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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender
Eigenschaften eines Supraleiters.
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Aus CRYOGENICS, Volume 23, April 1983, Nr.4, GUILDFORD, GB, Seiten
201 - 202, K. NOTO et al., "A temperature-variable sample rotating cryostat in high
magnetic fields", ist ein Kryostat bekannt, in dem eine Probe in einen
supraleitenden Zustand gebracht werden kann.
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Um einen supraleitenden Zustand in einem Supraleiter zu beobachten, wie zum
Beispiel das Phänomen, daß ein elektrischer Widerstand eines Supraleiters ab
einer Sprungtemperatur Tc oder einer darunterliegenden Temperatur null wird,
wurde herkömmlicherweise zur Kühlung des Supraleiters eine Kryopumpe oder
ein Kryostat, zum Anlegen eines konstanten Gleichstroms an den Supraleiter eine
Stromversorgungsquelle, und zum Messen einer in dem Supraleiter generierten
sehr kleinen Spannung ein Voltmeter eingesetzt.
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Weiter wurden zusätzlich zu der oben aufgeführten Vorrichtung eine
Stromversorgungsquelle zum Anlegen eines Gleichstroms an eine Spule, die ein
magnetisches Feld an den Supraleiter anlegt, und ein Stromstellglied eingesetzt, das den
an die Spule angelegten Strom verändern kann, um die Stärke ihres magnetischen
Feldes verändern zu können, damit der elektrische Widerstand des Supraleiters
gemessen werden kann, wenn an diesen ein magnetisches Feld angelegt wird.
Weiter sind die Stromversorgungsquelle, das Voltmeter und das Stromstellglied zur
Steuerung über eine GPIB Schnittstelle an einen Mikrocomputer angeschlossen,
der auch verschiedene Arten elektrischer Signale verarbeitet.
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Jedoch wird nach dem herkömmlichen Verfahren, den supraleitenden Zustand zu
beobachten, bei dem der Widerstand eines Supraleiters an der Sprungtemperatur
Tc null wird, und nach einem herkömmlichen Verfahren zur Messung der
Veränderung des elektrischen Widerstands des Supraleiters bei einem anliegenden
Magnetfeld eine großzügig bemessene Kühlanlage, eine Stromversorgungsquelle,
ein Spannungsmeßgerät und ein Stromstellglied separat benötigt. Weiter ist es
zur Steuerung dieser Vorrichtungen und zur Verarbeitung verschiedener Arten
elektrischer Signale nötig, diese über die GPIB Schnittstelle an den
Mikrocomputer anzuschließen. Dadurch ist das herkömmliche Verfahren zur Beobachtung
von supraleitenden Eigenschaften mit Hilfe einer Anzahl von Vorrichtungen nur
mit einem teueren Gesamtsystem durchzuführen und weiter ist es schwer, das
oben beschriebene System zum Beispiel zur Demonstration von supraleitenden
Eigenschaften zu benutzen.
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Es ist eine Vorrichtung zur Beobachtung des Meissner Effekts bekannt, in der ein
auf die Temperatur von flüssigem Nitrogen gekühlter Supraleiter kurzzeitig über
einem Permanentmagneten schwebt.
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Jedoch ist es für normale Menschen schwer, die oben erwähnten supraleitenden
Eigenschaften leicht zu beobachten, wie zum Beispiel den Meissner Effekt, da die
Vorrichtung zur Beobachtung des Meissner Effekts, die eine Kühlvorrichtung wie
zum Beispiel den Kryostaten und eine magnetische Spule enthält, sehr groß ist.
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Weiter ist zur Beobachtung supraleitender Eigenschaften ein Verfahren bekannt,
bei dem das supraleitende Bauteil, auf dem ein Paar Stromelektroden und ein
Paar Spannungselektroden gebildet wurden, in eine Kühlflüsslgkeit eingetaucht
wird, wie zum Beispiel in flüssiges Nitrogen. Nach diesem Verfahren kann die
Veränderung des elektrischen Widerstands des Supraleiters nicht an den jeweiligen
Temperaturen im Bereich von Zimmertemperatur bis zur Sprungtemperatur Tc
gemessen werden, da die Temperatur des supraleitenden Bauelements steil
abfällt. Außerdem kann die Temperatur des supraleitenden Bauelements nicht
genau gemessen werden, da es sehr schwer ist, dieses im thermischen Gleichgewicht
zu halten.
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Weiter ist es mit der oben erwähnten Vorrichtung zur Beobachtung des Meissner
Effekts unmöglich, das Schweben des Supraleiters, das durch den Meissner
Effekt hervorgerufen wird, für eine lange Zeit aufrechtzuerhalten, da die
Temperatur des Supraleiters für eine kurze Zeit ansteigt. Außerdem fällt die
Lichtdurchlässigkeit des Behälters, der den Supraleiter bei der Beobachtung der
supraleitenden Eigenschaften enthält, bei dem Entstehen von Eis oder Frost auf dem
Supraleiter und dem Behälter ab, wodurch die supraleitenden Eigenschaften nicht
klar beobachtet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der
supraleitende Eigenschaften eines Supraleiters beobachtet werden können, die
preiswert und einfach aufgebaut ist.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
mit der supraleitende Eigenschaften eines Supraleiters einfach beobachtet
werden können.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
die einfach aufgebaut ist und die die Supraleiter-Kennwerte eines Supraleiters
genau messen kann.
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Der Erfindung liegt die noch weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, durch die der Meissnereffekt in einem Supraleiter für eine lange Zeit klar
beobachtet werden kann.
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In einer Ausführung bietet die Erfindung eine Vorrichtung zur Beobachtung
supraleitender Eigenschaften, mit:
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einem ersten durchsichtigen Behälter zur Aufnahme eines Supraleiters
und eines Kühlmittels zur Kühlung des Supraleiters;
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einem zweiten durchsichtigen Behälter zur Aufnahme des ersten
durchsichtigen Behälters in einem solchen luftdichten Zustand, daß in dem zweiten
Behälter ein getrocknetes in aktives Gas mit einem höheren Druck als außerhalb des
zweiten Behälters gehalten werden kann; und
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Hitze-Isolatoren zur Hitze-Isolierung der Außenseite des ersten
durchsichtigen Behälters gegen den zweiten durchsichtigen Behälter, wobei die
Hitze-Isolatoren zwischen dem ersten und dem zweiten durchsichtigen Behälter angeordnet
sind.
