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《高温超导材料特性数据处理系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、X山西大学学报(自然科学版)28(1):44～47,2005JournalofShanxiUniversity(Nat.Sci.Ed.)文章编号:025322395(2005)01200442043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
2、实验过程,有利于高温超导电性的进一步研究.关键词:高温超导电性;接口电路;数据采集;数据处理中图分类号:TP274;TM26文献标识码:A[1,2]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
3、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—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1.1BW2型高温超导材料特性测试装置的特点[3]BW2型实验装置主要由铂电阻、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1BW2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
4、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
5、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X收稿日期:2004208212;修回日期:2004210229作者简介:刘鹏(19812),男,潞城人,山西大学2001级物理学国家基地班学生;陈宝明(19782),男,朔州人,助教.3第三届全国物理实验教学研讨会学生类论文评比三等奖.刘鹏等:高温超导材料特性数据处理系统的设计与实现45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、乱真电动
6、势的影响清[4]晰地体现出来,便于高温超导特性进一步研究.1.2计算机数据采集处理系统计算机数据采集处理系统的结构设计如图2所示,主要由硬件接口盒与数据采集处理软件两部分组成.样品电压、样品电流、铜—康铜温差电偶温度计、液面计的测量选择开关仍保留手动操作,但其选择状态要通过电路转换接入硬件接口盒,其它测量电路及开关控制引线均直接接入硬件接口盒,完成数据的采集、传输与控制.硬件接口盒与测量仪器为并行连接,既不影响原手动操作,又可以进行自动操作.数据采集处理软件实时采集与保存所有数据,并显示各部分的状态,绘制温度—样品电压、温度—温差电偶、温度—硅电压等特性曲线,实时反映实验进展
7、过程.硬件部分采用模块化设计的方法,保留扩展与创新的空间;软件设计要方便操作,既能实时存储、显示、处理数据,又能调用存储实验数据,再现实验过程,还能帮助使用者学习理解掌握实验原理以及仪器的操作方法.2计算机数据采集和处理系统的硬件接口盒设计[5]硬件接口盒基本结构如图3所示,由单片机主控模块、铂电阻(硅二极管)数据接收模块、PZ158数据接收模块、数据选择通信模块和继电器控制模块五个模块组成.硬件接口盒主要完成对铂电阻、硅二极管、超导样品电阻测量数据的采集,实现铂硅电流电压档的自动切换,样品电压电流、温
