JPH01270625A

JPH01270625A - 温度センサを具えた装置

Info

Publication number: JPH01270625A
Application number: JP1053046A
Authority: JP
Inventors: Jan W Severin; ヤン・ウィレム・セフェリン; With Gijsbertus De; ヒエイスベルタス・デ・ウィト
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1989-10-27
Also published as: NL8800556A; EP0332251B1; US4943559A; DE68902155T2; EP0332251A1; DE68902155D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は温度依存電気信号を発生するセンサを具えた装
置に関するものである。

斯る装置は空間内の温度を測定し且／又制御するのに用
いることができる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、ある種の材料が超電導性を示すような
かなり低い温度で使用するのに特に好適な装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するだめの手段）この目的のために、本発明の装置においては、センサは
、厚さに亘って徐々に変化する組成を有し組成に依存す
る臨界温度値以下で超電導性を示す材料の薄い層を具え
、この層を電極を経て、センサに電流を供給してセンサ
により温度依存電気信号を発生させる電子回路に接続し
てあることを特徴とする。厚さ方向に徐々に変化する組
成を有する薄い層として得ることができる超電導材料及
び斯る材料を製造する方法の具体例は本願人が先に出願
した特願昭６３−１８４７７４号に記載されている。

前記層の組成がその厚さに亘って変化しているため、こ
の層は所定の温度においてその厚さの一部分が超電導性
を示す。温度が更に低下すると超電導性を示す層部分の
厚さが増大する。従って超電導状態が消滅する臨界電流
強度は超電導性を示す層部分の厚さに比例するため、こ
の電流強度はセンサの温度の釈度になる。従って、本発
明装置によれば前記臨界電流強度を測定して温度を測定
することができ、また臨界電流強度に依存する信号を発
生させてこの信号で温度制御装置を制御することができ
る。

センサの温度を測定し得るようにした本発明装置の一実
施例においては、前記電子回路は可制御電流源と、セン
サ電極間の電圧を測定し前記電流源に制御信号を供給す
る測定回路とを具え、該制御信号によって電流源により
供給される電流を、測定された電圧が零に等しいときに
増大させると共に測定された電圧が零を越えるときに減
少させるようにする。

冷却空間内の温度を所定の温度値に維持し得るようにし
た本発明装置の一実施例においては、前記電子回路は電
流源と、センサ電極間の電圧を測定し、冷却空間内にセ
ンサと一緒に収納された加熱素子を具える加熱回路に制
御信号を供給する測定回路とを具え、該制御信号によっ
て、測定された電圧が零に等しいときに電流を前記加熱
素子に供給すると共に測定された電圧が零を越えるとき
に前記加熱素子をスイッチオフするようにする。

ここで、冷却空間とはこの空間から熱を取り去る装置と
熱接触している空間を意味するものと理解されたい。

加熱素子の給電に別個の回路を不要にした他の実施例で
は、前記加熱素子を前記電流源及びセンサと直列に接続
し、前記電流源を前記電子回路と測定回路の双方の一部
とする。

（実施例）図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図に線図的に示すセンサは例えばサファイヤ（酸化
アルミニウム）の基板１を具えている。

この基板の上にＬａＭｅＣｕＯ４の層３を蒸着により設
ける。ＭｅはＣａ、　Ｓｒ及びＢａの中から選択される
。この層３の上に１ａ２ＣｕＯ２の層を同様に蒸着によ
り設け、先に出願した特願昭６：３−１８４７７４号に
記載されているように、この組立体を加熱して固体拡散
反応を行なわせて層３及び５間に組成Ｌａ２−ＪｅｘＣ
ｕＯｎの層７を形成する（ここでＸは上面から下面に向
かって０から１へと徐々に増大する）。層７の上面から
の距離ｔの関数としてのＸの変化の一例を第２図にグラ
フで示しである。

次に、層３．　７．　５の対向する両端を斜めに研削し
て中心層７を露出させてこの層にアクセスし得るように
する。得られた斜面上に金の電極９を蒸着により設け、
この電極に接続線（図示せず）を集積回路の製造に慣用
されている方法で接続することができる。他の方法、例
えば上層５に引っかき傷を形成して中心層７を露出させ
て電極９を設けることもできること勿論である。

所定の温度以下では層７は超電導特性を示す。

この臨界温度Ｔ。は層７の組成及び従ってＸの値に依存
する。第３図は金属Ｍｅとしてストロンチウムを選択し
た場合におけるＸの関数としてのＴｃの変化を示すもの
である。この場合にはＴ。はＸ−０，２において約４０
にの最大値になる。Ｘの他の値においてＴ。は低くなる
。Ｘは第２図に示すように層７の厚さに亘って徐々に変
化するため、４０にでは層７の極めて薄い部分のみが超
電導を示す。

温度が低くなるに従って、超電導部分の厚さが増大する
。その理由は、この場合にはＸが０．２から僅かにずれ
たＸの部分も超電導性になるためである。

超電導層がその超電導特性を失なうことなく流し得る最
大電流はこの層の厚さに依存する。上述したように超電
導層の厚さが温度の減少につれて増大する場合、前記臨
界電流強度も増大する。この臨界電流強度Ｉ。の温度Ｔ
の関数としての変化を第４図にグラフで示しである。従
って、上述のセンサの臨界電流を測定することによりセ
ンサの温度及び従って、例えば、センサが存在する空間
の温度又はセンサが熱接触された物品の温度を測定する
ことができる。

Ｔの関数としての■。の正確な変化はセンサを製造する
材料及び製造プロセスの細部に依存すること勿論である
。種々の有用な組成並びに製造方法の具体例は前記の特
願昭６３−１８４７７４号に記載されている。

第５図は第１図に示すタイプのセンサの臨界電流強度を
測定することにより温度を測定する装置の一実施例のブ
ロック図を示すものである。センサは一点鎖線で示す温
度を測定すべき空間１３内に置かれる。センサ１１の電
極９は、センサに電流を供給する可制御電流源１４と電
極９間の電圧を測定する測定回路１５とを具えた電子回
路に接続される。

破線１７で示すように、測定回路１５は電流源１４を制
御する制御信号を発生する。測定回路１５は、例えば、
電極９間の電圧が零より大きいとき第１の電圧を発生し
、電極９間の電圧が零に等しいときに第２の電圧を発生
するしきい値弁別器を具えるものとすることができる。

電流源Ｘ４は、前者の場合には供給電流を減少し、後者
の場合には供給電流を増大するよう設計する。この結果
として電流が、センサ１１の層７の状態が超電導状態と
非超電導状態との間で連続的に変化するように調整され
る。

このことは調整された電流が臨界電流Ｉ。に略々等しく
なることを意味する。センサ及び従って空間１３の温度
は第４図に示すタイプの当該センサ１１と関連するグラ
フから読取ることができる。電流は、電流源１４及びセ
ンサ１１と直列に接続された、好ましくは温度単位で目
盛られた電流計１９で読取ることができるため、第４図
のグラフによる変換は最早必要なくなる。

第６図は第１図に示すタイプのセンサにより温度を制御
する装置の第１の実施例のブロック図を示すものである
。この場合にもセンサは一点鎖線で示す空間１３内に置
かれる。この空間は例えば液体窒素が満たされた冷却器
（図示せず）内に存在する。センサ１１の電極９はセン
サに電流を供給する予め調整された電流源２１と、第５
図に示す装置に使用されている測定回路１５と略々同一
のタイプのものとし得る測定回路２３とを具えた電子回
路に接続される。空間１３にはセンサ１１に加えて加熱
回路の一部を構成する加熱素子（例えば抵抗）が設けら
れ、この加熱回路は更に電圧源２７とスイッチ２９を具
えている。測定回路２３は破線３１で示すようにスイッ
チ２９（例えばトランジスタとし得る）を制御する制御
信号を発生ずる。センサ１１の電極９間の電圧が零に等
しいときは測定回路２３がスイッチ２９を閉じる第１の
制御信号を発生して電圧源２７から加熱素子２５に電流
を供給し、その結果として空間１３を加熱する。センサ
１１は空間１３の温度に追従し、その温度が上昇して臨
界電流が電流源２１の予め調整した電流強度に対応する
温度値になると、センサ１１の層７が非超電導状態にな
る。このとき電極９間の電圧が零を越え、測定回路２３
がスイッチ２９を開く第２の制御信号を発生するため加
熱素子２５がスイッチオフされる。すると、冷却のため
に空間１３内の温度が、センサ１１の層７が再び超電導
状態になるまで減少する。こうして空間１３の温度が電
流源２１により供給される電流の値により決まる値を中
心に変動する。従って、電流源２１を種々に調整するこ
とにより空間１３の温度を種々に変えることができる。

