JPH0727725A - Measuring device for colorimetric detection of alternating magnetic field loss of superconductor - Google Patents
Measuring device for colorimetric detection of alternating magnetic field loss of superconductorInfo
- Publication number
- JPH0727725A JPH0727725A JP14046594A JP14046594A JPH0727725A JP H0727725 A JPH0727725 A JP H0727725A JP 14046594 A JP14046594 A JP 14046594A JP 14046594 A JP14046594 A JP 14046594A JP H0727725 A JPH0727725 A JP H0727725A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measuring device
- ring
- holder
- subject
- cylindrical region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1238—Measuring superconductive properties
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、任意の周波数の交番磁
界における超伝導体の交番磁界損失を比色検出するため
の測定装置であって、超伝導被検体を有し、該超伝導被
検体は被検体ホルダに装着されており、該被検体ホルダ
は円筒体であり、該円筒体の材料は低い熱伝導率を有
し、前記被検体ホルダは中央円筒領域では他の円筒領域
におけるよりも小さな直径を有し、円筒体のジャケット
面には電気加熱装置が載置されており、該加熱装置に測
定すべき被検体が少なくとも1層巻き付けられており、
被検体ホルダのすぐ近傍には温度測定装置と熱抵抗が配
置されており、該熱抵抗は被検体と冷却浴液により接続
されている測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device for colorimetrically detecting an alternating magnetic field loss of a superconductor in an alternating magnetic field having an arbitrary frequency. The specimen is mounted on a specimen holder, the specimen holder is a cylinder, the material of the cylinder has a low thermal conductivity, and the specimen holder has a central cylindrical region more than other cylinder regions. Has a small diameter, an electric heating device is placed on the jacket surface of the cylindrical body, and at least one layer of the test object to be measured is wound around the heating device,
A temperature measuring device and a thermal resistance are arranged in the immediate vicinity of the subject holder, and the thermal resistance relates to the measuring device connected to the subject by a cooling bath liquid.
【0002】[0002]
【従来の技術】交番磁界における超伝導体のエネルギー
散逸を測定することは超伝導体の使用に対して非常に重
要である。BACKGROUND OF THE INVENTION Measuring the energy dissipation of superconductors in alternating magnetic fields is very important for the use of superconductors.
【0003】被検体の電磁固有特性に基づいた種々の測
定技術がある。ここに記載された比色法は非常に感度が
高く、さらに熱的調整時間が非常に短いためとくに優れ
ている。本発明の比色法は実質的に従来公知の比色法と
は、液体ヘリウム浴液の蒸発率が測定される点で異な
る。There are various measurement techniques based on the electromagnetic characteristic of the subject. The colorimetric method described therein is particularly sensitive because it is very sensitive and the thermal conditioning time is very short. The colorimetric method of the present invention is substantially different from the conventionally known colorimetric method in that the evaporation rate of the liquid helium bath liquid is measured.
【0004】この測定の際にはヘリウムの蒸発が測定さ
れるのではなく、被検体の僅かな温度上昇が測定され
る。この温度上昇が損失に対する尺度である。この目的
のために、被検体は真空室内に置かれ、熱抵抗を介して
液体ヘリウム浴液と接触される。In this measurement, evaporation of helium is not measured, but a slight temperature rise of the object is measured. This temperature rise is a measure for loss. For this purpose, the specimen is placed in a vacuum chamber and brought into contact with the liquid helium bath liquid via a thermal resistance.
【0005】Rev.Sci.Instrum.61
(3),1990年3月、C.SchmidtとE.S
pecht著、988−992頁、“ac loss
measurements on supercond
uctors in themicrowatt ra
nge”には、図1に示された測定法と測定構成の原理
が記載されている。Rev. Sci. Instrum. 61
(3), March 1990, C.I. Schmidt and E. S
pecht, pp. 988-992, "ac loss.
measurements on supercond
uctors in thematicattrattra
nge "describes the principle of the measurement method and the measurement configuration shown in FIG.
【0006】この測定法はケーブル損失の測定に初めて
使用された。この測定法は十分な精度を示す。平衡時定
数は僅か数秒である。This measurement method was first used to measure cable loss. This measurement method shows sufficient accuracy. The equilibrium time constant is only a few seconds.
【0007】本発明の方法の主たる利点は測定領域の大
きなことである。熱抵抗の値を変化するだけで、測定領
域を複数のオーダにわたって変化することができる。The main advantage of the method according to the invention is the large measuring area. By simply changing the value of thermal resistance, the measurement area can be changed over multiple orders.
【0008】50Hz交流適用に対するNbTi/Cu
Ni超伝導体を10E−8W以下の感度で測定すること
ができた。NbTi / Cu for 50 Hz AC applications
The Ni superconductor could be measured with a sensitivity of 10E-8W or less.
