JP3142252B2 - 温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置 - Google Patents
温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置Info
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- JP3142252B2 JP3142252B2 JP09265847A JP26584797A JP3142252B2 JP 3142252 B2 JP3142252 B2 JP 3142252B2 JP 09265847 A JP09265847 A JP 09265847A JP 26584797 A JP26584797 A JP 26584797A JP 3142252 B2 JP3142252 B2 JP 3142252B2
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出装置及び
それを用いた温度制御装置に関し、特に、正確な温度管
理を必要とする電子デバイスに適用する温度検出装置及
びそれを用いた温度制御装置に関する。あらゆる電子デ
バイスは定められた温度（以下、動作温度）環境で使用
しなければならない。動作温度は一般に我々の生活環境
（マイナス数１０℃〜プラス数十℃）に対応している
が、例外もある。その典型例は超伝導デバイスである。
例えば、高温超伝導体（ＨＴＳ：high temperature sup
erconductor）で構成された周波数フィルタは、液体窒
素の温度に相当する極低温環境で使用しなければならな
い。ところで、このような極低温の動作温度を得るには
冷凍機を欠かせないが、特に小型の冷凍機の能力は現在
７０Ｋ程度しかなく、この温度（７０Ｋ）はＨＴＳの温
度変曲点（注１）付近に相当するため、冷凍機の正確な
運転管理（すなわち温度管理）が求められる。
それを用いた温度制御装置に関し、特に、正確な温度管
理を必要とする電子デバイスに適用する温度検出装置及
びそれを用いた温度制御装置に関する。あらゆる電子デ
バイスは定められた温度（以下、動作温度）環境で使用
しなければならない。動作温度は一般に我々の生活環境
（マイナス数１０℃〜プラス数十℃）に対応している
が、例外もある。その典型例は超伝導デバイスである。
例えば、高温超伝導体（ＨＴＳ：high temperature sup
erconductor）で構成された周波数フィルタは、液体窒
素の温度に相当する極低温環境で使用しなければならな
い。ところで、このような極低温の動作温度を得るには
冷凍機を欠かせないが、特に小型の冷凍機の能力は現在
７０Ｋ程度しかなく、この温度（７０Ｋ）はＨＴＳの温
度変曲点（注１）付近に相当するため、冷凍機の正確な
運転管理（すなわち温度管理）が求められる。
【０００２】注１：ＨＴＳ、例えば、ＹＢＣＯ系超伝導
体薄膜のＲｓ（高周波表面抵抗値）は、同薄膜の臨界温
度以下の離れた温度であればほぼ一定であるが、臨界温
度に近づくにつれて急激に大きくなる。Ｒｓのこの急変
点を温度変曲点と言う。
体薄膜のＲｓ（高周波表面抵抗値）は、同薄膜の臨界温
度以下の離れた温度であればほぼ一定であるが、臨界温
度に近づくにつれて急激に大きくなる。Ｒｓのこの急変
点を温度変曲点と言う。
【０００３】
【従来の技術】図３は、従来の温度検出装置及びそれを
用いた温度制御装置の概略図である。１は金属性のケー
ス２に収められた超伝導デバイス、３は冷凍機４の冷却
部であり、ケース２は冷却部４によって極低温に冷やさ
れるようになっている。５はケース２の温度を検出する
温度検出装置、６は検出温度と目標温度（例えば７０
Ｋ）との偏差がゼロとなるような制御量を演算して冷凍
機４の運転を操作する制御部である。
用いた温度制御装置の概略図である。１は金属性のケー
ス２に収められた超伝導デバイス、３は冷凍機４の冷却
部であり、ケース２は冷却部４によって極低温に冷やさ
れるようになっている。５はケース２の温度を検出する
温度検出装置、６は検出温度と目標温度（例えば７０
Ｋ）との偏差がゼロとなるような制御量を演算して冷凍
機４の運転を操作する制御部である。
【０００４】ここで、図示の温度検出装置５は接触型の
温度センサであり、例えば、２種類の異種金属を接続し
た閉ループ中に発生する熱起電力を利用した熱電対型の
温度センサが用いられる。
温度センサであり、例えば、２種類の異種金属を接続し