第７図は第１図のタイプのセンサにより温度を制御する
第２の簡単な実施例のブロック図を示すものである。セ
ンサ１１は一点鎖線で示す冷却空間１３内に置かれる。

センサ１１の電極９は電子回路に接続される。この電子
回路は予め調整した電流源２１と、空間１３内に収納さ
れた加熱素子２５とを具え、本例では電流源２１と加熱
素子２５をセンサと直列に接続する。電子回路は、更に
、電極９間の電圧を測定しこの電圧に依存する制御信号
を発生する測定回路２３と、加熱素子２５と並列に接続
され且つ破線３１で示すように測定回路２３からの制御
信号で制御されるスイッチ３３とを具えている。本例で
は測定回路２３とスイッチ３３を、電極９間の電圧が零
を越えるときにスイッチ３３を閉じ、電極９の電圧が零
に等しいときにスイッチ３３を開くように設計する。こ
の結果として、センサ１１の層７が超電導状態のときは
電流源２１により供給される電流が加熱素子２５を経て
流れ、層７が超電導状態でないときは加熱素子２５がス
イッチ３３により短絡されることが達成される。この結
果、空間１３の温度が調整されて層７の温度は電流源２
１により供給される電流強度に略々等しい臨界電流強度
■。と関連する温度値を中心に変動する。従って、結果
は第６図のものと同一になるが、本例装置は加熱素子２
５を給電する別個の電圧源が不要になるので一層簡単に
なる。本例ではこの給電機能が電流源２１により行なわ
れ、電流源２１が電子回路と加熱回路の両方の一部を構
成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置に好適なセンサの一実施例の断面図
、第２図は第１図に示ずセンサの超電導材料層の厚さの関
数としての組成の変化を示すグラフ、第３図は第１図に
示すセンサの超電導材料層の組成と臨界温度の関係の一
例を示すグラフ、第４図は第１図に示ずセンサの臨界電
流強度と温度との関係の一例を示すグラフ、第５図は本発明装置の第１の実施例のブロック図、第６図は本発明装置の第２の実施例のブロンク図、第７図は本発明装置の第３の実施例のブロック図である
。１・・基板　　　　　　３．　５．　７・超電導材料層
９・・・電極　　　　　　１１・・・センサ１３・・・
空間　　　　　　１４・・・可制御電流源１５・・・測
定回路　　　　１９・・・電流計２１・・・電流源　　
　　　２３・・・測定回路２５・・・加熱素子　　　　
２７・・・電圧源２９・・・スイッチ　　　　３３・・
・スイッチ特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス
・フルーイランペンファブリケン

Claims

【特許請求の範囲】１、温度依存電気信号を発生するセンサ（１１）を具え
た装置において、前記センサは、厚さに亘って徐々に変
化する組成を有し組成に依存する臨界温度値以下で超電
導性を示す材料の薄い層（７）を具え、この層を電極（
９）を経て、センサに電流を供給してセンサにより温度
依存電気信号を発生させる電子回路に接続してあること
を特徴とする温度センサを具えた装置。２、前記電子回路は可制御電流源（１４）と、センサ電
極（９）間の電圧を測定し前記電流源に制御信号を供給
する測定回路（１５）とを具え、該制御信号によって電
流源により供給される電流を、測定された電圧が零に等
しいときに増大させると共に測定された電圧が零を越え
るときに減少させるようにしてあることを特徴とする請
求項１記載の装置。３、前記電子回路は電流源（２１）と、センサ電極（９
）間の電圧を測定し、冷却空間（１３）内にセンサ（１
１）と一緒に収納された加熱素子（２５）を具える加熱
回路に制御信号を供給する測定回路（２３）とを具え、
該制御信号によって、測定された電圧が零に等しいとき
に電流を前記加熱素子に供給すると共に測定された電圧
が零を越えるときに前記加熱素子をスイッチオフするよ
うにしてあることを特徴とする請求項１記載の装置。４、前記加熱素子（２５）を前記電流源（２１）及びセ
ンサ（１１）と直列に接続し、前記電流源を前記電子回
路と測定回路の双方の一部としてあることを特徴とする
請求項３記載の装置。