專利名稱：用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低溫測試探桿，特別涉及一種用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿。
背景技術：
低溫測試探桿是超導電壓標準中的重要組成部分，在測試過程中，探桿負責把超導電壓從低溫環(huán)境中通過低溫連接引線引出到常溫中進行測試。由于超導電壓標準使用的超導陣列結工作在液氦溫區(qū)，溫度約為4. 2K，測量儀器處于實驗室控溫環(huán)境中，溫度為293 K (20°C)左右，因此低溫測試探桿連接引線兩端的溫差約為290 K，這就會在連接引線上產(chǎn)生溫差熱電勢。通常在超導直流電壓標準中，低溫測試探桿中的連接引線采用兩根材料和長度均相等的低溫連接引線，這兩根連接引線又工作在完全相同的環(huán)境中，故兩根導線產(chǎn)生的熱電勢可以抵消，減小對直流電壓測量結果的影響，另外在直流電壓標準的測量中，可以通過正反向的方法來進一步的消除殘余熱電勢對測量結果的影響。然而在超導交流電壓標準中，為了降低外界噪聲對交流電壓信號的影響，其低溫測試探桿中采用的連接引線是耐低溫的同軸電纜。如圖I所示，現(xiàn)有的低溫測試探桿包括 轉接頭I'、測量轉接盒2'、連接桿3'、屏蔽筒4'、超導陣列結5'和同軸電纜6';由于同軸電纜6'的芯線61'和屏蔽層62'的材料以及體積不同，故在同軸電纜6'的芯線 61'和其屏蔽層62'上產(chǎn)生的熱電勢Ul'和U2'不相同，這就會在測量端引入一個熱電勢差AU' (AU' =Ul/ -AU2/ )，該熱電勢差疊加在信號上，會在交流電壓的有效值測量時引入誤差，影響了交流電壓標準的測量不確定度，另外在交流電壓的測量上又無法像直流電壓的測量那樣采用正反向的方法來進一步消除熱電勢對測量結果的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有技術的缺陷，而提供一種用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿。該測試探桿解決了在低溫環(huán)境下測試探桿在交流電壓的測量中由于溫差熱電勢而影響測量結果不確定度的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案
一種用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，所述測試探桿包括轉接頭、測量轉接盒、連接桿和屏蔽筒，所述轉接頭固定設置于所述測量轉接盒的一端，所述測量轉接盒的另一端與所述連接桿的上端部固接在一起，所述屏蔽筒與所述連接桿的下端部固定連接在一起;
所述屏蔽筒內(nèi)設置有超導陣列結，所述連接桿內(nèi)設有連接引線，所述的連接引線包括同軸電纜A和同軸電纜B ;
所述同軸電纜A上端頭的線芯與所述測量轉接盒內(nèi)的電壓輸出接口低端相連接，所述同軸電纜A下端頭的線芯與所述超導陣列結電壓輸出高端相連接，該同軸電纜A下端頭的屏蔽層與所述超導陣列結電壓輸出低端相連接；
所述同軸電纜B上端頭的線芯與所述測量轉接盒內(nèi)的電壓輸出接口高端相連接，所述同軸電纜B下端頭的線芯與該同軸電纜B下端頭的屏蔽層短接；
所述同軸電纜A上端頭的屏蔽層與所述同軸電纜B上端頭的屏蔽層短接在一起。進一步的，所述的轉接頭為微波轉接頭。進一步的，所述的同軸電纜A和同軸電纜B均采用低溫同軸電纜，該低溫同軸電纜的工作溫度范圍為IOmK 400K。進一步的，所述同軸電纜A的屏蔽層材質(zhì)和同軸電纜B屏蔽層材質(zhì)均為銅鍍銀。進一步的，所述同軸電纜A的線芯直徑為0. 2033mm，屏蔽層厚度為0. 203mm ;所述同軸電纜B的線芯直徑為0. 2033mm，屏蔽層厚度為0. 203mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，可以抵消在兩根連接引線(即同軸電纜A、B)上產(chǎn)生的熱電勢，大大減小了測量轉接盒內(nèi)電壓輸出接口的高、低端引入的熱電勢差。該熱電勢差疊加在交流電壓信號上，由于在量子交流電壓信號上疊加了一個熱電勢差信號，故在量子交流信號有效值測量時引入一個熱電勢誤差，同時在相互疊加信號的有效值計算中，為各信號的平方和再開方，故熱電勢每降一個量級，則其對有效值結果引入的相對誤差將會下降兩個量級。


