JPS63285432A - 温度センサ - Google Patents

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〉 この発明は温度センサに関し、さらに詳細にいえば、温
度に依存して共振状態が変化する共振回路を用いる新規
な温度センサに関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする問題点〉 従来から雰囲気温度、物質の温度等を検出して、検出温
度に対応する制御、補正等を行なえるようにする要求は
非常に強く、この要求を満足するために、サーミスタ等
が有している顕著な抵抗一温度特性を利用したもの、温
度が臨界温度以下になれば抵抗が零になる超電導特性を
利用したものが温度センサとして使用されている。

そして、具体的な構成としては、顕著な抵抗一温度特性
を有するサーミスタ等の素子、或は超電導特性を有する
超電導素子に対してリード線を通してバイアス電流を供
給し、素子の端子間電圧を検出する構成が採用されてい
る。したがって、検出された端子間電圧に基いて必要な
補正を行なうことにより、雰囲気温度、物質の温度等を
得ることができる。

しかし、上記の構成の温度センサのうち、サーミスタ等
の素子を使用したものにおいては、広範囲にわたる温度
変化に対応して抵抗値が変化するので、適用幅が広いと
いう利点を有している半面、微小な温度変化に対する温
度検出感度を余り高くすることができないという問題点
を有している。

逆に超電導素子を使用したものにおいては、適用幅を広
くとることができないという問題を有している半面、超
電導状態と常電導状態との間における転移が微小な温度
範囲において生じるのであるから、温度検出精度を高く
することができるという利点を有することになる。しか
し、超電導素子を使用したものについて詳細に検討して
みれば、バイアス電流を供給するためのリード線が有し
ている抵抗が直列に接続された状態になってしまうため
、超電導状態に転移して抵抗が零の状態になっても、測
定データとして得られる端子間電圧には、リード線の抵
抗に起因する成分が含まれることになり、完全に超電導
状態に転移Ｉ７たことの正確な検出が不可能になってし
まうという問題がある。

特に、複数の温度のｎ１定を行なうために、臨界温度が
互に異なる複数個の超電導素子を直列接続する場合には
、端子間電圧に影響を及ぼすリード線の影響が大きく出
現してしまい、温度測定誤差が大きくなってしまうとい
う問題がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
超電導素子が有している温度依存性をリード線等の給電
部材の影響を受けることなく正確にＡＩ定するようにし
た温度センサを提供することを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明の温度センサは
、超電導材料からなる素子を含む共振回路と、共振回路
に対する給電線路とををするものである。

但し、上記共振回路としては、超電導材料からなるコイ
ルを含むものであってもよく、或は、超Ｓ導材料からな
る抵抗体を含むものであってもよい。また、臨界温度が
互に異なる超電導材料からなる２個以上の素子を含むも
のであってもよい。

そして、上記共振回路の接続点における反射係数に基い
て温度を検出するものであってもよく、或は、上記共振
回路の共振周波数に基いて温度を検出するものであって
もよい。

さらに、上記超電導材料としては、下記一般式（１）で
表される組成のセラミックス超電導材料であることが好
ましい。

ＡａＢｂＣｃ　　　　　　（１） （式中Ａは周期律表１ａ族元素、Ｉｌａ族元素、ｍａ族
元素およびランタノイド系元素等より選択された少なく
とも一種の元素であり、式中Ｂは周期律表Ｉｂ族元素、
ＩＩｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素から選択された少なくと
も一種の元素であり、式中Ｃは酸素、フッ素、硫黄、炭
素および窒素から選択された少なくとも一種の元素であ
る） さらに詳細に説明すると、セラミックス超電導材料とし
ては、超電導物質を構成する元素を含有するものであれ
ば単体、化合物の何れの形態でも使用し得る。上記元素
としては、周期律表Ｉ族、■族、■族、および酸素、窒
素、フッ素、炭素、硫黄等が例示される。