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In einer weiteren Ausführung bietet die Erfindung eine Trägereinrichtung, in der
der Supraleiter und ein Wärmefühler auf einem gemeinsamen Trägerglied fixiert
sind, mit einem Deckel, der mit dem Trägerglied einen abgeschlossenen Hohlraum
bildet, in dem sich der Supraleiter und der Wärmefühler befinden, wobei der
Supraleiter einen Satz Elektroden enthält, durch die die Kennwerte des Supraleiters
gemessen werden können, und das Trägerglied Leiter enthält, die mit den
Elektroden und dem Wärmefühler auf der einen Seite und den Außenanschlüssen des
Trägerglieds auf der anderen Seite verbunden sind.
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In Bezug auf die Zeichnungen folgt eine ausführliche Beschreibung eines zum
Verstehen der Erfindung nützlichen Beispiels und einiger bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt:
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Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur
Beobachtung supraleitender Eigenschaften in einem Supraleiter; diese Vorrichtung ist ein
zum Verstehen der Erfindung nützliches Beispiel;
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Fig. 2a bis 2c schematische perspektivische Ansichten, die einen Vorgang
zur Herstellung einer Probe eines supraleitenden Bauelements zeigen;
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Fig. 2d eine schematische Aufsicht der in der Figur 2c gezeigten Probe und
eines Platinfilmthermometers, die beide auf ein DIP IC Gehäuse gebondet sind;
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Fig. 2e eine schematische Schnittdarstellung an der Linie A-A' der Figur
2d;
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Fig. 2f eine schematische Schnittdarstellung der sich in dem durch eine
Glasplatte geschlossenen Gehäuse befindlichen Probe;
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Fig. 3 ein Diagramm von Temperaturkennwerten eines Widerstands der
sich in einem Gehäuse befindlichen Probe, die durch die Messung mit Hilfe der in
der Figur 1 gezeigten Beobachtungsvorrichtung erhalten wurde;
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Fig. 4 ein Diagramm von Stromkennwerten einer von der sich in dem
Gehäuse befindlichen Probe generierten Spannung, die durch eine Messung mit
Hilfe der in der Figur 1 gezeigten Beobachtungsvorrichtung erhalten wurde;
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Fig. 5 ein Diagramm von magnetischen Flußdichte-Kennwerten eines
Widerstands der sich in einem Gehäuse befindlichen Probe, die durch eine Messung
mit Hilfe der in der Fig. 1 gezeigten Beobachtungsvorrichtung erhalten wurde;
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Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur
Beobachtung supraleitender Eigenschaften in einem Supraleiter nach einer ersten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung der in der Figur 6 gezeigten
Beobachtungsvorrichtung, wenn eine ein supraleitendes Bauelement enthaltene
Glasröhre in flüssiges Nitrogen eingetaucht wird;
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Fig. 8 ein Diagramm der Kennlinie einer in dem supraleitenden Bauelement
generierten Spannung über die Zeit für den Fall, daß das sich in der Glasröhre
befindliche supraleitende Bau element nach und nach in das flüssige Nitrogen
eingetaucht wird und für den Fall, daß das supraleitende Bauelement allein nach und
nach in das flüssige Nitrogen eingetaucht wird;
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Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung und ein schematisches
Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender Eigenschaften in
einem Supraleiter nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 10 ein Diagramm der Kennlinie einer in dem supraleitenden
Bauelement generierten Spannung über die Zelt für den Fall, daß das sich in einer
Teströhre befindliche supraleitende Bauelement in flüssiges Nitrogen eingetaucht
wurde und für den Fall, daß das supraleitende Bauelement allein in flüssiges
Nitrogen eingetaucht wurde;
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Fig. 11 eine Kennlinie der Temperaturkennwerte eines elektrischen
Widerstands des supraleitenden Bau elements für den Fall, daß das sich in einer
Teströhre befindliche supraleitende Bauelement in flüssiges Nitrogen eingetaucht
wurde, und für den Fall, daß das supraleitende Bauelement allein darin
eingetaucht wurde;
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Fig. 12 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur
Beobachtung supraleitender Eigenschaften zur Erzeugung des Meissnereffekts nach
einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 13a bis 13d schematische Schnittdarstellungen eines Verfahrens zur
Messung einer Lichtdurchlässigkeit von sichtbarem Licht nach der Erfindung;
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Fig. 14 ein Diagramm der Verhältnisse Tr1/Tr0, Tr2/Tr0 und Tr3/Tr0 der
Lichtdurchlässigkeit, unmittelbar nachdem flüssiges Nitrogen in einen Dewar-
Gefäß eingefüllt wurde, zu der Lichtdurchlässigkeit, die besteht, nachdem eine
bestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem das flüssige Nitrogen eingefüllt wurde;
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und
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Fig. 15 ein Diagramm eines Verhältnisses Tr4/Tr5 einer
Lichtdurchlässigkeit Tr4 zu einer Lichtdurchlässigkeit Tr5, wobei die Lichtdurchlässigkeit Tr4
gemessen wurde, nachdem ein oberer Verschluß eines Behälters wieder geschlossen
wurde, nachdem er für eine Minute geöffnet wurde, wobei ein Dewar-Gefäß
genügend gekühlt wird, so wie es in der Figur 13d gezeigt ist, und die Lichtdurchlässig
keit Tr5 gemessen wurde, nachdem getrocknetes Nitrogengas in einen Behälter
gefüllt wurde.
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Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender Eigenschaften
In einem aus einem gesinterten Oxidkörper bestehenden Supraleiter. Die Figuren
2a bis 2f zeigen Herstellungsschritte zur Herstellung einer Probe eines
supraleitenden Bauelements, das den aus einem gesinterten Oxidkörper bestehenden
Supraleiter enthält.
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Dieses supraleitende Bauelement wird wie folgt hergestellt. Y&sub2;O&sub3;, BaCO&sub3; und
CuO Pulver werden so ausgemessen, daß sich ein Zusammensetzungsverhältnis
von Y, Ba und Cu zu 1 : 2: 3 ergibt. Nachdem diese Pulver in einer Achadschale
gemalen und vermischt wurden, werden die mit dieser Mischung gebildete Proben
für fünf Stunden bei 900ºC in Luft gebrannt. Danach werden die Proben zu Pulver
gemalen und gemischt, das sich aus Mikrop artikeln mit einem Durchmesser
kleiner oder gleich 1 µm zusammensetzt. Anschließend wird das Pulver mit einer
Preßkraft im Bereich von 1 bis 3,5 Tonnen/cm² gepreßt, um eine rechteckige
Tablette 1 mit einer Größe von 1 cm² und einer Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 1
mm herzustellen, wie sie in der Figur 2a gezeigt ist.
