标准规范下载简介

GB／T 39843-2021 电子学特性测量 大面积超导膜的局域临界电流密度及其分布.pdf

图1为一个三次谐波电压测量方法的典型电路的示意图。该电路由信号发生器、功率放大器、测量 线圈电流的数字万用表（DMM）、降低基波信号的带阻滤波器、测量三次谐波电压信号的锁相放大器组 成。所涉及的单线圈法，其线圈可产生交变磁场并检测感应电压。这种方法也可以应用到双面超导膜。 然而在这里提及的方法中，需要一个额外的系统，以减小由信号发生器和功率放大器产生的谐波噪声电 14。如图1示例，加一个与样品线圈规格相同的线圈作为抵消线圈。样品线圈安装在待测超导膜样 品正上方；而抵消线圈下方放置一片。d值远大于待测样品的超导膜，其可将抵消线圈的电感调整到 等于样品线圈的电感。线圈和超导膜都浸没在液氮中（图1中虚线内）。其他可选的测量系统参见附 录B。 注：在这个电路中，当使用表1（参见6.5)线圈1或线图2时，为了测量J。d~10kA/m的超导膜，需要线圈电流有 效值约0.1A和电源电压有效值大于6V。要提供这么大的电流和电压，有必要使用功率放大器，例如 NF:HSA4011

确，线圈必须远离超导膜的边缘。最初Claassen等人在文章中建议，为了避免边缘效应，线圈的外径应 小于超导膜宽度的一半[10]。然而，最近的有限元法数值计算表明，在Z，=0.2mm时，外径5mm的线 圈仍可正确测量宽度小至6mm的超导膜[27]。附录D中的D.6所述的实验结果表明，当线圈外围离超 导膜边缘0.3mm时，采用线圈2或3（表1）都可以获得精确的测量。考虑到线圈本身0.1mm~ 0.2mm的不确定度，当使用外径为2mm～5mm的线圈时，线圈的外围应离超导膜边缘超过0.5mm。

湿气和水有时与YBCO超导膜中的锁原子反应， ，导致超导性能恶化。如果YBCO超导膜测量后还 需要使用，它们应在无湿气的环境（如真空或He气中）恢复到室温，以避免性能下降。也能对样品施加 一些保护措施。用厚度小于几微米的有机涂层保护样品，既不影响测量结果，之后又能去除，

如果可以GY／T 5006-2010标准下载，测试样品应按以下内容进行标识： 样品制造商的名称； 分类； 批号； 超导膜和基底的化学组分； e) 超导膜厚度和粗糙度； 超导膜制备工艺。

如果可以，测试样品应按以下内容进行标识： 样品制造商的名称； b) 分类； 批号； d) 超导膜和基底的化学组分； e) 超导膜厚度和粗糙度； 超导膜制备工艺

报告应包括以下的测试条件： a) 温度（大气压下或液氮压强下）； b) 直流磁场（如果施加）； C) 测试频率； d) 冰层的可能影响； e) 样品线圈规格； 隔离膜厚度

报告应包括以下的测试条件： a) 温度（大气压下或液氮压强下）； b) 直流磁场（如果施加）； c) 测试频率； 冰层的可能影响； e) 样品线圈规格； f) 隔离膜厚度

测量大面积高温超导膜局域I.的其他方法的评

附录A （资料性附录） 第1章～第8章的相关附加信息

通过交流感应无损测量天面积超导膜局域丁。的方法有多种L0 门，其中一些是探测三次谐波电压 Uscos(3ot十0)[10.11.17]，另外一些则是测量基波电压[12.13]。在这些感应测量方法中，通过向超导膜正上 方的一个小线圈施加交流电流1。coscot从而产生交变磁场，并根据磁场完全穿透超导膜时的线圈电流 阐值It，计算得到J。14}。当电流I。

.2.1三次谐波电压产生

这重，我们描述超导膜对置于其上方的载流线圈的响应汀。一片厚度为d且沿3y平面无限伸展 的超导膜，位于一d<<0，上表面在=0的ry平面，下表面在=一d。驱动线圈相对轴轴对 称，线圈位于圆柱坐标（r，，）中的R,