より詳細には、周期律表Ｉ族元素のうち、Ｉａ族元素と
しては、Ｌ　ｉＳＮ　ａ　Ｎ　ＫＳＲｂ　ＳＣｓ等が挙
げられ、Ｉｂ族元素としては、ＣｕＳＡｇ。

およびＡｕが挙げられる。また、周期律表■族元素のう
ち、■ａ族族元としては、Ｂ　ｅ　ｓ　Ｎ（ｇ　ｓＣａ
　ｓ　Ｓ　ｒ　ＳＢ　ａ　ｓおよびＲａが挙げられ、Ｉ
Ｉｂ族族元としては、Ｚｎ、Ｃｄ等が挙げられる。

周期律表■族元素のうち、ＩＩＩａ族元素としては、５
ｃＳＹやランタノイド系元素であるＬａ、Ｃｅ。

Ｇｄ、Ｌｕ等、アクチノイド系元素、例えば、Ａ　ｃ　
ｓ　Ｔ　ｈ　ｓ　Ｐ　ａ　ｓ　Ｃｆ等が挙げられる。ま
た、ＩＩＩｂ族元素としては、ＡＪＳＧａＳ　Ｉｎ、Ｔ
Ｊ等が挙げられる。

く作用〉 以上の構成の温度センサであれば、超電導材料からなる
素子を含む共振回路と、共振回路に対する給電線路とを
有しているので、上記共振回路においては、超電導材料
からなる素子が超電導状態において抵抗が零になるとと
もに、常電導状態において有限の抵抗を有することに起
因して、測定対象温度の温度の影響を受けて共振状態が
変化する。したがって、給電線路が有している抵抗の影
響を完全に排除した状態で、共振状態の変化のみに基い
て測定対象温度の測定を行なうことができる。

そして、上記共振回路か、超電導材料からなるコイルを
含むものである場合にも、或は、超電導材、料からなる
抵抗体を含むものである場合にも、また、臨界温度が互
に異なる超電導材料からなる２個以上の素子を含むもの
である場合にも、上記と同様の作用を達成することがで
きる。

さらに、上記共振回路の接続点における反射係数に基い
て温度を検出するものである場合にも、或は、上記共振
回路の共振周波数に基いて温度を検出するものである場
合にも、上記と同様の作用を達成することができる。

そして、上記超電導材料が、上記一般式（１）で表され
る組成のセラミックス超電導材料である場合には、組成
を変化させることにより、臨界温度が異なる超電導素子
を得ることができ、−ＩＩＩ定温度をかなり高い自由度
で選択することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第６図はこの発明の温度センサの一実施例の構成を示す
概略図であり、伝送線路（４）の先端部に共振回路部（
１）が接続されている。

したがって、伝送線路（４）を通して共振回路部（１）
にバイアスを供給することにより、共振回路部（１）の
共振特性を測定対象温度に依存させて変化させることが
でき、この共振特性を検出することにより、間接的に測
定対象温度を検出することができる。

第１図は上記共振回路部（１）の一実施例を示す電気回
路図であり、互に臨界温度が異なる超電導材料で形成し
た３個のコイル（２１）（２２）　（２３）を互に直列
接続しているとともに、３個のコイル（２１）（２２）
（２３）の直列回路と並列にコンデンサ（３）を接続す
ることにより並列ＬＣ共振回路を構成している。

第２図は第１図の並列ＬＣ共振回路の等価回路を示して
おり、上記コイル（２１）　（２２）　（２３）が、そ
れぞれインダクタンス（２１ａ）　（２２ａ）　（２３
ａ＞と抵抗性（２１ｂ）　（２２ｂ）　（２３ｂ）の直
列回路として示されている。

そして、上記抵抗性（２１ｂ）　（２２ｂ）、（２３ｂ
）は、温度に依存して変化するのであり、臨界温度以下
になると零になる。また、上記のように抵抗性が温度に
依存して変化するのであるから、伝送線路（４）と共振
回路部（１）との接続点における反射係数ρも温度に依
存して変化することになり、伝送線路（４）の入口側か
ら所定周波数の波を入射させ、この結果中ずる反射波の
強度を定在波測定、反射波電力測定等の方法により測定
することにより、間接的に温度を測定することができる
。

