(57)【要約】【課題】気体中の温度分布や圧力条件、気体の種類等に影響を受けることなく、所定の電圧値を出力する再現性に優れた超伝導液面計等を提供する。【解決手段】超伝導液面計１は、低温液体の沸点において超伝導状態に遷移する超伝導線材４、低温液体の沸点において超伝導状態に遷移しない非超伝導線材５、超伝導線材４の上部を加熱する超伝導発熱部７、非超伝導線材５の上部を加熱する非超伝導発熱部８、超伝導線材４と非超伝導線材５と超伝導発熱部７と非超伝導発熱部８とに電流を供給する電源部６、超伝導線材４及び非超伝導線材５の電圧を測定するアイソレーションアンプ、及びアイソレーションアンプから出力された値に基づいて低温液体２の液面の位置を演算する演算部９を備え、超伝導線材４及び非超伝導線材５のそれぞれの両端電圧を測定して差分を算出することで、低温液体２の液位を演算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導線材を用いて収納容器内に収納された低温液体の液位を測定する超伝導液面計において、
前記低温液体に少なくとも一部が接触した状態で前記収納容器内に立設し、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移する超伝導線材と、
当該超伝導線材と直列に接続され、前記低温液体の液面と平行な面上であって前記超伝導線材の両先端部が含まれる面上に両先端部が位置して立設し、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移しない非超伝導線材と、
前記超伝導線材、及び非超伝導線材に電流を供給する電源部と、
前記超伝導線材の電気的な特性を測定する超伝導測定部と、
前記非超伝導線材の電気的な特性を測定する非超伝導測定部と、
前記超伝導測定部、及び非超伝導測定部が測定した結果に基づいて、前記超伝導線材、及び前記非超伝導線材の電気的な特性の差分を算出し、当該算出した差分に基づいて前記低温液体の液面の位置を演算する演算手段とを備えることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項２】
請求項１に記載の超伝導液面計において、
前記超伝導線材及び非超伝導線材が、超伝導体及び当該超伝導体を被覆するシースで形成され、前記非超伝導線材における超伝導体が常伝導化されていることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項３】
請求項２に記載の超伝導液面計において、
前記超伝導線材及び非超伝導線材の線径、及びシースの抵抗率が同一であることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の超伝導液面計において、
前記非超伝導線材が、前記超伝導線材と同一の成分、且つ同一の分量で形成され、焼結処理により超伝導体が形成される前のものであることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の超伝導液面計において、
前記超伝導線材、及び非超伝導線材の上端部に配設され前記電源部から供給された電流により熱を発生する発熱部を備え、
前記発熱部が、前記超伝導線材の上端部に配設される超伝導発熱部と、前記非超伝導線材の上端部に配設される非超伝導発熱部とを有し、
前記超伝導発熱部、非超伝導発熱部、超伝導線材、及び非超伝導線材が前記電源部と直列に接続されていることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の超伝導液面計において、
前記超伝導線材が、２ホウ化マグネシウム線材、ニオブ３スズ線材、並びにビスマス系、イットリウム系、及び希土類系各酸化物超伝導線材のいずれかであることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項７】
請求項６に記載の超伝導液面計において、
前記超伝導線材、及び非超伝導線材のそれぞれの上端部に、少なくとも前記超伝導線材よりも加工度が大きい導電線を溶着して各線材ごとに上部接続部を形成し、当該上部接続部と前記電源部とが電気的に接続された状態で、前記上部接続部を、伸縮性を有するバネ材、及びドーナツ状のリング体を介して前記収納容器内の上部に固着することを特徴とする超伝導液面計。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の超伝導液面計において、