【0009】被検体の準備は時間がかかり、また真空の
問題が発生し得るものである。測定自体は迅速に正確か
つ容易に実施できても、被検体に対する準備作業は多数
の被検体を測定すべき場合、非常に時間がかかる。Preparation of the subject is time consuming and can cause vacuum problems. Although the measurement itself can be performed quickly, accurately and easily, the preparatory work for the subject is extremely time-consuming when a large number of subjects should be measured.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、多数
の超伝導体被検体をその交流損失に関して短時間で測定
することのできる測定装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a measuring device capable of measuring a large number of superconductor test objects with respect to their AC loss in a short time.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、ジャケット面に温度測定装置が嵌め込まれており、
該温度測定装置は当該ジャケット面と面状に結合してお
り、被検体コイルよりも大きな直径を有する円筒領域が
前記中央円筒領域の一方の側に続いており、当該円筒領
域の上に円筒状リングが密に嵌装されており、当該リン
グの材料は冷却作用により被検体リングの材料と同じ
か、またはそれよりも強く収縮し、前記円筒状リングは
軸方向長さを有し、該軸方向長さは少なくとも被検体ホ
ルダの軸方向長さを有し、中央円筒領域の他方の側には
別の円筒領域が続いており、該別の円筒領域は被検体ホ
ルダの最小直径と最大直径との間の直径を有し、リング
の嵌装された状態では片側の開放されたリング空間が存
在し、該リング空間には、接触する材料と化学的に反応
しない誘電流体が充填されており、熱抵抗は被検体ホル
ダ、リングおよびリング空間に存在する流体からなるよ
うに構成して解決される。According to the present invention, a temperature measuring device is fitted to a jacket surface,
The temperature measuring device is planarly coupled to the jacket surface, and a cylindrical region having a diameter larger than that of the subject coil is connected to one side of the central cylindrical region, and a cylindrical shape is formed on the cylindrical region. The ring is tightly fitted, the material of the ring contracts to the same or stronger than the material of the ring under test due to the cooling action, and the cylindrical ring has an axial length. The directional length has at least the axial length of the subject holder, and another cylindrical region continues to the other side of the central cylindrical region, the other cylindrical region being the minimum diameter and the maximum diameter of the subject holder. Has a diameter between and, and in the fitted state of the ring, there is an open ring space on one side, which is filled with a dielectric fluid that does not chemically react with the material in contact. , The thermal resistance is Configuration to be solved so that the fluid present in the grayed space.
【0012】そのために被検体は熱伝導率の小さな円筒
体に巻き付けられる。被検体のすぐ下方には電気加熱ワ
イヤからなるコイルが配置される。このコイルにより被
検体は所定のように加熱することができ、これは較正に
用いる。被検体の温度測定装置を介して加熱が制御され
る。幾何学的理由から炭素抵抗は加熱コイルの下方に配
置される。しかしこの構成に起因する誤差は許容でき
る。被検体自体の温度測定は構造コストを極端に高め、
操作を非常に複雑にすることとなるから、連続測定を甘
受し得る所要時間で実施することはもはや不可能であ
る。Therefore, the subject is wound around a cylindrical body having a small thermal conductivity. Immediately below the subject is a coil of electrically heated wire. The coil allows the subject to be heated in a predetermined manner, which is used for calibration. Heating is controlled via the temperature measuring device of the subject. For geometric reasons, the carbon resistance is located below the heating coil. However, errors due to this configuration are acceptable. Measuring the temperature of the object itself raises the structural cost extremely,
Due to the great complexity of the operation, it is no longer possible to carry out continuous measurements in an acceptable time.
【0013】被検体、加熱コイルおよび温度測定装置
は、比較的小さな直径を有する中央円筒領域に従来のよ
うに配置される。The subject, heating coil and temperature measuring device are conventionally arranged in a central cylindrical area having a relatively small diameter.
【0014】巻き付けられた本体には少なくともコイル
体の高さを有する中空円筒リングが嵌め込まれる。コイ
ル体は本体の下部において円筒状ジャケット面に、その
材料の強力な冷却収縮により密に当接しており、本体の
中央部および上部と共にリング空間を形成している。こ
のリング空間には測定のために化学的および物理的に適
切な流体が充填されている。被検体と液体ヘリウム浴液
との間の熱抵抗を本体または被検体ホルダ、液体および
中空円筒リングが形成する。被検体、収縮されたリング
および測定のために充填された液体はその自由表面を液
体ヘリウムにより囲まれている。A hollow cylindrical ring having at least the height of the coil body is fitted into the wound body. The coil body is in close contact with the cylindrical jacket surface at the lower part of the main body due to the strong cooling shrinkage of the material, and forms a ring space with the central part and the upper part of the main body. This ring space is filled with a fluid that is chemically and physically suitable for the measurement. The body or subject holder, the liquid and the hollow cylindrical ring form the thermal resistance between the subject and the liquid helium bath. The analyte, the contracted ring and the liquid filled for the measurement are surrounded on their free surface by liquid helium.
【0015】従属請求項に記載された材料は測定装置に
使用されるものであり、測定装置の有利な構成を示す。The materials as claimed in the dependent claims are intended for use in measuring devices and represent advantageous configurations of measuring devices.
【0016】被検体ホルダはファイバグラス−エポキシ
ドからなる。これの中央円筒部には準備加工された炭素
抵抗が温度測定装置としてジャケット面のすぐ下に嵌め
込まれ接着されている。うず電流損失を回避するため、
または少なくとも無視できる程度に抑圧するため、炭素
抵抗の銅線路は除去され、細いマンガニンワイヤが導電
性エポキシ樹脂により抵抗層に直接接着されている。マ
ンガニンワイヤは誘導電圧を回避するため、被検体本体
の切り込みで撚り合わされ、接続ソケットまで導かれ
る。同じように、加熱ワイヤは所定の直径を有するマン
ガニンワイヤからなる。接続ワイヤも同様に切り込みで
撚り合わされ、ソケットまで導かれる。ソケットは管の
上に配置されており、この管は被検体本体と同心に固定
結合され、測定装置に対する機械的ホルダとして用いら
れる。The subject holder is made of fiberglass-epoxide. A carbon resistance prepared as a temperature measuring device is fitted and bonded just below the jacket surface in the central cylindrical portion. To avoid eddy current loss,
Alternatively, in order to suppress it at least to a negligible level, the carbon resistance copper line is removed, and a thin manganin wire is directly bonded to the resistance layer by a conductive epoxy resin. In order to avoid the induced voltage, the manganin wire is twisted at the notch of the subject body and guided to the connection socket. Similarly, the heating wire consists of manganin wire having a given diameter. The connecting wires are also twisted together at the notches and guided to the socket. The socket is arranged on a tube, which is fixedly connected concentrically with the subject body and is used as a mechanical holder for the measuring device.
