JPS6346372B2 - - Google Patents
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- JPS6346372B2 JPS6346372B2 JP57148588A JP14858882A JPS6346372B2 JP S6346372 B2 JPS6346372 B2 JP S6346372B2 JP 57148588 A JP57148588 A JP 57148588A JP 14858882 A JP14858882 A JP 14858882A JP S6346372 B2 JPS6346372 B2 JP S6346372B2
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- JP
- Japan
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- superconductor
- temperature
- current
- thermometer
- normal conductor
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- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 43
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000005668 Josephson effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/006—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using superconductive elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/847—Thermal
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、温度計に関するものである。
現在、100mK以下の温度範囲で使用する２次
温度計の開発が要求されている。その温度範囲で
使用する温度計は、抵抗温度計と磁気温度計とに
分けられるが、前者は再現性良く使用できる温度
範囲が20mKより高い温度に限られ、後者は運搬
することができないため国際比較や標準供給に耐
え得ないという難点がある。
温度計の開発が要求されている。その温度範囲で
使用する温度計は、抵抗温度計と磁気温度計とに
分けられるが、前者は再現性良く使用できる温度
範囲が20mKより高い温度に限られ、後者は運搬
することができないため国際比較や標準供給に耐
え得ないという難点がある。
また、超伝導体に近接した常伝導体にはマイス
ナー効果があらわれ、この磁場を排除する効果が
温度の関数として変化することから、その近接効
果を温度の測定に応用することが従来から考えら
れてきたが、その方法は常伝導体の透磁率を測定
することにより温度を検出しようとするものであ
る。そのため、この方法による温度計は、透磁率
を測定するためのコイルを含めた構造が大型化す
ると共に、その指示値が上記コイル等の装置定数
や常温との温度サイクルによつて変化するので、
国際的な比較や標準供給に用いることができず、
また一般に温度に対する感度を持つ温度範囲が限
られているため、一つの温度計で広い範囲の温度
を測定するのは困難である。
ナー効果があらわれ、この磁場を排除する効果が
温度の関数として変化することから、その近接効
果を温度の測定に応用することが従来から考えら
れてきたが、その方法は常伝導体の透磁率を測定
することにより温度を検出しようとするものであ
る。そのため、この方法による温度計は、透磁率
を測定するためのコイルを含めた構造が大型化す
ると共に、その指示値が上記コイル等の装置定数
や常温との温度サイクルによつて変化するので、
国際的な比較や標準供給に用いることができず、
また一般に温度に対する感度を持つ温度範囲が限
られているため、一つの温度計で広い範囲の温度
を測定するのは困難である。
上記に鑑み、本発明は、100mK以下の温度範
囲における２次温度計としての多様な要求に答え
得る温度計を、抵抗温度計程度の使い易さを持
ち、且つ小型で運搬も容易であると共に、測定可
能な温度範囲を実効的に拡げることが容易なもの
として提供しようとするものである。
囲における２次温度計としての多様な要求に答え
得る温度計を、抵抗温度計程度の使い易さを持
ち、且つ小型で運搬も容易であると共に、測定可
能な温度範囲を実効的に拡げることが容易なもの
として提供しようとするものである。
