JPH0869859A - マイクロヒータ - Google Patents
マイクロヒータInfo
- Publication number
- JPH0869859A JPH0869859A JP20541194A JP20541194A JPH0869859A JP H0869859 A JPH0869859 A JP H0869859A JP 20541194 A JP20541194 A JP 20541194A JP 20541194 A JP20541194 A JP 20541194A JP H0869859 A JPH0869859 A JP H0869859A
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- JP
- Japan
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- heater
- heater wire
- heater wires
- red hot
- temperature superconducting
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 極めて狭い範囲の限定された点を発熱させる
ことができるマイクロヒータを提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明のマイクロヒータは、微細基板SB上
に形成された酸化物高温超電導セラミックス製のヒータ
線1を具備し、該ヒータ線1には一対の外部電源接続用
ヒータ線パッド1aと、部分的に抵抗値を大きくするた
めの括れ部1bとが形成されている。
ことができるマイクロヒータを提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明のマイクロヒータは、微細基板SB上
に形成された酸化物高温超電導セラミックス製のヒータ
線1を具備し、該ヒータ線1には一対の外部電源接続用
ヒータ線パッド1aと、部分的に抵抗値を大きくするた
めの括れ部1bとが形成されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はマイクロセンサ等に用
いられるマイクロヒータに関し、特に極めて狭い範囲の
限定された点を発熱させることができるマイクロヒータ
に関する。
いられるマイクロヒータに関し、特に極めて狭い範囲の
限定された点を発熱させることができるマイクロヒータ
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、各種機器内の狭所に設置し得るセ
ンサとして、マイクロセンサの開発が盛んに行われて来
ている。例えば、各家庭にガスを供給するための細い枝
管やガスメータまたはガス漏洩発見器内等に設置される
ガスセンサまたは熱式フローセンサには、半導体微細加
工技術を用いてシリコン基板上に形成されるマイクロヒ
ータが使われている。
ンサとして、マイクロセンサの開発が盛んに行われて来
ている。例えば、各家庭にガスを供給するための細い枝
管やガスメータまたはガス漏洩発見器内等に設置される
ガスセンサまたは熱式フローセンサには、半導体微細加
工技術を用いてシリコン基板上に形成されるマイクロヒ
ータが使われている。
【0003】こうしたマイクロヒータの1つの従来例が
特開昭58−103654に開示されている。このマイ
クロヒータはPt等のヒータ線材料からなる薄膜をスパ
ッタリング等の半導体微細加工技術を用いてシリコン基
板上に形成した後、エッチングを施して所望のヒータ線
形状を得ている。
特開昭58−103654に開示されている。このマイ
クロヒータはPt等のヒータ線材料からなる薄膜をスパ
ッタリング等の半導体微細加工技術を用いてシリコン基
板上に形成した後、エッチングを施して所望のヒータ線
形状を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
方法で形成したマイクロヒータは、かなりの微細構造に
はなっているが、ヒータ線の材料に抵抗率が小さく、し
かも熱伝導率の大きい金属が用いられているため、通電
によってヒータ線全体もしくはその大部分が発熱するこ
とになる。従って、ヒータ線の中の1点を局部的に発熱
させることは不可能である。このポイント的な局部発熱
を実現するためにヒータ線をより微細化することが考え
