122.1 118.6 115.5 112.9 110.5 108.5 106.8 105.4 104.1 103.1 102.1 101.4 100.0 96.7 96.2 96.0 95.7 95.5 95.3 94.9 94.6 93.8 92.6 92.4 92.1 91.8 91.6 91.3 77.4
⑴铂电阻温度计： 铂电阻温度关系如下图所示
1
R(T)=AT+B 在液氮沸点到正常室温温度范围内， 其电阻与温度近似成正比： 或 T(R)=aR+b，其中 a，b 都是常数。 ⑵半导体硅电阻温度计： 在较大的温度范围内，半导体具有负的电阻温度系数，这一特性正好弥补 了金属电阻温度计在低温下灵敏度明显降低的缺点。低温物理实验中，常用半 导体温度计。 在小电流下，近似有： U 正向 KT U g 0 。其中 K=-2.3mV/K;硅材料 U g 0 约为 1.20eV ⑶温差电偶温度计： 如果将两种金属材料制成的导线联成回路，并使其两个接触点维持在不同 的温度，则在该闭合回路中就会有温差电动势存在，如果将回路的一个接触点 固定在一个已知的温度，例如液氮的正常沸点 77.4 K，则可以由所测量得到的 温差电动势确定回路的另一接触点的温度，从而构成了温差电偶温度计。这种 温度计十分简便，特别是作为温度敏感部分的接触点体积很小，常用来测量小 样品的温度以及样品各部分之间的温差。 应该注意到，硅二极管 PN 结的正向电压 U 和温差电动势 E 随温度 T 的变化 都不是线性的，因此在用内插方法计算中间温度时，必须采用相应温度范围内 的灵敏度值。
〖实验二十三〗
高温超导材料特性测试和低温温度计
〖目的要求〗
1、了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法； 2、了解金属和半导体 P-N 结的伏安特性随温度的变化以及温差电效应； 3、 学习几种低温温度计的比对和使用方法， 以及低温温度控制的简便方法。
〖仪器用具〗
PZ158 型直流数字电压表 低温恒温器， 不锈钢杜瓦容器和支架， （5+1/2 位） ， BW2 型高温超导材料特性测试装置， 带有 19 芯插头的装置连接电缆， 若干根两 头带有香蕉插头的面板连接导线。
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4、乱真电动势及零电阻的判断
直流测量电路中固有乱真电动势，不随电流的电流方向的反向而改变。在 测量值非常小时，可能会产生较大误差。故增设电流反向开关，若拨动此开关， 样品电压均为一个固定的小值，则可判断超导样品的电阻达到零。
〖实验内容〗
1、测量前的准备
⑴连接电路，打开吵到测试仪及数字电压表开关。 ⑵做室温检测，将铂、硅温度计中的转换开关放置于电流位置，利用微调 将铂电流调至 1mA（100mV），硅电流调至 100μA（1V），记录铂，硅及样 品的电流、电压。 ⑶测量液氮面，将低温恒温器放入杜瓦瓶中。
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4、液氮点测量数据记录
Pt 标准电阻值 标准电阻上 电压 电流 电压 电阻 100Ω 100.02mV 1.0002mA 20.34mV 20.34Ω Si 10kΩ 1.0005V 0.10005mA 1.0696V 10691Ω 温差电偶 / / / 0.000mV / 样品 10Ω 99.682mV 9.9682mA 0V 0Ω
0.131 0.128 0.124 0.122 0.120 0.118 0.116 0.114 0.113 0.111 0.110 0.109 0.107 0.100 0.099 0.098 0.097 0.097 0.096 0.094 0.094 0.086 0.041 0.007 0.003 0.002 0.001 0.000 0.000
0.9650 0.9737 0.9811 0.9875 0.9932 0.9980 1.0020 1.0053 1.0083 1.0108 1.0131 1.0148 1.0183 1.0259 1.0269 1.0276 1.0281 1.0286 1.0291 1.0300 1.0308 1.0330 1.0356 / 1.0378 / / / 1.0696
3
· Tc 0 （零电阻的确定）记录：铂电压，硅电压，温差电偶，样品电压、电 流 ·液氮点温度，恒温器全部放入液氮中。记录：铂电压、电流，硅电压、 电流，温差电偶，样品电压、电流，液面计指示
〖数据记录〗
1、铂电阻温度系数
对 T(R)=aR+b，a=2.3656K/Ω，b=29.322K
2、室温检测
则：R(T)=0.000098T+0.0011
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2、铂电阻随温度的变化关系
3、半导体（Si）电阻随温度的变化关系
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4、温差电偶端电压随温度的变化关系
