高温超导材料特性数据处理系统的设计与实现.pdfVIP

维普资讯 山西大学学报 (自然科学版 )28(1)：44~47，2005 JournalofShanxiUniversity(Nat．Sci．Ed．) 文章编号 ：0253—2395(2005)01-0044—04 高温超导材料特性数据处理系统的设计与实现* 刘 鹏 ，陈宝明，董有 尔，高宇南 (山西大学 物理实验中心 ，山西 太原 030006) 摘 要 ：介绍了BW2型高温超导材料特性测试装置计算机数据采集和处理系统的设计与实现过程．在仪器手动测 试功能的基础上 ，增加 了数据 自动采集、存储、处理等功能，不仅完善 了该实验装置，而且提高了测试精度．通过该 系统 ，学生不仅能动手操作 了解高温超导材料特性测试的全过程，而且能够再现实验过程 ，有利于高温超导电性的 进一步研究． 关键词：高温超导电-t-*-；接 口电路 ；数据采集；数据处理 中圈分类号：TP274；TM26 文献标识码：A 高温超导电性是物理学的前沿课题 ，具有重大的应用前景．北京大学实创新技术公司研制，上海 电表厂生产的BW2 型高温超导材料特性测试装置 ，是教育部 “高等教育改革发展项 目”中教学仪器类产品的中标项 目，已在北京大学等几十所高 等院校作为基础物理实验教学仪器使用．山西大学物理实验中心为BW2型测试装置设计了高温超导材料特性测试装置计算 机数据采集和处理系统 ，制作完成后 ，通过专家验收，完全达到设计要求 ， 已由上海乾峰电子仪器有限公司生产．该系统投入实验教学后 ，不仅能 自 动采集、处理实验数据 ，自动显示高温超导体 YBCO 电阻、铂电阻温度计 电阻、硅二极管温度计正 向电压、铜一康铜温差电偶 的温差 电动势等随温 度变化的四种 曲线，而且提高了实验精度 ，对学生理解高温超导的机理、 基本性质及其应用 ，进一步研究实验现象提供了极大方便． 1 计算机数据采集和处理系统的设计思路 1．1 BW2型高温超导材料特性测试装置的特点 BW2型实验装置n主要 由铂电阻、硅二极管和超导样品等三个 电阻 测量电路构成 ，每一电路均包含恒流源、标准电阻、待测 电阻、数字电压表 和转换开关五个主要部件．其基本结构如图1所示． 图1 BW2型高温超导材料特性 手动操作时，通过测量铂电阻的电流和电压 ，换算成温度作为标准温 测试装置基本结构框 图 度计．记录数据时首先手动换档对液面计的状态进行检测 ，判断是否达到 降温区，符合实验条件后，每 5min人工记录温度 、硅电阻 电压 、超导样品电压一次．在测量达到临界温度附近时 ，控制电流反 向开关，如果电流正向反向时样 品电压读数相等 ，则确定超导体到达超导状态．还可以运用加热电路为恒温器提供所需热量， 对超导样品的升温过程进行研究．超导转变过程中，在 2K左右的温度范 围，人工记录可 以得到很规律的十几个数据点．由于 降温速率比较慢 ，高温超导实验整个过程需 3h左右 ，手动测量时一方面要根据液面计读数控制降温速率稳定 ，另一方面还要 时刻转换各个档位，记录各个表头的数据 ，实验过程非常繁忙 ，读写数据误差 比较高 ，实验重复性差．如果加上计算机 自动采 集处理数据后，每隔 5S自动循环采集数据一次，实时保存数据和绘制特性 曲线 ，又能对实验的各种过程进行控制，使数据稳 收稿 日期 ：2004—08—12；修回日期：2004—1O一29 作者简介：刘 鹏 (1981一)，男 ，潞城人 ，山西大学 2001级物理学国家基地班学生；陈宝 明(1978一)，男 ，朔州人 ，助教． *第三届全国物理实验教学研讨会学生类论文评 比三等奖． 维普资讯 刘 鹏等 ：高温超导材料特性数据处理系统 的设计与实现 定，重复性强，提高了精度 ，在样品达到临界温度附近时，自动进行电流换向，可将样品到达超导的过程、乱