た閉ループ中に発生する熱起電力を利用した熱電対型の
温度センサが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置にあ
っては、ケース５の温度を検出しているため、この温度
は超伝導デバイス１の温度と正確に等値でなく、検出温
度の誤差を避けられないから、温度検出の確度及び制御
精度が十分でないという問題点がある。
従来の温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置にあ
っては、ケース５の温度を検出しているため、この温度
は超伝導デバイス１の温度と正確に等値でなく、検出温
度の誤差を避けられないから、温度検出の確度及び制御
精度が十分でないという問題点がある。
【０００６】そこで、本発明は、温度検出の確度を向上
し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術の提供を目
的とする。
し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術の提供を目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の温度検出
装置は、所定の周波数範囲で入力信号と出力信号の間に
相関が成立する電子デバイスと、前記周波数範囲内の一
つの周波数を持つ試験信号を発生して前記電子デバイス
に入力する信号発生手段と、前記電子デバイスの出力信
号から前記入力信号の相関値を演算する第１演算手段
と、次の欄で述べるように、適正な動作温度において、
前記試験信号を入力した場合の相関値（つまり、信号周
波数と信号減衰量との関係）と前記第１演算手段で演算
された相関値との差分を演算する第２演算手段と、該差
分値を前記電子デバイスの温度検出情報として出力する
出力手段と、を備えたことを特徴とする。
装置は、所定の周波数範囲で入力信号と出力信号の間に
相関が成立する電子デバイスと、前記周波数範囲内の一
つの周波数を持つ試験信号を発生して前記電子デバイス
に入力する信号発生手段と、前記電子デバイスの出力信
号から前記入力信号の相関値を演算する第１演算手段
と、次の欄で述べるように、適正な動作温度において、
前記試験信号を入力した場合の相関値（つまり、信号周
波数と信号減衰量との関係）と前記第１演算手段で演算
された相関値との差分を演算する第２演算手段と、該差
分値を前記電子デバイスの温度検出情報として出力する
出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の温度制御装置は、請求項１
記載の温度検出装置と、前記電子デバイスを冷却する冷
却手段と、前記温度検出装置から出力された差分値がゼ
ロとなるように前記冷却手段の運転を制御する制御手段
と、を備えたことを特徴とする。例えば、周波数フィル
タは、動作温度が変化すると、その周波数特性が周波数
軸方向に移動する。周波数特性の急変部分、すなわち通
過域と阻止域の間の部分は周波数軸方向に若干の幅を持
っており、この急変部分では信号周波数と信号減衰量と
の間に所定の相関が成立する。例えば、急変部分の傾き
を直線と仮定すれば、線形相関になる。線形のほぼ中間
に対応する信号（試験信号）を入力したときの信号減衰
量をＡとし、且つ、このときの動作温度を適正温度とす
るならば、もし、同じ試験信号を入力したにもかかわら
ず、Ａと異なる減衰量Ｂが観測された場合は、ＡとＢの
差に相当する分だけ適正温度から外れていることが分か
る。
記載の温度検出装置と、前記電子デバイスを冷却する冷
却手段と、前記温度検出装置から出力された差分値がゼ
ロとなるように前記冷却手段の運転を制御する制御手段
と、を備えたことを特徴とする。例えば、周波数フィル
タは、動作温度が変化すると、その周波数特性が周波数
軸方向に移動する。周波数特性の急変部分、すなわち通
過域と阻止域の間の部分は周波数軸方向に若干の幅を持
っており、この急変部分では信号周波数と信号減衰量と
の間に所定の相関が成立する。例えば、急変部分の傾き
を直線と仮定すれば、線形相関になる。線形のほぼ中間
に対応する信号（試験信号）を入力したときの信号減衰
量をＡとし、且つ、このときの動作温度を適正温度とす
るならば、もし、同じ試験信号を入力したにもかかわら
ず、Ａと異なる減衰量Ｂが観測された場合は、ＡとＢの
差に相当する分だけ適正温度から外れていることが分か
る。
【０００９】したがって、請求項１記載の発明では、電