【0017】中空円筒ならびに被検体ホルダの中央円筒
領域と上部円筒領域との間のリング空間には液体、低粘
度の機械オイルが充填されている。この機械オイルは測
定に対する化学的および物理的周辺条件を満たす。被検
体はいずれの場合でも完全にオイルに浸漬される。この
構成によって固有の真空容器が不要となり、したがい測
定コストが格段に低減される。The hollow cylinder and the ring space between the central cylindrical region and the upper cylindrical region of the subject holder are filled with liquid and mechanical oil of low viscosity. This mechanical oil meets the chemical and physical ambient conditions for the measurement. The specimen is in all cases completely immersed in the oil. This configuration eliminates the need for a unique vacuum container, and thus significantly reduces the measurement cost.
【0018】被検体の巻き付けは単に数分を要するだけ
である。前記の文献に示された測定法による実際の測定
は迅速に経過する。測定装置を同心に取り巻く超伝導ソ
レノイドが搬送缶に適合すれば、交番磁界損失測定は液
体ヘリウム用のこの通常の搬送缶で実施することができ
る。前記のソレノイドにより、測定のために重畳された
均一磁界を有する交番磁界が形成される。The winding of the subject only takes a few minutes. The actual measurement according to the measurement method shown in the above-mentioned document proceeds rapidly. If the superconducting solenoid concentrically surrounding the measuring device is fitted to the carrier can, the alternating magnetic field loss measurement can be carried out on this conventional carrier for liquid helium. Said solenoid forms an alternating magnetic field with a uniform magnetic field superimposed for the measurement.
【0019】測定を高いバックグラウンド磁界で実施す
る必要のない通常の適用例に対しては、固有の低温保持
装置は必要ない。使用される(後で説明する)ソレノイ
ドは48mmの外径を有し、最大2.5Tの磁界を形成
する。測定パネル全体は非常に小さな質量を有するか
ら、液体ヘリウムの温度への冷却は数分で行われる。短
時間で十分な感度で連続して被検体を測定することがで
きる。For conventional applications where measurements need not be performed at high background magnetic fields, no inherent cryostat is required. The solenoid used (discussed below) has an outer diameter of 48 mm and produces a magnetic field of up to 2.5T. Since the entire measuring panel has a very small mass, the cooling of liquid helium to the temperature takes place in a few minutes. The object can be continuously measured in a short time with sufficient sensitivity.
【0020】従来の比色測定と比較して、簡単な装置測
定構成により使用されるヘリウムの量は格段に低減され
る。したがいコストも格段に低減する。Compared to conventional colorimetric measurements, the amount of helium used is significantly reduced by the simple instrumental measurement arrangement. Therefore, the cost is significantly reduced.
【0021】本発明の実施例が図面に示されており、以
下説明する。An embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described below.
【0022】[0022]
【実施例】被検体はこれまで専ら、高電流超伝導体技術
に対する導体部分である。したがって、エネルギー供給
網で通常の周波数(すなわち50または60Hz)ない
しは電力装置で通常の周波数帯域を有する交番磁界が測
定装置にて、交番磁界損失を検出するために形成され
る。具体的なプランニングおよび超伝導体を備えた設備
の部分的実現は、発電機、電動機、電力変換器、電流制
限器等の構成群および電子信号構成群ないし通信技術構
成群である。後者は意図する使用に依存して比較的に高
い周波数の重畳された交番磁界で測定される。The subject has heretofore been exclusively the conductor part for high-current superconductor technology. Thus, an alternating magnetic field having a normal frequency in the energy supply network (ie 50 or 60 Hz) or a normal frequency band in the power device is formed in the measuring device for detecting the alternating magnetic field loss. Particular realization of the equipment with specific planning and superconductors is the group of components such as generators, motors, power converters, current limiters and the group of electronic signal components or communication technology components. The latter is measured with a relatively high frequency superimposed alternating magnetic field, depending on the intended use.
【0023】図1の被検体ホルダ1または本体1は、異
なる直径を有する3つの円筒領域2、3、4からなる。
これら円筒領域は共通の軸線5を有する。中央領域2は
最も小さな直径3を有する。ジャケット面のすぐ下方で
は、温度測定装置6が切り込み26に嵌め込まれており
接着されている(図2)。温度測定装置6は準備加工さ
れた炭素抵抗であり(図4参照)、後で詳細に説明す
る。The subject holder 1 or body 1 of FIG. 1 consists of three cylindrical regions 2, 3, 4 having different diameters.
These cylindrical regions have a common axis 5. The central region 2 has the smallest diameter 3. Immediately below the jacket surface, the temperature measuring device 6 is fitted and glued in the notch 26 (FIG. 2). The temperature measuring device 6 is a carbon resistance that has been prepared and processed (see FIG. 4), and will be described later in detail.
【0024】炭素抵抗6の組込の後に処理された円筒ジ
ャケット面の上に加熱装置7が設けられている。加熱装
置は直径0.1mmの加熱ワイヤを巻き付けた1つの層
からなる。加熱ワイヤはマンガニンからなり、エポキシ
ドが含浸され回転しながら硬化されている。これにより
加熱コイル7は外部に向かっては完全に平坦な表面が得
られる。加熱コイル7の2つの線路8は撚り合わされ、
切り込み内を被検体ホルダ1の軸線5方向に導かれてい
る。ここから線路は4極ソケット9に対して同心に導か
れ、これに鑞付けされている。A heating device 7 is provided on the treated cylindrical jacket surface after the incorporation of the carbon resistor 6. The heating device consists of a layer of wound heating wire with a diameter of 0.1 mm. The heating wire is made of manganin, impregnated with epoxide, and cured while rotating. This gives the heating coil 7 a completely flat surface towards the outside. The two lines 8 of the heating coil 7 are twisted together,
The inside of the notch is guided in the direction of the axis 5 of the subject holder 1. From here the line is guided concentrically to the 4-pole socket 9 and is brazed to it.
