书 书 书犐犆犛 ７７ ． ０４０ ． ９９ 犆犆犛犎 ２１ 　 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ２１１１５ — ２００７ 块状氧化物超导体磁浮力的测量 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犳狅狉犾犲狏犻狋犪狋犻狅狀犳狅狉犮犲狅犳犫狌犾犽狅狓犻犱犲狊狌狆犲狉犮狅狀犱狌犮狋狅狉 ２００７  １０  １１ 发布 ２００７  １２  ０１ 实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 鉴于我国目前超导块材主要用于制作磁悬浮装置 ， 更迫切地需要有规范的方法测量超导体的磁浮 力 ， 因此制定本标准 。 与本标准有关的国际标准化组织是国际电工委员会超导技术委员会 （ ＩＥＣＴＣ９０ ）。 本标准的附录 Ａ 为资料性附录 。 本标准由国家超导技术联合研究开发中心提出 ， 全国超导标准化技术委员会归口 。 本标准负责起草单位 ： 北京有色金属研究总院和国家超导技术联合研究开发中心 。 本标准参加起草单位 ： 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 、 中国科学院物理研究所 、 西北有 色金属研究院 、 中国科学院电工研究所 。 本标准主要起草人 ： 肖玲 、 焦玉磊 、 郑明辉 、 张宏 、 刘宜平 、 刘国东 、 张翠萍 、 丘明 。 本标准为首次发布 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ２１１１５ — ２００７ 块状氧化物超导体磁浮力的测量 １ 　 范围 本标准规定了大晶粒块状氧化物超导体 （ 简称块状超导体 ） 在液氮温度 （ ７７Ｋ ） 附近磁浮力的测试 方法 。 本标准适用于测量由熔融织构生长法制备的圆柱状 ＲＥＢａＣｕＯ 超导体的轴向磁浮力 ， 超导体的 直径小于或等于 ５０ｍｍ 。 直径大于 ５０ｍｍ 的圆柱形超导块与其他具有规则形状 （ 正方体 、 长方体 、 正六 棱柱等 ） 超导块的轴向磁浮力以及非轴向磁浮力的测量也可参照本标准执行 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件中的条款通过在本标准中的引用而构成为本标准的条款 。 凡是注日期的引用文件 ， 其随 后所有的修改单 （ 不包括勘误的内容 ） 或修订版均不适用于本标准 ， 然而 ， 鼓励根据本标准达成协议的各 方研究是否可使用这些文件的最新版本 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本适用于本标准 。 ＧＢ ／ Ｔ１３８１１ — ２００３ 　 电工术语 　 超导电性 （ ＩＤＴＩＥＣ６００５０８１５ ： ２０００ ： Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｔｅｒｍｉｎｏｌｏ ｇｙ — Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ） ＪＪＦ１０５９ — １９９９ 　 测量不确定度评定与表示 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ１３８１１ 、 ＪＪＦ１０５９ 确立的以及下列术语和定义适用于本部分 。 ３ ． １ 氧化物超导体 　 狅狓犻犱犲狊狌狆犲狉犮狅狀犱狌犮狋狅狉 在一定条件下呈现超导电性的包含氧作为一种基本成分的化合物超导体 。 注 ： 一定条件指适当的温度 、 磁场强度和电流密度 。［ ＧＢ ／ Ｔ１３８１１ — ２００３ 中 ８１５０２０５ ］ ３ ． ２ 铜氧化物超导体 　 犮狅狆狆犲狉狅狓犻犱犲 （ 犮狌狆狉犪狋犲 ） 狊狌狆犲狉犮狅狀犱狌犮狋狅狉 包含有铜氧面的层状结构的氧化物超导体 。［ ＧＢ ／ Ｔ１３８１１ — ２００３ 中 ８１５０２０８ ］ ３ ． ３ 熔融织构生长法 　 犿犲犾狋狋犲狓狋狌狉犲犱犵狉狅狑狋犺狆狉狅犮犲狊狊 在高温下部分熔化后定向凝固 ， 以制备出取向好的氧化物超导体的工艺 。［ ＧＢ ／ Ｔ１３８１１ — ２００３ 中 ８１５０５２２ ］ ３ ． ４ 磁浮力 　 犿犪犵狀犲狋犻犮犾犲狏犻狋犪狋犻狅狀犳狅狉犮犲 在确定温度和确定间隙下块状超导体与磁体之间产生的相互作用力 ， 单位为牛顿 （ Ｎ ）。 根据超导 体和磁体间相互作用的历程和状态 ， 磁浮力可以是排斥力或吸引力 。 取一定条件 （ 磁场和冷却方式 ） 和可测量到的最小距离 （ ０．１ｍｍ ） 下的排斥力为样品在该条件下的 最大排斥力 。 取一定条件 （ 磁场和冷却方式 ） 下测得的吸引力的最大值为样品在该条件下的最大吸引力 。 ３ ． ５ 磁浮力密度 　 犿犪犵狀犲狋犻犮犾犲狏犻狋犪狋犻狅狀犳狅狉犮犲犱犲狀狊犻狋狔 作用在超导体端面的单位面积上的磁浮力 ， 单位为牛顿每平方厘米 （ Ｎ ／ ｃｍ ２ ）。 １ 犌犅 ／ 犜 ２１１１５ — ２００７ ３ ． ６ 标准不确定度 　 狊狋犪狀犱犪狉犱狌狀犮犲狉狋犪犻狀狋狔 以标准差表示的测量不确定度 。（ ＪＪＦ１０５９ — １９９９ 中 ２．１２ ） ４ 　 要求 磁浮力应作为块状氧化物超导体和永久磁体之间相对距离的函数来测量 （ 参见 Ａ．１ ）。 本方法的目标相对标准不确定度规定为同一样品在各个实验室间进行比对测量的变异系数 ＣＯＶ （ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎ ） 应等于或小于 １０％ 。 ＣＯＶ 的计算为同一样品在不同实验室的比对测量中 ， 磁 浮力测量值的标准偏差除以平均值 。 由于氧化物超导体在潮湿的环境中易发生损坏 ， 比对测试应在一 个月内完成 ， 比对测试期间 ， 样品应保存在干燥环境中 。 块状氧化物超导体是一种具有本征脆性的陶瓷材料 ， 测试过程中超导体不应受到任何损伤 。 在应用本标准的测试过程中 ， 样品温度应保持在 ７７．３Ｋ ～ ７７．８Ｋ 。 本测试方法使用的冷却剂为液 氮 ， 对于液氮的使用需遵守安全操作规范 。 ５ 　 装置 ５ ． １ 　 磁体 在本标准规定的测试方法中 ， 应使用具有确定磁特性 （ 最大磁能积 犅犎 ｍａｘ 、 剩磁 犅 狉 和矫顽力 犅 犮 ） 和 确定尺寸 （ 直径和高度 ） 的圆柱状永磁体 ， 推荐使用钕铁硼 （ ＮｄＦｅＢ ） 永磁体 （ 参见 Ａ．２ ）。 磁体和超导体 的直径比 犇 ＰＭ ／ 犇 ＳＣ 应在 １±３％ 的范围内 ， 磁体自身的直径高度比 犇 ＰＭ ／ 犺 ＰＭ 应在 １±１０％ 的范围内 （ 参见 Ａ．２ ）。 