子デバイスの適正温度からの温度偏差を正確に検知で
き、また、請求項２記載の発明では、その温度偏差を用
いて電子デバイスの温度を制御できるから、温度検出の
確度を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術
を提供できる。
子デバイスの適正温度からの温度偏差を正確に検知で
き、また、請求項２記載の発明では、その温度偏差を用
いて電子デバイスの温度を制御できるから、温度検出の
確度を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術
を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１、図２は本発明に係る温度検出装
置及びそれを用いた温度制御装置の一実施例を示す図で
ある。図１において、１は電子デバイスとしての超伝導
デバイス（ここではＨＴＳを用いた周波数フィルタ）、
２はケース、３は冷却部、５は冷凍機（冷却手段）、１
０は信号発生部（信号発生手段）、１１は制御部（第１
演算手段、第２演算手段、出力手段及び制御手段）であ
る。
づいて説明する。図１、図２は本発明に係る温度検出装
置及びそれを用いた温度制御装置の一実施例を示す図で
ある。図１において、１は電子デバイスとしての超伝導
デバイス（ここではＨＴＳを用いた周波数フィルタ）、
２はケース、３は冷却部、５は冷凍機（冷却手段）、１
０は信号発生部（信号発生手段）、１１は制御部（第１
演算手段、第２演算手段、出力手段及び制御手段）であ
る。
【００１１】まず、超伝導デバイス１の入出力特性を説
明する。図２はその特性図である。縦軸は減衰量、横軸
は周波数である。この特性は、ω1 からω2 までの周波
数範囲の入力信号に対しては小さな減衰を、それ以外
（ω1 以下又はω2 以上）の周波数範囲の入力信号に対
しては大きな減衰を与える通過型のフィルタ特性を表わ
している。以下、ω1 を低域カットオフ周波数、ω2 を
高域カットオフ周波数、ω0 を通過中心周波数と言うこ
とにする。
明する。図２はその特性図である。縦軸は減衰量、横軸
は周波数である。この特性は、ω1 からω2 までの周波
数範囲の入力信号に対しては小さな減衰を、それ以外
（ω1 以下又はω2 以上）の周波数範囲の入力信号に対
しては大きな減衰を与える通過型のフィルタ特性を表わ
している。以下、ω1 を低域カットオフ周波数、ω2 を
高域カットオフ周波数、ω0 を通過中心周波数と言うこ
とにする。
【００１２】ここで、低域カットオフ周波数ω1 や高域
カットオフ周波数ω2 は、それ以下又はそれ以上の周波
数の入力信号に対して大きな減衰を与えるものである
が、特性図からも理解されるように、その減衰量の増加
は徐々であり、あたかも山頂から山裾に至る傾斜のごと
き変化を示している（ω1 〜ω1 ’及びω2 〜ω2 ’参
照）。
カットオフ周波数ω2 は、それ以下又はそれ以上の周波
数の入力信号に対して大きな減衰を与えるものである
が、特性図からも理解されるように、その減衰量の増加
は徐々であり、あたかも山頂から山裾に至る傾斜のごと
き変化を示している（ω1 〜ω1 ’及びω2 〜ω2 ’参
照）。
【００１３】なお、周波数フィルタをチェビシェフ型の
バンドパスフィルタとすると、図示の特性線は、次式
で表わすことができる。 Ｌ（ω）〔ｄｂ〕 ＝１０log10｛１＋ε×cosｈ2 ［ｎ×arccosｈ（１／Ｗ（ω／ω0 −ω0 ／ω））］｝ ……… 但し、ε：１０Lip/10−１ Ｌｉｐ：リップル幅 ｎ：フィルタ次数 Ｗ：（ω2 −ω1 ）／ω0 ω0 ：√β β：（ω1 ×ω2 ） 今、図示の周波数特性が理想的環境下のものと仮定す
る。すなわち、動作温度７０Ｋと仮定する。そして、そ
の温度で動作しているときの超伝導デバイス１に対し
て、ω1 とω1 ’の間に位置する周波数ωａの試験信号
を生成し、この試験信号を超伝導デバイス１に入力した
とすると、ωａと特性線の交点より、減衰量Ｌａを導き
出すことができる。
バンドパスフィルタとすると、図示の特性線は、次式
で表わすことができる。 Ｌ（ω）〔ｄｂ〕 ＝１０log10｛１＋ε×cosｈ2 ［ｎ×arccosｈ（１／Ｗ（ω／ω0 −ω0 ／ω））］｝ ……… 但し、ε：１０Lip/10−１ Ｌｉｐ：リップル幅 ｎ：フィルタ次数 Ｗ：（ω2 −ω1 ）／ω0 ω0 ：√β β：（ω1 ×ω2 ） 今、図示の周波数特性が理想的環境下のものと仮定す
る。すなわち、動作温度７０Ｋと仮定する。そして、そ