【0025】中央領域3を介して被検体10は単層また
は複数に巻き付けられる。これによりこの領域3の全軸
長が覆われる。下部領域4は、少なくとも巻き付けられ
たホルダ領域と同じである直径4を有する。これの上に
円筒状の管部材11が載置される。この管部材はテフロ
ン製であり、下部領域4で被検体ホルダ1に密に当接し
ており、上方へ少なくとも本体1の端部まで達してい
る。残りの領域によりリング状空間22は形成されてお
り、この空間には低粘度の機械オイルが充填されてい
る。これにより被検体10はいずれにしろ完全にその中
に浸漬される。The subject 10 is wound in a single layer or a plurality of layers through the central region 3. This covers the entire axial length of this area 3. The lower region 4 has a diameter 4 which is at least the same as the wound holder region. The cylindrical tube member 11 is placed on this. This tube member is made of Teflon, is in close contact with the subject holder 1 in the lower region 4, and extends upward to at least the end of the main body 1. A ring-shaped space 22 is formed by the remaining region, and this space is filled with low-viscosity mechanical oil. In this way, the subject 10 is completely immersed in it anyway.
【0026】低い熱伝導率を有する非金属材料からなる
管部材12は被検体ホルダ1に同心に当接しており、自
由端部は4極ソケット9により閉鎖されている。管部材
は同時に被検体ホルダ1に対する機械的保持部として用
いられる。管部材の中ではそれぞれ2つの電気線路8、
13がソケット9に導かれ、そこでソケット9の相応の
ピンに鑞付けされている。これらの線路は図示されてい
ない信号処理および加熱装置7の電流源に対するもので
ある。外側の管壁には液体ヘリウムの温度測定用のさら
に別の温度測定装置18が設けられている。両方の温度
測定装置6、18により液体ヘリウムと被検体との間の
重要な温度差が測定される。A tube member 12 made of a non-metallic material having a low thermal conductivity is in contact with the object holder 1 concentrically, and its free end is closed by a 4-pole socket 9. At the same time, the tube member is used as a mechanical holding portion for the subject holder 1. In the pipe member, two electric lines 8 each,
13 is led to the socket 9, where it is brazed to the corresponding pin of the socket 9. These lines are for the current sources of the signal processing and heating device 7, not shown. A further temperature measuring device 18 for measuring the temperature of liquid helium is provided on the outer tube wall. Both temperature measuring devices 6, 18 measure the important temperature difference between liquid helium and the analyte.
【0027】このように準備された測定装置は次に測定
のために、内部へ土台25の上へ摺動され、そこで同心
の凹部24を介して被検体ホルダの底部に所定の位置で
保持される。土台25は超伝導体ソレノイド14のグラ
スファイバ強化プラスチックからなる(図3参照)。ソ
レノイド14は電流リード線5を介して電流供給部と接
続されている。これは試料交換の際も接続されたままで
あり、したがって分解する必要はない。この磁石14に
より所定の波形ないし所定の周波数領域における交番磁
界成分を有する均一磁界を形成することができる。その
ために装置全体は液体ヘリウムを有する缶16に浸漬さ
れる。図3は単にその閉鎖部17を有する缶16の付け
根だけを示す。測定装置の所要空間については図3およ
び図1に重要な外側寸法が示されている。The measuring device thus prepared is then slid inwards onto a base 25 for measurement, where it is held in place on the bottom of the subject holder via a concentric recess 24. It The base 25 is made of glass fiber reinforced plastic for the superconductor solenoid 14 (see FIG. 3). The solenoid 14 is connected to the current supply unit via the current lead wire 5. It remains connected during sample exchange and therefore does not need to be disassembled. The magnet 14 can form a uniform magnetic field having an alternating magnetic field component in a predetermined waveform or a predetermined frequency range. For that purpose the entire device is immersed in a can 16 with liquid helium. FIG. 3 only shows the base of the can 16 with its closure 17. For the required space of the measuring device, important outer dimensions are shown in FIGS. 3 and 1.
【0028】図4は測定装置のために準備加工された炭
素抵抗6を示す。右半分は元の状態を、左半分は市販さ
れている炭素抵抗6を準備加工した状態を示す。これは
100Ωの公称抵抗値を有するアレン−ブラッドリー炭
素抵抗である。4.2Kの際にこの抵抗は約1000Ω
の抵抗値を有する。測定に使用するためそのセラミック
外皮19と炭素層20の一部が全長にわたってセグメン
ト状に扁平に面取りされている(図4参照)。元の錫め
っきされた銅ワイヤ端子21は直径0.1mmのマンガ
ニンワイヤにより置換されている。というのは錫めっき
された銅ワイヤ端子は交番磁界で大きな損失を産むから
である。残った錫は完全にエッチング除去される。2つ
のマンガニンワイヤ端部は導電性エポキシ樹脂により炭
素層20のそれぞれの端面に接着される。薄い絶縁層の
施された2つのマンガニンワイヤ13は次に、導体を取
り囲む面が印加される交番磁界に対してできるだけ垂直
にならないように撚り合わされる。この面により誘導電
圧が形成され得るからである。FIG. 4 shows a carbon resistor 6 prepared for the measuring device. The right half shows the original state, and the left half shows the state where the commercially available carbon resistor 6 is prepared and processed. This is an Allen-Bradley carbon resistor with a nominal resistance of 100Ω. This resistance is about 1000Ω at 4.2K.
Has a resistance value of. For use in the measurement, the ceramic outer skin 19 and a part of the carbon layer 20 are chamfered into segments in a flat shape over the entire length (see FIG. 4). The original tinned copper wire terminal 21 has been replaced by a 0.1 mm diameter manganin wire. This is because tin-plated copper wire terminals produce large losses in alternating magnetic fields. The remaining tin is completely removed by etching. The ends of the two manganin wires are adhered to the respective end faces of the carbon layer 20 with a conductive epoxy resin. The two manganin wires 13 provided with a thin insulating layer are then twisted together so that the surface surrounding the conductor is not as perpendicular as possible to the applied alternating magnetic field. This is because an induced voltage can be formed by this surface.