さらに詳細に説明すると、上記並列ＬＣ共振回路のイン
ピーダンス２　（１）は、 Ｚ　　（ｔ）＝　　［（Ｒ（ｔ）＋ｊ　ωＬｌ／ｊ　ω
Ｃ］　／ｆＲ（ｔ）＋ｊ　ωＬ−ｊ／ωＣ） −［Ｌ／Ｃ−ｊ　　（Ｒ（ｔ）／ωＣ］　／（Ｒ（ｔ）
　　＋ｊ　　（ωＬ−１／ωＣ）１（但し、Ｒ（ｔ）は
抵抗分の和であり、Ｌはインダクタンスの和であり、Ｃ
はキャパシタンスであり、ωは角周波数である）′ となり、共振角周波数ω０は、 ω０−　（Ｌ　Ｃ）　−１１２ となる。

そして、ω−ω０の場合におけるインピーダンスＺ（ｔ
）、、、−、、、ｏは・ Ｚ　（ｔ）　、、（ＪＪｏ−Ｌ／　（ＣＲ（ｔ）　ｌ　
　’−ｊ　　（Ｌ／Ｃ）　１／２ となる。

さらに、上記の特性を有する並列ＬＣ共振回路が特性イ
ンピーダンスＺＯの伝送線路（４）に接続されている場
合の、接続点における反射係数ρは、ρ−ｆＺ　（ｔ）
、、ｔ、ｏ−ＺＯ）　／（Ｚ（ｔ）。−、、、ｏ　＋　
ｚ　ｏ　１−　［Ｌ／　ｆｃＲ（ｔ））−ｊ　　（Ｌ／
Ｃ）　１１２−２０　１　　／　　［Ｌ／　　（ＣＲ（
ｔ）１−ｊ　（Ｌ／Ｃ）　　　＋ＺＯ］ となるのであるから、温度に依存して抵抗分の和Ｒ（ｔ
）が変化すれば、反射係数ρも変化することが分る。

したがって、上記のように角周波数がω０の波を入射さ
せ、この場合に生じる反射波の強度を測定すれば、入射
波強度と反射波強度の比に基いて反射係数ρを得、この
反射係数ρに基いて抵抗分の和Ｒ（ｔ）を得ることがで
きるのであるから、最終的に、抵抗分の和Ｒ（ｔ）に基
いて検出温度を算出することができる。

第３図は共振回路部（１）の他の構成を示す電気回路で
あり、第１図の実施例と異なる点は、１個のコイル（２
４）と直列に、互に臨界温度が異なる超電導材料からな
る２個の抵抗体（２５）　（２［ｉ）を接続し、上記コ
イル（２４）、および抵抗体（２５）　（２Ｂ）の直列
回路と並列にコンデンサ（３）を接続した点である。

したがって、この実施例の場合にも、上記実施例と同様
にインダクタンスと抵抗分とが直列接続された状態に゛
なるとともに、キャパシタンスが並列接続された状態に
なるので、温度に依存して抵抗分の和Ｒ（ｔ）が変化し
、反射係数ρが変化する。したがって、反射係数ρを測
定することにより間接的に温度を測定することができる
。

尚、この実施例において使用される抵抗体（２５）（２
６）としては、例えば、 （Ｙ　　　Ｂ　ａ　　　）　　Ｃｕ　Ｏ４からなる組成
の超０．８　　　　０．２　　　２ 電導体、および（Ｙ　　　Ｂ　ａ　　　）　　Ｃｕ　Ｏ
ａか０．４　　　　　　ｏ、ｅ　　　　ｔ らなる組成の超電導体が使用される。

前者の超電導体についてみれば、例えば、１１００℃で
２４時間熱処理を行なうことにより、得られ（臨界温度
が１０５Ｋ）、後者の超電導体についてみれば、９００
℃の温度に保持して押出しを行なった後、周囲をレーザ
アニールすることにより得られる（臨界温度が約９０Ｋ
）。

第４図は共振回路部（１）のさらに他の実施例を示す電
気回路であり、上記実施例と異なる点は、コイル（２７
）とコンデンサ（３）とを直列接続することにより直列
ＬＣ共振回路を構成した点のみである。

