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《高溫超導(dǎo)材料特性數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、X山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)28(1):44～47,2005JournalofShanxiUniversity(Nat.Sci.Ed.)文章編號(hào):025322395(2005)01200442043高溫超導(dǎo)材料特性數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)劉鵬,陳寶明,董有爾,高宇南(山西大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心,山西太原030006)摘要:介紹了BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程.在儀器手動(dòng)測(cè)試功能的基礎(chǔ)上,增加了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、處理等功能,不僅完善了該實(shí)驗(yàn)裝置,而且提高了測(cè)試精度.通過(guò)該系統(tǒng),學(xué)生不僅能動(dòng)手操作了解高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試的全過(guò)程,而且能夠再現(xiàn)
2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程,有利于高溫超導(dǎo)電性的進(jìn)一步研究.關(guān)鍵詞:高溫超導(dǎo)電性;接口電路;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)處理中圖分類號(hào):TP274;TM26文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A[1,2]高溫超導(dǎo)電性是物理學(xué)的前沿課題,具有重大的應(yīng)用前景.北京大學(xué)實(shí)創(chuàng)新技術(shù)公司研制,上海電表廠生產(chǎn)的BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置,是教育部“高等教育改革發(fā)展項(xiàng)目”中教學(xué)儀器類產(chǎn)品的中標(biāo)項(xiàng)目,已在北京大學(xué)等幾十所高等院校作為基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器使用.山西大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心為BW2型測(cè)試裝置設(shè)計(jì)了高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng),制作完成后,通過(guò)專家驗(yàn)收,完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,已由上海乾峰電子儀器有限公司生產(chǎn).該系統(tǒng)投入實(shí)驗(yàn)
3、教學(xué)后,不僅能自動(dòng)采集、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),自動(dòng)顯示高溫超導(dǎo)體YBCO電阻、鉑電阻溫度計(jì)電阻、硅二極管溫度計(jì)正向電壓、銅—康銅溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)等隨溫度變化的四種曲線,而且提高了實(shí)驗(yàn)精度,對(duì)學(xué)生理解高溫超導(dǎo)的機(jī)理、基本性質(zhì)及其應(yīng)用,進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提供了極大方便.1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路1.1BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置的特點(diǎn)[3]BW2型實(shí)驗(yàn)裝置主要由鉑電阻、硅二極管和超導(dǎo)樣品等三個(gè)電阻測(cè)量電路構(gòu)成,每一電路均包含恒流源、標(biāo)準(zhǔn)電阻、待測(cè)電阻、數(shù)字電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)五個(gè)主要部件.其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示.圖1BW2型高溫超導(dǎo)材料特性手動(dòng)操作時(shí),通過(guò)測(cè)量鉑電阻的電流和電
4、壓,換算成溫度作為標(biāo)準(zhǔn)溫測(cè)試裝置基本結(jié)構(gòu)框圖度計(jì).記錄數(shù)據(jù)時(shí)首先手動(dòng)換檔對(duì)液面計(jì)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),判斷是否達(dá)到降溫區(qū),符合實(shí)驗(yàn)條件后,每5min人工記錄溫度、硅電阻電壓、超導(dǎo)樣品電壓一次.在測(cè)量達(dá)到臨界溫度附近時(shí),控制電流反向開關(guān),如果電流正向反向時(shí)樣品電壓讀數(shù)相等,則確定超導(dǎo)體到達(dá)超導(dǎo)狀態(tài).還可以運(yùn)用加熱電路為恒溫器提供所需熱量,對(duì)超導(dǎo)樣品的升溫過(guò)程進(jìn)行研究.超導(dǎo)轉(zhuǎn)變過(guò)程中,在2K左右的溫度范圍,人工記錄可以得到很規(guī)律的十幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn).由于降溫速率比較慢,高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程需3h左右,手動(dòng)測(cè)量時(shí)一方面要根據(jù)液面計(jì)讀數(shù)控制降溫速率穩(wěn)定,另一方面還要時(shí)刻轉(zhuǎn)換各個(gè)檔位,記錄各個(gè)表頭
5、的數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常繁忙,讀寫數(shù)據(jù)誤差比較高,實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差.如果加上計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集處理數(shù)據(jù)后,每隔5s自動(dòng)循環(huán)采集數(shù)據(jù)一次,實(shí)時(shí)保存數(shù)據(jù)和繪制特性曲線,又能對(duì)實(shí)驗(yàn)的各種過(guò)程進(jìn)行控制,使數(shù)據(jù)穩(wěn)X收稿日期:2004208212;修回日期:2004210229作者簡(jiǎn)介:劉鵬(19812),男,潞城人,山西大學(xué)2001級(jí)物理學(xué)國(guó)家基地班學(xué)生;陳寶明(19782),男,朔州人,助教.3第三屆全國(guó)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)學(xué)生類論文評(píng)比三等獎(jiǎng).劉鵬等:高溫超導(dǎo)材料特性數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)45定,重復(fù)性強(qiáng),提高了精度,在樣品達(dá)到臨界溫度附近時(shí),自動(dòng)進(jìn)行電流換向,可將樣品到達(dá)超導(dǎo)的過(guò)程、亂真電動(dòng)
6、勢(shì)的影響清[4]晰地體現(xiàn)出來(lái),便于高溫超導(dǎo)特性進(jìn)一步研究.1.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示,主要由硬件接口盒與數(shù)據(jù)采集處理軟件兩部分組成.樣品電壓、樣品電流、銅—康銅溫差電偶溫度計(jì)、液面計(jì)的測(cè)量選擇開關(guān)仍保留手動(dòng)操作,但其選擇狀態(tài)要通過(guò)電路轉(zhuǎn)換接入硬件接口盒,其它測(cè)量電路及開關(guān)控制引線均直接接入硬件接口盒,完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸與控制.硬件接口盒與測(cè)量?jī)x器為并行連接,既不影響原手動(dòng)操作,又可以進(jìn)行自動(dòng)操作.數(shù)據(jù)采集處理軟件實(shí)時(shí)采集與保存所有數(shù)據(jù),并顯示各部分的狀態(tài),繪制溫度—樣品電壓、溫度—溫差電偶、溫度—硅電壓等特性曲線,實(shí)時(shí)反映實(shí)驗(yàn)進(jìn)展
7、過(guò)程.硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì)的方法,保留擴(kuò)展與創(chuàng)新的空間;軟件設(shè)計(jì)要方便操作,既能實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示、處理數(shù)據(jù),又能調(diào)用存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,還能幫助使用者學(xué)習(xí)理解掌握實(shí)驗(yàn)原理以及儀器的操作方法.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的硬件接口盒設(shè)計(jì)[5]硬件接口盒基本結(jié)構(gòu)如圖3所示,由單片機(jī)主控模塊、鉑電阻(硅二極管)數(shù)據(jù)接收模塊、PZ158數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)選擇通信模塊和繼電器控制模塊五個(gè)模塊組成.硬件接口盒主要完成對(duì)鉑電阻、硅二極管、超導(dǎo)樣品電阻測(cè)量數(shù)據(jù)的采集,實(shí)現(xiàn)鉑硅電流電壓檔的自動(dòng)切換,樣品電壓電流、溫
