Development of hot-thermocouple system for accurately controlling temperature with high degrees of freedom

高自由度で制御可能な新規Hot-Thermocouple装置の開発

木村 麟太郎*; 墨田 岳大*   ; 大澤 崇人  ; 松野 航太*; 中島 邦彦*; 齊藤 敬高*

Kimura, Rintaro*; Sumita, Takehiro*; Osawa, Takahito; Matsuno, Kota*; Nakashima, Kunihiko*; Saito, Noritaka*

高温熱電対法は、試料の急速加熱・冷却条件下で高温溶融物をその場で観察できるため、非常に有用である。しかし、この技術は広く利用されているにもかかわらず、電気回路や装置構成が複雑なため、保守や新規設置に手間がかかるという課題がある。本研究で開発した新しいシステムは、計測・制御用のグラフィカルプログラミング環境であるLabVIEWを用いることで、この技術的な課題を克服する。このシステムにより、高精度かつ高い自由度で温度制御が可能になる。また、従来の高温熱電対装置の電気回路を簡略化することで、基本的な工学知識のみで装置を製作できる。試験測定により、開発したシステムを用いた温度測定の信頼性と、複雑なパターン(例えば、振幅50度、周期1秒の正弦波)を持つ試料の温度制御における有望な可能性が実証された。さらに、開発したシステムを用いて試料溶融物をその場で観察することにより、CaO-SiO-LiO系の時間-温度-変換図の作成が実証された。画像解析と組み合わせることで、結晶化のタイミングを定量的かつ機械的に決定することができ、人的分析による不確実性を効果的に排除することができた。

The new system developed in this study overcomes this technical difficulty by employing LabVIEW, which is a graphical programming environment for measurement and control. The system allows us to control the temperature with high precision and a high degree of freedom. This device can be fabricated using only basic engineering knowledge by simplifying the electrical circuits of conventional hot-thermocouple devices. Test measurements demonstrated the reliability of temperature measurement using the developed system as well as its promising potential for temperature control of samples with complex patterns (e.g., sinusoidal wave with an amplitude of 50C and a period of 1 s). Furthermore, the production of a time-temperature-transformation diagram of the CaO-SiO-LiO system was demonstrated by observations of the sample melt using the developed system. By combining with image analysis, the timing of crystallization was determined quantitatively and mechanically, thus successfully eliminating the uncertainty caused by human analysis.