判据来确定，例如Us/fI。=2μ2·S。同时要注意的是，这种标度行为是J。d测量的基础，在6.2～6.4 中描述了标准样品（校准晶片）.d测量的过程

A.6可逆磁通运动的影响

临界态模型经常用于描述超导体的大部分电磁特性。然而，在临界态模型中，磁通运动被假设为完 全不可逆的。因此，如果磁通线的位移限定在钉扎势阱，磁通运动包括可逆运动，则基于临界态模型的 负测结果将不甚理想。例如，极细丝多芯锯钛复合线的单位体积交流损耗能量密度随丝径的减小而急 剧下降，偏离临界态模型的预测[31]。超导体交流磁化率的虚部也比临界态模型预测的要小[32]。对于 当前测量，据报道，在较高磁场时临界电流密度被高估[33]。本条将描述可逆磁通运动的影响。 当超导膜的厚度等于或者小于Cambell交流穿透深度

Baf 2元u0J。

可逆磁通运动变得显著，&是类磁通间距。因此，在高场和/或高温条件下，J。减小并观察到可逆 磁通运动的影响。在当前测量中，由样品线圈产生的磁场处于非常低的水平。在J。=101°A/m°， B=0.01T时，入。估计为140nm，远小于超导膜典型的厚度300nm。然而，当J。=10°A/m²时，入。为 440nm，意味着超导膜的厚度必须超过880nm。因此，最好是根据J。估计入。，确认当前测量中可逆磁 通运动不显著，即满足入。

附录B （资料性附录） 可选的测量系统

附录B （资料性附录） 可选的测量系统

如5.1所述，为准确测量U3，有必要采用一个合适的系统来降低信号发生器和功率放大器产生的 谐波噪声电压。在5.1（图1)中所提出的标准方法是，加一个规格与样品线圈相同的抵消线圈，放置在 一片天J。d超导膜上，用于补偿谐波噪声电压。虽然使用带有大J。d膜的抵消线圈是补偿谐波噪声电 压最推荐的方法，但使用无超导膜的抵消线圈也可以有效减低U的噪声[35]。由于来自电源的U噪声 与样品线圈阻抗成正比，当线圈电感小于电阻时，这种方法很有效。例如，在一个典型的线圈中，如6.5 表1)中的线圈1，在77.3K时的电阻与3f=3kHz时的电抗相似。由于超导屏蔽电流导致的自感降 低约为1/3；这种情况下，U的噪声将减少至20%以下。因为电流阈值1，应该使用恒电感判据，2元L Us/fI。=常量（见6.2.3和6.4），如果谐波噪声电压与频率弱相关，则低频时U：噪声的影响更严重 因此，使用无大J。d超导膜的噪声抵消方法可以作为一种简单方法。一些谐波噪声抵消的例子参见 B.2。 另外一种补偿谐波噪声电压的技术是使用可变电阻和可变电感线圈模拟样品线圈的自感和电阻 如图B.1所示[18.19]。一对同轴相互靠近放置的线圈Lva和Lvb，它们的电感调整至与Ld相等。电感和 电阻Rva、Rvi与样品线圈串联，抵消电路的阻抗Z。和Z，调整到与样品线圈的阻抗Z。相等。 第三种降噪方法是采用两个线圈，驱动线圈和绕在其外部的另一个探测线圈，如图B.2所示。驱动 线圈产生交变磁场，测量探测线圈中产生的三次谐波电压。由于探测线圈中无电流流动，来自电阻的 J：噪声可以消除。这种方法对于电阻超过电感的小的驱动线圈是有效的。相比于采用抵消线圈的方 法，其主要优点是电路简单