圖I為現(xiàn)有低溫測試探桿的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的整體結構示意圖之一。圖3為圖2中的C部放大示意圖。圖4為圖2中的D部放大示意圖。圖5為本發(fā)明的整體結構示意圖之二。
具體實施例方式下面結合

本發(fā)明的具體實施方式
。如圖2至5所示，一種用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，所述測試探桿包括微波轉接頭I、測量轉接盒2、連接桿3和屏蔽筒4 ;所述微波轉接頭I固定設置于所述測量轉接盒2的一端，所述測量轉接盒2的另一端與所述連接桿3的上端部固接在一起，所述屏蔽筒4與所述連接桿3的下端部固定連接在一起；所述屏蔽筒4內(nèi)設置有超導陣列結 41，所述連接桿3內(nèi)設有連接引線，所述的連接引線包括同軸電纜A5和同軸電纜B6 ;所述微波轉接頭I是微波源的輸入接口，由微波源為超導陣列結41提供特定的微波頻率以及微波功率，從而實現(xiàn)約瑟夫森電壓效應的微波條件；測量轉接盒2、連接桿3、屏蔽筒4實現(xiàn)輸入以及輸出信號的屏蔽，避免外界信號對系統(tǒng)的干擾。所述同軸電纜A5上端頭51的線芯511與所述測量轉接盒2內(nèi)的電壓輸出接口低端相連接，所述同軸電纜A5下端頭52的線芯511與所述超導陣列結41電壓輸出高端相連接，該同軸電纜A5下端頭52的屏蔽層522與所述超導陣列結電壓41輸出低端相連接；
所述同軸電纜B6上端頭61的線芯611與所述測量轉接盒2內(nèi)的電壓輸出接口高端相連接，所述同軸電纜B6下端頭62的線芯611與該同軸電纜B6下端頭62的屏蔽層622短
4接;
所述同軸電纜A5上端頭51的屏蔽層522與所述同軸電纜B6上端頭61的屏蔽層622
短接在一起。同軸電纜A5和同軸電纜B6為超導陣列結的電壓輸出連接引線，由超導陣列結41 的電壓輸出端連接到測量轉接盒2的電壓輸出接口上。同軸電纜A5和同軸電纜B6采用低溫屏蔽細導線作為連接引線。這樣在低熱電勢測試探桿測量端的測量轉接盒2電壓輸出接口的高、低端引入的熱電勢差A U就為同軸電纜A5和同軸電纜B6上產(chǎn)生的熱電勢之差，SP AU=(U1-U2)-(U3-U4)= (U1-U3)+ (U4-U2)。由于同軸電纜A5和同軸電纜B6為同種材質(zhì)的同軸電纜，故只需要把同軸電纜A5的線芯和同軸電纜B6的線芯選取的長度相等，以及同軸電纜A5的屏蔽層和同軸電纜B6的屏蔽層選取的長度相等，就可以抵消在兩根連接引線上產(chǎn)生的熱電勢。但在實際應用中，由于無法使同軸電纜A5和同軸電纜B6完全等長，而且在測試探桿中也無法使它們處于完全相同的位置，故熱電勢無法完全抵消，但可以大大的減小熱電勢。該熱電勢差疊加在交流電壓信號上，由于在量子交流電壓信號上疊加了一個熱電勢差信號，故在量子交流信號有效值測量時引入一個熱電勢誤差，在相互疊加信號的有效值計算中，為各信號的平方和再開方，故熱電勢每降一個量級，則其對有效值結果引入的相對誤差將下降兩個量級。針對現(xiàn)有低溫測試探桿(如圖I所示)和本發(fā)明所提供的低熱電勢測試探桿(如圖 2所示)中的兩種測試探桿的熱電勢分別進行測量，在測試中同軸電纜A5和同軸電纜B6均采用Lakeshore公司的C型低溫屏蔽細導線作為測試用連接引線。該連接引線中心導體線芯511、611為銅鍍銀材質(zhì)，線芯511、611直徑為0. 2033mm，屏蔽層522、622材質(zhì)也為銅鍍銀，屏蔽層522、622厚度為0. 203mm，絕緣層材料為聚四氟乙烯，使用溫度范圍為IOmK 400K。經(jīng)測量，現(xiàn)有低溫測試探桿(如圖I所示)中的熱電勢AU'約為250nV，而本發(fā)明所提供的低熱電勢測試探桿(如圖2所示)中的熱電勢AU約為30nV。本發(fā)明所提供的低熱電勢測試探桿的熱電勢約為現(xiàn)有低溫測試探桿熱電勢的十分之一，降低了一個量級。具體來說，針對于一個有效值為IV的交流電壓信號，現(xiàn)有低溫測試探桿的疊加熱電勢AU' 對其有效值測量的相對影響量為{[(lV)2+(250nV)2]1/2-lV}/lV=3. 1X10_8 ；
