JPH0519870A - 温度制御装置 - Google Patents
温度制御装置Info
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- JPH0519870A JPH0519870A JP19874091A JP19874091A JPH0519870A JP H0519870 A JPH0519870 A JP H0519870A JP 19874091 A JP19874091 A JP 19874091A JP 19874091 A JP19874091 A JP 19874091A JP H0519870 A JPH0519870 A JP H0519870A
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- heating element
- joule heating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】温度制御装置自身の発生する磁界の変動が極め
て小さい温度制御装置を実現する。 【構成】熱源を、制御信号を受けてその抵抗を変えるこ
とができるジュール発熱素子３０とし、該ジュール発熱
素子３０に定電流を供給する定電流源１０と、該ジュー
ル発熱素子３０によって加熱された所定部位の温度を検
出する温度センサ５０と、該温度センサ５０からの温度
情報に基づいて前記ジュール発熱素子３０の抵抗を制御
する制御信号を該ジュール発熱素子３０に出力する抵抗
制御回路４０とからなる。
て小さい温度制御装置を実現する。 【構成】熱源を、制御信号を受けてその抵抗を変えるこ
とができるジュール発熱素子３０とし、該ジュール発熱
素子３０に定電流を供給する定電流源１０と、該ジュー
ル発熱素子３０によって加熱された所定部位の温度を検
出する温度センサ５０と、該温度センサ５０からの温度
情報に基づいて前記ジュール発熱素子３０の抵抗を制御
する制御信号を該ジュール発熱素子３０に出力する抵抗
制御回路４０とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高感度磁気センサが外
気温変化によって感度変動しないように、高感度磁気セ
ンサの温度を一定に保つ目的に使用される温度制御装置
に関し、特に、温度制御装置自身の発生する磁界の変動
が極めて小さい温度制御装置に関する。
気温変化によって感度変動しないように、高感度磁気セ
ンサの温度を一定に保つ目的に使用される温度制御装置
に関し、特に、温度制御装置自身の発生する磁界の変動
が極めて小さい温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５に示すように、従来はバイファイラ
巻きされたヒータ線７０に可変定電圧源６０から発生す
る電圧を印加したとき発生する熱によって高感度磁気セ
ンサの温度制御をしていた。すなわち、毎秒 Ｐ＝（Ｖの二乗）／Ｒ 〔Ｗ〕 の電力がヒータ線７０によって熱に変換され、Ｖを変え
ることによって消費電力Ｐつまり発熱量を制御し温度制
御をしていた。ここでＶは可変定電圧源６０の出力電
圧、Ｒはヒータ線の抵抗である。
巻きされたヒータ線７０に可変定電圧源６０から発生す
る電圧を印加したとき発生する熱によって高感度磁気セ
ンサの温度制御をしていた。すなわち、毎秒 Ｐ＝（Ｖの二乗）／Ｒ 〔Ｗ〕 の電力がヒータ線７０によって熱に変換され、Ｖを変え
ることによって消費電力Ｐつまり発熱量を制御し温度制
御をしていた。ここでＶは可変定電圧源６０の出力電
圧、Ｒはヒータ線の抵抗である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、Ｖを変える
ことによってＰを制御すると、 Ｉ＝Ｖ／Ｒ 〔Ａ〕 であるから、ヒータ線７０を流れる電流Ｉが変化してし
まい、ヒータ線７０の周囲の磁界Ｈが電流Ｉに比例して
いるため、 Ｈ＝ＲH ・Ｉ 〔ＡＴ／ｍ〕 で変化してしまい、磁気センサの出力値に影響を及ぼす
という問題があった。ここでＲH は電流からの距離の三
乗に逆比例する量である。
ことによってＰを制御すると、 Ｉ＝Ｖ／Ｒ 〔Ａ〕 であるから、ヒータ線７０を流れる電流Ｉが変化してし
まい、ヒータ線７０の周囲の磁界Ｈが電流Ｉに比例して
いるため、 Ｈ＝ＲH ・Ｉ 〔ＡＴ／ｍ〕 で変化してしまい、磁気センサの出力値に影響を及ぼす
という問題があった。ここでＲH は電流からの距離の三
乗に逆比例する量である。
【０００４】ヒータ線７０はバイファイラ巻きになって
おり漏れ磁界Ｈはわずかである。しかし、零にはならな
いため、特に高感度の磁気センサを恒温化するためには
問題であった。本発明の目的は、温度制御装置自身の発
生する磁界の変動が極めて小さい温度制御装置を実現す
ることである。
おり漏れ磁界Ｈはわずかである。しかし、零にはならな
いため、特に高感度の磁気センサを恒温化するためには
問題であった。本発明の目的は、温度制御装置自身の発
生する磁界の変動が極めて小さい温度制御装置を実現す
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明の温度制御装置は、熱源を制御信号によっ
て抵抗が変えられるジュール発熱素子とし、該ジュール
発熱素子に流す電流を一定とする。そして、発熱量の制
御はジュール発熱素子の抵抗を変化させることによって
行うこととした。
めに、本発明の温度制御装置は、熱源を制御信号によっ
て抵抗が変えられるジュール発熱素子とし、該ジュール
発熱素子に流す電流を一定とする。そして、発熱量の制
御はジュール発熱素子の抵抗を変化させることによって
行うこととした。
【０００６】すなわち、定電流源と、制御信号を受けて
その抵抗を変えることができ、前記定電流源からの所定
の定電流によってジュール発熱をするジュール発熱素子
と、該ジュール発熱素子によって加熱された所定部位の
温度を検出する温度センサと、該温度センサの出力を得
て前記ジュール発熱素子の抵抗を変えるための制御信号
を発生する抵抗制御回路とを備えた構成とした。
その抵抗を変えることができ、前記定電流源からの所定
の定電流によってジュール発熱をするジュール発熱素子
と、該ジュール発熱素子によって加熱された所定部位の
温度を検出する温度センサと、該温度センサの出力を得
て前記ジュール発熱素子の抵抗を変えるための制御信号
を発生する抵抗制御回路とを備えた構成とした。
【０００７】より具体的には、前記ジュール発熱素子
が、光によってその抵抗が変化するジュール発熱素子で
あり、制御信号として光を用いた構成であり、あるい
は、前記ジュール発熱素子がＦＥＴであり、制御信号と
してＦＥＴのゲート電圧を用いた構成である。
が、光によってその抵抗が変化するジュール発熱素子で
あり、制御信号として光を用いた構成であり、あるい
は、前記ジュール発熱素子がＦＥＴであり、制御信号と
してＦＥＴのゲート電圧を用いた構成である。
【０００８】
【作用】図１に示される原理図に従い説明する。図１に
おいて、定電流源１０は一定の電流Ｉ0 をジュール発熱
素子３０に供給する。一方、温度センサ５０で検出され
た温度情報は抵抗制御回路４０に伝えられる。抵抗制御
回路４０は該温度情報に基づいてジュール発熱素子３０
の抵抗Ｒを制御する制御信号をジュール発熱素子３０に
出力する。該制御信号によりジュール発熱素子３０の抵
抗が制御されることで発熱量が制御される。
おいて、定電流源１０は一定の電流Ｉ0 をジュール発熱
素子３０に供給する。一方、温度センサ５０で検出され
た温度情報は抵抗制御回路４０に伝えられる。抵抗制御
回路４０は該温度情報に基づいてジュール発熱素子３０
の抵抗Ｒを制御する制御信号をジュール発熱素子３０に
出力する。該制御信号によりジュール発熱素子３０の抵
抗が制御されることで発熱量が制御される。
【０００９】このとき、発熱量は
Ｐ＝（Ｉ0 の二乗）・Ｒ 〔Ｗ〕
ジュール発熱素子３０付近の磁界Ｈは
Ｈ＝ＲH ・Ｉ0 〔ＡＴ／ｍ〕
であるから、消費電力Ｐは電流Ｉを変えずに抵抗Ｒを変
えることで変更でき、磁界Ｈはジュール発熱素子３０に
流れる電流ＩがＩ0 で一定なので変化しない。
えることで変更でき、磁界Ｈはジュール発熱素子３０に
流れる電流ＩがＩ0 で一定なので変化しない。
【００１０】このように、磁界の変化を生ずる主たる部
分による磁界の変化がないので、温度制御装置自身から
発生する磁界の変化は極めて小さなものとなる。従っ
て、磁気センサの出力のうち、温度制御装置から発生す
る磁界による出力は常にほぼ一定になり、この量はバイ
アスとして除去できるので、極めて微弱な磁界が測定で
きる。
分による磁界の変化がないので、温度制御装置自身から
発生する磁界の変化は極めて小さなものとなる。従っ
て、磁気センサの出力のうち、温度制御装置から発生す
る磁界による出力は常にほぼ一定になり、この量はバイ
アスとして除去できるので、極めて微弱な磁界が測定で
きる。
【００１１】
【実施例】図２に本発明の第１の実施例を示す。本実施
例では、定電流源１０に同軸ケーブル２１の一端が接続
され、該同軸ケーブル２１の他端はジュール発熱素子と
してのＣｄＳ（硫化カドミウム）素子３１に接続されて
いる。また、温度センサとしてサーミスタ５１が用いら
れ、該サーミスタ５１は電子回路４１と発光素子４２と
を備えた抵抗制御回路４０の電子回路４１に接続されて
いる。該電子回路４１には発光素子４２が接続されてお
り、該発光素子４２から出射された光は光ファイバ４３
によってＣｄＳ素子３１に導かれるようになっている。
前記ＣｄＳ素子３１は制御信号として光を受領し、光が
強いと抵抗値が低くなり、光を遮断すると抵抗値は極め
て高くなる抵抗素子である。
例では、定電流源１０に同軸ケーブル２１の一端が接続
され、該同軸ケーブル２１の他端はジュール発熱素子と
してのＣｄＳ（硫化カドミウム）素子３１に接続されて
いる。また、温度センサとしてサーミスタ５１が用いら
れ、該サーミスタ５１は電子回路４１と発光素子４２と
を備えた抵抗制御回路４０の電子回路４１に接続されて
いる。該電子回路４１には発光素子４２が接続されてお
り、該発光素子４２から出射された光は光ファイバ４３
によってＣｄＳ素子３１に導かれるようになっている。
前記ＣｄＳ素子３１は制御信号として光を受領し、光が
強いと抵抗値が低くなり、光を遮断すると抵抗値は極め
て高くなる抵抗素子である。
【００１２】定電流源１０からは同軸ケーブル２１を通
ってＣｄＳ素子３１に一定電流が流れる。一方、抵抗制
御回路４０は温度センサとして使用されているサーミス
タ５１の抵抗値から温度を求め、処理した結果に応じて
発光素子４２の発光量を制御する。該発光素子４２から
出射された光は光ファイバ４３を通ってＣｄＳ素子３１
に照射され、その光量に応じてＣｄＳ素子３１の抵抗が
変化し発熱量が制御される。また、ＣｄＳ素子３１の抵
抗の制御は光ファイバー４３で伝送された光で行われる
ので、抵抗制御用の電流は流れない。
ってＣｄＳ素子３１に一定電流が流れる。一方、抵抗制
御回路４０は温度センサとして使用されているサーミス
タ５１の抵抗値から温度を求め、処理した結果に応じて
発光素子４２の発光量を制御する。該発光素子４２から
出射された光は光ファイバ４３を通ってＣｄＳ素子３１
に照射され、その光量に応じてＣｄＳ素子３１の抵抗が
変化し発熱量が制御される。また、ＣｄＳ素子３１の抵
抗の制御は光ファイバー４３で伝送された光で行われる
ので、抵抗制御用の電流は流れない。
【００１３】図３に本発明の第２の実施例を示す。定電
流源１０にツイスト線２２の一端が接続され、該ツイス
ト線２２の他端はジュール発熱素子としてのＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）３２のドレインおよびソースにそ
れぞれ接続されている。また、温度センサとして白金抵
抗５２が用いられ、該白金抵抗５２は抵抗制御回路４０
の検出入力端に接続されている。そして、該抵抗制御回
路４０の制御出力端は前記ＦＥＴ３２のゲートに接続さ
れている。
流源１０にツイスト線２２の一端が接続され、該ツイス
ト線２２の他端はジュール発熱素子としてのＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）３２のドレインおよびソースにそ
れぞれ接続されている。また、温度センサとして白金抵
抗５２が用いられ、該白金抵抗５２は抵抗制御回路４０
の検出入力端に接続されている。そして、該抵抗制御回
路４０の制御出力端は前記ＦＥＴ３２のゲートに接続さ
れている。
【００１４】定電流源１０からはツイスト線２２を通っ
てＦＥＴ３２のドレイン─ソース間に一定電流Ｉ0 が供
給される。一方、温度センサとしての白金抵抗５２に一
定の電流を流したとき発生する電圧を抵抗制御回路４０
にて検出することで温度を検出している。抵抗制御回路
４０は前記検出された温度に基づいてＦＥＴ３２のゲー
トに印加する電圧を変える。
てＦＥＴ３２のドレイン─ソース間に一定電流Ｉ0 が供
給される。一方、温度センサとしての白金抵抗５２に一
定の電流を流したとき発生する電圧を抵抗制御回路４０
にて検出することで温度を検出している。抵抗制御回路
４０は前記検出された温度に基づいてＦＥＴ３２のゲー
トに印加する電圧を変える。
【００１５】ゲート電圧を変化させるとドレイン─ソー
ス間の抵抗Ｒが変化する。毎秒の消費電力Ｐは、 Ｐ＝（Ｉ0 の二乗）・Ｒ 〔Ｗ〕 であるから、抵抗Ｒを制御することで消費電力Ｐ、すな
わち、発熱量が制御される。そして、ＦＥＴ３２の近傍
の磁界Ｈは電流が一定値Ｉ0 なので変化しない。また、
ジュール発熱素子としてのＦＥＴの抵抗の制御はＦＥＴ
のゲートに印加するゲート電圧で行われるので、この実
施例の場合も、抵抗制御用の電流は流れない。
ス間の抵抗Ｒが変化する。毎秒の消費電力Ｐは、 Ｐ＝（Ｉ0 の二乗）・Ｒ 〔Ｗ〕 であるから、抵抗Ｒを制御することで消費電力Ｐ、すな
わち、発熱量が制御される。そして、ＦＥＴ３２の近傍
の磁界Ｈは電流が一定値Ｉ0 なので変化しない。また、
ジュール発熱素子としてのＦＥＴの抵抗の制御はＦＥＴ
のゲートに印加するゲート電圧で行われるので、この実
施例の場合も、抵抗制御用の電流は流れない。
【００１６】本発明に用いる定電流源１０は、例えば、
図４のような回路で実現できる。同図において、基準電
圧源１２の電圧がＶT 〔Ｖ〕のとき抵抗１３がＲ0
〔Ω〕ならば、 Ｉ0 ＝ＶT ／Ｒ0 〔Ａ〕 がジュール発熱素子３０に流れる。Ｉ0 はジュール発熱
素子３０の抵抗が変化してもほぼ一定である。この回路
ではオペアンプ１１の開ループ利得が極めて高いので基
準電圧源の変動程度しか電流は変動せず、従って、外部
に漏洩する磁界の変動も従来の温度制御装置に比べて１
０の−６乗程度になる。この程度の変動は無視できる量
である。
図４のような回路で実現できる。同図において、基準電
圧源１２の電圧がＶT 〔Ｖ〕のとき抵抗１３がＲ0
〔Ω〕ならば、 Ｉ0 ＝ＶT ／Ｒ0 〔Ａ〕 がジュール発熱素子３０に流れる。Ｉ0 はジュール発熱
素子３０の抵抗が変化してもほぼ一定である。この回路
ではオペアンプ１１の開ループ利得が極めて高いので基
準電圧源の変動程度しか電流は変動せず、従って、外部
に漏洩する磁界の変動も従来の温度制御装置に比べて１
０の−６乗程度になる。この程度の変動は無視できる量
である。
【００１７】前述のように、定電流源とその抵抗が可変
であるジュール発熱素子とを用いることで、温度制御装
置自身の発生する磁界の変動は極めて小さなものとなる
が、温度制御装置内には他にも磁界の変動の要因となる
ものがある。一つは、ジュール発熱素子の抵抗の制御に
電流を用いた場合の電流の変化であり、他の一つは、温
度センサに流れる電流の変化である。これら電流の変化
を小さくすれば温度制御装置自身の発生する磁界の変化
は更に小さなものとなる。
であるジュール発熱素子とを用いることで、温度制御装
置自身の発生する磁界の変動は極めて小さなものとなる
が、温度制御装置内には他にも磁界の変動の要因となる
ものがある。一つは、ジュール発熱素子の抵抗の制御に
電流を用いた場合の電流の変化であり、他の一つは、温
度センサに流れる電流の変化である。これら電流の変化
を小さくすれば温度制御装置自身の発生する磁界の変化
は更に小さなものとなる。
【００１８】前記第１および第２の実施例においては、
ジュール発熱素子としてＣｄＳ素子またはＦＥＴを用い
ている。これらの素子の抵抗を制御する信号はそれぞれ
光またはゲート電圧であって電流の変化はない。また、
温度センサとしてサーミスタまたは白金抵抗を用いてい
る。そして、サーミスタに流す電流は１μＡ程度であ
り、白金抵抗に流す電流は１ｍＡ程度であるが一定電流
を流すようにしている。このような手段を用いることに
より、温度制御装置自身の発生する磁界の変化を更に微
小なものとしている。
ジュール発熱素子としてＣｄＳ素子またはＦＥＴを用い
ている。これらの素子の抵抗を制御する信号はそれぞれ
光またはゲート電圧であって電流の変化はない。また、
温度センサとしてサーミスタまたは白金抵抗を用いてい
る。そして、サーミスタに流す電流は１μＡ程度であ
り、白金抵抗に流す電流は１ｍＡ程度であるが一定電流
を流すようにしている。このような手段を用いることに
より、温度制御装置自身の発生する磁界の変化を更に微
小なものとしている。
【００１９】前記二つの実施例では、外部に磁界の漏れ
にくい同軸ケーブル２１またはツイスト線２２を伝送路
として用いているが、平行線等いわゆる伝送路であれば
良い。なぜなら、磁界が漏れても変動しなければバイア
スとして除去できるからである。
にくい同軸ケーブル２１またはツイスト線２２を伝送路
として用いているが、平行線等いわゆる伝送路であれば
良い。なぜなら、磁界が漏れても変動しなければバイア
スとして除去できるからである。
【００２０】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の温度制
御装置では発熱体であるジュール発熱素子に流れる電流
が変化しないのでその近傍の磁界が変化しない。従っ
て、磁気センサに影響を及ぼさない温度制御装置が得ら
れる。
御装置では発熱体であるジュール発熱素子に流れる電流
が変化しないのでその近傍の磁界が変化しない。従っ
て、磁気センサに影響を及ぼさない温度制御装置が得ら
れる。
【００２１】また、磁気センサに影響を及ぼさないが故
に、磁気センサに密着して設置できるから、精密な磁気
センサの温度制御が可能となり、極めて安定な磁気セン
サが実現できるという効果がある。
に、磁気センサに密着して設置できるから、精密な磁気
センサの温度制御が可能となり、極めて安定な磁気セン
サが実現できるという効果がある。
【００２２】例えばＲｂ（ルビジウム）ガスの光・マイ
クロ波二重共鳴周波数が磁界の二乗に比例するというゼ
ーマン（Ｚｅｅｍａｎ）遷移を利用した磁気センサが考
えられている。現在の技術において、周波数は極めて高
精度に測定できるので、ゼーマン遷移を利用すれば、磁
界も高精度に測定できるわけである。しかし、ゼーマン
遷移を利用した磁気センサは温度による変動が大きいた
め恒温化する必要があるが、極めて高感度であるから、
従来の温度制御装置のようにそれ自身の発生する磁界に
変動があれば、その影響を受けて性能が損なわれてしま
う。本発明の温度制御装置を用いれば、ゼーマン遷移を
利用した高感度な磁気センサが実現できる。
クロ波二重共鳴周波数が磁界の二乗に比例するというゼ
ーマン（Ｚｅｅｍａｎ）遷移を利用した磁気センサが考
えられている。現在の技術において、周波数は極めて高
精度に測定できるので、ゼーマン遷移を利用すれば、磁
界も高精度に測定できるわけである。しかし、ゼーマン
遷移を利用した磁気センサは温度による変動が大きいた
め恒温化する必要があるが、極めて高感度であるから、
従来の温度制御装置のようにそれ自身の発生する磁界に
変動があれば、その影響を受けて性能が損なわれてしま
う。本発明の温度制御装置を用いれば、ゼーマン遷移を
利用した高感度な磁気センサが実現できる。
【図１】本発明の原理図。
【図２】本発明の第１の実施例を示す概略構成図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す概略構成図。
【図４】本発明に用いる定電流源の一例を示す回路図。
【図５】従来の温度制御装置の概略構成図。
１０ 定電流源
１１ オペアンプ
１２ 基準電圧源
１３ 抵抗
２１ 同軸ケーブル
２２ ツイスト線
３０ ジュール発熱素子
３１ ジュール発熱素子としてのＣｄＳ素子
３２ ジュール発熱素子としてのＦＥＴ
４０ 抵抗制御回路
４１ 電子回路
４２ 発光素子
４３ 光ファイバ
５０ 温度センサ
５１ 温度センサとしてのサーミスタ
５２ 温度センサとしての白金抵抗
６０ 可変定電圧源
７０ ヒータ線
８０ 電圧制御回路
Claims (3)
- 【請求項１】 定電流源（１０）と、制御信号を受けて
その抵抗を変えることができ、前記定電流源からの所定
の定電流によってジュール発熱をするジュール発熱素子
（３０）と、該ジュール発熱素子によって加熱された所
定部位の温度を検出する温度センサ（５０）と、該温度
センサの出力を得て前記ジュール発熱素子の抵抗を変え
るための制御信号を発生する抵抗制御回路（４０）とを
備えた温度制御装置。 - 【請求項２】 前記ジュール発熱素子が、光によってそ
の抵抗が変化するジュール発熱素子であり、前記制御信
号が光信号である請求項１記載の温度制御装置。 - 【請求項３】 前記ジュール発熱素子がＦＥＴであり、
前記制御信号がＦＥＴのゲート電圧である請求項１記載
の温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19874091A JPH0519870A (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19874091A JPH0519870A (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 温度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0519870A true JPH0519870A (ja) | 1993-01-29 |
Family
ID=16396195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19874091A Pending JPH0519870A (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0519870A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107357333A (zh) * | 2017-07-30 | 2017-11-17 | 李乔 | 一种改进结构的控温范围内局部恒温控制器 |
| US20210396595A1 (en) * | 2018-02-07 | 2021-12-23 | Renault S.A.S. | Method and device for detecting when a predefined temperature threshold is exceeded |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP19874091A patent/JPH0519870A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107357333A (zh) * | 2017-07-30 | 2017-11-17 | 李乔 | 一种改进结构的控温范围内局部恒温控制器 |
| CN107357333B (zh) * | 2017-07-30 | 2023-12-22 | 李乔 | 一种改进结构的控温范围内局部恒温控制器 |
| US20210396595A1 (en) * | 2018-02-07 | 2021-12-23 | Renault S.A.S. | Method and device for detecting when a predefined temperature threshold is exceeded |
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