【0029】このように準備加工された炭素抵抗6はそ
の扁平端面を外側にして、被検体ホルダ1の中央領域3
の切り込み26の中に置かれ、位置を固定するため接着
される。The carbon resistor 6 thus prepared and processed has the flat end face outside and the central region 3 of the subject holder 1.
Placed in the notch 26 and glued to fix the position.
【0030】測定装置の性能を以下、測定方法に基づい
て説明する(図5も参照)。The performance of the measuring device will be described below based on the measuring method (see also FIG. 5).
【0031】第1の実験ステップで較正曲線が記録され
る。この曲線は試料支持体1にある温度センサ6のオー
ム抵抗経過を加熱能力に依存して示す。ヘリウム温度T
1も同様に既知であるから、重要な温度差の経過ΔTを
プロットすることができる。A calibration curve is recorded in the first experimental step. This curve shows the ohmic resistance profile of the temperature sensor 6 on the sample support 1 as a function of the heating capacity. Helium temperature T
Since 1 is likewise known, it is possible to plot the course ΔT of the important temperature difference.
【0032】温度センサ6自体は較正する必要はない。
温度の関数としての抵抗値のおおよその経過は、被検体
10の温度が許容領域内を経過することを保証するため
にだけ必要である。The temperature sensor 6 itself does not need to be calibrated.
The approximate course of the resistance value as a function of temperature is only necessary to ensure that the temperature of the subject 10 remains within the tolerance zone.
【0033】本来の測定は所望の周波数および振幅の交
番磁界を印加し、試料ホルダ1の炭素抵抗6のそれぞれ
の抵抗値を測定することにある。これらの値から前もっ
て求めた較正曲線を用い、相応する損失電力が算出され
る。この方法は測定領域に応じて約2から5%の領域の
精度を提供する。The original measurement is to apply an alternating magnetic field having a desired frequency and amplitude and measure the respective resistance values of the carbon resistance 6 of the sample holder 1. A corresponding loss power is calculated from these values using a calibration curve previously determined. This method provides a region accuracy of about 2 to 5% depending on the measurement region.
【0034】測定精度を高めるべき場合、交番磁界によ
る各測定点記録ごとにこの点を磁界なしで、しかし加熱
装置7により相応の温度ないし温度センサ6の相応の抵
抗値まで加熱して記録しなければならない。これにより
達成される測定精度は1%以下の誤差である。If the measuring accuracy is to be increased, this point must be recorded for each measuring point recording by means of an alternating magnetic field without a magnetic field, but by heating with a heating device 7 to a corresponding temperature or a corresponding resistance value of the temperature sensor 6. I have to. The measurement accuracy achieved by this is an error of 1% or less.
【0035】測定装置の使用可能な測定領域は、熱抵抗
および許容される測定可能な最大および最小温度差によ
り定められる。測定可能な最小温度差が10mKであ
り、測定可能な最大温度差が1Kの場合、測定領域は2
桁のオーダである。さらに大きな温度差も測定可能であ
るが、しかしこれはもはや使用できるものではない。許
容される最大温度差は、実際の測定の際に試料温度の変
動がどの程度許容されるかに依存する。一般的に交流損
失は僅かしか温度に依存せず、計算で補正することがで
きる。The usable measuring area of the measuring device is defined by the thermal resistance and the maximum and minimum measurable temperature difference allowed. When the minimum measurable temperature difference is 10 mK and the measurable maximum temperature difference is 1 K, the measurement area is 2
It is a digit order. Even larger temperature differences can be measured, but this is no longer usable. The maximum temperature difference allowed depends on how much variation in the sample temperature is allowed in the actual measurement. In general, AC losses are only slightly temperature dependent and can be calculated and corrected.
【0036】基本的に、ヘリウム浴液の温度T1が変化
しても試料温度T2を一定に保持することができる。
4.2K以下に低下させることはヘリウム浴液を所定の
圧力に排気することにより簡単にできる。この圧力、延
いてはヘリウム温度は、試料温度が常に同じ値に留まる
ように調整する。しかし測定コストを高めることになる
この手段はほとんどの場合必要ない。Basically, the sample temperature T2 can be kept constant even if the temperature T1 of the helium bath liquid changes.
It can be easily lowered to 4.2 K or less by exhausting the helium bath liquid to a predetermined pressure. This pressure, and consequently the helium temperature, is adjusted so that the sample temperature always remains the same. However, in most cases this measure, which would increase the measurement costs, is not necessary.
【0037】測定装置の構造は、流し込みによる測定の
場合に重要である。被検体ホルダ内の温度プロフィル
は、加熱装置または被検体で同じ電力が散逸する場合に
は正確に同じものではない。The structure of the measuring device is important for pouring measurements. The temperature profile within the subject holder will not be exactly the same if the same power is dissipated in the heating device or subject.
【0038】図2のbは、測定装置の中央円筒領域3で
の半径方向温度プロフィルを、同じ電力における交番磁
界によるエネルギー散逸とヒータ7を投入接続した際の
エネルギー散逸の両方の場合について示す。測定された
温度は、同じ電力における較正測定の場合よりもやや高
い。これは熱源の位置が異なるためである。そのため補
正が必要である。FIG. 2b shows the radial temperature profile in the central cylindrical region 3 of the measuring device both for the energy dissipation due to the alternating magnetic field at the same power and for the energy dissipation when the heater 7 is switched on and off. The measured temperature is slightly higher than for the calibration measurement at the same power. This is because the position of the heat source is different. Therefore, correction is necessary.