上記目的を達成するため、本発明の温度計は、
柱状に構成した第１の超伝導体の外側に常伝導体
を被着すると共にその外側に第２の超伝導体を被
着し、第１及び第２の超伝導体間並びに第１の超
伝導体の両端間にそれぞれ電流源を接続し、第１
及び第２の超伝導体間に電圧計を接続することに
より構成される。
柱状に構成した第１の超伝導体の外側に常伝導体
を被着すると共にその外側に第２の超伝導体を被
着し、第１及び第２の超伝導体間並びに第１の超
伝導体の両端間にそれぞれ電流源を接続し、第１
及び第２の超伝導体間に電圧計を接続することに
より構成される。
かかる構成を有する本発明の温度計は、上述し
た透磁率の測定を行う温度計と異なり、ジヨゼフ
ソン効果を用いて温度に依存するマイスナー効果
の程度を直接観測し、温度の検出を行うものであ
る。即ち、上記第１及び第２の超伝導体間に電流
源から電流を流し、ある電流値を越えることによ
り電圧計に電圧があらわれた状態で、上記電流値
を固定して第１の超伝導体の両端間に電流を流す
と共にその電流を変化させると、それに伴つて第
１及び第２の超伝導体間の上記電圧が温度に依存
した周期をもつて変化するため、その電圧を１周
期だけ変化させるのに要する上記電流の変化量を
測定し、それによつて温度を検出するものであ
る。
た透磁率の測定を行う温度計と異なり、ジヨゼフ
ソン効果を用いて温度に依存するマイスナー効果
の程度を直接観測し、温度の検出を行うものであ
る。即ち、上記第１及び第２の超伝導体間に電流
源から電流を流し、ある電流値を越えることによ
り電圧計に電圧があらわれた状態で、上記電流値
を固定して第１の超伝導体の両端間に電流を流す
と共にその電流を変化させると、それに伴つて第
１及び第２の超伝導体間の上記電圧が温度に依存
した周期をもつて変化するため、その電圧を１周
期だけ変化させるのに要する上記電流の変化量を
測定し、それによつて温度を検出するものであ
る。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明すると、第１図において、１は温度検出部
で、円柱状の第１の超伝導体２の外側に、順次常
伝導体３及び第２の超伝導体４を同心状に被着す
ることにより構成している。
説明すると、第１図において、１は温度検出部
で、円柱状の第１の超伝導体２の外側に、順次常
伝導体３及び第２の超伝導体４を同心状に被着す
ることにより構成している。
而して、上記温度検出部１における第１の超伝
導体２の一端と第２の超伝導体４との間には電流
源５を接続し、また超伝導体２の他の一端と第２
の超伝導体４との間には電圧計６を接続し、さら
に第１の超伝導体２の両端間には電流源７を接続
している。
導体２の一端と第２の超伝導体４との間には電流
源５を接続し、また超伝導体２の他の一端と第２
の超伝導体４との間には電圧計６を接続し、さら
に第１の超伝導体２の両端間には電流源７を接続
している。
上記構成の温度計において、電流源５によつて
第１及び第２の超伝導体２，４間に電流I1を流す
と、それがある電流値を越えた後に電圧計６に電
圧Ｖがあらわれる。第２図の特性曲線Ａは、その
電流I1と電圧Ｖとの関係を示すものである。即
ち、上記温度検出部１における常伝導体３を十分
に薄くすると、ジヨゼフソン効果によつて第２図
に示すような電流I1が流れるようになる。ここ
で、電流源７により第１の超伝導体２の軸方向に
電流I2を流すと、そのまわりに磁界が生成され
て、電流I1と電圧Ｖとの関係が特性曲線Ｂのよう
に変化する。この変化は、上記電流I2を変化させ
ると、それに伴つて特性曲線Ａ及びＢの間で周期
的に生起する。従つて第１及び第２の超伝導体
２，４間に流す電流I1を一定値ｉに固定したまま
第１の超伝導体２に流す電流I2を変化させれば、
電圧計６が指示する電圧Ｖは、第３図に示すよう
に周期的に変化する。而して、この電圧Ｖの１周
期の変化に対応する電流I2の変化量ΔI2の温度変
化を測定すれば、その変化量ΔI2から温度を検知
することができる。
第１及び第２の超伝導体２，４間に電流I1を流す
と、それがある電流値を越えた後に電圧計６に電
圧Ｖがあらわれる。第２図の特性曲線Ａは、その
電流I1と電圧Ｖとの関係を示すものである。即
ち、上記温度検出部１における常伝導体３を十分
に薄くすると、ジヨゼフソン効果によつて第２図
に示すような電流I1が流れるようになる。ここ
で、電流源７により第１の超伝導体２の軸方向に
電流I2を流すと、そのまわりに磁界が生成され
て、電流I1と電圧Ｖとの関係が特性曲線Ｂのよう
に変化する。この変化は、上記電流I2を変化させ
ると、それに伴つて特性曲線Ａ及びＢの間で周期
的に生起する。従つて第１及び第２の超伝導体
２，４間に流す電流I1を一定値ｉに固定したまま
第１の超伝導体２に流す電流I2を変化させれば、