したがって、この実施例の場合には、等価的にインダク
タンス、キャパシタンス、および抵抗分が直列接続され
た状態になるが、温度に依存して抵抗分の和が変化する
ことにより反射係数ρが変化するのであるから、反射係
数ρをｎ１定することにより、間接的に温度を測定する
ことができる。

第５図は共振回路部（１）のさらに他の実施例を示す電
気回路図であり、コンデンサ（３）と直列に２個のコイ
ル（２８）　（２９）を接続しているとともに、一方の
コイル（２８）と並列に超電導体からなる抵抗体（３０
）を接続している。

したがって、この実施例の場合には、抵抗体（３０）が
超電導状態に転移することにより、コイル（２８）がバ
イパスされ、コンデンサ（３）、およびコイル（２９）
のみに基いて定まる共振角周波数ωｌが得られ、逆に、
抵抗体（３０）が常電導状態に転移することにより、コ
ンデンサ（３）、およびコイル（２８）（２９）に基い
て定まる共振角周波数ω２が得られる。

そして、この共振角周波数の変化を検出することにより
、間接的に温度を測定することができる。

以上要約すれば、何れの実施例においても端子間電圧を
測定するのではなく、共振回路部（１）における反射係
数ρ、或は、共振角周波数の変化を測定することにより
間接的に温度を測定するようにしているのであるから、
リード線がＨしている抵抗成分の影響を受けることなく
、正確な温度４Ｉｌｊ定を行なうことができる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば並列ＬＣ共振回路、或は、直列ＬＣ共振回路を
構成するコイルの数を増減させることが可能である他、
超電導体からなる抵抗体によりバイパスさせられるコイ
ルの数を増減させることによりｉＴ１定可能な温度の種
類を増減させることが可能である他、コイル、および抵
抗体の双方を超電導体で形成することが可能であり、そ
の他、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々
の設計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、感温部を超電導体かになる素
子を含む共振回路で構成しているので、共振回路におけ
る反射係数の変化、或は、共振周波数の変化を検出する
ことにより間接的に温度を測定することができ、伝送線
路等が有している抵抗成分の影響を受けることなく、正
確な温度測定を行なうことができるという特有の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の温度センサの要部を示す電気回路図
、 第２図は等価回路図、 第３図から第５図はそれぞれ他の実施例の要部を示す電
気回路図、 第６図はこの発明の温度センサの概略構成を示す図。 （１）・・・共振回路部、０）・・・コンデンサ、（４
）・・・伝送線路、 （２１）　（２２）　（２３）　（２４）　（２７）　
（２８＞　（２９）・・・コイル、（２５）　（２Ｂ）
　（３０）・・・抵抗体第３図　第４図　第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超電導材料からなる素子を含む共振回路と、共振回
   路に対する給電線路とを有することを特徴とする温度セ
   ンサ。 ２、共振回路が、超電導材料からなるコイルを含むもの
   である上記特許請求の範囲第１項記載の温度センサ。 ３、共振回路が、超電導材料からなる抵抗体を含むもの
   である上記特許請求の範囲第１項記載の温度センサ。 ４、共振回路が、臨界温度が互に異なる超電導材料から
   なる２個以上の素子を含むものである上記特許請求の範
   囲第１項から第３項の何れかに記載の温度センサ。 ５、共振回路の接続点における反射係数に基いて温度を
   検出する上記特許請求の範囲第１項から第４項の何れか
   に記載の温度センサ。 ６、共振回路の共振周波数に基いて温度を検出する上記
   特許請求の範囲第１項から第４項の何れかに記載の温度
   センサ。 ７、超電導材料が、下記一般式（１）で表される組成の
   セラミックス超電導材料である上記特許請求の範囲第１
   項から第６項の何れかに記載の温度センサ。 ＡａＢｂＣｃ（１） （式中Ａは周期律表 I ａ族元素、IIａ族元素、IIIａ族
   元素およびランタノイド系元素等より選択された少なく
   とも一種の元素であり、式中Ｂは周期律表 I ｂ族元素
   、IIｂ族元素、IIIｂ族元素から選択された少なくとも
   一種の元素であり、式中Ｃは酸素、フッ素、硫黄、炭素
   および窒素から選択された少なくとも一種の元素である
   ）