【0039】付加的実験で、細い加熱ワイヤを巻き付け
た0.4mmの銅ワイヤによって超伝導試料を置換し
た。したがってこの場合試料は交番磁界ではなくオーム
加熱で加熱した。この試料の損失電力を組み込んだ加熱
コイルの電力と同じ測定温度で比較することにより所要
の補正量が得られる。この補正量は2.1%±0.3%
であった。すなわち交番磁界損失は2.1%だけ、同じ
温度に調整されたオーム加熱の場合よりも高い。In an additional experiment, the superconducting sample was replaced by a 0.4 mm copper wire wrapped with a thin heating wire. Therefore, in this case, the sample was heated by ohmic heating instead of the alternating magnetic field. The required correction amount can be obtained by comparing the power loss of this sample with the power of the heating coil incorporating the same power temperature. This correction amount is 2.1% ± 0.3%
Met. That is, the alternating magnetic field loss is 2.1% higher than in the case of ohmic heating adjusted to the same temperature.
【0040】測定装置の最適化は、測定装置がそのため
に設計された所定の試料形式に対してだけ行うことがで
きる。種々の試料は装置の種々異なる感度または種々異
なる最小試料直径を必要とする。というのは太い試料を
小さな半径に曲げることはできないからである。Optimization of the measuring device can only be carried out for a given sample format for which the measuring device is designed. Different samples require different sensitivities of the device or different minimum sample diameters. This is because a thick sample cannot be bent to a small radius.
【0041】装置の感度 ΔT/Q=Rth (Rth=熱抵抗) は重要なパラメータである。感度は測定可能領域を定め
る。感度は実施例では55K/Wである。所定の試料に
対しては、ΔT/Qが比較的に大きいかまたは小さい場
合が有利である。Device sensitivity ΔT / Q = Rth (Rth = thermal resistance) is an important parameter. The sensitivity defines the measurable area. The sensitivity is 55 K / W in the example. For a given sample, it is advantageous if ΔT / Q is relatively large or small.
【0042】試料の有する損失が小さければ小さいほ
ど、ΔT/Qは大きくなければならない。そのためには
ナイロンのような熱伝導率の小さな材料を使用しなけれ
ばならない。試料の直径を低減すると同様にΔT/Qは
大きくなる。係数10、すなわちΔT/Qが約500K
/Wまでは実施可能である。The smaller the loss the sample has, the greater the ΔT / Q must be. For that purpose, a material having a low thermal conductivity such as nylon must be used. Similarly, reducing the sample diameter increases ΔT / Q. Coefficient 10 or ΔT / Q is about 500K
/ W is possible.
【0043】高い損失を有する試料に対してΔT/Wを
低減することは簡単にできる。そのためには比較的に大
きな伝導率を有する材料、比較的に大きな直径の試料支
持体および比較的に薄い外側円筒を使用すればよい。It is easy to reduce ΔT / W for samples with high loss. To this end, a material having a relatively high conductivity, a relatively large diameter sample support and a relatively thin outer cylinder may be used.
【0044】所定の試料支持体では感度をある程度変化
させることができる。すなわち、外側スリーブないしリ
ング11に対して異なる材料を使用するのである。2つ
の材料、ナイロンとテフロンについて検出した。The sensitivity can be varied to some extent for a given sample support. That is, different materials are used for the outer sleeve or ring 11. Two materials were detected, nylon and Teflon.
【0045】 ナイロンスリーブ 太さ6mm:ΔT/Q=94K/W テフロンスリーブ 太さ0.6mm:ΔT/Q=34K
/W これは係数3の変化を意味する。Nylon sleeve Thickness 6 mm: ΔT / Q = 94K / W Teflon sleeve Thickness 0.6 mm: ΔT / Q = 34K
/ W This means a change of a factor of 3.
【0046】試料支持体のコアを取り出し可能にしても
感度を低下することができる。これにより軸への比較的
良好な熱放出が可能である。Even if the core of the sample support can be taken out, the sensitivity can be lowered. This allows a relatively good heat release to the shaft.
【0047】実施例では ΔQ=ΔT/Rth=5μW の出力分解能が得られた。ここでRth=55K/Wで
あり、温度分解能は±0.25mKである。In the example, an output resolution of ΔQ = ΔT / Rth = 5 μW was obtained. Here, Rth = 55K / W, and the temperature resolution is ± 0.25 mK.
【0048】熱調整時間は、加熱出力を印加または遮断
した際の温度変換に対する時定数から得られる。この熱
調整時間は、一定の加熱卯出力を取り去った後、液体ヘ
リウムの温度に指数的に降下するために重要である。The heat adjustment time is obtained from the time constant for temperature conversion when the heating output is applied or cut off. This heat conditioning time is important for exponentially dropping to the temperature of liquid helium after removing the constant heating power.
【0049】実施例ではこの時定数は約2.5秒であ
る。交番磁界の印加後の5つの時定数で、温度は1%以
下の誤差で最終値になる。このことは非常に短い間隔で
の測定点の記録を意味する。In the embodiment, this time constant is about 2.5 seconds. With the five time constants after the application of the alternating magnetic field, the temperature reaches the final value with an error of 1% or less. This means recording the measuring points at very short intervals.
【0050】比較のためもう一度、ヘリウム浴液の蒸発
率を測定する比色法を参照する。この場合相応する時定
数は、数分以上の領域にある。このことは非常に時間が
かかることを意味する。For comparison, refer again to the colorimetric method for measuring the evaporation rate of a helium bath solution. The corresponding time constant in this case lies in the region of a few minutes or more. This means that it is very time consuming.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明により、多数の超伝導体被検体を
その交流損失に関して短時間で測定することのできる測
定装置が得られる。According to the present invention, there can be obtained a measuring device capable of measuring a large number of superconductor analytes with respect to their AC loss in a short time.
