铑-铁电阻温度计的磁场效应

　　1　引言

　　近年来,我们在强磁场下开展了大量的高温超导体电磁性质的实验研究工作[1-5],样品温度的测量是首要和基本测量的物理量。准确地测量样品的温度,对于获得超导电性与温度的真实关系,理解超导物理规律是十分重要的。然而,由于磁场的存在往往会造成某些温度计在强磁场中的“失灵”,即当温度一定时磁场的改变也会使温度计示值发生变化。因此,了解温度计在磁场中的性能,对温度计在磁场中进行精确地标定是必要的。

　　在低温实验工作中,人们通常根据实验要求和实际可能选择适当的温度计是很重要的。一般考虑以下几个因素[6]:温度范围、长期稳定性、灵敏度、准确度、磁场效应和尺寸等。温差电偶温度计、电阻温度计和电容温度计等是人们常选的测量温度元件。温差电偶温度计在实际测量中往往会引入相当大的误差,因此这种温度计一般用于温度的定性测量。虽然电容温度计也存在着不稳定性,但它在1.5-50K范围14T的磁场中,没有观察到明显的磁场效应。因而,电容温度计常被用作“传递标准”,即在零磁场下把它和已分度的铂、锗等电阻温度计比对,然后在磁场中以电容温度计的示值为标准来校验其它温度计。纯金属元素和铑铁合金等具有正的电阻温度系数,可以做成稳定性好、能长期保持分度值(每年的变化可在0.5mK以内)以及电阻温度关系比较简单的优点,得到人们普遍的重视。在低温实验工作中,各种类型的电阻温度计得到了广泛应用,最常用的是铂、铑铁、锗和碳电阻温度计。由于我们实验的温度范围是在4.2-300K间,且进行长期高温超导体电输运性质的测量,选择长期稳定、误差较小的温度计是首要条件,因而我们选择了铑-铁温度计作为测温元件,电容温度计作为控温元件。对铑-铁温度计在磁场中的示数进行标定是我们研究强磁场下高温超导电性物理规律必不可少的工作。在本文中,我们给出了铑-铁温度计的示数随磁场、温度的变化关系。

　　2　实验

　　本文所用的两个温度计(记为1#和2#)皆为中科院低温中心零场下标定过的四引线铑-铁电阻温度计(尺寸为Φ1.8×10mm)。该温度计被镶嵌在一紫铜块内,温度计的轴线垂直于磁场方向。用KEITHLEY公司生产的220程控恒流源(1nA～100mA)为其提供1mA的测量电流,其电压信号由KEITHLEY公司生产的182纳伏数字电压表测得。温度计所处的温度则由其自身在零场下的电阻值给出。恒定温度是由电容温度计和美国LAKESHORE公司生产的DRC-93A型温控仪控制,温度控制精度在10mK范围以内。磁场由15T的水冷磁体提供,其大小由8840电压表测出。实验结果由计算机采集获得。