B.2电源产生的谐波噪声和降噪

1995年，包括国际电工技术委员会（IEC)在内的多个国际标准组织决定在他们的标准中统一规范 更用统计术语，将“不确定度”用于所有定量（与数值有关）的统计表示，取消用“精密度”和“准确度”的定 量表示。“精密度”和“准确度”仍然可以定性使用。统计术语和不确定度评定方法的标准参见文献[36]。 IEC现有标准和未来标准的制修订中是否采用不确定度表示方法，由IEC各技术委员会（TC)决 定。这项更改工作推行起来并不容易，尤其对那些不熟悉统计学以及不确定度术语的用户来说，这种更 改可能会带来困惑。2006年6月，超导技术委员会（TC90）在日本京都召开的会议上决定在标准的制 修订中采用不确定度表示方法。 将“精密度”和“准确度”转换成“不确定度”要求对数值的来源有所了解。扩展不确定度的包含因子 可能是1，2，3或者其他数字。厂商说明书给出的数据一般可视为均匀分布，会导致一个的转化系数。 在将原数值转换成相应的标准不确定度时，应选用适当的包含因子。这里对转换过程进行详细解释，旨 在告知用户在这个过程中相关的数值之间是如何转换的，并非要求用户都照此处理。转换成不确定度 术语的过程不影响用户评定其测量的不确定度是否符合本标准。 基于召集人的工程判断和误差传递分析，TC90测量标准中给出的规范是为了限制任何影响测量 的量的不确定度。如有可能，标准对某些量的影响做简单限制，因此不要求用户评定这些量的不确定 度。标准的总不确定度由实验室间比对来确认

统计学定义出自参考文献[36一38]。要注意的是，并非本标准提到的所有术语都在参考文献[36] 中有明确定义。例如，参考文献[36]中使用的“相对标准不确定度”和“相对合成标准不确定度”（参考文 献[36］的5.1.6和附录J)并没有正式定义[38]。

C.3不确定度概念的考虑

统计学评定过去频紧使用的变化系数（COV)是标准偏差和均值的比（变化系数COV通常称为相 对标准偏差）。这样的评估已经用于测量精密度的评定，并给出重复试验的接近度。标准不确定度 SU)与变化系数COV相比，更取决于重复试验的次数，而不是平均值。因此，标准不确定度在某种程 度上能看出更真实的数据分散和试验评判。下面的例子给出一组两个标称一致的引伸计使用相同信号 周节器和数据采集系统进行的电子漂移和端变电压的测量结果。从32000个单元的电子表格中随机 油取n=10组数据，见表C.1。这里，1号引伸计E，在零偏移位置时，2号引伸计E2偏移1mm。输出 言号单位为V。两个引伸计输出信号的标准不确定度和变化系数（COV)计算过程见表C.2～表C.5，及 式(C.1)~式(C.4)

+.............+..( C.3 )

表C.5两组信号的变异

两个引伸计偏差的标准不确定度非常相近，而两组数据的变化系数COV相差将近2800倍。这 了使用标准不确定度的优势：不确定度不依赖于平均值

C.4TC90标准的不确定度评估范例

测量的观测值通常不能精确地与被测物理量的真实值相符。观测值被当作是对真实值的一种估 测。测量的不确定度是测量误差的组成部分并且是任何测量都存在的固有性质。因此，结果的不确定 度表示的是对测量程序逐步认知的计量学量。所有物理测量的结果都包含两个部分：估算值和不确定 度。GUM是测量过程的一个简明的、标准化的指南文件。用户可以尝试用一个最佳估算值加上不确 定度来表述真实值。如A类不确定度评定（在同一实验条件下反复测量，呈高斯分布）和B类不确定度 评定（利用以往的实验结果，文献的数据，厂商说明等等，呈均匀分布）。 下面举例说明用GUM进行不确定度分析的过程： a）首先，用户应推导出一个数学测量模型，即将被测量表示成所有输入量的函数。举个简单例 子，拉力实验中载荷传感器测量拉力FLc的不确定度： 拉力FLc（作为被测物理量）=W（预期的标重）十dw（厂商的数据）十d（反复测量标重/天）十dR （不同日期测量的可再现性） 这里，输入量有：不同天平称量的标重（A类），厂商的数据（B类），用数字电子系统反复测量的结果 （B类），不同日期测量最终数值的可再现性（B类）。 b）用户应给每个输入值指定一个分布方式（如：A类测量用高斯分布，B类测量用均匀分布）。 c）A类测量标准不确定度评定：

V 式中： 实验标准偏差； N一测量数据点总数。 d）B类测量标准不确定度评定： uB .d+ ·(C.6) 式中： dw——均匀分布数值的范围。 e) 用下式计算各种标准不确定度的合成标准不确定度：

