高速応答型温度計素子の技術開発

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高速応答型温度計素子を、ポリイミドの薄肉チューブ上にポリイミドワニスをアンカー層として塗布した上に、電子顕微鏡用のカーボンコーターを用いてシャープペンシルの芯(φ0.5 3B)を蒸着源として、複数回、製膜することで試作した。試作・した素子から銀ペーストで電極を引き出し、PPMSにて抵抗値の温度依存性を室温から低温側まで測定した。結果、室温で数kΩ～20kΩの素子が、10～40Kで10MΩに達する、市販の低温用温度計よりも高い感度を持っていることが明らかになった。完成した温度計素子の時間応答特性を、以下のようにして測定した。1)暗所にて温度計素子に定電流を印可し、その端子間電圧をロックインアンプに入力した。2)高輝度型LEDを輻射熱源とし、温度計素子から約5mmに設置した。3)輻射熱源に周期的な電圧を印可し、同時に参照信号をロックインアンプのリファレンスとした。4)熱源の印可周期を変えながら、温度計素子の反応電圧振幅を測定した。この結果、10Hzで0.7mV、1kHzで10μVの電圧振幅が得られた。なお、輻射熱以外の電磁気学的カップリングによる偽信号か判別するために、温度計と熱源の間にシャッター(黒画用紙)を挿入したところ、信号が消失することが確認できた。これにより、室温での利用に適切な温度計、測温系の組み合わせの開発が完了した。以上で、本研究の目標としていた高速応答型温度計素子の完成を確認した。当初予定していた、低温技術を用い、高速な圧力計をリファレンスとする検証測定系や、比較的、高抵抗の温度計素子を使用するための微少定電流源や、低入力オフセットアンプも開発を完了している。今後の課題としては、抵抗値が10MΩを超えると測定系が複雑になるので、低温での抵抗値が過大にならないための技術開発があげられる。なお、この成果を日本物理学会で報告したところ、高価になりがちな薄膜の実験を安価に学生実験に取り入れることができる好例であるとの評価を受けた。他大学で、この視点での教材開発が始まっている。