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Danach wird diese Tablette bei 930ºC für drei Stunden in Luft gesintert, wonach
deren Temperatur nach und nach mit einer Sinkgeschwindigkeit von etwa
100ºC/Std. auf 500ºC gesenkt wird. Nachdem die Temperatur der Tablette 1 für
eine Stunde auf 500ºC gehalten wurde, wird sie nach und nach mit einer
Sinkgeschwindigkeit von 100ºC/Std. auf 100ºC abgesenkt, um eine gesinterte Tablette 1
eines Supraleiters zu bilden.
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Anschließend werden, wie es in der Figur 2b gezeigt ist, ein paar Stromelektroden
2a und 2b aus Ti und ein paar Spannungselektroden 3a und 3b aus Ti, die jeweils
eine Dicke von etwa 1 µm aufweisen, jeweils auf beiden Endbereichen der
gesinterten Tablette 1 und deren Innenbereichen durch ein
Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren gebildet, wobei eine Metallmaske die Bereiche der gesinterten
Tablette 1 bedeckt, in denen die Elektroden 2a, 2b, 3a und 3b nicht gebildet werden.
Nachfolgend wird die gesinterte Tablette 1, auf der die Elektroden 2a, 2b, 3a und
3b gebildet wurden, in stabförmige Proben 4 zerschnitten, die eine Breite W von
0,7 mm aufweisen, so wie es in der Figur 2c gezeigt ist.
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Eine solche stabförmige Probe 4 und ein Platinfilmthermometer 5 werden mit Hilfe
von Ag Paste 7 so auf den Mittelteil 6a eines DIP IC Gehäuses 6 gebondet, daß sie
darauf nahe beieinander befestigt sind, wie es in den Figuren 2d und 2e
dargestellt ist. Es ist festzustellen, daß die Ag Paste 7 benutzt wird, da sie eine relativ
hohe thermische Leitfähigkeit und eine exzellente Bondkraft aufweist, auch wenn
bei einer relativ niedrigen Temperatur gebondet wird. Andere Pastenarten können
unter der Voraussetzung benutzt werden, daß eine relativ hohe thermische
Leitfähigkeit bei einer exzellenten Bondkraft vorhanden ist.
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Weiter werden auf dem IC Gehäuse 6 gebildete interne Anschlüsse 8a bis 8d
elektrisch an das Paar Stromelektroden 2a und 2b und das Paar
Spannungselektroden
3a und 3b angeschlossen. Dies geschieht jeweils mittels darauf mit Ag Paste 7
gebondeten Cu Verbindungsdrähten. Weiter werden die Elektroden 5a und 5b des
Platinfilmthermometers 5 durch Au Verbindungsdrähte 11 mit einem
Bondverfahren elektrisch an die auf dem IC Gehäuse 6 gebildeten internen Anschlüsse 10a
und 10b angeschlossen. Es ist festzustellen, daß die internen Anschlüsse 8a bis
8d, 10a und 10b des IC Gehäuses 6 zuvor über nichtgezeigte Cu
Verbindungsleitungen elektrisch mit externen Pins 12a bis 12f des IC Gehäuses 6 verbunden
wurden, die auf dem IC Gehäuse 6 gebildet sind.
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Nachdem der Kantenbereich der unteren Oberfläche einer Glasplatte 14 mit einem
Bondharz 13 beschichtet wurde, wird diese Glasplatte 14 auf der oberen
Oberfläche 6b des IC-Gehäuses 6 angeordnet, wonach das IC-Gehäuse 6 für eine Stunde
in Nitrogengas auf 110ºC aufgeheizt wird, wobei die Glasplatte 14 auf die obere
Oberfläche 6b des IC-Gehäuses 6 gepreßt wird, wie es in der Figur 2f gezeigt ist.
Anschließend wird das IC-Gehäuse 6 für eine Stunde in Nitrogengas auf 150ºC
aufgeheizt, um das IC-Gehäuse 6 abzudichten, wodurch eine sich in einem
Gehäuse befindliche Probe 21 eines supraleitenden Bauelements erhalten wird.
Schließlich werden die externen Pins 12a bis 12h des IC-Gehäuses 6 elektrisch
über nichtgezeigte Verbindungsdrähte wie nachfolgend beschrieben an externe
Schaltungen angeschlossen.
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Wie es in der Figur 1 gezeigt ist, wird die wie oben beschrieben hergestellte sich in
einem Gehäuse befindliche Probe 21 in eine Glasröhre 23 eingeführt, wonach
diese in sich in einem Devar-Gefäß 22 befindliches flüssiges Nitrogen eingetaucht
wird. Zur Steuerung der Betriebsschritte der Vorrichtung zur Beobachtung der
supraleitenden Eigenschaften und zur Ausgabe eines digitalen Signals an einen
Digital-Analog-Wandler (nachfolgend als D/A Wandler bezeichnet) 24 ist ein
Mikroprozessor 36 vorhanden. Das digitale Signal ist von einem an das Paar
Stromelektroden 2a und 2b der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 anzulegenden
Gleichstrom I abhängig. In Abhängigkeit von diesem digitalen Signal wandelt der
D/A Wandler 24 das digitale Signal in ein analoges Signal, welches er über einen
ersten analogen Schalter 25 an eine Storm-Leistungsquelle 27 ausgibt. Weiter
gibt ein Sinus-Oszillator 26 ein Sinussignal über den ersten analogen Schalter 25
an die Strom-Leistungsquelle 27. Demnach wird der Schalter 25 benutzt, um
entweder das von dem D/A Wandler 24 ausgegebene analoge Signal oder das von dem
Oszillator 26 ausgegebene Sinussignal an die Strom-Leistungsquelle 27
anzulegen. Die stromgeregelte Leistungsquelle 27, die ein Stromspannungswandler ist,
versorgt das Paar Stromelektroden 2a und 2b der sich in einem Gehäuse
befindlichen Probe 21 abhängig von dem daran angelegten Signal entweder mit einem
Gleichstrom oder einem Wechselstrom I.
