JP4147057B2

JP4147057B2 - 温度センサおよびそれを用いた温度測定装置

Info

Publication number: JP4147057B2
Application number: JP2002181631A
Authority: JP
Inventors: 広平角野; 哲夫矢澤; 雄之山根; 智行乾
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Air Water Inc
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Air Water Inc
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004028629A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度センサおよびそれを用いた温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から温度の測定には、熱電対温度計、抵抗温度計または水銀温度計等が用いられている。熱電対温度計は熱起電力値から温度を算出し、抵抗温度計は電気抵抗値から温度を算出する。しかし、熱電対温度計および抵抗温度計においては、測定対象物あるいはその外部からの無関係な電磁誘導ノイズが発生しやすく、また高電圧下では漏電するおそれがあるため、電界下または磁界下での温度測定には不適であるという問題があった。また、水銀温度計は、水銀の熱膨張を利用することにより温度を算出する。しかし、水銀温度計においては、その形状および熱容量の大きさに問題があるため測定対象物が限られるという問題があった。
【０００３】
これらの温度計を用いることのできない領域における温度測定には、放射温度計、蛍光体または半導体を用いた温度センサが用いられている。放射温度計は、測定対象物の放出する熱放射のエネルギを利用して温度を算出する。しかし、放射温度計は測定対象物表面の温度しか測定することができず、また低温域において測定物固有のスペクトルまたは反射スペクトルが存在する場合には正確な温度測定をすることができないという問題があった。
【０００４】
また、特開平５−１３３８１９号公報には、ポリピリジン金属錯体またはその誘導体を含む蛍光体を用いた温度センサが開示されている。この蛍光体を用いた温度センサは、蛍光強度と温度との関係を調べることにより作成された温度特性曲線により温度を算出する。しかし、この蛍光体を用いた温度センサにおいては、蛍光強度と温度との関係が必ずしも比例関係等の明確な数式に従うものではないため、蛍光強度と温度との関係を細かい間隔で多数点調べて正確な温度特性曲線を作成しなければならないという問題があった。また、この蛍光体を用いた温度センサにおいては、温度センサの劣化等の経時変化に対応するために温度特性曲線の校正を頻繁に行なう必要があるが、その校正のたびに蛍光強度と温度との関係を細かい間隔で多数点調べて温度特性曲線の校正をしなければならないという問題もあった。
【０００５】
さらに、特開昭５８−３９９１７号公報には、半導体を光ファイバの先端に取り付けた温度センサが開示されている。この半導体を用いた温度センサは、温度により光の透過率が変わることを利用して温度を算出する。しかし、この半導体を用いた温度センサにおいては、温度と光の透過率との関係を示す温度特性曲線を作成する際に標準透過率を示す標準体が必要となるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて本発明は、電界下および磁界下での温度計測に適し、かつ温度特性曲線の作成および校正が容易な温度センサおよびそれを用いた温度測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、塩化物からなるマトリックスにドープされたエルビウムイオンまたはツリウムイオンの蛍光スペクトルが、特定の波長の前後において蛍光強度と温度との関係が逆転する性質を有することを見い出し、この性質を利用して温度を算出する温度センサを想到し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、マトリックスとして塩化物を含み、付活剤としてエルビウムイオン（Ｅｒ³⁺）またはツリウムイオン（Ｔｍ³⁺）を含む塩化物蛍光体からなる温度センサであることを特徴とする。
【０００９】
ここで、本発明の温度センサにおいては、上記マトリックスとして含まれる塩化物が、下記一般式（１）で表わされる希土類塩化物であり得る。
