; 102, 106), der wenigstens einen gegenüber diesem ersten Supraleiter (55; 101) bei Supraleittemperaturen elektrisch isolierten zweiten Supraleiter (40, 106) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Temperatur und das kri­ tische Magnetfeld des zweiten Supraleiters (40, 106) nicht größer als die kritische Temperatur und das kritische Magnetfeld des ersten Supraleiters (55; 101) sind und daß der Sensorleiter (51; 102, 106) in einem Kreis (51, 60, 65; 102, 106, 114, 116, 118) liegt, in dem sich eine Stromquelle (60; 114) befindet, die in dem zweiten Supra­ leiter (51; 106), wenn dieser im supraleitenden Zustand ist, einen Strom vorgegebener Stärke fließen läßt, und in dem sich ein Detektor (65; 116) befindet, der bei einem Übergang des zweiten Supraleiters (51; 106) in den normal­ leitenden Zustand auf einen sich daraus ergebenden Abfall dieses Stroms anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorleiter (51) einen Kern (40) aus supraleitendem Material aufweist, der von einer Hülle (42) aus verform­ barem, bei Supraleittemperaturen elektrisch isolierendem Material umschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Kern (40) und der Hülle (42) eine Zwi­ schenschicht (44) aus verdichtbarem, bei Supraleittempera­ turen elektrisch isolierendem Material befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorleiter (102, 106) wenigstens eine Auftrags­ schicht aus dem zweiten Supraleiter (106) auf einer mit dem ersten Supraleiter (101) in körperlichem Kontakt ste­ henden Unterlagsschicht (102) aus verformbarem, normallei­ tendem, bei Supraleittemperaturen elektrisch isolierendem Material aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auftragsschicht aus dem zweiten Supra­ leiter (106) an einer ersten Stelle (108) mit der Unter­ lagsschicht (102) elektrisch kontaktiert ist und daß die Auftragsschicht aus dem zweiten Supraleiter (106) über eine zweite Stelle (110) und die Unterlagsschicht (102) über eine dritte Stelle in den die Stromquelle (114) und den Detektor (116) enthaltenden Kreis (102, 106, 114, 116, 118) zu schalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das verformbare, bei Supraleittemperaturen elek­ trisch isolierende Material aus Kupfer, Blei, Silber, Gold, Aluminium oder rostfreiem Stahl besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Supraleiter (40; 106) aus Niob-Zinn, Niob-Titan oder YBa₂Cu₃O_7-x besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtbare, bei Supraleittemperaturen elektrisch isolierende Material aus Teflon, Peak oder Silber besteht.