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Die Temperatur des Supraleiters der sich in einem Gehäuse befindlichen Probe 21
wird durch das Platinfilm-Thermometer 5 gemessen und ein sich auf dessen
Temperatur beziehendes Signal, das von dem Thermometer 5 ausgegeben wird, wird in
den Mikroprozessor 36 eingespeist. Weiter wird eine von dem Paar
Spannungselektroden 3a und 3b der sich in einem Gehäuse befindlichen Probe 21
ausgegebene Spannung V an einen Spannungsverstärker 28 angelegt, der eine veränderliche
Spannungsverstärkung aufweist. Der Spannungsverstärker 28 verstärkt die
Spannung V mit einer eingestellten Spannungsverstärkung und gibt die
verstärkte Spannung über einen zweiten Analogsch alter 31 an einen Analog-Digital-
Wandler (nachfolgend als A/D Wandler bezeichnet) 32 und über einen
Kondensator 29 mit einer Kapazität von 10µF, der dazu dient, eine einer
Wechselstromkomponente der verstärkten Spannung überlagerte Gleichstromkomponente
herauszufiltern, an einen Wechselstrom-Gleichstromwandler 30 aus. Der
Wechselstrom-Gleich stromwandler 30 wandelt die Wechselstromspannungskomponente
der verstärkten Spannung in eine Gleichstromspannung und gibt diese über den
zweiten Analogschalter 31 an den A/D Wandler 32. Demnach wird der zweite
Analogschalter 31 benutzt, um entweder die von dem Spannungsverstärker 28
ausgegebene verstärkte Spannung oder die von dem
Wechselstrom-Gleichstromwandler 30 ausgegebene Gleichstromspannung auszugeben. Weiter wandelt der A/D
Wandler 32 die an ihn über den Schalter 31 angelegte Spannung in ein digitales
Signal, das er an den Mikroprozessor 36 ausgibt. In Anhängigkeit von dem
digitalen Signal berechnet der Mikroprozessor 36 den Widerstand des Supraleiters der
sich in einem Gehäuse befindlichen Probe 21 nach einer bestimmten
Berechnungsgleichung und stellt den Widerstand des Supraleiters zusammen mit der
daran angelegten Temperatur auf einer Elektrolumineszenz-Anzelge
(nachfolgend als EL-Anzeige bezeichnet) 37 in Realzeit dar, wie es in der Figur 3 gezeigt ist.
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Weiter gibt der Mikroprozessor 36 ein zu der magnetischen Flußdichte eines an die
sich in einem Gehäuse befindliche Probe 21 anzulegenden Magnetfeldes
korrespondierendes digitales Signal an einen D/A Wandler 33 aus. Der D/A Wandler 33
wandelt das digitale Signal in eine analoge Gleichstromspannung und legt die
analoge Spannung an einen Magnetfeldgenerator 34 an. Der Magnetfeldgenerator
34 wandelt die Gleichstromspannung in einen Gleichstrom und legt diesen an eine
um das Devar-Gefäß 22 gewundene Spule 35 an, um ein Magnetfeld an die sich in
dem Gehäuse befindliche Probe 21 anzulegen. Anschließend berechnet der
Mikroprozessor die in der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 erzeugte
Spannung V nach einer bestimmten Berechnungsgleichung abhängig von dem vom
A/D Wandler 32 eingegebenen digitalen Signal und stellt die berechnete
Spannung V mit dem an die sich dem Gehäuse befindliche Probe 21 angelegten Strom I
auf der EL-Anzeige 37 in Realzeit dar, wie es in der Figur 4 gezeigt ist.
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Weiter berechnet der Mikroprozessor 36 den Widerstand der sich in dem Gehäuse
befindlichen Probe 21 nach einer bestimmten Berechnungsgleichung in
Anhängigkeit von dem vom A/D Wandler 32 eingegebenen digitalen Signal und stellt
diesen berechneten Widerstand zusammen mit der magnetischen Flußdichte des
daran angelegten magnetischen Feldes in Realzeit auf der EL-Anzeige 27 dar, wie
es in der Figur 5 gezeigt ist.
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Der Vorgang der Vorrichtung zur Beobachtung der supraleitenden Eigenschaften,
die wie oben beschrieben aufgebaut ist, bei der Darstellung der folgenden
Kennwerte der sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 auf der EL-Anzeige 37 wird
nachfolgend beschrieben.
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(1) Temperaturkennwerte eines Widerstands der sich in dem Gehäuse
befindlichen Probe 21.
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(2) Stromkennwerte einer darin erzeugten Spannung.
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(3) Kennwerte des magnetischen Flusses eines Widerstands der sich in dem
Gehäuse befindlichen Probe 21.
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(1) Vorgang der Vorrichtung bei der Messung einer Temperaturkennlinie eines
Widerstands der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21.
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Der Vorgang der Vorrichtung bei der Messung einer Kennlinie eines Widerstands
der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 über die Temperatur wird
nachfolgend in Bezug auf die Figur 1 beschrieben.
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Zuerst wird der erste analoge Schalter 25 so geschaltet, daß das von dem
Oszillator 26 ausgegebene Sinussignal an die Strom-Leistungsquelle 27 angelegt wird. In
Anhängigkeit von dem Sinussignal versorgt die Strom-Leistungsquelle 27 die sich
in dem Gehäuse befindliche Probe 21, die in die Glasröhre 23 eingeführt wurde,
mit einem Wechselstrom von + 10 mA. Danach wird die Glasröhre 23 in das Devar-
Gefäß 22 eingetaucht. Die Temperatur der sich in dem Gehäuse befindlichen
Probe 21 wird mittels des Platinfilmthermometers 5 gemessen, das in der sich in dem
Gehäuse befindlichen Probe 21 vorhanden ist, und ein sich auf deren Temperatur
beziehendes Signal, das von dem Platinfilmthermometer 5 ausgegeben wurde,
wird an den Mikroprozessor 36 angelegt. Die Spannungsverstärkung des
Spannungsverstärkers 28 ist auf etwa 5000 gesetzt und der zweite analoge Schalter 31
ist so geschaltet, daß das von dem Wechselstrom-Gleichstromwandler 30
ausgegebene Signal an den A/D Wandler 32 angelegt wird. Die von der sich in dem
Gehäuse befindlichen Probe 21 erzeugte Spannung schwankt im Bereich von +1 mV
bis -1 mV bei Zimmertemperatur, und die oben beschriebene Wechselspannung
wird durch den Spannungsverstärker 28 so verstärkt, daß dieser eine
Wechselstromspannung von etwa ± 5 V über den Kondensator 29, der die der
Wechselstromspannungskomponente überlagerte Gleichstromspannungskomponente
herausfiltert, an den Wechselstrom-Gleichstromwandler 30 anlegt. Die
Gleichstromspannungskomponente korrespondiert zu einer thermoelektrischen
Leistung, die erzeugt wird, wenn der Supraleiter ungleichmäßig gekühlt wird. Der
Wechselstrom-Gleichstromwandler 30 wandelt die Wechselstromspannung in
eine Gleichstromspannung, die er über den zweiten analogen Schalter 31 an den
A/D Wandler 32 anlegt. Anschließend wandelt der A/D Wandler 32 die
Gleichstromspannung in das digitale Signal, das er an den Mikroprozessor 36 ausgibt. In
Abhängigkeit von diesem digitalen Signal berechnet der Mikroprozessor 36 die
Schwankung des Widerstands der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21
entsprechend der bestimmten Berechnungsgleichung und stellt deren
Widerstandsänderung zusammen mit der von dem Platinfilmthermometer 5 gemessenen
Temperatur als Temperaturkennwerte des Widerstands der sich in dem Gehäuse
befindlichen Probe 21 in Realzeit auf der EL-Anzeige 37 dar, so wie es in der Figur 3
gezeigt ist.