前記超伝導線材、及び非超伝導線材の下端部に、少なくとも前記超伝導線材よりも加工度が大きい一の導電線を溶着して各線材に共通の下部接続部を形成し、当該下部接続部が前記収納容器内の下部に固着されることを特徴とする超伝導液面計。
【請求項９】
超伝導線材を用いて収納容器内に収納された低温液体の液位を測定する超伝導液面測定方法において、
前記低温液体に少なくとも一部が接触した状態で前記収納容器内に配設され、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移する超伝導線材の電気的な特性を測定する超伝導線材測定工程と、
前記超伝導線材に並設され、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移しない非超伝導線材の電気的な特性を測定する非超伝導線材測定工程と、
前記超伝導線材測定工程、及び非超伝導線材測定工程で測定された結果に基づいて、前記超伝導線材、及び非超伝導線材の電気的な特性の差分を算出する差分算出工程と、
前記差分算出工程が算出した差分に基づいて、前記低温液体の液面の位置を演算する液面演算工程とを含むことを特徴とする超伝導液面測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導線材を用いて低温液体の液面を検出する超伝導液面計等に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体ヘリウム（大気圧下の沸点が約４Ｋ）のような超低温液体の液位を計測するため、ニオブ−チタン（ＮｂＴｉ）線材（臨界温度が約９Ｋ）を用いた超伝導液面計が一般的に知られている。超伝導液面計の動作原理は、容器内に鉛直に立設された超伝導線材に最適な電流を通電すると、液体中では電気抵抗ゼロの超伝導状態となり、気体中では抵抗がある常伝導状態となり、気体中の長さに比例した電圧値が出力されることで、その値に基づいて液位を算出するものである。
【０００３】
これに関連して、超伝導センサ線をＵ字型、Ｖ字型に配設、あるいはそれらを多数直列に接続し、センサ部の機械的強度及び感度を高める技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、将来の水素エネルギー社会での利用が期待される液体水素（大気圧下の沸点が約２０Ｋ）の液面を、高温超伝導体（例えば、二ホウ化マグネシウム：ＭｇＢ2等）を用いて測定する液面計が試作、試験されている（例えば、特許文献２、３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第９７／０８５１８号
【特許文献２】特表２００８−５３２０２２号公報
【特許文献３】特開２００７−０４０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１ないし３においては、気体中の温度分布や圧力条件、気体の種類等により、出力される電圧値が影響を受け、液位に応じた正確な電圧値を出力することができないという課題を有する。つまり、気体中においてはその温度分布や圧力条件等が常時変化しており、また運用方法によっては収納容器の外部から導入した任意の種類の気体による加圧状態や密閉した収納容器内における低温液体自体の蒸発による加圧状態により、出力される電圧値を再現よく測定することが非常に困難である。
【０００７】
そこで、本発明は気体中の温度分布や圧力条件、気体の種類等に影響を受けることなく、所定の電圧値を出力する再現性に優れた超伝導液面計、及び超伝導液面測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示する超伝導液面計は、超伝導線材を用いて収納容器内に収納された低温液体の液位を測定する超伝導液面計において、前記低温液体に少なくとも一部が接触した状態で前記収納容器内に立設し、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移する超伝導線材と、当該超伝導線材と直列に接続され、前記低温液体の液面と平行な面上であって前記超伝導線材の両先端部が含まれる面上に両先端部が位置して立設し、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移しない非超伝導線材と、前記超伝導線材、及び非超伝導線材に電流を供給する電源部と、前記超伝導線材の電気的な特性を測定する超伝導測定部と、前記非超伝導線材の電気的な特性を測定する非超伝導測定部と、前記
超伝導測定部、及び非超伝導測定部が測定した結果に基づいて、前記超伝導線材、及び前記非超伝導線材の電気的な特性の差分を算出し、当該算出した差分に基づいて前記低温液体の液面の位置を演算する演算手段とを備えるものである。