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Pt 标准电阻值 标准电阻上 电压 电流 电压 电阻 100Ω 100.00mV 1mA 110.23mV 110.23Ω Si 10kΩ 1.0000V 0.1mA 0.5173V 5173Ω 温差电偶 / / / 5.665mV / 样品 10Ω 99.666mV 9.9666mA / /
3、降温过程记录
39.22 37.72 36.43 35.31 34.31 33.46 32.74 32.17 31.62 31.17 30.76 30.45 29.88 28.48 28.28 28.18 28.08 27.98 27.88 27.71 27.58 27.27 26.76 26.66 26.53 26.42 26.33 26.21 20.34
〖实验原理〗
1、高临界温度超导电性
超导体的电阻随温度的变化规律如图， 其中 Tc ,onset 是超导转变温度，Tc 0 是零 电阻温度，和超导转变（中点）温度 Tcm 。 迈纳斯效应表明超导体有完全抗磁性，这是超导体具有的独立于零电阻现 象的另一个基本性质。
2、铂、硅、温差电偶三种温度计的温度特性
110.23 0.5173 96.41 84.37 66.53 55.12 49.94 46.12 43.15 41.01 0.6133 0.6837 0.8014 0.8681 0.9005 0.9239 0.9418 0.9545
4
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 L(N2)
0.0131 0.0128 0.0124 0.0122 0.012 0.0118 0.0116 0.0114 0.0113 0.0111 0.011 0.0109 0.0107 0.01 0.0099 0.0098 0.0097 0.0097 0.0096 0.0094 0.0094 0.0086 0.0041 0.0007 0.0003 0.0002 0.0001 0 0
3、四引线测量法
由于低温物理实验装置的原则之一是必须尽可能减小室温漏热，因此测量 引线通常是又细又长，其阻值有可能远远超过待测样品(如超导样品)的阻值为 了减小引线和接触电阻对测量的影响，通常采用国际上通用的标准测量方法— —“四引线测量法”，即每个电阻元件都采用四根引线，其中两根为电流引线， 两根为电压引线。 恒流源通过两根电流引线将测量电流 i 提供给待测样品，而数字电压表则 是通过两根电压引线来测量电流 i 在样品上所形成的电势差 U。 由于两根电压引 线与样品的接点处在两根电流引线的接点之间，因此排除了电流引线与样品之 间的接触电阻对测量的影响；又由于数字电压表的输人阻抗很高，电压引线的 引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计。 四引线测量电路如图：
39.22 37.72 36.43 35.31 34.31 33.46 32.74 32.17 31.62 31.17 30.76 30.45 29.88 28.48 28.28 28.18 28.08 27.98 27.88 27.71 27.58 27.27 26.76 26.66 26.53 26.42 26.33 26.2测量开关放在液面计） 在测量过程中要时刻关注液面计的电压，若有上升（因为液氮不断气化的 缘故），则需手动将低温恒温器下调，确保温度下降的速度 ⑵记录测量数据 ①低温温度计的对比：室温——液氮点。记录：铂电压，硅电压，温差电 偶（五分钟记录一次） ②超导转变曲线的测量：130K——液氮点。 · T Tc （130K，43mV）记录：铂电压，硅电压，温差电偶（五分钟记录 一次） · T Tc （26mV-27mV）记录：铂电压，温差电偶，样品电压（半分钟或 者更快记录一次）
U mV Pt 室温 1 2 3 4 5 6 7 8 U V Si U mV 温差 电偶 5.665 4.723 3.830 2.345 1.662 1.358 1.145 0.987 0.875 U mV 样品 / / / / / / / 0.139 0.134 R Ω Pt 110.23 96.41 84.37 66.53 55.12 49.94 46.12 43.15 41.01 290.1 257.4 228.9 186.7 159.7 147.5 138.4 131.4 126.3 T K R Ω Si 5173 6133 6837 8014 8681 9005 9239 9418 9545 R Ω 样品 / / / / / / / 0.0139 0.0134
9650 9737 9811 9875 9932 9980 10020 10053 10083 10108 10131 10148 10183 10259 10269 10276 10281 10286 10291 10300 10308 10330 10356 / 10378 / / / 10696
0.787 0.715 0.654 0.601 0.556 0.518 0.486 0.461 0.438 0.418 0.400 0.387 0.357 0.300 0.290 0.287 0.284 0.280 0.277 0.276 0.264 0.246 0.225 0.221 0.219 0.217 0.215 0.207 0.000