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Nach dem in der Figur 3 gezeigten Ergebnis ist festzustellen, daß der Widerstand
der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 nach und nach abnimmt, wenn die
Temperatur gesenkt wird, und daß eine Sprungtemperatur des Supraleiters, bei
der der Supraleiter sich vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden
Zustand ändert, 82 K ist.
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(2) Vorgang in der Vorrichtung bei der Messung von Stromkennwerten einer
von der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 generierten Spannung.
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Der Vorgang der Vorrichtung bei der Messung von Stromkennwerten einer von der
sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 generierten Spannung wird
nachfolgend in bezug auf die Figur 1 beschrieben.
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Die sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 wird auf die gleiche Weise auf die
Sprungtemperatur Tc oder eine geringere Temperatur gekühlt, um sie in den
supraleitenden Zustand zu bringen, wie bei der Beobachtung der
Temperaturkennwerte ihres Widerstands. Der erste analoge Schalter 25 wird so geschaltet, daß
das von dem D/A Wandler 24 ausgegebene analoge Signal an der
Strom-Leistungsquelle 27 anliegt. Anschließend gibt der Mikroprozessor 36 ein zu einem an
die sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 anzulegenden Gleichstrom I
korrespondierendes digitales Signal an den D/A Wandler 24 aus. Der D/A Wandler 24
wandelt das digitale Signal in eine analoge Gleichstromspannung und gibt diese
Spannung über den ersten analogen Schalter 25 an die Strom-Leistungsquelle 27
aus. In Abhängigkeit von der analogen Gleichstromspannung versorgt die Strom-
Leistungsquelle 27 die sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 mit einem
konstanten Gleichstrom 1. Weiter ist die Spannungsverstärkung des
Spannungsverstärkers 28 auf etwa 2500 gesetzt und der zweite analoge Schalter 31 so
geschaltet, daß das von dem Spannungsverstärker 28 ausgegebene Gleichstromsignal an
den A/D Wandler 32 angelegt wird. Nachfolgend wird die von der sich in dem
Gehäuse befindlichen Probe 21 erzeugte Spannung V durch den
Spannungsverstärker 28 verstärkt und die verstärkte Spannung über den zweiten analogen Schalter
31 an den A/D Wandler 32 angelegt. Der A/D Wandler 32 wandelt die verstärkte
Gleichstromspannung in ein digitales Signal und gibt dieses digitale Signal an den
Mikroprozessor 36 aus.
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Daraufhin ändert der Mikroprozessor 36 das Datum des an den D/A Wandler 24
auszugebenden digitalen Signals, um an die sich in dem Gehäuse befindliche
Probe 21 einen Gleichstrom anzulegen, der sich nach und nach im Bereich von 0-150
mA verändert, wonach das zu der von der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe
21 generierten Spannung V korrespondierende digitale Signal wie zuvor
beschrieben in den Mikroprozessor 36 eingegeben wird. In Anhängigkeit von dem digitalen
Signal berechnet der Mikroprozessor 36 die von der sich in dem Gehäuse
befindlichen Probe 21 generierte Spannung V entsprechend der bestimmten
Berechnungsgleichung und stellt die Veränderung der Spannung V zusammen mit der
Veränderung des an die sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 angelegten
Stroms I als Strom I-Kennwerte einer darin erzeugten Spannung V in Realzeit auf
der EL-Anzeige 37 dar, wie es in der Figur 4 gezeigt ist.
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Durch das in der Figur 4 gezeigte Ergebnis ist zu beobachten, daß bei einem an
den Supraleter angelegten Strom I, der größer als 80 mA ist, eine Änderung von
dem supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand geschieht, worin
eine Spannung V erzeugt wird. Weiter ist festzustellen, daß der Sprungstrom Ic des
Supraleiters etwa 80 mA beträgt.
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(3) Vorgang der Vorrichtung bei der Messung von magnetischen Flußdichte-
Kennwerten eines Widerstands der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21.
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Der Vorgang der Vorrichtung bei der Messung von magnetischen Flußdichte-
Kennwerten eines Widerstands der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21
wird nachfolgend in bezug auf die Figur 1 beschrieben.
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Die sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 wird in gleicher Weise auf die
Sprungtemperatur Tc oder eine geringere Temperatur gekühlt wie bei der
Beobachtung der Stromkennwerte ihrer Spannung, um den Zustand in den
supraleitenden Zustand zu ändern. Der erste analoge Schalter 25 wird so geschaltet, daß
die von dem D/A Wandler 24 ausgegebene analoge Gleichstromspannung an die
Strom-Leistungsquelle 27 angelegt wird. Weiter ist die Spannungsverstärkung
des Spannungsverstärkers 28 auf etwa 1000 gesetzt und der zweite analoge
Schalter 31 so geschaltet, daß die von den Spannungsverstärker 28 ausgegebene
Spannung an den A/D Wandler 32 angelegt wird.
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Der Mikroprozessor 36 gibt ein digitales Signal an den D/A Wandler 24 aus,
wodurch die Stromleistungsquelle 27 einen Gleichstrom I von 100 mA an die sich in
dem Gehäuse befindliche Probe 21 anlegt, so wie bei der Beobachtung der
Stromkennwerte ihrer Spannung. Er gibt weiter ein zur magnetischen Flußdichte eines
an die sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 anzulegenden Magnetfeldes
korrespondierendes digitales Signal an den D/A Wandler 33 aus. Der D/A Wandler 33
wandelt das digitale Signal in eine analoge Gleichstromspannung und gibt diese
an den Magnetfeldgenerator 34 aus. In Abhängigkeit von der analogen
Gleichstromspannung wandelt der Magnetfeldgenerator 34 diese Gleichstromspannung
in einen Gleichstrom und legt diesen an die Spule 35 an, um ein Magnetfeld an die
sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 anzulegen. Nachfolgend ändert der
Mikroprozessor 36 das Datum des digitalen Signals, um ein Magnetfeld mit einer
sich im Bereich von 0 Tesla (Gauss) auf 2 Millitesla (20 Gauss) ändernden
magnetischen Flußdichte an die sich in dem Gehäuse befindliche Probe 21 anzulegen.