【０００９】
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、低温液体に少なくとも一部が接触した状態で収納容器内に立設された超伝導線材の電気的な特性と、超伝導線材と直列に接続され、低温液体の液面と平行な面上であって超伝導線材の両先端部が含まれる面上に両先端部が位置して立設された非超伝導線材の電気的な特性とを測定し、それぞれの電気的な特性の差分に基づいて低温液体の液面の位置を演算するため、気体中における電気的な特性が相殺され、液体中における非超伝導線材の電気的な特性のみを求めることができ、気体中の温度分布や圧力条件、気体の種類等の環境に影響を受けることなく、環境が安定している液体中の電気的な特性に基づいて、再現性よく正確な液面を測定することができるという効果を奏する。
【００１０】
なお、上記電気的な特性とは、例えば電圧値や抵抗値である。また、超伝導線材と非超伝導線材とが非常に離れて並設される場合には、各線材ごとに温度分布や圧力条件等が大きく相違してしまう可能性があるため、可能な限り近設するのが望ましい。
【００１１】
本願に開示する超伝導液面計は、前記超伝導線材及び非超伝導線材が、超伝導体及び当該超伝導体を被覆するシースで形成され、前記非超伝導線材における超伝導体が常伝導化されているものである。
【００１２】
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、超伝導線材及び非超伝導線材が、超伝導体及び当該超伝導体を被覆するシースで形成され、非超伝導線材における超伝導体が常伝導化されているため、気体中における電気的な特性は相殺されると共に、超伝導線材は低温液体中で抵抗がゼロになるのに対して、非超伝導線材は超伝導体が常伝導化されているため低温液体中でも電圧値が測定され、その値に基づいて正確な液面の位置を再現性よく求めることができるという効果を奏する。
【００１３】
本願に開示する超伝導液面計は、前記超伝導線材及び非超伝導線材のシースの抵抗率が同一であるものである。
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、超伝導線材及び非超伝導線材の線径、及びシースの抵抗率が同一であり、常伝導状態では抵抗値に応じてシースに大部分の電流が流れるため、気体中における超伝導線材、及び非超伝導線材の発熱量と冷却量が等しくなり、電気的な特性を相殺し、正確で再現性よく液面の位置を求めることができるという効果を奏する。
【００１４】
本願に開示する超伝導液面計は、前記非超伝導線材が、前記超伝導線材と同一の成分、且つ同一の分量で形成され、焼結処理により超伝導体が形成される前のものである。
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、非超伝導線材が、超伝導線材と同一の成分、且つ同一の分量で形成され、焼結処理により超伝導体が形成される前のものであるため、超伝導線材を製造する過程で焼結処理していないものを非超伝導線材として用い、焼結処理したものを超伝導線材として用いることで、非常に効率よくそれぞれの線材を形成することができるという効果を奏する。
【００１５】
本願に開示する超伝導液面計は、前記超伝導線材、及び非超伝導線材の上端部に配設され前記電源部から供給された電流により熱を発生する発熱部を備え、前記発熱部が、前記超伝導線材の上端部に配設される超伝導発熱部と、前記非超伝導線材の上端部に配設される非超伝導発熱部とを有し、前記超伝導発熱部、非超伝導発熱部、超伝導線材、及び非超伝導線材が前記電源部と直列に接続されているものである。
【００１６】
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、超伝導線材の上端部に配設される超伝導発熱部、非超伝導線材の上端部に配設される非超伝導発熱部、超伝導線材、及び非超伝導線材が電源部と直列に接続されているため、電源の数を減らして回路構成を簡略化し、装置の小型化を図ることができるという効果を奏する。
【００１７】
本願に開示する超伝導液面計は、前記超伝導線材が、２ホウ化マグネシウム線材、ニオブ３スズ線材、並びにビスマス系、イットリウム系、及び希土類系各酸化物超伝導線材のいずれかであるものである。
【００１８】
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、超伝導線材が、２ホウ化マグネシウム線材、ニオブ３スズ線材、並びにビスマス系、イットリウム系、及び希土類系各酸化物超伝導線材のいずれかであるため、液体水素のように沸点が高いものであっても、高温超伝導線材を用いて液面を検出することができるという効果を奏する。
【００１９】
本願に開示する超伝導液面計は、前記超伝導線材、及び非超伝導線材のそれぞれの上端部に、少なくとも前記超伝導線材よりも加工度が大きい導電線を溶着して各線材ごとに上部接続部を形成し、当該上部接続部と前記電源部とが電気的に接続された状態で、前記上部接続部を、伸縮性を有するバネ材、及びドーナツ状のリング体を介して前記収納容器内の上部に固着するものである。
【００２０】
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、超伝導線材、及び非超伝導線材のそれぞれの上端部に、少なくとも前記超伝導線材よりも加工度が大きい導電線を溶着して各線材ごとに上部接続部を形成し、上部接続部を、伸縮性を有するバネ材、及びドーナツ状のリング体を介して収納容器内の上部に固着するため、線材自体に変形等の加工を行う必要がなく直線状に維持することができ、また線材の膨張率の変化による伸縮や振動等による湾曲を吸収し、線材への付加を最小限に抑えると共に、線材の横方向の変位や周方向の回転変位等に対しても負荷を軽減して、線材の断線や損傷を確実に防止することができるという効果を奏する。
【００２１】
本願に開示する超伝導液面計は、前記超伝導線材、及び非超伝導線材の下端部に、少なくとも前記超伝導線材よりも加工度が大きい一の導電線を溶着して各線材に共通の下部接続部を形成し、当該下部接続部が前記収納容器内の下部に固着されるものである。
【００２２】
このように、本願に開示する超伝導液面計においては、超伝導線材、及び非超伝導線材の下端部に、少なくとも超伝導線材よりも加工度が大きい一の導電線を溶着して各線材に共通の下部接続部を形成し、下部接続部が収納容器内の下部に固着されるため、それぞれの線材を収納容器内に容易に張設することができるという効果を奏する。
【００２３】
本願に開示する超伝導液面測定方法は、超伝導線材を用いて収納容器内に収納された低温液体の液位を測定する超伝導液面測定方法において、前記低温液体に少なくとも一部が接触した状態で前記収納容器内に配設され、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移する超伝導線材の電気的な特性を測定する超伝導線材測定工程と、前記超伝導線材に並設され、少なくとも前記低温液体の沸点において超伝導状態に遷移しない非超伝導線材の電気的な特性を測定する非超伝導線材測定工程と、前記超伝導線材測定工程、及び非超伝導線材測定工程で測定された結果に基づいて、前記超伝導線材、及び非超伝導線材の電気的な特性の差分を算出する差分算出工程と、前記差分算出工程が算出した差分に基づいて、前記低温液体の液面の位置を演算する液面演算工程とを含むものである。
【００２４】
このように、本願に開示する超伝導液面測定方法においては、超伝導線材の電気的な特
性と非超伝導線材の電気的な特性との差分に基づいて、低温液体の液面の位置を演算するため、気体中における電気的な特性が相殺され、液体中における非超伝導線材の電気的な特性のみを求めることができ、気体中の温度分布や圧力条件、気体の種類等の環境に影響を受けることなく、環境が安定している液体中の電気的な特性に基づいて、再現性よく正確な液面を測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態に係る超伝導液面計の原理を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る超伝導液面計の回路構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る超伝導液面計における超伝導線材及び非超伝導線材の特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る超伝導液面計における線材の接続部の加工を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る超伝導液面計における線材の接続部を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る超伝導液面計の線材の状態を示す図である。
【図７】その他の実施形態に係る超伝導液面計における各線材の配置関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例における超伝導線材の温度特性及びシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明は多くの異なる形態で実施可能である。従って、本実施形態の記載内容のみで本発明を解釈すべきではない。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。
【００２７】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る超伝導液面計について、図１ないし図５を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る超伝導液面計の原理を示す図、図２は、本実施形態に係る超伝導液面計の回路構成の一例を示す図、図３は、本実施形態に係る超伝導液面計における超伝導線材及び非超伝導線材の特性を示す図、図４は、本実施形態に係る超伝導液面計における線材の接続部の加工を示す図、図５は、本実施形態に係る超伝導液面計における線材の接続部を示す図である。
【００２８】
図１において、超伝導液面計１は、収納容器３内に低温液体（ここでは、液体水素とする）２が収納されており、低温液体２に一部が浸漬する状態で超伝導線材４、及び非超伝導線材５が、収納容器３内に立設されている。超伝導線材４は低温液体２の大気圧下における沸点（ここでは、約２０Ｋ）において超伝導状態に遷移するものであり、例えば２ホウ化マグネシウム線材、並びにビスマス系、イットリウム系、及び希土類系各酸化物超伝導線材等が該当する。ここでは、２ホウ化マグネシウム線材（ＭｇＢ2線材）を用いるものとする。
【００２９】
非超伝導線材５は、低温液体２の大気圧下における沸点において超伝導状態に遷移しない線材であり、例えば超伝導線材４の超伝導体が無効化されたもの、超伝導体が取り除かれたもの（シースのみの状態）である。超伝導体を無効化する方法として、超伝導体を形成する場合の焼結を行わないことや、外部から変形等の力を加えて超伝導体を断線させる等の方法が有効である。
【００３０】
非超伝導線材５のより好ましい構成は、超伝導線材４と同一の成分、且つ同一の分量を用いることで、線材の引き伸ばしにより線径、及びシースの抵抗率を同一にし、その状態で焼結処理を行わないものである。つまり、超伝導線材４にのみ焼結処理を行い、非超伝導線材５には焼結処理を行わない。これらの線材を図１（Ａ）、及び（Ｂ）に示すように、同一の長さで平行に並設し、且つ低温液体２の液面と平行な面上であって、それぞれの線材の両先端部が同一の面上に位置するように、各線材を収納容器３内に立設する。
【００３１】
超伝導線材４と非超伝導線材５は、図１（Ａ）、及び（Ｂ）に示すように直列に接続され、所定の電流Ｉが通電される。気体中では、超伝導線材４も非超伝導線材５も常伝導状態であるため抵抗があり、いずれも電圧ＶGが測定される。低温液体２中では、超伝導線材４は、超伝導状態であるため抵抗がなく電圧は０である。一方、非超伝導線材５は、低温液体２中であっても常伝導状態であるため、液温ＴLに依存する抵抗Ｒ（ＴL）により電圧ＶLが測定される。つまり、超伝導線材４にかかる電圧はＶA＝ＶGであるのに対して、非超伝導線材５にかかる電圧はＶB＝ＶG＋ＶLである。
【００３２】
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）及び（Ｂ）を簡略化した図であり、これらの図からわかる通り、超伝導線材４の電圧ＶAと非超伝導線材５の電圧ＶBとの差分を取ると、非超伝導線材５の低温液体２中の電圧のみを求めることができる。低温液体２中は温度分布がないか、又は非常に安定しているため、液温ＴLに応じた抵抗Ｒと電流Ｉの積で与えられる差分電圧が、再現性よく安定的に測定される。
【００３３】
なお、超伝導線材４と非超伝導線材５とは、気体中の温度分布や圧力条件等の環境が同一と見なせる程度に近設させることが望ましい。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る超伝導液面計の回路構成の一例である。超伝導液面計１は、低温液体の大気圧下の沸点において超伝導状態に遷移する超伝導線材４、低温液体の大気圧下の沸点において超伝導状態に遷移しない非超伝導線材５、超伝導線材４の上部を加熱する超伝導発熱部７、非超伝導線材５の上部を加熱する非超伝導発熱部８、超伝導線材４と非超伝導線材５と超伝導発熱部７と非超伝導発熱部８とに電流を供給する電源部６、超伝導線材４及び非超伝導線材５の電圧を測定するアイソレーションアンプ、及びアイソレーションアンプから出力された値に基づいて低温液体２の液面の位置を演算する演算部９を備える。
【００３５】
電源部６、超伝導発熱部７、非超伝導発熱部８、非超伝導線材５、及び超伝導線材４は直列に接続され、所定の電流が通電される。その状態で、超伝導線材４及び非超伝導線材５のそれぞれの両端電圧を測定して差分を算出することで、低温液体２の液位を演算する。超伝導発熱部７及び非超伝導発熱部８は、電源部６から供給される電流により発熱し、超伝導線材４及び非超伝導線材５の低温液体２に浸漬していない気体部分を確実に常伝導状態にしている。
【００３６】
なお、超伝導発熱部７、及び非超伝導発熱部８は必ずしも備える必要はない。このような発熱手段を備えない場合であっても、線材の中心にある超伝導体（線材の構成については後述する）に電流が流れ込む際に、半田付け部分やシース材を介するため、特にシース部分における微小な発熱により常伝導状態を創り出すようにしてもよい。また、超伝導線材の作成方法により、臨界温度以下でも完全な電気抵抗ゼロとはならない線材とし、この非常に低抵抗な状態における微小な発熱により、常伝導状態を創り出すようにしてもよい。さらに、線材の一部を意図的に劣化させ、電流を通電するだけで常時発熱がある状態を実現して、常伝導状態を創り出すようにしてもよい。劣化の方法は、例えば機械的な変形、線材の作成行程で部分的に異物を混入、熱処理を加える等が考えられる。また、前記の非常に低抵抗な状態の線材や一部が劣化している線材も、超伝導線材に含まれるものとす
る。
【００３７】
図３は、超伝導線材４及び非超伝導線材５の特性を示しており、図３（Ａ）が超伝導線材４、図３（Ｂ）が非超伝導線材５を示す。超伝導線材４は、中心にＭｇＢ2の超伝導体４ｂを有し、当該超伝導体４ｂをＳＵＳ（ステンレス鋼）／Ｆｅ（鉄）シース、又はＳＵＳのみのシース４ａで被覆している。
【００３８】
一方、非超伝導線材５は、同じく中心にＭｇＢ2の粉末５ｂを有し、当該粉末５ｂをＳＵＳ／Ｆｅシース、又はＳＵＳのみのシース５ａで被覆している。つまり、超伝導線材４は、線材を引き伸ばして焼結処理することで、完全な超伝導線材になっており、非超伝導線材５は、線材を引き伸ばしただけで焼結処理をしておらず、不完全な超伝導線材になっている。
【００３９】
これらの抵抗率の温度依存性は、図３（Ｃ）に示すようなグラフになる。超伝導線材４は、ＭｇＢ2の臨界温度Ｔｃ以下で抵抗値がゼロになるのに対して、非超伝導線材５は、臨界温度Ｔｃ以下でも抵抗値がゼロにならない。このような各線材を用いることで、図１に示すような原理の超伝導液面計を実現することができる。
【００４０】
図４に、超伝導線材４の接続部を形成する様子を示す。例えば、ＭｇＢ2のような超伝導体は、高い温度で超伝導状態に遷移することができるが、Ｎｂ−Ｔｉ合金等に比べると機械的に脆く、曲げや伸線等を自由に行うことができず、無理な加工を行おうとすると断線、損傷等を生じてしまう。そのため、超伝導線材４の両端部に機械的な加工をせずに、超伝導線材４を直線状に維持しつつ、収納容器３内の中空領域に支持することが非常に重要である。ここでは、超伝導線材４の両端部に機械的な強度が大きく、自由に加工できる銅線を溶着して接続部を形成する。
【００４１】
なお、非超伝導線材５については、超伝導体を形成する必要がないため図４のような加工が必ずしも必要ではないが、測定の正確性の点から、超伝導線材４と測定の環境や条件を一致させることが好ましく、非超伝導線材５にも図４と同様の加工を施すことが望ましい。
【００４２】
図４（Ａ）に示すように、超伝導線材４の銅コーティング部４０ａ（例えば、長さ１０ｍｍ程度とする）に、銅線４０ｂをオーバーラップさせる。オーバーラップした部分に銅線４０ｂよりも細い銅線４０ｃを巻回して、銅コーティング部４０ａと銅線４０ｂとを密着させる。その状態でオーバーラップ部分に半田付けをして接続部１１（上電極），１２（下電極）を形成する。そして、図４（Ｂ）に示すように、形成された接続部１１に抵抗発熱線を巻回して超伝導発熱部７を形成する。超伝導発熱部７が、接続部に対して形成されることで、超伝導線材４が直接熱を受けて損傷してしまうことを防止することができる。
【００４３】
このように形成された接続部１１，１２に対して、伸線、曲げ等の加工を行うことで、超伝導線材４を直線に維持し、外部からの力による断線や損傷等を確実に防止することができる。
【００４４】
図５に、接続部１１，１２の加工の具体例を示す。図５（Ａ）が上端部における接続部１１の加工を示し、図５（Ｂ）が下端部における接続部１２の加工を示す。図５（Ａ）においては、超伝導線材４が、接続部１１、リング体１５、及びバネ材１６を介して上部支持体１４に支持されている。接続部１１の上端には、半田付けにより環状に形成された環状体１８を有しており、この環状体１８とリング体１５とが連環している。また、バネ材１２の下端部にも、半田付け等により形成された環状体１７を有しており、この環状体１
７とリング体１１とが連環している。つまり、図５（Ａ）に示すように、環状体１７，１８がリング体１５を介して連環して接続されている。このように接続されることで、超伝導線材４の横方向の移動や捻れを最小限に抑えることができる。
【００４５】
図５（Ｂ）においては、接続部１２が電極金具１３を下方向に貫通し、電極金具１３の底部に沿って略９０度に曲折されており。曲折箇所は半田付けにより固定され、余分な箇所はニッパにより切断しておく。つまり、超伝導線材４の上端部はある程度可動自在に支持され、超伝導線材４の下端部は固定されて支持されている。
【００４６】
このように、接続部１１，１２が、銅線のように加工度が大きい材料により形成されるため、環状に変形したり略９０度に曲折しても機械的に安定させることができ、超伝導線材４を中空内で安定して直線状に立設することができる。また、リング体１５を介してバネ材１６と連環して接続されるため、横方向や捻れに対しての負荷を最小限に抑えつつ、バネ材１２により縦方向の付加を吸収することができ、超伝導線材４の断線、損傷を防止することができる。
【００４７】
なお、上述したように、図４及び図５に示すような加工は、非超伝導線材５にも同様に施すことが望ましい。
【００４８】
上記加工が施された各線材を同一の長さで収納容器３内に平行に並設し、それぞれの上端部と下端部との位置が、低温液体２の液面と平行な面上となるように立設する。そうすることで、図１に示す原理の超伝導液面計１を実現することができる。
【００４９】
（本発明の第２の実施形態）
本実施形態に係る超伝導液面計について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る超伝導液面計１は、前記第１の実施形態における超伝導液面計１において、接続部１２が一の導電線を溶着して各線材に共通の接続部１２を形成しているものである。
【００５０】
図６は、本実施形態に係る超伝導液面計の線材の状態を示す図である。図６に示すように、超伝導線材４及び非超伝導線材５が、上部ではそれぞれに接続部１１を形成し、下部では共通の接続部１２が形成されている。上部における接続部１１は、それぞれが所定の間隔を空けて上部支持体１４に支持され、下部における接続部１２は、一の接続部１２が電極金具１３に固着されており、超伝導線材４及び非超伝導線材５がＶ字状支持されている。
【００５１】
このように、各線材をＶ字状に配設することで、それぞれの線材間の距離を適切な間隔に保つことで相互の干渉をなくし、測定精度を高く保つと共に、下部の接続部１２は一箇所だけを溶着する作業で双方の線材を固着できるため、作業の効率化を図ることができる。
【００５２】
（その他の実施形態）
本実施形態に係る超伝導液面計について、図７を用いて説明する。図７は、各線材の配置関係を示す図である。図７（Ａ）は、第１の実施形態に示す超伝導液面計の各線材の配置関係を示しており、超伝導線材４及び非超伝導線材５の長さが同一で平行に配設されている。このとき、低温液体２の液面と各線材とがなす角度θ1が垂直（＝９０度）である。
【００５３】
図７（Ｂ）は、超伝導線材４及び非超伝導線材５が異なる長さを有しており、平行に配設されていない。また、このとき低温液体２の液面及び超伝導線材４のなす角度θ1と、低温液体２の液面及び超伝導線材４のなす角度θ2とが異なる。図７（Ｃ）は、第２の実
施形態に示す超伝導液面計の各線材の配置関係を示しおり、超伝導線材４及び非超伝導線材５の長さが同一でＶ字状に配設されている。このとき、低温液体２の液面と各線材とがなす角度θ3が同じである。図７（Ｄ）は、超伝導線材４及び非超伝導線材５の長さが同一で平行に配設されている。このとき、低温液体２の液面と各線材とがなす角度θ4が同じであり９０度ではない。
【００５４】
図７の各状態において、低温液体２の液面と平行な面上であって超伝導線材４の両先端部が含まれる面上に、非超伝導線材５の両先端部が位置して立設されていることがわかる。つまり、低温液体２の液位に関係なく次の関係が成立すれば、本発明を実現することができる。
【００５５】
〔数１〕
Ｌ１l／Ｌ１g＝Ｌ２l／Ｌ２g
ただし、Ｌ１lが超伝導線材４における液体中の長さ、Ｌ１gが超伝導線材４における気体中の長さ、Ｌ２lが非超伝導線材５における液体中の長さ、Ｌ２gが非超伝導線材５における気体中の長さとする。
【００５６】