られるが、現在の材料及びエッチング技術ではその微細
化に限界がある。
方法で形成したマイクロヒータは、かなりの微細構造に
はなっているが、ヒータ線の材料に抵抗率が小さく、し
かも熱伝導率の大きい金属が用いられているため、通電
によってヒータ線全体もしくはその大部分が発熱するこ
とになる。従って、ヒータ線の中の1点を局部的に発熱
させることは不可能である。このポイント的な局部発熱
を実現するためにヒータ線をより微細化することが考え
られるが、現在の材料及びエッチング技術ではその微細
化に限界がある。
【0005】本発明は従来技術における上記問題点を解
決するために為されたもので、その目的とするところ
は、極めて狭い範囲の限定された点を発熱させることが
できるマイクロヒータを提供することである。
決するために為されたもので、その目的とするところ
は、極めて狭い範囲の限定された点を発熱させることが
できるマイクロヒータを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一態様によれば、微細基板上に形成された
酸化物高温超電導セラミックス製のヒータ線を具備し、
該ヒータ線の両端部には一対の外部電源接続用ヒータ線
パッドがそれぞれ形成され、また該ヒータ線のほぼ中間
部には括れ部等の部分的に抵抗値を大きくするための手
段がとられていることを特徴とするマイクロヒータが提
供される。
に、本発明の一態様によれば、微細基板上に形成された
酸化物高温超電導セラミックス製のヒータ線を具備し、
該ヒータ線の両端部には一対の外部電源接続用ヒータ線
パッドがそれぞれ形成され、また該ヒータ線のほぼ中間
部には括れ部等の部分的に抵抗値を大きくするための手
段がとられていることを特徴とするマイクロヒータが提
供される。
【0007】上記態様における酸化物高温超電導セラミ
ックスは、イットリウム系{ReBa2 Cu3 O7-δ
(ただしReはイットリウム及び希土類元素)}、ビス
マス系{Bi2 Sr2 Can-1 Cun O2n+4(n=1,
2,3)}、並びにタリウム系{Tl2 Ba2 Can-1
Cun O2n+4(n=1,2,3)}で構成されるグルー
プの中から選ばれる1つのセラミックスであり、イット
リウム系セラミックスの具体的なものとしては、GdB
a2 Cu3 O7-δセラミックスやYBa2 Cu3O7-δ
セラミックスがある。
ックスは、イットリウム系{ReBa2 Cu3 O7-δ
(ただしReはイットリウム及び希土類元素)}、ビス
マス系{Bi2 Sr2 Can-1 Cun O2n+4(n=1,
2,3)}、並びにタリウム系{Tl2 Ba2 Can-1
Cun O2n+4(n=1,2,3)}で構成されるグルー
プの中から選ばれる1つのセラミックスであり、イット
リウム系セラミックスの具体的なものとしては、GdB
a2 Cu3 O7-δセラミックスやYBa2 Cu3O7-δ
セラミックスがある。
【0008】
【実施例】以下、本発明を添付の図面に関連して更に詳
しく説明する。
しく説明する。
【0009】図1は本発明の一実施例を示す概略上面図
である。図1から明らかなように、微細基板SB上に例
えばGdBa2 Cu3 O7-δセラミックスのような酸化
物高温超電導セラミックス製のヒータ線材1が半導体微
細加工技術を用いて形成されている。
である。図1から明らかなように、微細基板SB上に例
えばGdBa2 Cu3 O7-δセラミックスのような酸化
物高温超電導セラミックス製のヒータ線材1が半導体微
細加工技術を用いて形成されている。
【0010】ヒータ線材1の両端部には外部電源Eと接
続するための一対のヒータ線パッド1a,1aがそれぞ
れ形成されており、また略中間部にはヒータ線1の中で
その部分の抵抗値が増大するように1つの括れ部1bが
形成されている。なお、括れ部1bの代わりに、薄膜部
や簾部を形成しても良く、更にはこの部分を抵抗値の大
きい組成にするか、抵抗値の大きい材質に置き換えても
よい。
続するための一対のヒータ線パッド1a,1aがそれぞ
れ形成されており、また略中間部にはヒータ線1の中で
その部分の抵抗値が増大するように1つの括れ部1bが
形成されている。なお、括れ部1bの代わりに、薄膜部
や簾部を形成しても良く、更にはこの部分を抵抗値の大
きい組成にするか、抵抗値の大きい材質に置き換えても
よい。
【0011】上記のような構成されたマイクロヒータの
ヒータ線1に外部電源Eを介して所定の電圧が印加され
ると、ヒータ線1において抵抗値が最大になっている括
れ部1bの最も細い部分だけが発熱するようになる。
ヒータ線1に外部電源Eを介して所定の電圧が印加され
ると、ヒータ線1において抵抗値が最大になっている括
れ部1bの最も細い部分だけが発熱するようになる。
【0012】その理由は、ヒータ線の材料として使用し
た酸化物高温超電導セラミックスにおいては、抵抗率が
大きく、しかも熱伝導率が小さいためである。
た酸化物高温超電導セラミックスにおいては、抵抗率が
大きく、しかも熱伝導率が小さいためである。
【0013】更に、マイクロヒータへの印加電圧を所定
値以上に増大させると、その部分に可視赤熱点が出現す
る。
値以上に増大させると、その部分に可視赤熱点が出現す
る。
【0014】この赤熱点の発生メカニズムは次のように
考えられる。 1.まず、線材に電圧が印加されると、ジュール発熱に
よって線材全体が発熱する。続いて、 2.線材の微細構造的な不均質により線材の一部分の温
度が400℃以上になると、酸素欠損の生成に伴いその
部分の抵抗が急激に増加する。そして、 3.抵抗急増に伴いその部分に印加される電圧も急増
し、その部分の温度は更に上昇する。(他の部分の温度
は、加わる電圧が減る分だけ下降する。) 4.最終的に、その部分は可視可能な赤熱点となる。
考えられる。 1.まず、線材に電圧が印加されると、ジュール発熱に
よって線材全体が発熱する。続いて、 2.線材の微細構造的な不均質により線材の一部分の温
度が400℃以上になると、酸素欠損の生成に伴いその
部分の抵抗が急激に増加する。そして、 3.抵抗急増に伴いその部分に印加される電圧も急増
し、その部分の温度は更に上昇する。(他の部分の温度
は、加わる電圧が減る分だけ下降する。) 4.最終的に、その部分は可視可能な赤熱点となる。
【0015】上記の分析を実証するために、発明者らは
以下に示す実験を行った。
以下に示す実験を行った。
【0016】実験例1 図2(a)に示されるように、角柱(0.65mm×
0.65mm×40mm)形状に形成されたGdBa2
Cu3 O7-δセラミック線材の試料S1上に放熱材から
なるヒートシンク3を設けた状態で、試料S1の両端に
直流電圧を印加した。この場合、ヒートシンク3近傍の
温度は赤熱点2が移動するために必要な温度(約900
℃)にならないので、赤熱点2の移動はヒートシンク3
の手前で停止した。
0.65mm×40mm)形状に形成されたGdBa2
Cu3 O7-δセラミック線材の試料S1上に放熱材から
なるヒートシンク3を設けた状態で、試料S1の両端に
直流電圧を印加した。この場合、ヒートシンク3近傍の
温度は赤熱点2が移動するために必要な温度(約900
℃)にならないので、赤熱点2の移動はヒートシンク3
の手前で停止した。
【0017】実験例2 図2(b)に示されるように、部分的に断面積の異なる
形状の試料S2の両端に直流電圧を印加した。この場合
には、抵抗が比較的高い小断面積部分S2aの端部Aで
赤熱点2が発生し、時間経過に伴って赤熱点2は小断面
積部分S2aを左から右へ移動し、抵抗が比較的低い大
断面積部分S2bの直前の点Bで停止した。
形状の試料S2の両端に直流電圧を印加した。この場合
には、抵抗が比較的高い小断面積部分S2aの端部Aで
赤熱点2が発生し、時間経過に伴って赤熱点2は小断面
積部分S2aを左から右へ移動し、抵抗が比較的低い大
断面積部分S2bの直前の点Bで停止した。
【0018】実験例1に用いた試料に関する電流値及び
赤熱点サイズの電圧依存性を調べた結果が図3のグラフ
(a)及び(b)にそれぞれ示される。まず、グラフ
(a)から明らかなように、電流値は赤熱点2の発生
(電圧6V)によって急激に減少し、その後は約0.3
4Aのほぼ一定値になった。一方、赤熱点2のサイズ
は、グラフ(b)に示されるように、電圧増加に対しほ
ぼ直線的に増加した。
赤熱点サイズの電圧依存性を調べた結果が図3のグラフ
(a)及び(b)にそれぞれ示される。まず、グラフ
(a)から明らかなように、電流値は赤熱点2の発生
(電圧6V)によって急激に減少し、その後は約0.3
4Aのほぼ一定値になった。一方、赤熱点2のサイズ
は、グラフ(b)に示されるように、電圧増加に対しほ
ぼ直線的に増加した。
【0019】図4は、実験例1に用いた試料に関する抵
抗率の温度依存性を示すグラフである。このグラフによ
れば、400℃以上の温度で酸素欠損の生成に伴う急激
な抵抗率の増加が見られる。また、ほぼ900℃で抵抗
率のピークが見られる。この結果、赤熱点2の温度は印
加電圧の高低に関係なくほぼ900℃であることが推定
される。更に、赤熱点2の抵抗率は他の部分よりかなり
大きいことが図4から予想される。
抗率の温度依存性を示すグラフである。このグラフによ
れば、400℃以上の温度で酸素欠損の生成に伴う急激
な抵抗率の増加が見られる。また、ほぼ900℃で抵抗
率のピークが見られる。この結果、赤熱点2の温度は印
加電圧の高低に関係なくほぼ900℃であることが推定
される。更に、赤熱点2の抵抗率は他の部分よりかなり
大きいことが図4から予想される。
【0020】次に、図5に示されるように、赤熱点2の
抵抗率をρh 、その長さをLh 、その他の領域の抵抗率
をρ0 、全長をL0 、断面積をS0 とする電力輸送線材
モデルを考える時、赤熱点2の発生後の該線材モデル全
体の抵抗Rは次式で表わせ得る。
抵抗率をρh 、その長さをLh 、その他の領域の抵抗率
をρ0 、全長をL0 、断面積をS0 とする電力輸送線材
モデルを考える時、赤熱点2の発生後の該線材モデル全
体の抵抗Rは次式で表わせ得る。
【0021】R=(ρh /S0 )Lh +(ρ0 /S0 )
(L0 −Lh ) =(ρ0 /S0 )L0 +{(ρh −ρ0 )/S0 }Lh 図6には、実験例1で用いた試料に関する抵抗値と赤熱
点サイズとの関係が示される。この関係が、図6のグラ
フからも明らかなように、ほぼ直線的に比例することか
ら、ρh 及びρ0 が電圧の変化に関係なく一定値である
ことがわかる。従って、ρ0 =0.015Ωcm、ρh
=0.205Ωcmであると算出することができる。こ
の結果及び図3に示した抵抗率の温度依存性から、赤熱
点2の温度はほぼ900℃であることが推測される。こ
の推測温度は、図4に示した抵抗率のピーク時の温度と
一致する。
(L0 −Lh ) =(ρ0 /S0 )L0 +{(ρh −ρ0 )/S0 }Lh 図6には、実験例1で用いた試料に関する抵抗値と赤熱
点サイズとの関係が示される。この関係が、図6のグラ
フからも明らかなように、ほぼ直線的に比例することか
ら、ρh 及びρ0 が電圧の変化に関係なく一定値である
ことがわかる。従って、ρ0 =0.015Ωcm、ρh
=0.205Ωcmであると算出することができる。こ
の結果及び図3に示した抵抗率の温度依存性から、赤熱
点2の温度はほぼ900℃であることが推測される。こ
の推測温度は、図4に示した抵抗率のピーク時の温度と
一致する。
【0022】以上の実験結果及びそれらに基づく推測の
結論は、以下のメカニズムを示唆している。
結論は、以下のメカニズムを示唆している。
【0023】すなわち、酸化物高温超電導物質の微細構
造的な不均質のために、所定値以上の電圧印加によるジ
ュール発熱によって試料線材の一点2(最大抵抗値部
分)が400℃以上に赤熱されると、この部分の抵抗は
酸素欠損の生成に起因して増加する。この赤熱点2に印
加される電圧は抵抗の増加に伴って増大する。従って、
赤熱点2はその発熱量の増加に伴ってその温度を上昇さ
せるが、900℃を境にして赤熱点2の抵抗が逆に減少
するので、赤熱点2の温度はそれ以上には上昇しない。
つまり、赤熱点2の温度は抵抗率の温度依存性がピーク
となる900℃で安定することになる。
造的な不均質のために、所定値以上の電圧印加によるジ
ュール発熱によって試料線材の一点2(最大抵抗値部
分)が400℃以上に赤熱されると、この部分の抵抗は
酸素欠損の生成に起因して増加する。この赤熱点2に印
加される電圧は抵抗の増加に伴って増大する。従って、
赤熱点2はその発熱量の増加に伴ってその温度を上昇さ
せるが、900℃を境にして赤熱点2の抵抗が逆に減少
するので、赤熱点2の温度はそれ以上には上昇しない。
つまり、赤熱点2の温度は抵抗率の温度依存性がピーク
となる900℃で安定することになる。
【0024】なお、上記の特性は、イットリウム系{R
eBa2 Cu3 O7-δ(ただしReはイットリウム及び
希土類元素)}、ビスマス系{Bi2 Sr2 Can-1 C
un O2n+4(n=1,2,3)}、タリウム系{Tl2
Ba2 Can-1 Cun O2n+4(n=1,2,3)}等の
高温超電導セラミックス全般に共通の特質であることが
推測されており、GdBa2Cu3 O7-δやYBa2 C
u3 O7-δ並びにビスマス系セラミックスではこの特性
を有することが実験によって確認されている。
eBa2 Cu3 O7-δ(ただしReはイットリウム及び
希土類元素)}、ビスマス系{Bi2 Sr2 Can-1 C
un O2n+4(n=1,2,3)}、タリウム系{Tl2
Ba2 Can-1 Cun O2n+4(n=1,2,3)}等の
高温超電導セラミックス全般に共通の特質であることが
推測されており、GdBa2Cu3 O7-δやYBa2 C
u3 O7-δ並びにビスマス系セラミックスではこの特性
を有することが実験によって確認されている。
【0025】そのほかにも、金属及び正抵抗特性サーミ
スタ(PTCR)効果を有するセラミックスにおいて
は、局所的な発熱点が発生すると考えられる。
スタ(PTCR)効果を有するセラミックスにおいて
は、局所的な発熱点が発生すると考えられる。
【0026】以上説明したように、本発明によって提供
されるマイクロヒータは、ピンポイント的な極めて狭い
範囲の限定された加熱を必要とするマイクロセンサ等の
機器に好適に利用され得る。
されるマイクロヒータは、ピンポイント的な極めて狭い
範囲の限定された加熱を必要とするマイクロセンサ等の
機器に好適に利用され得る。
【0027】以上の説明は単に本発明の好適な実施例の
例証に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されることは
ない。
例証に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されることは
ない。
【0028】
【発明の効果】本発明のマイクロヒータによれば、括れ
部等の抵抗値の大きい部分を有する酸化物高温超電導セ
ラミックス製のヒータ線が微細基板上に形成されている
ので、外部電源との接続によって抵抗値の大きい部分だ
けがピンポイント的に発熱させられる。斯くして、極め
て狭い範囲の限定された点だけを発熱させることができ
るマイクロヒータが提供され得る。
部等の抵抗値の大きい部分を有する酸化物高温超電導セ
ラミックス製のヒータ線が微細基板上に形成されている
ので、外部電源との接続によって抵抗値の大きい部分だ
けがピンポイント的に発熱させられる。斯くして、極め
て狭い範囲の限定された点だけを発熱させることができ
るマイクロヒータが提供され得る。
【図1】本発明の一実施例を示す概略上面図である。
【図2】(a),(b)共に本発明の実験例に用いた装
置の概略説明図である。
置の概略説明図である。
【図3】本発明の実験例に用いた試料に関する電圧と電
流との関係(a)及び電圧と赤熱点サイズとの関係
(b)をそれぞれ示すグラフである。
流との関係(a)及び電圧と赤熱点サイズとの関係
(b)をそれぞれ示すグラフである。
【図4】本発明の実験例に用いた試料に関する温度と抵
抗率との関係を示すグラフである。
抗率との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の線材モデルとその抵抗率をそれぞれ示
す説明図である。
す説明図である。
【図6】本発明の実験例に用いた試料に関する抵抗値と
赤熱点サイズとの関係を示すグラフである。
赤熱点サイズとの関係を示すグラフである。
1 ヒータ線 1a ヒータ線パッド 1b 括れ部 2 赤熱点 3 ヒートシンク SB 微細基板 E 外部電源 S1 試料 S2 試料 S3 線材モデル S2a 小断面積部分 S2b 大断面積部分 A 端部 B 停止点 ρh 赤熱点の抵抗率 ρ0 他の領域の抵抗率 Lh 赤熱点の長さ L0 線材モデルの全長 S0 線材モデルの断面積
Claims (3)
- 【請求項1】 微細基板上に形成された酸化物高温超電
導セラミックス製のヒータ線を具備し、該ヒータ線の両
端部には一対の外部電源接続用ヒータ線パッドがそれぞ
れ形成され、また該ヒータ線のほぼ中間部には括れ部等
の部分的に抵抗値を大きくするため手段がとられている
ことを特徴とするマイクロヒータ。 - 【請求項2】 前記酸化物高温超電導セラミックスが、
イットリウム系{ReBa2 Cu3 O7-δ(ただしRe
はイットリウム及び希土類元素)}、ビスマス系{Bi
2 Sr2 Can-1 Cun O2n+4(n=1,2,3)}、
並びにタリウム系{Tl2 Ba2 Can-1 Cun O2n+4
(n=1,2,3)}で構成されるグループの中から選
ばれる1つのセラミックスであることを特徴とする請求
項1記載のマイクロヒータ。 - 【請求項3】 前記酸化物高温超電導セラミックスが、
GdBa2 Cu3 O7-δセラミックスであることを特徴
とする請求項1記載のマイクロヒータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20541194A JPH0869859A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | マイクロヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20541194A JPH0869859A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | マイクロヒータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0869859A true JPH0869859A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16506406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20541194A Withdrawn JPH0869859A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | マイクロヒータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0869859A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004024637A1 (de) * | 2004-05-12 | 2005-12-08 | E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH | Heizelement und Temperatursensor |
JP2007065516A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Citizen Electronics Co Ltd | 液晶レンズ装置 |
KR101419542B1 (ko) * | 2005-07-28 | 2014-07-14 | 시티즌 덴시 가부시키가이샤 | 액정 렌즈 장치 |
KR101464375B1 (ko) * | 2012-06-22 | 2014-11-25 | 한국과학기술원 | 초저전력용 가스센서 |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP20541194A patent/JPH0869859A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004024637A1 (de) * | 2004-05-12 | 2005-12-08 | E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH | Heizelement und Temperatursensor |
KR101419542B1 (ko) * | 2005-07-28 | 2014-07-14 | 시티즌 덴시 가부시키가이샤 | 액정 렌즈 장치 |
JP2007065516A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Citizen Electronics Co Ltd | 液晶レンズ装置 |
KR101464375B1 (ko) * | 2012-06-22 | 2014-11-25 | 한국과학기술원 | 초저전력용 가스센서 |
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Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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