ＬｎＣｌ₃…（１）
[式（１）において、Ｌｎはスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）の群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示す。]
また、本発明の温度センサにおいては、上記マトリックスとして含まれる塩化物が、下記一般式（２）で表わされる希土類複合塩化物であり得る。
ＡxＢyＣｌz…（２）
[式（２）において、Ａはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Ｂは付活剤として含まれるエルビウムイオン（Ｅｒ³⁺）またはツリウムイオン（Ｔｍ³⁺）と異なる種類の希土類元素を示す。また、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ０．１≦ｘ≦１０、０．１≦ｙ≦１０および０．４≦ｚ≦６０の範囲内にある実数を示す。]
また、本発明の温度センサにおいては、上記一般式（２）において、Ａがバリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）およびストロンチウム（Ｓｒ）の群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Ｂがスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）の群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示すことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の温度センサにおいては、上記塩化物が、ガラス状態の塩化物を含み得る。ここで、ガラス状態の塩化物は、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、リチウム（Ｌｉ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、鉛（Ｐｂ）およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、上記温度センサを励起させる手段と、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段と、検出されたスペクトルから温度を演算する手段と、演算された温度を表示する手段とを備えた温度測定装置であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
（マトリックス）
本発明に用いられる塩化物蛍光体には、マトリックスとして塩化物が含まれている。なお、マトリックスとは構造母体のことを意味する。
【００１４】
（希土類塩化物）
希土類塩化物とは一般式（１）ＬｎＣｌ₃で表わされる塩化物のことである。本発明にこの希土類塩化物を用いた場合には、本発明に用いられる塩化物蛍光体の蛍光効率および蛍光強度が向上することから、本発明の温度センサの信頼性をより向上させることができる。ここで、一般式（１）ＬｎＣｌ₃において、ＬｎはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＹｂの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示す。
【００１５】
（希土類複合塩化物）
希土類複合塩化物とは一般式（２）ＡxＢyＣｌzで表わされる塩化物のことである。上記一般式（２）ＡxＢyＣｌzで表わされる希土類複合塩化物は、ＡxＣｌz₁で表わされるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物とＢyＣｌz₂で表わされる希土類元素の塩化物とから構成される。なお、ｚ₁およびｚ₂はｚ₁＋ｚ₂＝ｚを満たす実数を示す。また、上記一般式（２）ＡxＢyＣｌzにおいて、Ｂは付活剤としてマトリックス中にドープされるＥｒ³⁺またはＴｍ³⁺と異なる種類の希土類元素を示す。したがって、ＢはＥｒまたはＴｍ以外の希土類元素を示すだけでなく、たとえば付活剤としてＴｍ³⁺がマトリックス中にドープされていなければＢはＴｍを示すこともある。
【００１６】