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Jetzt berechnet der Mikroprozessor 36 in Anhängigkeit von dem von dem A/D
Wandler 32 eingegebenen digitalen Signal den Widerstand des Supraleiters nach
der bestimmten Berechnungsgleichung und stellt die Änderung seines
Widerstands zusammen mit der Änderung der magnetischen Flußdichte des daran
angelegten Magnetfeldes als magnetische Flußdichte-Kennwerten seines
Widerstands in Realzeit auf der EL-Anzeige 37 dar, so wie es in der Figur 5 gezeigt ist.
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Nach dem in der Figur 5 gezeigten Ergebnis ist zu beobachten, daß sich der
Supraleiter bei einer magnetischen Flußdichte des Magnetfelds größer als etwa 0,5
Millitesla (5 Gauss) vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand
ändert, worin er einen elektrischen Widerstand aufweist.
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In diesem Beispiel wurde ein gesinterter Körper aus Y-Ba-Cu Oxid als
supraleitendes Material der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 verwendet. Jedoch ist
die Erfindung darauf nicht beschränkt. Als Supraleiter der sich in dem Gehäuse
befindlichen Probe 21 kann auch ein Supraleiter verwendet werden, der seinen
Zustand in den supraleitenden Zustand ändern kann, wenn er durch ein
Kühlmittel mit einer Temperatur der Sprungtemperatur Tc oder einer geringeren
Temperatur gekühlt wird, wie zum Beispiel ein verflüssigtes Gas. Zum Beispiel kann eine
supraleitende Dickschicht aus einem Y-Ba-Cu Verbund, der durch ein
Sprühpyrolyse-Verfahren hergestellt wurde, oder ein aus einem Y-Ba-Cu Verbund
bestehender Dünnfilm, der durch ein Sputterverfahren hergestellt wurde, als
Supraleiter der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe 21 verwendet werden.
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In diesem Beispiel wurde die EL-Anzeige 37 als externe Anzelgeeinheit zur
Darstellung der gemessenen Kennwerte der sich in dem Gehäuse befindlichen Probe
21 eingesetzt. Jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Andere
Anzeigeeinheiten, wie zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige, eine Plasmaanzeige, ein
CRT oder eine LED können als externe Anzeigeeinheit eingesetzt werden.
Erste bevorzugte Ausführungsform
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Die Figur 6 zeigt eine Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender Eigenschaften
in einem Supraleiter 55, einer ersten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung.
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Auf dem Supraleter 55 sind ein Paar Stromelektroden 56a und 56b und ein Paar
Spannungselektroden 57a und 57b vorhanden. Der Supraleiter 55 ist so in eine
Pyrex Glasröhre 58 eingeführt, daß der Supraleiter 55 sich in einem Abstand von
1 cm vom Boden der Glasröhre 58 befindet. Weiter sind ein Behälter 52 aus
transparentem Pyrex Glas zur Aufnahme von flüssigem Nitrogen 53 zur Kühlung des
Supraleiters 55 und ein Behälter 51 aus transparentem Pyrex Glas zur
Aufnahme des Behälters 52 mittels aus Polystyrol gebildeten Wärme-Isolatoren 54
vorhanden. Die Behälter 51 und 52 werden in einen Behälter 60 aus transparenten
Acrylharz gebracht, der eine Öffnung 59 zur Einführung von getrocknetem
Nitrogengas aufweist. Das Paar Stromelektroden 56a und 56b, die sich auf dem
Supraleiter 55 befinden, werden an eine Strom-Leistungsquelle 100 angeschlossen, um
sie mit einem konstanten Strom I zu versorgen. Das Paar seiner
Spannungselektroden 57a und 57b werden an ein Voltmeter 101 angeschlossen, um eine in dem
Supraleiter 55 erzeugte Spannung V zu messen. In dieser bevorzugten
Ausführungsform haben die Behälter 51 und 52 jeweils ein Volumen von 500 ml und 300
ml und der Abstand zwischen den Behältern 51 und 52 beträgt 1,5 cm. In dem
Behälter 52 befinden sich 250 ml flüssiges Nitrogen 53.
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Während ein konstanter Strom I von 1 mA an die sich auf dem Supraleiter 55
befindlichen Stromelektroden 56a und 56b angelegt wird, wird die Glasröhre 58, in
die der Supraleiter 55 wie zuvor beschrieben eingeführt wurde, langsam in das
flüssige Nitrogen 53 eingetaucht, bis sich die Glasröhre 58, so wie in der Figur 7
gezeigt, mit ihrer Bodenfläche in einem bestimmten Abstand zur Bodenfläche des
Behälters 52 befindet.
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Ähnlich wird der Supraleiter 55 allein langsam in das flüssige Nitrogen 53
eingetaucht.
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Die Figur 8 zeigt ein Diagramm einer in dem Supraleiter 55 erzeugten Spannung
über die Zeit, wobei eine durchgezogene Linie 200 die Kennlinie für den Fall zeigt,
das der Supraleiter 55, der sich vollständig in der Glasröhre 58 befindet, langsam
in das flüssige Nitrogen 53 eingetaucht wird, und eine gepunktete Linie 201 zeigt
die Kennlinie für den Fall, daß der Supraleiter 55 allein langsam in das flüssige
Nitrogen 53 eingetaucht wird.
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Wie aus der Figur 8 ersichtlich, verändert sich die in dem Supraleiter 55 erzeugte
Spannung in bezug auf die Zeit steilfallend, wenn er allein in das flüssige Nitrogen
53 eingetaucht wird, da sich seine Temperatur in bezug auf die Zeit steilfallend
verändert. Andererseits verändert sich die von dem Supraleiter 55 erzeugte
Spannung in bezug auf die Zeit langsam, wenn der sich vollständig in der Glasröhre 58
befindliche Supraleiter 55 in das flüssige Nitrogen 53 eingetaucht wird, da sich
seine Temperatur in bezug auf die Zeit langsam verändert.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
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Die Figur 9 zeigt eine Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender Eigenschaften
in einem Supraleiter 55, einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung.
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In dieser Vorrichtung ist eine Teströhre 62 aus Pyrex Glas zur Aufnahme des zu
vermessenden Supraleiters 55 und ein Devar-Gefäß 61 aus Pyrex Glas
vorhanden, das das flüssige Nitrogen zur Kühlung des sich in der Teströhre 62
befindlichen Supraleiters 55 enthält. Das Devar-Gefäß 61 wird in einen Behälter 63 aus
transparentem Acrylharz gestellt, der eine Einflußöffnung 72 aufweist, um
getrocknetes inaktives Nitrogengas 73 hineinfließen zu lassen, und eine
Ausflußöffnung 74 aufweist, um das getrocknete inaktive Nitrogengas 73 herausfließen zu
lassen, wobei die Einflußöffnung 72 im oberen Bereich der Seitenoberfläche des
Behälters 63 und die Ausflußöffnung 73 in dem unteren Bereich gebildet ist.