電圧計６が指示する電圧Ｖは、第３図に示すよう
に周期的に変化する。而して、この電圧Ｖの１周
期の変化に対応する電流I2の変化量ΔI2の温度変
化を測定すれば、その変化量ΔI2から温度を検知
することができる。
上記電圧Ｖの周期が温度によつて変化する理由
は、以下に説明する通りである。即ち、上記常伝
導体３における磁場形成可能な厚さは、その内外
両側に近接する第１及び第２の超伝導体２，４の
近接によるマイスナー効果によつて狭められてい
るが、その狭められる程度は温度に依存し、例え
ば低温になる程大きく狭められ、磁場形成可能な
厚さが薄くなる。而して、上記第１の超伝導体２
の両端間に電流を流すと、その外側の常伝導体３
における磁場形成可能な部分に磁場が形成される
が、その磁場において磁束量子を１本分変化する
のに必要な電流の変化量ΔI2は、その磁場形成可
能な部分の厚さに依存し、しかも上記磁束量子が
１本変化する毎に、第１及び第２の超伝導体２，
４間にあらわれる電圧が１周期分変化する。従つ
て、その電圧が１周期だけ変化するのに要する電
流の変化量ΔI2によつて温度を測定することがで
きる。
は、以下に説明する通りである。即ち、上記常伝
導体３における磁場形成可能な厚さは、その内外
両側に近接する第１及び第２の超伝導体２，４の
近接によるマイスナー効果によつて狭められてい
るが、その狭められる程度は温度に依存し、例え
ば低温になる程大きく狭められ、磁場形成可能な
厚さが薄くなる。而して、上記第１の超伝導体２
の両端間に電流を流すと、その外側の常伝導体３
における磁場形成可能な部分に磁場が形成される
が、その磁場において磁束量子を１本分変化する
のに必要な電流の変化量ΔI2は、その磁場形成可
能な部分の厚さに依存し、しかも上記磁束量子が
１本変化する毎に、第１及び第２の超伝導体２，
４間にあらわれる電圧が１周期分変化する。従つ
て、その電圧が１周期だけ変化するのに要する電
流の変化量ΔI2によつて温度を測定することがで
きる。
上記電流の変化量ΔI2は、第３図の電圧Ｖの曲
線における隣り合う一対の山間、あるいは一対の
谷間における電流値の差として求められ、この場
合に電圧Ｖの複数の周期に対応する電流I2の変化
量から温度を検知するようにすれば、温度変化に
対すする感度を高めることができる。
線における隣り合う一対の山間、あるいは一対の
谷間における電流値の差として求められ、この場
合に電圧Ｖの複数の周期に対応する電流I2の変化
量から温度を検知するようにすれば、温度変化に
対すする感度を高めることができる。
上記温度計は、このような原理に基づいて構成
されたものであるため、上記超伝導体２，４及び
常伝導体３によつて構成した温度検出部分の構造
により、測定可能な温度域に下限が存在する。即
ち、常伝導体の全ての部分に超伝導体の近接によ
るマイスナー効果がおこると、磁場形成可能な部
分が消失して感度を失う。従つて、測定可能な最
低温度を下げるには、常伝導体を厚くすればよ
い。
されたものであるため、上記超伝導体２，４及び
常伝導体３によつて構成した温度検出部分の構造
により、測定可能な温度域に下限が存在する。即
ち、常伝導体の全ての部分に超伝導体の近接によ
るマイスナー効果がおこると、磁場形成可能な部
分が消失して感度を失う。従つて、測定可能な最
低温度を下げるには、常伝導体を厚くすればよ
い。
第４図は、測定可能な温度範囲を拡げるため、
測定レンジの異なる第１及び第２の温度検出部１
１ａ，１１ｂを連設したものである。即ち、第１
の超伝導体１２に厚さの異なる常伝導体１３ａ，
１３ｂを被着し、さらにその周囲に第２の超伝導
体１４ａ，１４ｂを被着することにより第１及び
第２の温度検出部１１ａ，１１ｂを構成し、それ
らにおける第１の超伝導体１２の一端と第２の超
伝導体１４ａ，１４ｂとの間に切換スイツチ１８
を介して電流源１５を接続し、また第１の超伝導
体１２における他の一端と第２の超伝導体１４
ａ，１４ｂとの間に上記切換スイツチ１８と連動
する切換スイツチ１９を介して電圧計１６を接続
し、さらに第１の超伝導体１２の両端間に電流源
１７を接続している。
測定レンジの異なる第１及び第２の温度検出部１
１ａ，１１ｂを連設したものである。即ち、第１
の超伝導体１２に厚さの異なる常伝導体１３ａ，
１３ｂを被着し、さらにその周囲に第２の超伝導
体１４ａ，１４ｂを被着することにより第１及び
第２の温度検出部１１ａ，１１ｂを構成し、それ
らにおける第１の超伝導体１２の一端と第２の超
伝導体１４ａ，１４ｂとの間に切換スイツチ１８
を介して電流源１５を接続し、また第１の超伝導
体１２における他の一端と第２の超伝導体１４
ａ，１４ｂとの間に上記切換スイツチ１８と連動
する切換スイツチ１９を介して電圧計１６を接続
し、さらに第１の超伝導体１２の両端間に電流源
１７を接続している。
上記構成の温度計は、スイツチ１８，１９を切
換えることにより測定可能な温度範囲を二段階に
調節することができ、より低い温度を測定するに
は、スイツチ１８，１９により厚い常伝導体１３
ｂを備えた第２の温度検出部１１ｂを選択すれば
よい。
換えることにより測定可能な温度範囲を二段階に
調節することができ、より低い温度を測定するに
は、スイツチ１８，１９により厚い常伝導体１３
ｂを備えた第２の温度検出部１１ｂを選択すれば
よい。
なお、上記各実施例における温度検出部は、そ
の断面形状を同心円状とするものが一般的である
が、第５図に示すように、楕円等の非円形の層状
のものに形成することもできる。なお、同図にお
いて、２２，２３，２４はそれぞれ第１の超伝導
体、常伝導体、第２の超伝導体を示している。
の断面形状を同心円状とするものが一般的である
が、第５図に示すように、楕円等の非円形の層状
のものに形成することもできる。なお、同図にお
いて、２２，２３，２４はそれぞれ第１の超伝導
体、常伝導体、第２の超伝導体を示している。
このように、本発明の温度計は、第１及び第２
の超伝導体間に常伝導体を挾むと共に、それらの
電流源と電圧計を接続するという簡単な構成と
し、装置定数等に煩わされることなく簡便に使用
でき、また温度検出部分を全て超伝導体及び常伝
導体の金属によつて構成したので、熱履歴に対し
ても強く、しかも磁場が形成される空間が非常に
小さいので、装置全体を小さく且つ容易に運搬可
能に構成することができ、このように温度検出部
としての金属部分を小型化できることから熱的応
答性も良好となるだけでなく、外界の影響を除去
するための磁気シールドも容易となり、また測定
可能な温度範囲を拡げることも容易で、広い範囲
の２次温度計としての要求に答えることができ
る。
の超伝導体間に常伝導体を挾むと共に、それらの
電流源と電圧計を接続するという簡単な構成と
し、装置定数等に煩わされることなく簡便に使用
でき、また温度検出部分を全て超伝導体及び常伝
導体の金属によつて構成したので、熱履歴に対し
ても強く、しかも磁場が形成される空間が非常に
小さいので、装置全体を小さく且つ容易に運搬可
能に構成することができ、このように温度検出部
としての金属部分を小型化できることから熱的応
答性も良好となるだけでなく、外界の影響を除去
するための磁気シールドも容易となり、また測定
可能な温度範囲を拡げることも容易で、広い範囲
の２次温度計としての要求に答えることができ
る。
第１図は本発明の実施例の構成図、第２図及び
第３図はその特性を示す線図、第４図は本発明の
他の実施例の構成図、第５図は本発明の温度検出
部の異種実施例の横断面図である。 ２，１２，２２…第１の超伝導体、３，１３
ａ，１３ｂ，２３…常伝導体、４，１４ａ，１４
ｂ，２４…第２の超伝導体、５，７，１５，１７
…電流源、６，１６…電圧計。
第３図はその特性を示す線図、第４図は本発明の
他の実施例の構成図、第５図は本発明の温度検出
部の異種実施例の横断面図である。 ２，１２，２２…第１の超伝導体、３，１３
ａ，１３ｂ，２３…常伝導体、４，１４ａ，１４
ｂ，２４…第２の超伝導体、５，７，１５，１７
…電流源、６，１６…電圧計。
Claims (1)
- １ 柱状に構成した第１の超伝導体の外側に常伝
導体を被着すると共にその外側に第２の超伝導体
を被着し、第１及び第２の超伝導体間並びに第１
の超伝導体の両端間にそれぞれ電流源を接続し、
第１及び第２の超伝導体間に電圧計を接続したこ
とを特徴とする温度計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57148588A JPS5938623A (ja) | 1982-08-27 | 1982-08-27 | 温度計 |
| US06/477,857 US4506996A (en) | 1982-08-27 | 1983-03-22 | Cryogenic thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57148588A JPS5938623A (ja) | 1982-08-27 | 1982-08-27 | 温度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5938623A JPS5938623A (ja) | 1984-03-02 |
| JPS6346372B2 true JPS6346372B2 (ja) | 1988-09-14 |
Family
ID=15456101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57148588A Granted JPS5938623A (ja) | 1982-08-27 | 1982-08-27 | 温度計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4506996A (ja) |
| JP (1) | JPS5938623A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4989989A (en) * | 1989-08-31 | 1991-02-05 | Westinghouse Electric Corp. | Hydraulic sensor for quench detection and location in superconductors |
| JP2545740B2 (ja) * | 1994-03-18 | 1996-10-23 | 工業技術院長 | 温度センサ |
| GB9818885D0 (en) * | 1998-08-28 | 1998-10-21 | New Royal Holloway & Bedford | Current sensing noise thermometer |
| CN104931149B (zh) * | 2015-05-05 | 2018-04-24 | 华中科技大学 | 一种适用于4.2k-4.5k温区的高分辨率超导温度计 |
| RU2602400C1 (ru) * | 2015-09-02 | 2016-11-20 | Борис Юхимович Каплан | Устройство для измерения криогенных температур |
| GB202007785D0 (en) | 2020-05-26 | 2020-07-08 | Royal Holloway & Bedford New College | Current sensing noise thermometer |
| US12578237B2 (en) * | 2023-09-29 | 2026-03-17 | Rosemount Inc. | Process variable transmitter with cryogenic temperature sensor |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US25712A (en) * | 1859-10-11 | Improvement in compositions for paint-oil | ||
| USRE25712E (en) | 1957-07-02 | 1965-01-19 | Super conductive switching element | |
| US3428891A (en) * | 1967-03-22 | 1969-02-18 | Atomic Energy Commission | Method for evaluating the stability and operating characteristics of composite superconductors |
| CH545548A (ja) * | 1972-05-31 | 1974-01-31 | ||
| US4044298A (en) * | 1975-03-26 | 1977-08-23 | John Walter Ekin | Super conducting device with minimal pinning |
| SU830149A2 (ru) * | 1979-07-09 | 1981-05-15 | Физико-Технический Институт Низкихтемператур Ah Украинской Ccp | Датчик дл дискретного измерени и иНдиКАции КРиОгЕННыХ ТЕМпЕРАТуР |
| JPS5732607A (en) * | 1980-08-05 | 1982-02-22 | Japan Atom Energy Res Inst | Superconductive coil |
-
1982
- 1982-08-27 JP JP57148588A patent/JPS5938623A/ja active Granted
-
1983
- 1983-03-22 US US06/477,857 patent/US4506996A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5938623A (ja) | 1984-03-02 |
| US4506996A (en) | 1985-03-26 |
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