JPH039406B2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は金属又はガラス等よりなる容器内の液
体ヘリウムの液面を測定する液面計に関するもの
である。
体ヘリウムの液面を測定する液面計に関するもの
である。
（従来の技術）
非晶質超電導材を使用した、液体ヘリウム液面
計については、(1)特開昭58−166220「液体ヘリウ
ム液面計」の公報に、溶融状態より超急冷凝固し
た、ZaMb（Ｑ＋AI）ｃ系の非晶質超電導材のう
ち、超電導転移温度（以下Tcという）が液体ヘ
リウム温度4.2〜5.0Kである非晶質合金を電気抵
抗線として用いた液体ヘリウム液面計の開示であ
り、また先行技術として、(2)特願昭58−220076号
「液体ヘリウム液面計」があり、この明細書には
溶融状態より超急冷凝固した、Zr100-x（Ru1-y
Rhy）xの非晶質超電導材のうち、Tcが液体ヘリウ
ム温度4.2〜4.5Kのものを使用し、ｘ及びｙにつ
いては22.5≦ｘ≦27.5で０≦ｙ≦１である非晶質
相をその体積率で20％以上含む超電導合金につい
て、Tcが4.2〜4.5Kである超電導合金を、液体ヘ
リウム容器に保持し、その電気抵抗値を測定する
ことにより、液体ヘリウムの量を測定する液面計
についての説明がある。
計については、(1)特開昭58−166220「液体ヘリウ
ム液面計」の公報に、溶融状態より超急冷凝固し
た、ZaMb（Ｑ＋AI）ｃ系の非晶質超電導材のう
ち、超電導転移温度（以下Tcという）が液体ヘ
リウム温度4.2〜5.0Kである非晶質合金を電気抵
抗線として用いた液体ヘリウム液面計の開示であ
り、また先行技術として、(2)特願昭58−220076号
「液体ヘリウム液面計」があり、この明細書には
溶融状態より超急冷凝固した、Zr100-x（Ru1-y
Rhy）xの非晶質超電導材のうち、Tcが液体ヘリウ
ム温度4.2〜4.5Kのものを使用し、ｘ及びｙにつ
いては22.5≦ｘ≦27.5で０≦ｙ≦１である非晶質
相をその体積率で20％以上含む超電導合金につい
て、Tcが4.2〜4.5Kである超電導合金を、液体ヘ
リウム容器に保持し、その電気抵抗値を測定する
ことにより、液体ヘリウムの量を測定する液面計
についての説明がある。
（発明が解決しようとする問題点）
然し前記(1)に示す液面計の超電導合金はZrに
Nbが含まれているために溶融温度が非常に高く
（約1800℃）溶融するために特殊な設備、装置を
必要とし、(2)の液面計の超電導合金については、
Zr中に含まれるRh及びRuの量は22.5〜27.5at％
であり、示された組成範囲における最大のTcは
約4.5Kである。
Nbが含まれているために溶融温度が非常に高く
（約1800℃）溶融するために特殊な設備、装置を
必要とし、(2)の液面計の超電導合金については、
Zr中に含まれるRh及びRuの量は22.5〜27.5at％
であり、示された組成範囲における最大のTcは
約4.5Kである。
第１図に液体ヘリウムの温度に対する蒸気圧を
示したが、液体ヘリウムの温度は圧力（蒸気圧）
上昇と共に上がり、約1.3bar（1.3気圧）以上の圧
力においてはその温度は4.5K以上であるので、
液面計は液体ヘリウム中でも超電導転移を示さ
ず、従つてTcの測定が不可能であつた。
示したが、液体ヘリウムの温度は圧力（蒸気圧）
上昇と共に上がり、約1.3bar（1.3気圧）以上の圧
力においてはその温度は4.5K以上であるので、
液面計は液体ヘリウム中でも超電導転移を示さ
ず、従つてTcの測定が不可能であつた。
すなわち前記超電導材を使用した液面計は1.3
気圧以上の圧力下では使用が困難で、それ以上に
加圧して使用される液体ヘリウム容器が、液体ヘ
リウムの移送時、充填時の液面の監視には使用す
ることが出来ない場合があるという問題点があつ
た。
気圧以上の圧力下では使用が困難で、それ以上に
加圧して使用される液体ヘリウム容器が、液体ヘ
リウムの移送時、充填時の液面の監視には使用す
ることが出来ない場合があるという問題点があつ
た。
そこで本発明は、
(1) 1300℃以下で溶融可能で、従来の溶融装置、
例えば石英ノズル及び各種の設備が十分に使用