测试过程中应保持磁体处于室温 （ ２５℃±５℃ ） 下 ， 由液氮引起的磁体温度下降不超过 ４℃ ， 磁感应 强度变化不超过 １％ （ 参见 Ａ．３ ）。 ５ ． ２ 　 改变距离 以一定速率改变磁体和超导样品之间的距离 。 移动速率应在 ０．３ｍｍ ／ ｓ ～ ２．０ｍｍ ／ ｓ 范围内 （ 参见 附录 Ａ．４ ）。 ５ ． ３ 　 低温容器 低温容器应是非磁性的 ， 其容积应能保证在测量过程中超导样品始终浸没在液氮中 。 ５ ． ４ 　 磁浮力测量 使用力传感器测量磁浮力 。 应对传感器进行有效的热绝缘 ， 使传感器工作在规定的温度范围内 （ －４０℃ ～ ６０℃ ）。 ５ ． ５ 　 距离测量 超导样品与磁体间的相对距离用位移传感器测量 ， 每次测量前应进行零距离校准 。 推荐磁体和被 测超导体有轻微接触 （ 力传感器有大约 １０Ｎ 输出信号 ） 时定为零距离 （ 参见 Ａ．５ ）。 ５ ． ６ 　 温度测量 温度传感器应固定在样品支撑台上 ， 监视测量过程中样品的温度变化 （ 参见 Ａ．６ ）。 ６ 　 样品加工和样品支撑台 ６ ． １ 　 样品加工 块状超导样品的上下端面应当平整和平行 。 ６ ． ２ 　 样品支撑台 样品支撑台应使用非磁性金属材料制作 ， 确保在测量过程中不发生移动和形变 。 ６ ． ３ 　 样品固定 要保证样品测试端面与磁体端面平行 ， 两端面的夹角小于 ０．５° （ 根据被测样品直径计算相应的平 ２ 犌犅 ／ 犜 ２１１１５ — ２００７ 行度 ）。 被测样品可用非磁性材料卡具和 ／ 或低温下可固化的胶固定在样品支撑台上 ， 避免样品在测量过程 中产生位移或转动 。 应保持样品与磁体之间的同轴性 ， 轴间偏离小于样品直径的 ３．５％ （ 参见 Ａ．７ ）。 ７ 　 测试步骤 ７ ． １ 　 测量零场冷却 （ 简称零场冷 ） 条件下磁浮力随距离的变化 ７ ． １ ． １ 　 用卡具和 ／ 或低温下可固化的胶固定样品 ， 并保持样品测试端面与磁体端面平行 。 ７ ． １ ． ２ 　 在远离磁体的情况下 （ 例如对直径 ３０ｍｍ 的样品 ， 相对距离应大于 ４０ｍｍ ， 此时磁体与超导体 间的相互作用可忽略 ） 用液氮冷却样品 。 应将样品浸没在液氮中 ， 待液氮面平静 ２ｍｉｎ 后进行测量 。 ７ ． １ ． ３ 　 检测液氮浴的温度 ， 应满足本标准第 ４ 章中对温度的要求 。 ７ ． １ ． ４ 　 以恒定速率改变样品与磁体间的距离 。 测量排斥力时 ， 距离从大到小变化 ； 测量回滞曲线时 ， 距 离从大变小至某个确定数值后再从小变大 。 ７ ． １ ． ５ 　 在改变磁体与样品间距离的同时 ， 使用力传感器和位移传感器分别测量样品与磁体间的相互作 用力和相对距离 。 ７ ． １ ． ６ 　 测试过程中 ， 应保证样品始终浸没在液氮中 ， 并监测样品温度变化 。 ７ ． ２ 　 测量带场冷却 （ 简称场冷 ） 条件下磁浮力随距离的变化 ７ ． ２ ． １ 　 按照 ７．１．１ 固定样品 。 ７ ． ２ ． ２ 　 调整样品与磁体的相对位置 ， 使二者间距达到设定距离后 ， 用液氮冷却样品 ， 待液氮面平静 ２ｍｉｎ 后进行测量 。 ７ ． ２ ． ３ 　 按照步骤 ７．１．３ 操作 。 ７ ． ２ ． ４ 　 以恒定速率改变样品与磁体间的距离 。 测量吸引力时 ， 距离从小到大变化 ； 测量回滞曲线时 ， 距 离从大变小至某个确定数值后再从小变大