なお、超伝導線材４と非超伝導線材５との長さが異なる場合は、その長さの比率に応じて測定された電圧値を補正する補正手段を備え、その補正した値について差分を算出するものとする。また、長さだけでなく材料や構成が異なる場合には、前記補正手段が、それぞれの線材の常伝導状態における抵抗率の比率に応じて補正することで、低温液体２の液面を正確に演算することができる。
【００５７】
また、非超伝導線材５は低温液体２中であっても抵抗があるため発熱しており、その熱により低温液体２が僅かながら蒸発してしまう可能性がある。そこで、非超伝導線材５の特性において、抵抗率のみを下げることで、発熱の影響を最小限に抑えるようにしてもよい。このとき、超伝導線材４と非超伝導線材５との抵抗率の比率を予め求めておき、その比率に基づいて前記のような補正手段により、測定された電圧値を補正して液面を演算するようにしてもよい。
【実施例】
【００５８】
本発明の超伝導液面計について、シミュレーションを行った。シミュレーションは、参考文献（K.Kajikawa,  K.Tomachi,  K.Tanaka,  K.Funaki,  T.Kamiyama,  M.Okada  and
H.Kumakura,  "Numerical  simulation  of  a  superconducting  level  sensor  for  liquid  hydrogen  with  MgB2  wire",  Proceeding  of  ICEC22-ICMC2008(2009.5),  pp.425-430）に記載のモデルを用いて行った。
【００５９】
シミュレーションにおける条件を下記の表１に示す。また、シミュレーションする超伝導線材の温度特性とシミュレーション結果を図８に示す。図８（Ａ）に示すように、超伝導線材（Ａ）は臨界温度で抵抗値がゼロとなり、非超伝導線材（Ｂ）は臨界温度以下でも抵抗がゼロにならない。
【００６０】
【表１】
2011257181.tif 000003
【００６１】
また、動作としては、まず（１）液位を２５０ｍｍの高さで１００秒維持し、（２）次の１００秒で液位を除々に５０ｍｍまで下げ、（３）次の１００秒は液位を５０ｍｍの高さで維持し、（４）次の１００秒で液位を除々に２５０ｍｍまで上げ、（５）次の１００秒は液位を２５０ｍｍの高さで維持する。
【００６２】
上記条件におけるシミュレーション結果を図８（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図８（Ｂ）は時間と発生電圧との関係を示すグラフで、図８（Ｃ）は液体中の長さ（気体中の長さ）と発生電圧との関係を示すグラフである。いずれのグラフにおいても、長破線が超伝導線材を示し、破線が非超伝導線材を示し、実線がその差分を示す。
【００６３】
図８（Ｂ）において、上記の各工程（（１）〜（５））は、図８（Ｂ）の上部に示す（１）〜（５）に対応するものである。図８（Ｂ）からわかる通り、超伝導線材も非超伝導線材も液位に応じて電圧値が変化しており、超伝導線材の方が液体に浸かっている長さの分だけ抵抗値がゼロになるため、電圧値の変化が大きくなっている。
【００６４】
図８（Ｃ）において、超伝導線材も非超伝導線材も液中の長さに対する発生電圧は非線形となっている。これは気体中の温度分布と線材の温度依存性によるものであり、気体中の環境に影響を受けていることが示されている。一方、超伝導線材と非超伝導線材の差分を示す実線は線形となっている。つまり、気体中の電圧値が差し引かれて、液体中の電圧値のみを線形で得ることができる。
上記実験結果から、本発明の超伝導液面計が気体中の環境に左右されずに、安定した電圧値を得ることができ、液位を正確に測定することができることがわかる。
【符号の説明】
【００６５】
１  超伝導液面計
２  低温液体
３  収納容器
４  超伝導線材
４ａ  シース
４ｂ  超伝導体
５  非超伝導線材
５ａ  シース
５ｂ  粉末
６  電源部
７  超伝導発熱部
８  非超伝導発熱部
９  演算部
１１，１２  接続部
１３  電極金具
１４  上部支持体
１５  リング体
１６  バネ材
１７，１８  環状体
４０ａ  銅コーティング部
４０ｂ，４０ｃ  銅線
【図１】
2011257181.tif 000004
【図２】
2011257181.tif 000005
【図３】
2011257181.tif 000006
【図４】
2011257181.tif 000007
【図５】
2011257181.tif 000008
【図６】
2011257181.tif 000009
【図７】
2011257181.tif 000010
【図８】
2011257181.tif 000011