【図1】本発明の実施例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の中央円筒領域の断面図および半径方向
の温度経過を示す線図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a central cylindrical region of the present invention and a diagram showing a temperature profile in a radial direction.
【図3】測定装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a measuring device.
【図4】炭素抵抗の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of carbon resistance.
【図5】測定の基本を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the basics of measurement.
1 被検体ホルダ 2、3、4 領域 5 軸線 6 温度測定装置 7 加熱装置 9 ソケット 10 被検体 1 Subject Holder 2, 3, 4 Region 5 Axis 6 Temperature Measuring Device 7 Heating Device 9 Socket 10 Subject
Claims (6)
体の交番磁界損失を比色検出するための測定装置であっ
て、超伝導被検体(10)を有し、 該超伝導被検体は被検体ホルダ(1)に装着されてお
り、 該被検体ホルダは円筒体であり、 該円筒体の材料は低い熱伝導率を有し、 前記被検体ホルダ(1)は中央円筒領域(3)では他の
円筒領域におけるよりも小さな直径を有し、 円筒体のジャケット面には電気加熱装置(7)が載置さ
れており、 該加熱装置に測定すべき被検体(10)が少なくとも1
層巻き付けられており、 被検体ホルダ(1)のすぐ近傍には温度測定装置(6)
と熱抵抗が配置されており、 該熱抵抗は被検体(10)と冷却浴液により接続されて
いる測定装置において、 前記ジャケット面に温度測定装置(6)が嵌め込まれて
おり、 該温度測定装置は当該ジャケット面と面状に結合してお
り、 被検体コイル(10)よりも大きな直径(4)を有する
円筒領域(4)が前記中央円筒領域(3)の一方の側に
続いており、 当該円筒領域(4)には円筒状リング(11)が密に嵌
装されており、 当該リングの材料は冷却作用により被検体リングの材料
と同じか、またはそれよりも強く収縮し、 前記円筒状リング(11)は軸方向長さを有し、 該軸方向長さは少なくとも被検体ホルダ(1)の軸方向
長さを有し、 中央円筒領域(3)の他方の側には別の円筒領域(2)
が続いており、 該別の円筒領域(2)は被検体ホルダ(1)の最小直径
と最大直径との間の直径を有し、 リング(11)の嵌装された状態では片側の開放された
リング空間(22)が存在し、 該リング空間(22)には、接触する材料と化学的に反
応しない誘電流体が充填されており、 熱抵抗は被検体ホルダ(1)、リング(11)およびリ
ング空間(22)に存在する流体からなることを特徴と
する測定装置。1. A measuring device for colorimetrically detecting an alternating magnetic field loss of a superconductor in an alternating magnetic field of an arbitrary frequency, comprising a superconducting object (10), said superconducting object being an object to be detected. Mounted on a specimen holder (1), the specimen holder is a cylinder, the material of the cylinder has a low thermal conductivity, the specimen holder (1) being in the central cylindrical region (3) An electric heating device (7) is mounted on the jacket surface of the cylindrical body having a smaller diameter than in other cylindrical regions, and the heating device has at least one object (10) to be measured.
The layers are wrapped and the temperature measuring device (6) is placed in the immediate vicinity of the subject holder (1).
And a thermal resistance are arranged, and the thermal resistance is measured by a temperature measuring device (6) fitted in the jacket surface in a measuring device connected to the subject (10) by a cooling bath liquid. The device is planarly connected to the jacket surface, with a cylindrical region (4) having a larger diameter (4) than the subject coil (10) leading to one side of the central cylindrical region (3). , The cylindrical ring (11) is tightly fitted in the cylindrical region (4), and the material of the ring contracts by the cooling action to be the same as the material of the ring to be inspected or stronger than that, The cylindrical ring (11) has an axial length, the axial length being at least the axial length of the subject holder (1), and the other on the other side of the central cylindrical region (3). Cylindrical region (2)
The second cylindrical region (2) has a diameter between the minimum diameter and the maximum diameter of the subject holder (1) and is open on one side in the fitted state of the ring (11). A ring space (22) is present, and the ring space (22) is filled with a dielectric fluid that does not chemically react with the contacting material, and the thermal resistance is the subject holder (1) and the ring (11). And a measuring device comprising a fluid present in the ring space (22).
エポキシ樹脂またはナイロンまたはそのほかの非金属材
料からなる請求項1記載の測定装置。2. The object holder (1) is a glass fiber
The measuring device according to claim 1, which is made of epoxy resin, nylon, or other non-metallic material.
あり、 該炭素抵抗のジャケット面は一部の領域で炭素層(2
0)まで面取りされて扁平になっており、 該炭素抵抗(6)は被検体ホルダ(1)に、ジャケット
面の扁平領域が被検体ホルダ(1)の中央円筒領域
(3)内に位置するように嵌め込まれ、熱伝導性のエポ
キシ樹脂により接着されており、 所定の太さの2つのマンガニンワイヤ(13)が炭素層
(20)から直接、外部に印加される交番磁界による誘
導性電圧成分が無視できるほど小さく保持されるように
引き出されている請求項2記載の測定装置。3. The temperature measuring device (6) is a carbon resistance (6), and the jacket surface of the carbon resistance has a carbon layer (2) in a partial region.
0) is chamfered to be flat, and the carbon resistance (6) is located in the subject holder (1), and the flat region of the jacket surface is located in the central cylindrical region (3) of the subject holder (1). The two manganin wires (13) each having a predetermined thickness are attached by a heat conductive epoxy resin, and the inductive voltage component due to the alternating magnetic field applied to the outside directly from the carbon layer (20). 3. The measuring device according to claim 2, wherein is drawn so as to be held so small that it can be ignored.
置(7)は、ジャケット面に巻き付けられ、エポキシ樹
脂の充填されたマンガニンワイヤまたは非強磁性材料の
別の抵抗ワイヤからなる請求項3記載の測定装置。4. The heating device (7) provided in the central cylindrical region (3) consists of a manganin wire wrapped in a jacket surface and filled with epoxy resin or another resistance wire of non-ferromagnetic material. 3. The measuring device according to 3.