の温度で動作しているときの超伝導デバイス１に対し
て、ω1 とω1 ’の間に位置する周波数ωａの試験信号
を生成し、この試験信号を超伝導デバイス１に入力した
とすると、ωａと特性線の交点より、減衰量Ｌａを導き
出すことができる。
【００１４】一方、超伝導デバイスに限らず、電子デバ
イスは動作温度が変化すると、その特性が変化し、特
に、周波数フィルタの場合は、周波数特性が周波数軸方
向に移動する。すなわち、図２の特性線が図面の左右方
向に移動するが、例えば、図示の特性線が図面の右方向
（矢印イの方向）に若干移動したとすると、同じ周波数
の試験信号（ωａ）であっても、その試験信号に対する
減衰量は、Ｌａよりも大きいＬａ’になる。
イスは動作温度が変化すると、その特性が変化し、特
に、周波数フィルタの場合は、周波数特性が周波数軸方
向に移動する。すなわち、図２の特性線が図面の左右方
向に移動するが、例えば、図示の特性線が図面の右方向
（矢印イの方向）に若干移動したとすると、同じ周波数
の試験信号（ωａ）であっても、その試験信号に対する
減衰量は、Ｌａよりも大きいＬａ’になる。
【００１５】したがって、温度の変化が特性線の形を大
きく変えない程度の範囲であれば、特性線の移動量と上
記減衰量の差（Ｌａ−Ｌａ’）は一対一に対応し、且
つ、移動量と温度の変化量は一対一に対応するから、結
局、上記減衰量の差（Ｌａ−Ｌａ’）で、適正な動作温
度からの偏差を表わすことができる。図１において、信
号発生部１０は、周波数ωａを持つ試験信号ＴSIG を発
生し、所定のタイミングで超伝導デバイス１に入力する
ものである。また、制御部１１は、超伝導デバイス１の
出力信号ＲSIG （但し、ＴSIG を入力したときのもの）
の減衰量（上記Ｌａ’に相当）を測定し、その減衰量と
上記Ｌａとの差分がゼロとなるような制御量を演算し、
この制御量に基づいて冷凍機４の運転を操作するという
ものである。
きく変えない程度の範囲であれば、特性線の移動量と上
記減衰量の差（Ｌａ−Ｌａ’）は一対一に対応し、且
つ、移動量と温度の変化量は一対一に対応するから、結
局、上記減衰量の差（Ｌａ−Ｌａ’）で、適正な動作温
度からの偏差を表わすことができる。図１において、信
号発生部１０は、周波数ωａを持つ試験信号ＴSIG を発
生し、所定のタイミングで超伝導デバイス１に入力する
ものである。また、制御部１１は、超伝導デバイス１の
出力信号ＲSIG （但し、ＴSIG を入力したときのもの）
の減衰量（上記Ｌａ’に相当）を測定し、その減衰量と
上記Ｌａとの差分がゼロとなるような制御量を演算し、
この制御量に基づいて冷凍機４の運転を操作するという
ものである。
【００１６】このような構成において、超伝導デバイス
１の動作温度が適正（７０Ｋ）であれば、ＴSIG を入力
したときの超伝導デバイス１の出力信号ＲSIG の減衰量
はＬａになるはずである。そして、この場合の差分はＬ
ａ−Ｌａとなってゼロになるから、冷凍機４の運転はそ
のままの状態に維持される。一方、動作温度が適正値か
ら外れた場合は、上述のとおり、周波数特性が周波数軸
方向に移動し、ＴSIGを入力したときの超伝導デバイス
１の出力信号ＲSIG の減衰量がＬａとは異なる値（例え
ば、Ｌａ’）になって、Ｌａ−Ｌａ’の差分が生じるか
ら、この差分がゼロとなるように冷凍機４の運転状態が
操作される。
１の動作温度が適正（７０Ｋ）であれば、ＴSIG を入力
したときの超伝導デバイス１の出力信号ＲSIG の減衰量
はＬａになるはずである。そして、この場合の差分はＬ
ａ−Ｌａとなってゼロになるから、冷凍機４の運転はそ
のままの状態に維持される。一方、動作温度が適正値か
ら外れた場合は、上述のとおり、周波数特性が周波数軸
方向に移動し、ＴSIGを入力したときの超伝導デバイス
１の出力信号ＲSIG の減衰量がＬａとは異なる値（例え
ば、Ｌａ’）になって、Ｌａ−Ｌａ’の差分が生じるか
ら、この差分がゼロとなるように冷凍機４の運転状態が
操作される。
【００１７】したがって、本実施例によれば、ケース２
や超伝導デバイス１の温度を直接検知せず、超伝導デバ
イス１の実際の特性変化から間接的に検出するようにし
たので、実際の動作に即した温度変化を正確に検知で
き、高精度な温度制御を行うことができるという、特
に、超伝導デバイスの分野に用いて好適な技術を提供で
きる。
や超伝導デバイス１の温度を直接検知せず、超伝導デバ
イス１の実際の特性変化から間接的に検出するようにし
たので、実際の動作に即した温度変化を正確に検知で
