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JP4953061B2 - Object heating method and apparatus - Google Patents

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JP4953061B2 JP2006298883A JP2006298883A JP4953061B2 JP 4953061 B2 JP4953061 B2 JP 4953061B2 JP 2006298883 A JP2006298883 A JP 2006298883A JP 2006298883 A JP2006298883 A JP 2006298883A JP 4953061 B2 JP4953061 B2 JP 4953061B2
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Description

この発明は特に各種物質を高速で所定温度に加熱した後に一定温度保持するに際し、再現性良く、且つ効率良く所定温度に一定保持することができるようにした物体加熱方法及びその方法を実施する装置に関し、更に同物体加熱方法及び装置を用いる方法及び装置に関する。   In particular, the present invention is a method for heating an object, and a device for carrying out the method, capable of maintaining a constant temperature at a predetermined temperature with good reproducibility and efficiency when various materials are heated to a predetermined temperature at a high speed and then maintained at a constant temperature. Further, the present invention relates to a method and apparatus using the same object heating method and apparatus.

熱を発生する機器や高温で使用する機器の熱移動解析を行うためには、機器の構成材料について熱の移動と蓄積に関わる熱物性値(比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率)が必要となる。新しく開発された材料や信頼できる文献値の蓄積が無い材料を機器の構成材料に用いる場合、上記の熱物性値は実験的に求める必要がある。一般に上記4つの熱物性値はそれぞれ別の装置で測定されているため、コストと時間が重畳して掛かるという問題がある。また、1000℃以上の高温における熱物性値が必要になる場合、各熱物性値の測定のたびに試料を高温に熱することにより、試料の変質や測定装置の劣化が生じる可能性がある。   In order to perform heat transfer analysis of equipment that generates heat and equipment that is used at high temperatures, the thermal property values related to the transfer and accumulation of heat (specific heat capacity, hemispherical emissivity, heat conductivity, heat Diffusion rate) is required. When a newly developed material or a material that does not have a reliable accumulation of literature values is used as a constituent material of the device, the above-mentioned thermophysical property value needs to be obtained experimentally. In general, the above four thermophysical values are measured by different devices, so that there is a problem that costs and time are superimposed. Further, when a thermophysical value at a high temperature of 1000 ° C. or higher is required, the sample may be altered or the measuring device may be deteriorated by heating the sample to a high temperature each time each thermophysical value is measured.

1970年代に米国のCezairliyanらは、1000℃以上の温度にある導電性物質の比熱容量、半球全放射率を一台の測定装置により高速で測定する方法を開発した。この測定方法の特徴は試料の加熱方法にあり、大容量のバッテリーもしくはコンデンサーに蓄えた電荷を導電性の試料に流し、試料内を流れるパルス状の大電流により発生するジュール熱によって試料を3000℃以上に至る高温まで0.2秒以内に加熱させることができた。   In the 1970s, Cezairliyan et al. Of the United States developed a method for measuring the specific heat capacity and hemispherical total emissivity of a conductive material at a temperature of 1000 ° C. or higher with a single measuring device at high speed. The characteristic of this measurement method is the method of heating the sample. The electric charge stored in a large-capacity battery or capacitor is passed through the conductive sample, and the sample is heated to 3000 ° C. by Joule heat generated by the pulsed large current flowing in the sample. The above high temperature could be heated within 0.2 seconds.

この測定方法においては、上述の通電加熱中もしくは通電後の試料冷却中における試料の温度と電気抵抗を測定し、発生したジュール熱と試料の熱容量と熱放射との熱収支関係式により上記の2つの熱物性値を導出した。この測定方法は導電性物質に限られるが、それまで非常に測定が困難であった2000℃以上の高温の熱物性値の高速測定を実現し、試料の変質や測定装置の劣化に起因する測定誤差を最小限にすると共に測定コストの大幅な低減を可能にする画期的な方法であった。   In this measurement method, the temperature and electrical resistance of the sample are measured during the above-described heating and cooling of the sample after energization, and the above 2 balance equation is calculated by the heat balance relational expression of the generated Joule heat, the heat capacity of the sample, and the heat radiation. Two thermophysical values were derived. Although this measurement method is limited to conductive materials, it has realized high-speed measurement of thermophysical values at high temperatures of 2000 ° C and above, which has been very difficult to measure, and is due to sample deterioration and measurement device degradation. It was an epoch-making method that minimizes errors and enables a significant reduction in measurement costs.

しかしながら、この測定方法では伝熱解析に必要な熱伝導率及び熱拡散率を測定することができず、これらの熱物性値は別個に測定する必要があった。これに対応してイタリアのRighiniらはパルス通電加熱中の試料の温度分布の時間変化を測定して熱伝導率も同時測定する方法を開発したが、熱伝導率は必ずしも自明でない仮定の下に算出されているため、一般に普及するには至っていない。   However, this measurement method cannot measure the thermal conductivity and the thermal diffusivity necessary for the heat transfer analysis, and these thermophysical values need to be measured separately. Correspondingly, Righini et al. Of Italy developed a method to measure the thermal conductivity at the same time by measuring the temporal change of the temperature distribution of the sample during pulsed heating, but the thermal conductivity is not necessarily obvious. Since it is calculated, it has not spread widely.