でき、 (2) 第１図に示したように、液体ヘリウムの臨界
温度は5.2Kでそのときの臨界蒸気圧は約2.3気
圧なので、液体として存在するヘリウムは
5.2K以下であるから4.5Kから5.2KまでのTcを
もち、 (3) 超電導合金の作製条件が大巾に相違しない超
電導合金素子を使用した液面計を提供すること
を目的とするものである。
例えば石英ノズル及び各種の設備が十分に使用
でき、 (2) 第１図に示したように、液体ヘリウムの臨界
温度は5.2Kでそのときの臨界蒸気圧は約2.3気
圧なので、液体として存在するヘリウムは
5.2K以下であるから4.5Kから5.2KまでのTcを
もち、 (3) 超電導合金の作製条件が大巾に相違しない超
電導合金素子を使用した液面計を提供すること
を目的とするものである。
（問題点を解決するための手段）
上記技術的課題を解決するために講じた技術的
手段は、液体ヘリウムの液面計に使用する超電導
合金の線材として、Zr100-x（Ru1-yRhy）xで、０≦
ｙ≦１で、かつ17≦ｘ≦22.5で示される超電導合
金を使用することである。ここでZrはジルコニ
ウムで、Ruはルテニウム、Rhはロジウムであ
る。
手段は、液体ヘリウムの液面計に使用する超電導
合金の線材として、Zr100-x（Ru1-yRhy）xで、０≦
ｙ≦１で、かつ17≦ｘ≦22.5で示される超電導合
金を使用することである。ここでZrはジルコニ
ウムで、Ruはルテニウム、Rhはロジウムであ
る。
（作用）
前記超電導合金の溶液を単ロール法により超急
冷凝固により作製したリボンについて、第２図に
Rhの含有率に対するTcの変化を示した。
冷凝固により作製したリボンについて、第２図に
Rhの含有率に対するTcの変化を示した。
Tcは22.5〜27.5at％で約4.2〜4.5Kであるが、
更に含有率を下げると急激な上昇をみせ、20at％
では、4.55K以上になる。また15at％になると約
6Kまで上昇し、5.22Kに相当する点は約17at％で
あることがわかつた。
更に含有率を下げると急激な上昇をみせ、20at％
では、4.55K以上になる。また15at％になると約
6Kまで上昇し、5.22Kに相当する点は約17at％で
あることがわかつた。
次に前記リボンをＸ線解析試験によつて構造解
析した結果を第３図に示す。
析した結果を第３図に示す。
作製時の条件による多少の誤差があるが、約
23at％以上のRh含有率ではリボンは非晶質単相
でできており、約17at％以下では結晶質である。
この間の約20at％近くでは非晶質母相中にZr2Rh
と推定される微結晶が分散して析出している。こ
の影響により20at％以下ではTcが高くなつてい
る。
23at％以上のRh含有率ではリボンは非晶質単相
でできており、約17at％以下では結晶質である。
この間の約20at％近くでは非晶質母相中にZr2Rh
と推定される微結晶が分散して析出している。こ
の影響により20at％以下ではTcが高くなつてい
る。
第１図及び第２図から、1.3気圧以上で臨界蒸
気圧（2.3気圧）以下の高圧な雰囲気で超電導
転移を越こし、液面計として使用可能な合金は
Zr中にRhを17〜22.5at％含有したものがあるこ
とが確認できた。
気圧（2.3気圧）以下の高圧な雰囲気で超電導
転移を越こし、液面計として使用可能な合金は
Zr中にRhを17〜22.5at％含有したものがあるこ
とが確認できた。
次に第４図に１気圧での液体ヘリウム（4.2K）
に使用する場合に、超電導線に流す測定電流の
Tcに対する変化を示す。この図で例えば4.5Kの
Tcをもつ非晶質超電導線を液面計の検出素子と
して使用した場合、液面誤差を無くするため、測
定電流でのジユール熱による線の昇温にその電流
密度として約3.5〜5A／mm2必要であることを示し
ている。すなわち測定時に3.5〜5A／mm2の範囲の
電流を選べば正確な液面が測定できる。
に使用する場合に、超電導線に流す測定電流の
Tcに対する変化を示す。この図で例えば4.5Kの
Tcをもつ非晶質超電導線を液面計の検出素子と
して使用した場合、液面誤差を無くするため、測
定電流でのジユール熱による線の昇温にその電流
密度として約3.5〜5A／mm2必要であることを示し
ている。すなわち測定時に3.5〜5A／mm2の範囲の
電流を選べば正確な液面が測定できる。
ここでTcが高ければそれだけ多くの測定電流、
すなわち測定電圧が必要で、その分液体ヘリウム
の消費は大きいが最高のTcである5.2Kではその
電流密度は約7A／mm2である。これはZr−Rh、Zr
−Ru系の融点の低いことにより、細い線を作製
できるので高抵抗な線にすることで低電流、低電
力型にできる。例えば7A／mm2の電流密度には、
線の断面積を約７×10-3mm2とすれば50ｍＡの測定
電流でよく、このときの電流は0.3W（50cmの長
さ）で、市販品のNb−Tiワイヤを使用した液面
計が100ｍＡ程度（数ワツト）あることに比較し
てかなり少ないものである。
すなわち測定電圧が必要で、その分液体ヘリウム
の消費は大きいが最高のTcである5.2Kではその
電流密度は約7A／mm2である。これはZr−Rh、Zr
−Ru系の融点の低いことにより、細い線を作製
できるので高抵抗な線にすることで低電流、低電
力型にできる。例えば7A／mm2の電流密度には、
線の断面積を約７×10-3mm2とすれば50ｍＡの測定
電流でよく、このときの電流は0.3W（50cmの長
さ）で、市販品のNb−Tiワイヤを使用した液面
計が100ｍＡ程度（数ワツト）あることに比較し
てかなり少ないものである。
なおこのとき、７×10-3mm2の断面積を得るに
は、例えば厚さ20μｍ、巾0.35mmのリボンを示し、
この形状は単ロール法で困難なく作製しうるもの
である。従つてTcの高いリボンについても、充
分１気圧の液体ヘリウムに使用することができ
る。
は、例えば厚さ20μｍ、巾0.35mmのリボンを示し、
この形状は単ロール法で困難なく作製しうるもの
である。従つてTcの高いリボンについても、充
分１気圧の液体ヘリウムに使用することができ
る。
また、液体ヘリウムの圧力が上がり温度が上が
つても、そのTcを超えない温度であれば測定電
流を調整することによつて液面測定ができるもの
である。
つても、そのTcを超えない温度であれば測定電
流を調整することによつて液面測定ができるもの
である。
例えばRh含有率19at％のリボンはTcが約4.7K
であるため1.5気圧まで昇温した液体ヘリウムで
も測定が可能である。但し、1.3気圧以上になれ
ば測定電流を少なく調整する必要がある。
であるため1.5気圧まで昇温した液体ヘリウムで
も測定が可能である。但し、1.3気圧以上になれ
ば測定電流を少なく調整する必要がある。
Ruについては、そのTcがRhの場合よりも約
0.05〜0.1K高くなる傾向があるが、同様の結果が
得られており、使用可能であることが判明した。
更にRuとRhを混合して添加した場合、両者のみ
の中間の特性をもつことが分かり、同様の使用法
が可能である。
0.05〜0.1K高くなる傾向があるが、同様の結果が
得られており、使用可能であることが判明した。
更にRuとRhを混合して添加した場合、両者のみ
の中間の特性をもつことが分かり、同様の使用法
が可能である。
このようにZr100-x（Ru1-yRhy）x（但し17≦ｘ≦
22.5）で示される合金は、Tc＝4.5〜5.2の範囲内
にありかつ、 (1) ZrにRu又はRhを含有させると、共晶点が
Rhの原子％で24〜26の間にあるために、融点
が比較的低く、17at％Rhでも約1400℃以下で
あり、石英ノズルによる溶融可能な温度となつ
ている。
22.5）で示される合金は、Tc＝4.5〜5.2の範囲内
にありかつ、 (1) ZrにRu又はRhを含有させると、共晶点が
Rhの原子％で24〜26の間にあるために、融点
が比較的低く、17at％Rhでも約1400℃以下で
あり、石英ノズルによる溶融可能な温度となつ
ている。
(2) Ru又はRh含有率が20〜22.5at％の線材では、
その組織が非晶質と微結晶質との混合相であ
り、強度評価をしたところ、機械的特性が大巾
な劣下をみせず、180゜曲げを行つても破断する
ことなく、硬く、強靭なものである。従つて巾
0.5mm以下の細線でも容易に液面計として製作、
組立ができるものである。
その組織が非晶質と微結晶質との混合相であ
り、強度評価をしたところ、機械的特性が大巾
な劣下をみせず、180゜曲げを行つても破断する
ことなく、硬く、強靭なものである。従つて巾
0.5mm以下の細線でも容易に液面計として製作、
組立ができるものである。
（実施例）
以下、上記技術的手段の実施例について説明す
る。
る。
前記組成よりなる合金のうちRhを20at％含有
したものを19μの厚さで、0.3mmの巾に製作し第５
図に示す液面計を構成した。１は液面計で、２は
その表示器で液深さをデジタルでcm表示する。３
ａは測定部のパイプで長さ１ｍ、3bは支持部で、
４は電源回路を内蔵したケースで、５はリードケ
ーブル、６は前記リードケーブルと支持部との接
続部である。
したものを19μの厚さで、0.3mmの巾に製作し第５
図に示す液面計を構成した。１は液面計で、２は
その表示器で液深さをデジタルでcm表示する。３
ａは測定部のパイプで長さ１ｍ、3bは支持部で、
４は電源回路を内蔵したケースで、５はリードケ
ーブル、６は前記リードケーブルと支持部との接
続部である。
７は容器（図示なし）内の液体ヘリウムの液面
で、８は超電導合金よりなるリボンで、そのTc
は実測の結果4.65Kであり、比抵抗165μΩcm、検
出部の抵抗は290Ωである。６ａ，６ｂはリード
線で、１０は電圧測定器で、ケース４内にあり、
１１は電源で、１２は絶縁層である。
で、８は超電導合金よりなるリボンで、そのTc
は実測の結果4.65Kであり、比抵抗165μΩcm、検
出部の抵抗は290Ωである。６ａ，６ｂはリード
線で、１０は電圧測定器で、ケース４内にあり、
１１は電源で、１２は絶縁層である。
上記構成において、その作用を述べれば、リー
ド線６ａ，６ｂに測定電流として30ｍＡで通電す
れば液体ヘリウム内における超電導合金８ａの電
気抵抗は０となり、メータに表示される数値は液
面と超電導合金の端部８ｂとの距離Ｈの抵抗値を
表わすことになり、容器の基準面から液面の距離
が測定でき、液体ヘリウムが増加または減少すれ
ば、Ｈの増減となり、これが電圧の変化として検
出され、この値を電気的に数値変換の操作を行う
ことで第６図に示す、ヘリウム液面の容器底から
の高さを表示することができた。
ド線６ａ，６ｂに測定電流として30ｍＡで通電す
れば液体ヘリウム内における超電導合金８ａの電
気抵抗は０となり、メータに表示される数値は液
面と超電導合金の端部８ｂとの距離Ｈの抵抗値を
表わすことになり、容器の基準面から液面の距離
が測定でき、液体ヘリウムが増加または減少すれ
ば、Ｈの増減となり、これが電圧の変化として検
出され、この値を電気的に数値変換の操作を行う
ことで第６図に示す、ヘリウム液面の容器底から
の高さを表示することができた。
また、この場合の消費電力は0.26ワツトであ
り、非直線性は0.5％FS以下、誤差は１％以内で
あつた。この図中、横軸に正確な液面の高さを、
縦軸に検出部からの出力電圧と、その値を数値変
換して表示器に表わしたもの（デジタル表示）を
示した。また容器内の圧力を上昇させて測定した
ところ、1.2気圧まではそのまま性能の変化はな
く、測定できた、１気圧以上になると電流値を15
ｍＡに変えたところ、約1.45気圧まで正確な測定
ができた。
り、非直線性は0.5％FS以下、誤差は１％以内で
あつた。この図中、横軸に正確な液面の高さを、
縦軸に検出部からの出力電圧と、その値を数値変
換して表示器に表わしたもの（デジタル表示）を
示した。また容器内の圧力を上昇させて測定した
ところ、1.2気圧まではそのまま性能の変化はな
く、測定できた、１気圧以上になると電流値を15
ｍＡに変えたところ、約1.45気圧まで正確な測定
ができた。
本発明は次の特有の効果を有する。すなわち、
(1) RhやRuは貴金属であり、非常に高価である
ために含有率を減らすことによつて（25at％を
20at％にする。）約２割の材料費が低減でき、
製造コストに有利となる。
ために含有率を減らすことによつて（25at％を
20at％にする。）約２割の材料費が低減でき、
製造コストに有利となる。
(2) 常圧での気圧の微少な変動に対して、Tcが
4.2Kに近い場合、影響をうけて、誤差や表示
のフラツキになり易かつたが、ある程度Tcが