また、上記一般式（２）ＡxＢyＣｌzにおいて、ｘはＡで示されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属のマトリックス中における組成比を表わし、ｘは０．１≦ｘ≦１０、好ましくは０．５≦ｘ≦７、さらに好ましくは１≦ｘ≦４の範囲内にある実数を示す。また、ｙはＢで示される希土類元素のイオンのマトリックス中における組成比を示し、ｙは０．１≦ｙ≦１０、好ましくは０．３≦ｙ≦５、さらに好ましくは０．５≦ｙ≦３の範囲内にある実数を示す。ｚはマトリックス中における塩化物イオンの組成比を示し、ｚは０．４≦ｚ≦６０、好ましくは１．９≦ｚ≦２９、さらに好ましくは３．５≦ｚ≦１７の範囲内にある実数を示す。
【００１７】
また、上記一般式（２）ＡxＢyＣｌzにおいて、ＡがＢａ、ＫおよびＳｒの群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、ＢがＳｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＹｂの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示すことが好ましい。この場合には、本発明の温度センサの信頼性がさらに向上する。
【００１８】
（ガラス状態の塩化物）
ガラス状態の塩化物とは、塩化物の融液を冷却することにより、過冷却状態で結晶化しないように固化させた塩化物のことで、このような状態を取りやすい塩化物としては、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｇｄ、ＰｂおよびＭｎからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含むことが好ましい。この塩化物の含有量は特に限定されないが、通常３０〜７０ｍｏｌ％であり、４０〜６０ｍｏｌ％であることが好ましい。なお、本明細書において、ｍｏｌ％とは、上記塩化物蛍光体の全組成を１００ｍｏｌ％としたときのモル分率のことをいう。
【００１９】
また、上記ガラス状態の塩化物には、Ｋ、Ｎａ、ＲｂおよびＣｓからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含めることもできる。この塩化物の含有量は特に限定されないが、通常０〜７０ｍｏｌ％であり、３０〜６０ｍｏｌ％であることが好ましい。
【００２０】
さらに、上記ガラス状態の塩化物には、Ｂａ、ＣａおよびＳｒからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含めることもできる。この塩化物の含有量は特に限定されないが、通常０〜４０ｍｏｌ％であり、５〜２０ｍｏｌ％であることが好ましい。
【００２１】
（付活剤）
上記マトリックスにドープされる付活剤としては、Ｅｒ³⁺またはＴｍ³⁺が用いられる。これらのイオンは塩化物からなるマトリックス中において非常に発光しやすく、また本発明の温度センサは、これらのイオンの蛍光スペクトルのある特定の波長の前後において、蛍光強度と温度との関係が逆転する性質を利用して温度を算出するものだからである。塩化物蛍光体中の付活剤の含有量は特に限定されないが、マトリックスに上記ガラス状態の塩化物を含む場合には、上記塩化物蛍光体１００ｍｏｌ％中、０．１〜５ｍｏｌ％であることが好ましく、０．２〜２ｍｏｌ％であることがより好ましい。また、付活剤としては、Ｅｒ³⁺を用いることが好ましい。
【００２２】
（塩化物蛍光体）
マトリックスとして希土類塩化物を含む塩化物蛍光体としては、たとえばＳｃＣｌ₃：Ｅｒ³⁺、ＹＣｌ₃：Ｅｒ³⁺、ＬａＣｌ₃：Ｅｒ³⁺、ＧｄＣｌ₃：Ｅｒ³⁺、ＹｂＣｌ₃：Ｅｒ³⁺、ＳｃＣｌ₃：Ｔｍ³⁺、ＹＣｌ₃：Ｔｍ³⁺、ＬａＣｌ₃：Ｔｍ³⁺、ＧｄＣｌ₃：Ｔｍ³⁺またはＹｂＣｌ₃：Ｔｍ³⁺等の式で表わされる塩化物蛍光体がある。
【００２３】
また、マトリックスとして希土類複合塩化物を含む塩化物蛍光体としては、たとえばＫ₂ＹＣｌ₅：Ｅｒ³⁺、Ｂａ₃Ｙ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｓｒ₃Ｙ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｋ₂ＧｄＣｌ₅：Ｅｒ³⁺、Ｂａ₃Ｇｄ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｓｒ₃Ｇｄ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｂａ₃Ｓｃ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｋ₂ＹｂＣｌ₅：Ｅｒ³⁺、Ｂａ₃Ｙｂ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｓｒ₃Ｙｂ₂Ｃｌ₁₂：Ｅｒ³⁺、Ｋ₂ＹＣｌ₅：Ｔｍ³⁺、Ｂａ₃Ｙ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺、Ｓｒ₃Ｙ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺、Ｋ₂ＧｄＣｌ₅：Ｔｍ³⁺、Ｂａ₃Ｇｄ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺、Ｓｒ₃Ｇｄ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺、Ｂａ₃Ｓｃ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺、Ｋ₂ＹｂＣｌ₅：Ｔｍ³⁺、Ｂａ₃Ｙｂ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺またはＳｒ₃Ｙｂ₂Ｃｌ₁₂：Ｔｍ³⁺等の式で表わされる塩化物蛍光体がある。
【００２４】
また、マトリックスとしてガラス状態の塩化物を含む塩化物蛍光体としては、たとえばＣｄＣｌ₂−ＫＣｌ−ＢａＣｌ₂：Ｅｒ³⁺、ＺｎＣｌ₂−ＫＣｌ−ＢａＣｌ₂：Ｅｒ³⁺、ＣｄＣｌ₂−ＫＣｌ−ＢａＣｌ₂：Ｔｍ³⁺、ＺｎＣｌ₂−ＫＣｌ−ＢａＣｌ₂：Ｔｍ³⁺等の式で表わされる塩化物蛍光体がある。
【００２５】
なお、上記塩化物蛍光体の構造は、結晶構造、非晶質構造またはこれらの双方が混在する構造のいずれかであり得る。
【００２６】
（製造方法）
本発明に用いられる塩化物蛍光体は、たとえば以下のようにして調製することができる。まず、マトリックスとしての塩化物の無水塩と付活剤としてのＥｒＣｌ₃またはＴｍＣｌ₃の無水塩とを混合する。次に、上記混合物を高純度の乾燥不活性ガス雰囲気下において焼成または溶融混合することで均一に溶解した後、室温まで冷却し、粉砕、分級等することにより調製される。
【００２７】
ここで、上記混合物には添加剤を添加することができる。なかでも添加剤としては乾燥ＮＨ₄Ｃｌを添加することが好ましい。この場合には、付活剤となる希土類元素イオンであるＥｒ³⁺またはＴｍ³⁺がマトリックス中へ溶け込みやすくなり、また他の添加剤と比べて不純物となるオキシ塩化物の副生成がなくなる。また、マトリックスとして混合される塩化物の無水塩と添加される乾燥ＮＨ₄Ｃｌとのモル比は５：１〜１：１０であることが好ましく、２：１〜１：７であることがより好ましいが、マトリックスにガラス状態の塩化物を含める場合には、上記無水塩と乾燥ＮＨ₄Ｃｌとのモル比は、８：１〜１：２であることが好ましく、５：１〜１：１であることがさらに好ましい。その他、従来から公知の増感剤等も加えることができる。
【００２８】
また、マトリックスが希土類塩化物または希土類複合塩化物である場合には、混合される上記塩化物の無水塩と付活剤の無水塩とのモル比は特に限定されないが、１５００：１〜１０：１であることが好ましく、１０００：１〜３０：１であることがより好ましく、５００：１〜４０：１であることがさらに好ましい。この場合には、付活剤が励起エネルギを捕捉する確率と濃度消光とのバランスが優れているため、塩化物蛍光体の蛍光強度を向上させることができることから本発明の温度センサの信頼性をより向上させることができる。
【００２９】
また、マトリックスが希土類塩化物または希土類複合塩化物である場合には、上記焼成は６００〜９００℃で行なわれることが好ましく、７００〜９００℃で行なわれることがより好ましい。
【００３０】
また、マトリックスがガラス状態の塩化物を含む場合には、上記溶融混合における加熱温度および加熱時間は原料等に応じて適宜設定することができる。上記溶融混合は、通常、４００〜７００℃、より好ましくは７００〜９００℃で、５〜１００分間、好ましくは１０〜５０分間行なわれる。また、溶融混合後には、必要に応じて急冷することもできる。このときの冷却速度は、５〜１００℃／秒であることが好ましい。
【００３１】
マトリックスとして酸化物を用いた場合には約１１００〜１６００℃の高温での焼成が必要となるが、上記のようにマトリックスとして塩化物を用いた場合には焼成に要するエネルギを低減させることができる。なお、高純度の乾燥不活性ガスとしては、たとえば純度９９．９９％以上のアルゴンまたは窒素等がある。
【００３２】
また、上記無水塩は、たとえば希土類元素、アルカリ金属またはアルカリ土類金属、その他金属等の酸化物または炭酸塩を塩酸に溶解させ、常圧下において加熱し、水分を蒸発させて得た水和物を減圧乾燥させ、乾燥塩化水素ガス雰囲気中に加熱して脱水すること等により得ることができる。
【００３３】
（温度算出原理）
本発明の温度センサの温度算出原理の一例を以下に説明する。たとえば、Ｅｒ³⁺を付活剤とした塩化物蛍光体に励起波長３８１ｎｍの紫外線を照射して得られた蛍光スペクトルを図１に示す。図１に示すように蛍光スペクトルの波長５２０〜５４０ｎｍの範囲および５４０〜５６０ｎｍの範囲において、蛍光強度の大きい鋭いピークを３つずつ観察することができる。図２（ａ）および図２（ｂ）にこれらのピークの拡大図を示す。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、波長５２０〜５４０ｎｍの範囲における上記塩化物蛍光体の蛍光スペクトルにおいては、温度の上昇に伴って蛍光強度が大きくなっている。一方、図２（ｂ）に示すように波長５４０〜５６０ｎｍの範囲における蛍光スペクトルにおいては、温度の上昇に伴って蛍光強度が小さくなっている。したがって、波長５２０〜５４０ｎｍの範囲における３つのピークのうち最大のピークを有する波長５２７ｎｍにおける最大の蛍光強度Ｉ₁は温度の上昇に伴って大きくなり、波長５４０〜５６０ｎｍの範囲における３つのピークのうち最大のピークを有する波長５５０ｎｍにおける最大の蛍光強度Ｉ₂は温度の上昇に伴って小さくなる。よって、これらの蛍光強度比Ｒ（＝Ｉ₂／Ｉ₁）は温度の上昇に伴って小さくなる。
【００３５】
また、蛍光強度Ｉ₁およびＩ₂はその蛍光を発する励起準位にあるＥｒ³⁺の濃度が高くなるにつれて大きくなる。したがって、上記蛍光強度比Ｒはこれらの蛍光を発する励起準位にあるＥｒ³⁺の濃度比に比例することとなるため、下記式（３）が成立する。
Ｒ＝Ｉ₂／Ｉ₁＝ＣＮ₂／Ｎ₁…（３）
なお、上記式（３）において、Ｎ₁は図３に示す波長５２７ｎｍおける最大の蛍光強度Ｉ₁を発する励起準位²Ｈ_11/2にあるＥｒ³⁺の濃度、Ｎ₂は波長５５０ｎｍにおける最大の蛍光強度Ｉ₂を発する励起準位⁴Ｓ_3/2にあるＥｒ³⁺の濃度を示す。また、Ｃは比例定数である。
【００３６】
それぞれの励起準位にあるＥｒ³⁺の濃度Ｎ₁およびＮ₂は、測定温度領域においてボルツマン分布に従うこととなる。したがって、Ｅｒ³⁺の濃度比Ｎ₂／Ｎ₁は下記式（４）のように表わされる。
Ｎ₂／Ｎ₁＝exp（−△Ｅ／ＫＴ)…（４）
なお、式（４）において△Ｅは、図３に示す波長５２７ｎｍにおけるＥｒ³⁺の励起準位²Ｈ_11/2のエネルギレベルと波長５５０ｎｍにおけるＥｒ³⁺の励起準位⁴Ｓ_3/2のエネルギレベルとのエネルギ差を示す。また、Ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度を示す。
【００３７】
上記式（４）を上記式（３）に代入することにより、下記式（５）を得ることができる。
Ｒ＝Ｃexp（−△Ｅ／ＫＴ)…（５）
上記式（５）において左辺と右辺の対数をとることにより、下記式（６）を得ることができる。
ｌｎＲ＝ｌｎＣ−△Ｅ／ＫＴ…（６）
また、上記式（６）を変形すると、下記式（７）を得ることができる。
ｌｎＲ＝（−△Ｅ／Ｋ）×（１／Ｔ）＋ｌｎＣ…（７）
この上記式（７）はｌｎＲを縦軸とし、１／Ｔを横軸とした傾きが−△Ｅ／Ｋの直線を表わしていると見ることができる。したがって、たとえば図４に示すように、温度Ｔ₁における蛍光強度比Ｒ₁の値を求めることによって、座標（１／Ｔ₁,ｌｎＲ₁）から傾きが−△Ｅ／Ｋの直線を引くことにより、本発明の温度センサの温度特性曲線が容易に得られることとなる。よって、本発明の温度センサの温度特性曲線は１点の温度と蛍光強度比との関係を調べることにより容易に導き出すことができるため、従来のように多数点における蛍光強度と温度との関係を調べる必要がない。
【００３８】
また、本発明の温度センサにおいては、温度と蛍光強度比との関係を２点調べて温度特性曲線を作成することによって、より高精度の温度測定が可能となる。
【００３９】
なお、上記においては最大の蛍光強度Ｉ₁とＩ₂との蛍光強度比Ｒを求めることによって温度を算出したが、波長５２０〜５４０ｎｍの範囲内における蛍光スペクトルによって囲まれる面積Ｓ₁と波長５４０〜５６０ｎｍの範囲内における蛍光スペクトルによって囲まれる面積Ｓ₂の比Ｓ（＝Ｓ₂／Ｓ₁）を求めることによっても上記と同様に温度を算出することができる。
【００４０】
また、上記においては塩化物蛍光体を紫外線を用いて励起させたが、赤外線または電子線で励起させることもできる。また、上記においては励起波長３８１ｎｍの紫外線を用いたが、励起波長が３８１〜３８２ｎｍの範囲にある紫外線であればいずれも用いることもできる。
【００４１】
また、付活剤としてＴｍ³⁺を用いる場合においても上記Ｅｒ³⁺の場合と同様に温度を算出することができる。Ｔｍ³⁺を用いる場合には蛍光強度と温度との関係が蛍光スペクトルの波長６７０〜６９０ｎｍの範囲と６９０〜７１０ｎｍの範囲で逆転することを利用して温度を算出する。ここで、図５に示すようにＴｍ³⁺を用いる場合には、波長６７０〜６９０ｎｍの範囲内における最大の蛍光強度Ｉ₁は波長６８０ｎｍにおける蛍光強度であり、波長６９０〜７１０ｎｍの範囲における最大の蛍光強度Ｉ₂は波長７０４ｎｍにおける蛍光強度である。また、△Ｅは図５に示すように波長６８０ｎｍにおけるＴｍ³⁺の励起準位³Ｆ₂のエネルギレベルと波長７０４ｎｍにおけるＴｍ³⁺の励起準位³Ｆ₃のエネルギレベルとのエネルギ差を示す。また、Ｔｍ³⁺を用いる場合には、励起波長が３５８〜３６０ｎｍ、４５６〜４５８ｎｍまたは６７９〜６８１ｎｍの範囲にある紫外線等を用いることができる。その他はＥｒ³⁺の場合と同様である。
【００４２】
（温度測定装置）
本発明の温度測定装置は、上記温度センサを励起させる手段と、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段と、検出されたスペクトルから温度を演算する手段と、演算された温度を表示する手段とを備えている。
【００４３】
ここで、温度センサを励起させる手段としては、たとえば温度センサに紫外線、赤外線または電子線を照射する方法等がある。温度センサに紫外線を照射する方法としては、たとえば、水素放電管、キセノン放電管、水銀ランプ、ルビーレーザ、エキシマーレーザまたは色素レーザ等の光源を用いる方法、または可視紫外用分光器または紫外線用フィルタ等を用いて紫外線を取り出す方法等がある。
【００４４】
また、温度センサに赤外線を照射する方法としては、たとえば、グローバー灯、ネルンスト灯、二酸化炭素レーザ、クリプトンレーザまたは半導体レーザ等の光源を用いる方法等がある。また、温度センサに電子線を照射する方法としては、たとえば従来から公知の電子銃を用いる方法等がある。
【００４５】
また、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段も、特に限定されず従来から公知の方法が用いられ得る。たとえば分光光度計またはフォトダイオード等を用いる方法等がある。
【００４６】
また、検出されたスペクトルから温度を演算する手段も特に限定されず、従来から公知の方法が用いられ得る。たとえば、上記検出された蛍光スペクトルの情報をマイクロコンピュータ等に入力し、温度特性曲線が記録されている読み出し専用メモリとマイクロコンピュータとが連動して温度を算出する方法等がある。また、演算された温度を表示する手段も、特に限定されず、従来から公知のたとえばＬＥＤ表示または液晶表示等が用いられ得る。
【００４７】
ここで、本発明の温度測定装置においては、温度センサと外気との接触を避けるため、温度センサの周囲に保護コーティングすることが好ましい。この場合には温度センサの耐湿性が向上するため、本発明の温度測定装置の耐久性が向上する。保護コーティングとしては、たとえばガラスまたはポリイミド、アラミド等からなるプラスチックフィルムや樹脂等を温度センサの周囲に設置する方法等がある。
【００４８】
また、本発明の温度測定装置においては、温度センサを励起させる手段と温度センサとの間、温度センサと蛍光スペクトルを検出する手段との間またはこれらの双方の間にたとえば光ファイバ等の伝達手段を備えていることが好ましい。この場合には、蛍光スペクトルに対する外部環境からの影響が少ないことから温度測定の精度が向上する。
【００４９】
図６に本発明の温度測定装置の一例の模式的な概念図について示す。図６において、紫外線レーザ１から照射された励起光は、光ファイバ２Ａを通って測定対象物３に接している温度センサ４に照射され、温度センサ４が発光する。ここで、温度センサ４はＥｒ³⁺を付活剤とした塩化物蛍光体であり、ガラス６によって保護コーティングされている。この発生光の一部は絶縁体ミラー５によって反射され、上記発生光および反射光は光ファイバ２Ｂを通って分光光度計７によってその蛍光スペクトルが検出される。この検出された光出力はＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりディジタル信号に変換され、その情報がコンピュータ８に入力される。
【００５０】
このコンピュータ８内においては、以下の処理が行なわれる。まず、波長５２０〜５４０ｎｍの範囲における最大の蛍光強度Ｉ₁'と波長５４０〜５６０ｎｍの範囲における最大の蛍光強度Ｉ₂'の比Ｒ'の値が計算され、次にこのＲ'の対数であるｌｎＲ'の値が計算される。次に、このｌｎＲ'の値とあらかじめ読み出し専用メモリ９に記録されている温度特性曲線式ｌｎＲ＝（−△Ｅ／Ｋ）×（１／Ｔ）＋ｌｎＣとから温度Ｔ'の値を算出し、この算出された温度Ｔ'の情報をディジタル信号に変換して出力する。この出力された温度Ｔ'の情報が液晶表示１０に表示される。
【００５１】
このような本発明の温度測定装置は、上記のような物体の表面温度だけでなく、物体内部の温度までも測定することができる。また、本発明の温度センサおよび温度測定装置は、電界下および磁界下だけでなく真空中における温度測定も可能であり、半導体およびＬＣＤの製造プロセスに好適に用いることができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、電界下および磁界下でも高精度に温度を測定することができ、かつ温度特性曲線の作成および温度校正を容易に行なうことができる温度センサおよびそれを用いた温度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度センサの蛍光スペクトル図である。
【図２】本発明の温度センサの蛍光スペクトルの拡大図である。
【図３】本発明の温度センサに用いられるエルビウムイオンのエネルギ準位図である。
【図４】本発明の温度センサの蛍光強度と温度との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の温度センサに用いられるツリウムイオンのエネルギ準位図である。
【図６】本発明の温度測定装置の一例の模式的な概念図である。
【符号の説明】
１紫外線レーザ、２Ａ,２Ｂ光ファイバ、３測定対象物、４温度センサ、５絶縁体ミラー、６ガラス、７分光光度計、８コンピュータ、９読み出し専用メモリ、１０液晶表示。

Claims

マトリックスとして塩化物を含み、付活剤としてエルビウムイオンまたはツリウムイオンを含む塩化物蛍光体からなることを特徴とする温度センサ。
前記塩化物が、下記一般式（１）で表わされる希土類塩化物であることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
ＬｎＣｌ₃…（１）
[式（１）において、Ｌｎはスカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウムおよびイッテルビウムの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示す。]
前記塩化物が、下記一般式（２）で表わされる希土類複合塩化物であることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
ＡxＢyＣｌz…（２）
[式（２）において、Ａはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Ｂは付活剤として含まれるエルビウムイオンまたはツリウムイオンと異なる種類の希土類元素を示す。また、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ０．１≦ｘ≦１０、０．１≦ｙ≦１０および０．４≦ｚ≦６０の範囲内にある実数を示す。]
前記一般式（２）において、Ａがバリウム、カリウムおよびストロンチウムの群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Ｂがスカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウムおよびイッテルビウムの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示すことを特徴とする請求項３に記載の温度センサ。
前記塩化物が、ガラス状態の塩化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
前記ガラス状態の塩化物が、亜鉛、カドミウム、銅、銀、リチウム、ガドリニウム、鉛およびマンガンからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含むことを特徴とする請求項５に記載の温度センサ。
請求項１に記載の温度センサを励起させる手段と、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段と、検出されたスペクトルから温度を演算する手段と、演算された温度を表示する手段とを備えた温度測定装置。