(8、13)が炭素抵抗(6)および加熱装置((7)
から溝に接着されて被検体ホルダ(9)の軸(5)方向
に導かれ、少なくとも4極ソケット(9)と鑞付けされ
ており、 ソケットは管(12)に組み付けられており、 該管は軸方向に被検体ホルダ(1)に強固に結合されて
いる請求項4記載の測定装置。5. Two lead wires (8, 13) each twisted together have a carbon resistance (6) and a heating device ((7)).
Is adhered to the groove from the groove and guided in the direction of the axis (5) of the subject holder (9) and brazed with at least a 4-pole socket (9), the socket being assembled to the tube (12), The measuring device according to claim 4, wherein is firmly connected to the object holder (1) in the axial direction.
流体は低粘度のオイルであり、 該オイルは液体ヘリウムの温度において低い熱伝導率を
有し、 試料交換の際に特別に注意して取り扱う必要がない請求
項5記載の測定装置。6. The fluid used to fill the ring space ((22) is a low viscosity oil, which has a low thermal conductivity at the temperature of liquid helium, and which requires special care during sample exchange. The measuring device according to claim 5, which does not need to be handled as a unit.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4320658.1 | 1993-06-22 | ||
DE19934320658 DE4320658C1 (en) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | Measuring apparatus for calorimetric determination of the AC losses of superconductors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0727725A true JPH0727725A (en) | 1995-01-31 |
Family
ID=6490912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14046594A Pending JPH0727725A (en) | 1993-06-22 | 1994-06-22 | Measuring device for colorimetric detection of alternating magnetic field loss of superconductor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0727725A (en) |
DE (1) | DE4320658C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006017656A (en) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Ac loss measuring instrument and ac loss measurement method |
JP2013157429A (en) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Disco Abrasive Syst Ltd | Package substrate dividing method and cutting blade |
CN105425026A (en) * | 2014-12-30 | 2016-03-23 | 北京无线电计量测试研究所 | Novel sealed constant-temperature double-load waveguide calorimeter |
JP2016217818A (en) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 株式会社日立製作所 | Ac loss measurement device |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10259321A1 (en) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | Epcos Ag | Calorimetric measuring arrangement and calorimetric measuring method |
CN112665762A (en) * | 2020-12-16 | 2021-04-16 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | Calorimetric test device and method for alternating current magnetization loss of non-insulated coil |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5065087A (en) * | 1988-10-04 | 1991-11-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Apparatus for observing a superconductive phenomenon in a superconductor |
-
1993
- 1993-06-22 DE DE19934320658 patent/DE4320658C1/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-06-22 JP JP14046594A patent/JPH0727725A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006017656A (en) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Ac loss measuring instrument and ac loss measurement method |
JP4514532B2 (en) * | 2004-07-05 | 2010-07-28 | 古河電気工業株式会社 | AC loss measuring apparatus and measuring method |
JP2013157429A (en) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Disco Abrasive Syst Ltd | Package substrate dividing method and cutting blade |
CN105425026A (en) * | 2014-12-30 | 2016-03-23 | 北京无线电计量测试研究所 | Novel sealed constant-temperature double-load waveguide calorimeter |
JP2016217818A (en) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 株式会社日立製作所 | Ac loss measurement device |
US9817051B2 (en) | 2015-05-19 | 2017-11-14 | Hitachi, Ltd. | Alternating current loss measuring apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4320658C1 (en) | 1994-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kim et al. | Transport AC loss measurements in superconducting coils | |
EP2700970B1 (en) | NMR detection module | |
CN108152766B (en) | Superconducting tape magnetizing device | |
US6925873B2 (en) | Liquid helium level sensor for use in a cryogenic environment and method for assembling same | |
JPH0727725A (en) | Measuring device for colorimetric detection of alternating magnetic field loss of superconductor | |
US5446372A (en) | Noninductive shunt current sensor with self-power capability | |
JPS6014127A (en) | Device for remotely measuring liquid level | |
EP0282780B1 (en) | Method for measuring heat transfer coefficient and sensor including heat transfer element and thermal insulation element | |
US20220163400A1 (en) | Probe system for low-temperature high-precision heat transport measurement and measurement device including same | |
Schmidt et al. | Ac loss measurements on superconductors in the microwatt range | |
Wilkins et al. | Precision ac/dc resistance standards | |
CN111681848B (en) | Iron-based superconducting coil, preparation method thereof and method for measuring resistance of iron-based superconducting joint | |
US5907102A (en) | System and method for performing tensile stress-strain and fatigue tests | |
Schmidt | Calorimetric ac-loss measurement of high Tc-tapes at 77 K, a new measuring technique | |
CN111239655B (en) | Resonant frequency circuit structure for measuring superconducting characteristics of material | |
Schmidt | Calorimetric ac loss measurement in the microwatt range: a new simplified measuring technique | |
Richens et al. | Strain dependence of critical currents in commercial high temperature superconductors | |
CN206400083U (en) | Diamagnetic measuring probe, diamagnetic measurement bar and diamagnetic measurement apparatus | |
Coletta et al. | Application of electrical and calorimetric methods to the AC loss characterization of cable conductors | |
US3262026A (en) | Superconductive solenoids having a field probe mounted therein | |
JPH08222426A (en) | Coil structure of superconducting magnet | |
Klonz et al. | Multijunction thermal converter with adjustable output voltage/current characteristics | |
US20230098909A1 (en) | Current sensing noise thermometer | |
Hudson et al. | Evaluation of the temperature and magnetic field dependence of critical current densities of multifilamentary superconducting composites | |
Walker et al. | Alternating field losses in mixed matrix multifilament superconductors |