4.2Kから離れることによつて圧力の変動に対
して鈍感となり、測定電流は多く必要とする
が、非常に安定性が増すものである。
4.2Kに近い場合、影響をうけて、誤差や表示
のフラツキになり易かつたが、ある程度Tcが
4.2Kから離れることによつて圧力の変動に対
して鈍感となり、測定電流は多く必要とする
が、非常に安定性が増すものである。
第１図は液体ヘリウムの温度と蒸気圧の関係を
示したグラフで、第２図はZr中にRhの含有率と
その合金を急冷して作製したリボンのTcを示し
たグラフで第３図はＸ線解析実験による構造を示
したグラフである。第４図は液面計検出部に組立
てた際の適切な測定電流から求めた電流密度の
Tcに対する依存性を示したグラフである。第５
図イは実施例の液面計の全体図で、ロは機能の説
明図であり、ハはイのＡ〜Ａにおける断面図で、
ニはハにおけるＢ〜Ｂにおける断面図である。第
６図は第５図に示す液面計の性能を示す図で、液
面の高さを変化表示値及び出力電圧を示す。 １……液体ヘリウム液面計、８，８ａ，８ｂ…
…非晶質超電導合金。
示したグラフで、第２図はZr中にRhの含有率と
その合金を急冷して作製したリボンのTcを示し
たグラフで第３図はＸ線解析実験による構造を示
したグラフである。第４図は液面計検出部に組立
てた際の適切な測定電流から求めた電流密度の
Tcに対する依存性を示したグラフである。第５
図イは実施例の液面計の全体図で、ロは機能の説
明図であり、ハはイのＡ〜Ａにおける断面図で、
ニはハにおけるＢ〜Ｂにおける断面図である。第
６図は第５図に示す液面計の性能を示す図で、液
面の高さを変化表示値及び出力電圧を示す。 １……液体ヘリウム液面計、８，８ａ，８ｂ…
…非晶質超電導合金。
Claims (1)
- １ 液体より超急冷凝固により作製される、非晶
質相よりなる超電導合金において、その組成が
Zr100-x（Ru1-yRhy）xで示され、ｘについては原子
％にて17≦ｘ≦22.5であり、ｙについては０≦ｙ
≦１であらわされる超伝導合金のうち、その超電
導転移温度が、液体ヘリウム温度の4.2Kに近い
4.5K〜5.2Kである合金を、電気抵抗線材として、
容器内の液体ヘリウムの全高さ又はその一部に、
鉛直に支持し、該電気抵抗線の超電導領域を電気
低抗値として連続的に測定することにより、容器
内の液体ヘリウムの量を測定する、液体ヘリウム
液面計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60016242A JPS61175526A (ja) | 1985-01-29 | 1985-01-29 | 液体ヘリウム液面計 |
| US06/822,110 US4745806A (en) | 1985-01-29 | 1986-01-24 | Level gauge for liquid helium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60016242A JPS61175526A (ja) | 1985-01-29 | 1985-01-29 | 液体ヘリウム液面計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61175526A JPS61175526A (ja) | 1986-08-07 |
| JPH039406B2 true JPH039406B2 (ja) | 1991-02-08 |
Family
ID=11911083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60016242A Granted JPS61175526A (ja) | 1985-01-29 | 1985-01-29 | 液体ヘリウム液面計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS61175526A (ja) |
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-
1986
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