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Der Supraleiter 55 und ein thermischer Sensor 82 sind auf einem Behälter 71 aus
synthetischem Harz so befestigt, daß sie sich nahe beieinander befinden. Der
Behälter 71 ist durch eine Glasplatte 65 verschlossen. Ein Gehäuse 300 setzt sich
aus dem Behälter 71 und der Glasplatte 65 zusammen.
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Ein Silikongummipfropfen 69 ist in der oberen Öffnung 62a der Teströhre 62
vorhanden, wobei in dem Silikongummipfropfen 69 nichtgezelgte kleine Öffnungen
vorhanden sind, durch die ein Paar Kabel 66 und ein Paar Kabel 67
hindurchgeführt werden, die an den Supraleiter 55 angeschlossen sind, sowie ein Paar Kabel
68 hindurchgeführt werden, die an den thermischen Sensor 82 angeschlossen
sind. Weiter ist eine nichtgezeigte Öffnung vorhanden, durch die eine Glasplatte
70 geführt ist, an die mittels doppelseitigem Klebeband das Gehäuse 300 befestigt
ist. Das Devar-Gefäß 61 ist mit flüssigem Nitrogen 53 gefüllt. Es ist auf einem
Wärme-Isolator 64 aus geschäumten Polystyrol angeordnet, der sich auf dem
Boden des Behälters 63 befindet, wodurch das Devar-Gefäß 61 mittels des Wärme-
Isolators 64 von dem Behälter 63 wärmeisoliert ist.
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Ein Mikroprozessor 80 steuert den Betrieb der in der Figur 9 gezeigten
Vorrichtung und gibt ein digitales Signal an einen D/A Wandler 79 aus, das zu einem an
den Supraleiter 55 anzulegenden Gleichstrom 1 korrespondiert. Der D/A Wandler
79 wandelt das digitale Signal in ein analoges Signal und gibt das analoge Signal
an die Strom-Leistungsquelle 77 aus. In Abhängigkeit von dem analogen Signal
versorgt die Strom-Leistungsquelle 77 den Supraleiter 55 über ein Paar Drähte 66
mit einem konstanten Gleichstrom I.
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Eine in dem Supraleiter 55 erzeugte Spannung wird über ein Paar Drähte 67 an
einen Spannungsverstärker 76 angelegt, und wird von dem Spannungsverstärker
76 verstärkt, wonach die verstärkte Spannung an einen A/D Wandler 78
ausgegeben wird. Der A/D Wandler 78 wandelt die analoge Spannung in ein digitales
Signal, das er an den Mikroprozessor 80 ausgibt. Weiter wird ein von dem
thermischen Sensor 82 ausgegebenes Signal über ein Paar Drähte 68 an eine
Signalverarbeitungsschaltung 75 angelegt, die das eingegebene Signal nach einer
bestimmten Signalverarbeitung verarbeitet und Temperaturdaten an den
Mikroprozessor 80 ausgibt.
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Abhängig von dem vom A/D Wandler 78 eingegebenen digitalen Signal berechnet
der Mikroprozessor 80 den elektrische Widerstand des Supraleiters 55 nach einer
bestimmten Berechnungsgleichung und stellt den berechneten elektrischen
Widerstand des Supraleiters zusammen mit seiner Temperatur als
Temperaturkennwerte des elektrischen Widerstands auf einer Anzeige 81 dar.
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Die durch eine Messung mittels der in der Figur 9 gezeigten Vorrichtung
erhaltenen Ergebnisse ergeben sich wie folgt:
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In der Figur 10 zeigt eine durchgezogene Linie 210 eine indem Supraleiter 55
erzeugte Spannung über die Zeit, wenn die den Supraleiter 55 enthaltene Teströhre
62 für etwa 15 Sekunden in das flüssige Nitrogen 53 eingetaucht wird, wobei
daran ein konstanter Strom von 3 mA angelegt wurde. In der Figur 11 zeigt eine
durchgezogene Linie 220 Temperaturkennwerte eines elektrischen Widerstands
des Supraleiters 55, die in diesem Fall auf der Anzeige 81 dargestellt werden.
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In der Figur 10 zeigt eine gepunktete Linie 211 eine in dem Supraleiter 55 erzeugte
Spannung über die Zeit, wenn der sich in dem Gehäuse 300 befindliche
Supraleiter 55 für etwa 15 Sekunden in das flüssige Nitrogen 53 eingetaucht wurde,
ähnlich zu dem in der Figur 9 gezeigten Zustand, nachdem die Teströhre 62 entfernt
wurde. In der Figur 11 zeigt eine gepunktete Linie 221 Temperaturkennwerte
eines elektrischen Widerstands des Supraleiters 55, die in diesem Fall auf der
Anzeige 81 dargestellt werden.
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Nach den in den Figuren 10 und 11 gezeigten Ergebnissen verändert sich die
Temperatur des in der Figur 9 gezeigten Gehäuses 300 steilfallend, nachdem die
Glasteströhre 62 entfernt wurde. Dadurch ist der Unterschied zwischen der
jeweiligen Temperatur des Supraleiters 55 und des thermischen Sensors 82 relativ
groß. Es ist festzustellen, daß das supraleitende Material 55 keinen thermischen
Gleichgewichtszustand annimmt.
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Wie aus dem oben beschriebenen Experiment deutlich wird, nimmt die
Temperatur des Supraleiters 55 steilfallend ab, wenn das den Supraleiter 55 enthaltene
Gehäuse 300 sich nicht in der Glasteströhre 62 befindet, sondern direkt in das
flüssige Nitrogen 53 eingetaucht wird. Andererseits nimmt die Temperatur des
Supraleiters 55 langsam ab, wenn sich das Gehäuse 300 in der Glasteströhre 62
befindet und die den Supraleiter 55 enthaltene Glasteströhre 62 in das flüssige
Nitrogen 53 eingetaucht wird, wodurch die Temperaturkennwerte des
elektrischen Widerstands des Supraleiters 55 genau gemessen werden können.
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Weiter wird die Bildung von Reif und Eis auf den Behältern 61 und 63
unterdrückt, da das getrocknete Nitrogengas 23 in den Behälter 63 eingeführt wird,
wodurch der Supraleiter 55 bei der Messung seiner Kennwerte klar beobachtet
werden kann.
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Weiter kann die Bildung von Reif und Eis auf den Behältern 61 und 63 lang
anhaltend verhindert werden, da sich auf den Behältern 61 und 63 keine Feuchtigkeit
niederschlagen kann, wodurch der Supraleiter 55 für eine lange Zeit klar
beobachtet werden kann.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
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Die Figur 12 zeigt eine Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender
Eigenschaften zur Erzeugung des Meissnereffekts nach einer dritten bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung.
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Um den Supraleiter 55 in der Luft schweben zu lassen. ist ein Permanentmagnet
91 auf einem plattenförmigen geschäumten Polysterolmaterial 90 befestigt, das
den Permanentmagneten 91 halb in dem in den Behälter 61 eingefüllten flüssigen
Nitrogen 53 schweben läßt. Der Behälter 61 ist in gleicher Weise in den Behälter
63 gestellt, wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
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Nachdem der Supraleiter 55 mittels eines Glasstabes 89 einmal in das flüssige
Nitrogen 53 eingetaucht wurde, so daß er seinen Zustand in den supraleitenden
Zustand ändert, wird der Glasstab 29 davon entfernt. Anschließend wird durch den
Meissnereffekt eine Reaktionskraft zwischen dem Supraleiter 55 und dem
Permanentmagneten 91 verursacht, wodurch der Supraleiter 55 oberhalb des
Permanentmagneten 91 in der Luft schwebt.
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In der Vorrichtung zur Beobachtung supraleitender Eigenschaften wird zur
Erzeugung des Meissnereffekts bei dem Einführen des Glasstabes 89 in den Behälter
63 oder beidem weiteren Einfüllen von flüssigem Nitrogen Flüssigkeit in dem
Behälter 63 gesammelt und deshalb schlägt sich darauf Reif nieder. In diesem Fall
kann die Ansammlung von Feuchtigkeit auf dem Behälter 63 und die Erzeugung
von Reif verhindert werden, indem in die Behälter 61 und 63 getrocknetes
Nitrogengas eingefüllt wird.
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Die Figuren 13a bis 13d zeigen ein Verfahren zur Messung einer
Lichtdurchlässigkeit für sichtbares Licht nach der Erfindung. Diese Messungen wurden unter den
Meßbedingungen einer Temperatur von 25ºC und einer relativen Luftfeuchtigkeit
von 60 % durchgeführt.
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Die Figur 13a zeigt ein Verfahren zur Messung einer Lichtdurchlässigkeit Tr0
unmittelbar nachdem das flüssige Nitrogen in das Devar-Gefäß 61 gefüllt wurde.
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Die Figur 13b zeigt ein Verfahren zur Messung einer Lichtdurchlässigkeit Tr1,
wenn sich das Devar-Gefäß 61 nicht in dem Behälter 63 befindet.
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Die Figur 13c zeigt ein Verfahren zur Messung einer Lichtdurchlässigkeit Tr2,
wenn sich das Devar-Gefäß 61 in dem Behälter 63 befindet.
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Die Figur 13d zeigt ein Verfahren zur Messung einer Lichtdurchlässigkeit Tr3,
wenn das getrocknete Nitrogengas mit einer Flußgeschwindigkeit von 200 ml/min
in den Behälter 63 eingefüllt wird.
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Die Figur 14 zeigt ein Diagramm der Verhältnisse Tr1/Tr0, Tr2/Tr0 und Tr3/Tr0
der Lichtdurchlässigkeit, unmittelbar nachdem das flüssige Nitrogen 53 in das
Devar-Gefäß 61 gefüllt wurde, zu der Lichtdurchlässigkeit nachdem eine
bestimmte Zeit nach dem Einfüllen des flüssigen Nitrogens vergangen ist.
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Wie in der Figur 14 zu sehen ist, fällt das Verhältnis Tr1/Tr0 zwei oder vier
Minuten nachdem das flüssige Nitrogen 53 in das Devargefäß 61 eingefüllt wurde steil
ab, wenn dieses sich nicht in dem Behälter 63 befindet. Hier sammelt sich
Feuchtigkeit auf dem Devar-Gefäß 61, wodurch das innere des Behälters 63 fast nicht
mehr gesehen werden kann.
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Befindet sich das Devar-Gefäß 61 in dem Behälter 63 und wird kein getrocknetes
Nitrogengas eingefüllt, so fällt das Verhältnis Tr2/Tr0 langsam ab. Es beginnt
sich Feuchtigkeit auf dem Devargefäß 61 anzusammeln. Nach einer Zeit von 8 oder
Minuten wird es sehr schwer, den inneren Zustand des Behälters 63 zu sehen.
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Auf der anderen Seite verändert sich das Verhältnis Tr3/Tr0 sogar nach einer Zeit
von 10 Minuten nur unmerklich, wenn sich das Devargefäß 61 in dem Behälter 63
befindet, In den getrocknetes Nitrogengas eingefüllt wurde. Dadurch kann der
innere Zustand des Behälters 63 klar gesehen werden.
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Die Figur 15 zeigt eine Diagramm des Verhältnisses Tr4/Tr5 einer
Lichtdurchlässigkeit Tr4 zu einer Lichtdurchlässigkeit Tr5 über die Zeit, nachdem ein oberer
Deckel eines Behälters geschlossen wurde. Hier wird die Lichtdurchlässigkeit Tr4
gemessen, wenn der obere Deckel des Behälters 63 für eine Minute geöffnet wurde,
wobei das Devar-Gefäß 61 genügend gekühlt wurde, so wie es in der Figur 13d
gezeigt ist. Nachfolgend wird der obere Deckel geschlossen und es wird kein
getrocknetes Nitrogengas in den Behälter 61 eingeführt. Die Lichtdurchlässigkeit Tr5
wird gemessen, wenn das getrocknete Nitrogengas mit einer Flußgeschwindigkeit
von 400 ml/min in den Behälter 63 eingeflossen ist.
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Wie aus den Figuren 14 und 15 erkannt werden kann, ist die Lichtdurchlässigkeit
größer, nachdem das flüssige Nitrogengas beginnt, in den Behälter 63 zu fließen
und eine Zeit von etwa 2 Minuten vergangen ist, als die Lichtdurchlässigkeit
wenn kein getrocknetes Nitrogengas in den Behälter 63 fließt.
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Es ist offensichtlich, daß den Fachleuten auf diesem Gebiet verschiedene andere
Modifikationen naheliegen und sie diese durchführen können, ohne vom Umfang
der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert
ist.