而本發(fā)明所提供的低熱電勢測試探桿的疊加熱電勢AU對其有效值測量的相對影響量為{[ (IV)2+ (30nV)2] 1/2-lV}/1V=4. 5 X 10_10，固而降低了近兩個量級。本文中所采用的描述方位的詞語“上”、“下”、“左”、“右”等均是為了說明的方便基于附圖中圖面所示的方位而言的，在實際裝置中這些方位可能由于裝置的擺放方式而有所不同。綜上所述，本發(fā)明所述的實施方式僅提供一種最佳的實施方式，本發(fā)明的技術內(nèi)容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍可能基于本發(fā)明所揭示的內(nèi)容而作各種不背離本發(fā)明創(chuàng)作精神的替換及修飾；因此，本發(fā)明的保護范圍不限于實施例所揭示的技術內(nèi)容，故凡依本發(fā)明的形狀、構造及原理所做的等效變化，均涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，其特征在于所述測試探桿包括轉接頭、測量轉接盒、連接桿和屏蔽筒，所述轉接頭固定設置于所述測量轉接盒的一端，所述測量轉接盒的另一端與所述連接桿的上端部固接在一起，所述屏蔽筒與所述連接桿的下端部固定連接在一起；所述屏蔽筒內(nèi)設置有超導陣列結，所述連接桿內(nèi)設有連接引線，所述的連接引線包括同軸電纜A和同軸電纜B ；所述同軸電纜A上端頭的線芯與所述測量轉接盒內(nèi)的電壓輸出接口低端相連接，所述同軸電纜A下端頭的線芯與所述超導陣列結電壓輸出高端相連接，該同軸電纜A下端頭的屏蔽層與所述超導陣列結電壓輸出低端相連接；所述同軸電纜B上端頭的線芯與所述測量轉接盒內(nèi)的電壓輸出接口高端相連接，所述同軸電纜B下端頭的線芯與該同軸電纜B下端頭的屏蔽層短接；所述同軸電纜A上端頭的屏蔽層與所述同軸電纜B上端頭的屏蔽層短接在一起。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，其特征在于 所述的轉接頭為微波轉接頭。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，其特征在于所述的同軸電纜A和同軸電纜B均采用低溫同軸電纜，該低溫同軸電纜的工作溫度范圍 % IOmK ~ 400K。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，其特征在于 所述同軸電纜A的屏蔽層材質(zhì)和同軸電纜B屏蔽層材質(zhì)均為銅鍍銀。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，其特征在于 所述同軸電纜A的線芯直徑為0. 2033mm，屏蔽層厚度為0. 203mm ;所述同軸電纜B的線芯直徑為0. 2033mm，屏蔽層厚度為0. 203mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于超導交流電壓標準的低熱電勢測試探桿，包括轉接頭、測量轉接盒、連接桿和屏蔽筒，屏蔽筒內(nèi)設置有超導陣列結，連接桿內(nèi)設有同軸電纜A和同軸電纜B；同軸電纜A上端頭的線芯與測量轉接盒內(nèi)的電壓輸出接口低端相連接，同軸電纜A下端頭的線芯與超導陣列結電壓輸出高端相連接，同軸電纜A下端頭的屏蔽層與超導陣列結電壓輸出低端相連接；同軸電纜B上端頭的線芯與測量轉接盒內(nèi)的電壓輸出接口高端相連接，同軸電纜B下端頭的線芯與該同軸電纜B下端頭的屏蔽層短接；同軸電纜A上端頭的屏蔽層與同軸電纜B上端頭的屏蔽層短接在一起。本發(fā)明解決了在低溫環(huán)境下測試探桿在交流電壓的測量中由于溫差熱電勢而影響測量結果不確定度的問題。
文檔編號G01R19/04GK102590568SQ20121004002
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2012年2月20日
發(fā)明者康焱, 朱珠 申請人:北京無線電計量測試研究所