在这种情况下，假定各输入量之间没有关联。如果说公式包含乘积项或商项，合成标准不确定度则 使用偏导数评定，由于灵敏系数的存在，其间关系就变得纷繁复杂[39.40]。 f）可作为选择一一涉及的被测量的合成标准不确定度的评定可以乘以一个包含因子（如，1对应 于68%；2对应于95%；3对应于99%），以提高被测量落于期望区间的概率。 g）报告结果表示成被测量的估计值加减扩展不确定度且附上测量单位。至少，还得说明计算的 扩展不确定度使用的包含因子和估算结果的覆盖率。 为方便计算和标准化程序，使用合适的经认证的商业软件是降低常规工作量的直接方法[41.42]。尤 其，当使用这样一类软件工具时，指定的偏导数可以很容易的获得。更多关于测量不确定度的文献参见 [38,43,44]

尽管式（4)假设由线圈产生的磁场刚好到达超导膜的下表面L即I。三I（理论）」，但通过U3测量获得的 实验I要比理论I大1.3倍以上。当I。=I（理论)时，磁场穿透到所述超导膜的下面，此时感应电场 可能会超过式（4)中得到的理论值。在参考文献[26]中提出了I。>I时一个大的电场的可能性：为简 更起见，针对超导膜对线电流的响应进行了分析研究。当线电流在超导膜上方的直导线中流动时，电流 函值由I=元J。dy。获得，这里y。为金属导线与超导膜间的距离。当d/y。《I。/Ih一1《1时，在超导 膜中感应出的电场E的大小粗略估计如下[26]

式(D.2)与式（4)的比值约为

tofI（I/Ih—1)~4.44μofJ.dyo（I。/I—1)

DB44／T 2216-2019 含铜废物及废塑料循环回收加工利用集聚园区环境管理规范.pdfJ=J.X(E/E.)/n

其中的E。是用来定义J。的电场强度判据。需要注意的是当E=E。时J=J。。当通过判据Eavp E。来确定J。时，如果式（4)对Eavg低估了5倍，实际的E。值应为5E。。由此导致了J。的偏差△J。 T。×（51/#一1）。因而计算所得的相对偏差（△J。/J。）为5.5%（n=30），6.6%（n=25），和8.4%（n=20）。 相对标准不确定度（B类，以%表示）如下式：

在7.2中提到，如果线圈与超导膜间距2，偏离规定值但偏差小（比如≤20%）时，有偏差的实验线 圈系数k"与k成正比。一些实验结果支持基于k的变化来估算k（图9）。当用表1中线圈2测J。时 采用有偏差的Z，=0.175mm和未变的k值得到的J。，是使用准确的Z，=0.2mm得到的J。的 94.5%。图9预计的实验线圈系数k（Z，0.175mm）=1.063k（Z，二0.2mm），实验结果与理论预计 吻合很好。采用有很大偏差的Z1=0.3mm的类似实验得到了1.34倍大的J。，比图9预计的1/0.786 1.27稍大。这是由于即使磁场相同，三次谐波信号也会随Z，而减小。当△Z，足够小时，这个效应可 以忽略，这可从U，与I。的非线性关系得到理解（图6）

直A类不确定度示例，起源于U测量的实验不确

D.5所得.J.的不确定度评定

u(J)=([u(k')/k'2+uB(Eavg）2+uA(J。)2)1/ (2.93²±3.682±0.2572)1/2=4.71% ·(D.6

D.6揭示超导膜边缘效应的实验结果

利用计算机控制的线圈扫描系统对三次谐波J。测量的超导膜边缘效应进行研究15。一个具有均 匀J。分布的10mm宽的YBCO/CeO2/蓝宝石衬底，放置在并排的两个与YBCO膜基底厚度相同的蓝 宝石衬底中间。线圈如图D.1中所示直线进行扫描。图D.1a)给出了Z，=0.2mm时使用表1中的线 圈2（外径3.6mm）测得的J。对线圈中心位置的依赖关系。线圈中心位置在一2.6mm～十3.4mm范 围内可获得正确的。值。为了消除边缘效应，远离边缘的必要距离计算为「10一（2.6十3.4十3.6）7/2= .2mm。使用表1中的线圈3(外径2.2mm)的类似实验表明当线圈中心位置在一4.0mm~十3.2mm范 围内可获得正确的J。值L图D.1b）」， (4.0+3.2+2.2)/2=0.3 mm 这个结果表明线圈3测 前者有更多磁场存在于线圈区域外

DB63／T 1735-2019标准下载398432021/IEC6178