き、高精度な温度制御を行うことができるという、特
に、超伝導デバイスの分野に用いて好適な技術を提供で
きる。
【００１８】
【発明の効果】請求項１記載の発明では、電子デバイス
の適正温度からの温度偏差を正確に検知でき、また、請
求項２記載の発明では、その温度偏差を用いて電子デバ
イスの温度を制御できる。したがって、温度検出の確度
を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術を提
供できる。
の適正温度からの温度偏差を正確に検知でき、また、請
求項２記載の発明では、その温度偏差を用いて電子デバ
イスの温度を制御できる。したがって、温度検出の確度
を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術を提
供できる。
【図１】一実施例の概略構成図である。
【図２】一実施例の電子デバイスの特性図である。
【図３】従来例の概略構成図である。
１：超伝導デバイス（電子デバイス） ５：冷凍機（冷却手段） １０：信号発生部（信号発生手段） １１：制御部（第１演算手段、第２演算手段、出力手段
及び制御手段）
及び制御手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥居 明人 愛知県日進市米野木町南山500番地１ 株式会社移動体通信先端技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01K 7/00
Claims (2)
- 【請求項１】所定の周波数範囲で入力信号と出力信号の
間に相関が成立する電子デバイスと、 前記周波数範囲内の一つの周波数を持つ試験信号を発生
して前記電子デバイスに入力する信号発生手段と、 前記電子デバイスの出力信号から前記入力信号の相関値
を演算する第１演算手段と、 前記試験信号を入力した場合の相関値（信号周波数と信
号減衰量との関係）と前記第１演算手段で演算された相
関値との差分を演算する第２演算手段と、 該差分値を前記電子デバイスの温度検出情報として出力
する出力手段と、を備えたことを特徴とする温度検出装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の温度検出装置と、前記電子
デバイスを冷却する冷却手段と、前記温度検出装置から
出力された差分値がゼロとなるように前記冷却手段の運
転を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする温
度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09265847A JP3142252B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09265847A JP3142252B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108768A JPH11108768A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3142252B2 true JP3142252B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=17422904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09265847A Expired - Fee Related JP3142252B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142252B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4821047B2 (ja) * | 2001-02-02 | 2011-11-24 | 住友電気工業株式会社 | 高温超電導コイルの冷却装置 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP09265847A patent/JP3142252B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11108768A (ja) | 1999-04-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |