JPH01411A - 超伝導圧力センサ - 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〕 本発明は、超伝導体と超伝導特性を示さない常伝導体コ
イルまたはスプリングを組合わせることにより、極低温
環境下で温度補償または較正なしに使用可能な高感度で
かつ高精度な超伝導圧力センサに関するものである。

〔従来の技術］ 常温環境で作動する圧力変位検出子（以下センサ、とい
う）は例えば代表例として、ストシンゲージ。圧電体セ
ンサ、静電的電磁的変換器等がある。ストレンゲージは
銅とニッケルからなるいわゆるアドバンス合金でゲージ
率を高めた高低抗体であり、これをブリッジ構成してそ
の抵抗変化から変位の検出が可能である。また、圧電体
センサはそれが圧力変位することにより生起する分極電
荷を利用したものであり、さらに静電的電磁的変換器は
周知のとおり圧力変位をそれぞれ電束密度および磁束密
度の変化から検出するものである。

（発明が解決しようとする問題点〕 これ等従来の圧力センサは常温で作動するものであり、
したがって極低温環境でこれを使用した場合センサ素材
の材料特性及び電気的特性が変動して、センサ機能番消
失する。このため従来のセンサ技術を極低温領域に拡大
することができない欠点があった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、極低温環境に
於て温度補償または校正なしに高感度かつ高精度に圧力
変位を検出することのできる超伝導圧力センサを提供す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明になる超伝導圧力センサは、超伝導体−般が固有
する臨界電流及び臨界磁界を有する媒体に臨界電流以下
の電流または臨界磁界以下の磁界を印加しておき、この
超、伝導体に任意の方向で対向する磁界を外部磁界とし
て超伝導特性を示さない常伝導体スプリングまたはコイ
ルから印加し、この印加磁界は上記常伝導体コイルの変
位により変化させるもので、この磁界変化により超伝導
体の臨界電流が変化する特性を利用して圧力変位を検出
することを主要な特徴とするものであり、次式（１）を
満足することを特徴とする。

Ｉｃ＝　ｆ　（Ｈｃ、　Ｈ８（δ））　　　　　　　　
　（１）（上式（１）に於いて、Ｉｃは超伝導体の臨界
電流＋ＨＣは超伝導体の臨界磁界、Ｈ，（δ）は圧力変
位δをパラメータに含む超伝導特性を示さない常伝導コ
イルの磁界、を示す） したがって、従来のセンサが機能できなかった極低温領
域に於る圧力変位の検出が上述の式（１）の条件を満た
すことにより容易に極低温領域で実現可能とする点が従
来技術と大きく異なるものである。

〔実施例１〕 第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であって、
１は棒状の超伝導体、２は常伝導体コイル、３は臨界電
流検出計である。本実施例は超伝導体の軸に常伝導体コ
イルにより直角に磁界を印加した超伝導体圧力センサで
ある。

次にこの圧力センサの動作原理について説明する。

第２図は本発明の構成要素の一部である。超伝導特性を
示さない常伝導体（例えば銅）のコイルであり、ｄはコ
イル素材の直径、αはコイルのピッチ角、ｎはコイルの
巻き数、Ｐは圧力、Ｒはコイルの半径である。このコイ
ルに電流Ｉ８を流すと第３図のように常伝導体コイルに
よる磁界Ｈ０を生ずる。いま第３図でコイル（またはス
プリング）を圧力Ｐで引くと変位δが生ずる。δはコイ
ル全体でほぼ一様に生起するから、このδにより磁界Ｈ
８は変化する。すなわちＨ８はδの関数となりＨ，＝Ｈ
，（δ）となる。

第３図の場合、Ｐによるδは一般に次式で表わされる。

δ＝Ｋｓｅｃｃｒ（ｃｏｓ”ｃｒ＋４１５５ｉｎ２α）
　　　　　（２）Ｋはせん断弾性係数Ｇ等を含む機械特
性項で、Ｇ　＝６４　Ｐ　Ｒ３ｎ　／　（Ｇｄ’）　　
　　　　　　　（３）である。また、Ｈ，は第３図の中
心の磁界を採用するものとすれば である。したがって、Ｈ，（δ）は式（２）と（４）か
らδを消去して得られ、近似的に（α〈１）次式（５）
となる。

次に第１図のように超伝導体１に臨界電流■。以下の電
流■、を流しておく。超伝導体１を半径ａの丸棒とすれ
ば、超伝導体ｌによる磁界をＨｌとすると、 １５　＝　２　ｘ　ａ　Ｈｓ　　　　　　　　　　　　
（６）また、常伝導体コイル２は電流ＩＮにより磁界Ｈ
，（δ）を生ずる。

Ｈ，（δ）とＩＩ、が直角に作用する場合の合成磁界Ｈ
８は、 Ｈ，”＝Ｈ，（δ）　”　＋　ＩＩ　、　”　　　　　
　　　　（７）である。したがって超伝導体１の臨界電
流■ゎの変位δによる変化は式（５）、　（６）、を（
７）に代入して得た式の１１．をＨＣに、またＩ、を■
。にすれば求めることが出来、 ＝ｆ　（Ｈｃ、　Ｈ，（δ）　）　　　　　　　　　　
　　　（８）式（８）から明らかなとおり、変位δによ
る■。の変化を検出計３により検出すれば、極低温環境
において圧力を検出できることとなる。

〔実施例２〕 第４図は本発明の第２の実施例を説明する図であり、超
伝導体１の軸に、磁界Ｈ，（δ）とＨ，が平行に作用し
た場合である。この場合の合成磁界ＩＩＬは次のように
表わされる。

れ＝Ｈ０（δ）＋Ｈ，（９） 従って、この時のＩＣは次式のようになる。

弐〇〇）は式（８）と同様にＩＣはＩＩＣおよび１１゜
（δ）で決定される。

〔発明の効果〕

以上に説明したとおり、本発明の超伝導体と超伝導特性
を示さない常伝導体コイルを組合わせた超伝導圧力セン
サは、超伝導体のみが固有する特性である、臨界磁界の
特性（マイスナー効果）を応用していること、及び極低
温状態で使用可能であることから、従来のセンサ類の適
用域外の極低温領域で温度補償なしに、高感度、高精度
な圧力変位を検出できることが大きな利点となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例 第２図は常伝導体コイルの構成図 第３図は常伝導体コイルに電流を流した場合のコイルに
生ずる磁界 第４図は本発明の第２の実施例を示す。 １・・・・・・・・・棒状超伝導体 ２・・・・・・・・・常伝導体コイル ３・・・・・・・・・臨界電流検出計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 棒状超伝導体と電流Ｉ＿Ｎを流した常伝導体コイルが、
   両者の磁界が相互作用する位置に配置され、常伝導体コ
   イルの変位に伴う磁界の変化を、臨界電流Ｉ＿Ｃの変化
   として検出する手段を有することを特徴とする超伝導圧
   力センサ。