原理的に熱伝導率は比熱容量と密度と熱拡散率の積と定義される。多くの場合、固体の密度の温度依存性は熱伝導率や比熱容量の温度依存性に比べれば非常に小さいので、一般に高温での熱拡散率は室温での密度の値と高温での熱拡散率と比熱容量の測定結果から熱伝導率を算出することができる。現在、固体の熱拡散率は一般にフラッシュ法により測定されている。   In principle, thermal conductivity is defined as the product of specific heat capacity, density and thermal diffusivity. In many cases, the temperature dependence of the density of solids is very small compared to the temperature dependence of thermal conductivity and specific heat capacity, so the thermal diffusivity at high temperatures is generally the value of density at room temperature and thermal diffusion at high temperatures. The thermal conductivity can be calculated from the measurement results of the rate and specific heat capacity. Currently, the thermal diffusivity of solids is generally measured by the flash method.

しかしながら、フラッシュ法による高温物質の熱拡散率を測定する際には、一般に抵抗炉を用いて試料の温度制御が為されているため測定可能温度は2700℃程度が上限であると共に、上述したような試料の変質や測定装置の劣化が測定に影響を与える可能性がある。   However, when measuring the thermal diffusivity of a high-temperature substance by the flash method, the temperature of the sample is generally controlled using a resistance furnace, so the measurable temperature has an upper limit of about 2700 ° C. As described above There is a possibility that the measurement will be affected by the deterioration of the sample and the deterioration of the measuring device.

前記の問題点を解決し、高温物質の熱拡散率を測定するに際して、比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率等の物性値を一度に測定することができ、しかも従来の方法では測定を行うことができないような高温においてもその物性値を測定することができるようにした多重熱物性測定方法及びその方法を実施する装置を下記特許文献1に開示している。   In solving the above-mentioned problems and measuring the thermal diffusivity of a high-temperature substance, physical properties such as specific heat capacity, hemispherical total emissivity, thermal conductivity, thermal diffusivity can be measured at once, Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2004-151820 discloses a multiple thermal property measurement method and an apparatus for carrying out the method that can measure the physical property value even at a high temperature that cannot be measured by the method.

この技術は図5に示すようなシステム構成をなし、図中におけるコンデンサー32は試料加熱に用いる電荷を蓄えるものであり、電界効果トランジスタからなる電流スイッチ33のゲート電極へ制御装置としてのコンピュータによって構成されるデータ記録及び制御装置用コンピュータ42からの制御電圧信号を印可することにより、厚さ1mm以下の平板状の試料35に対して加熱用電流を供給し、発生したジュール熱により試料35を自己加熱させる。   This technology has a system configuration as shown in FIG. 5, and a capacitor 32 in the figure stores electric charge used for sample heating, and is configured by a computer as a control device to the gate electrode of a current switch 33 formed of a field effect transistor. By applying a control voltage signal from the data recording and control device computer 42, a heating current is supplied to the flat sample 35 having a thickness of 1 mm or less, and the sample 35 is self-generated by the generated Joule heat. Let it heat.

標準抵抗34の両端の電位差を信号調節用アンプ40で増幅した後の電圧信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ42に入力して、試料35を流れる加熱電流の大きさを測定する。また、試料35における電位差を信号調節用アンプ41で増幅した後の信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ42に入力して、試料35にかかる電圧の大きさを測定する。上記の電流と電圧の積から試料5を加熱するに要した電力を算出し、試料に発生する単位時間あたりのジュール熱を連続測定する。   The voltage signal after the potential difference between both ends of the standard resistor 34 is amplified by the signal adjustment amplifier 40 is input to the data recording and control computer 42, and the magnitude of the heating current flowing through the sample 35 is measured. Further, a signal after the potential difference in the sample 35 is amplified by the signal adjustment amplifier 41 is input to the data recording and control device computer 42, and the magnitude of the voltage applied to the sample 35 is measured. The electric power required to heat the sample 5 is calculated from the product of the current and voltage, and the Joule heat per unit time generated in the sample is continuously measured.

上記のようにして加熱された試料35の温度は、数十マイクロ秒程度の時間分解能をもつシリコンフォトダイオードを検出素子とする放射温度計37によって測定され、その信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ42に入力する。放射温度計37で測定した輝度温度を真温度に変換するために必要な垂直分光放射率は、機械的な駆動部を有さずに光の偏光状態を表すストークス・パラメータを高速で決定するDOAP型の単色エリプソメータを用いて連続測定する。   The temperature of the sample 35 heated as described above is measured by a radiation thermometer 37 using a silicon photodiode having a time resolution of about several tens of microseconds as a detection element, and the signal is transmitted to a computer for data recording and control. 42. The vertical spectral emissivity necessary for converting the luminance temperature measured by the radiation thermometer 37 into a true temperature is a DOAP that quickly determines a Stokes parameter representing the polarization state of light without having a mechanical drive. Continuous measurement using a monochromatic ellipsometer of the type.

データ記録及び制御装置用コンピュータ42は、前記放射温度計37の温度信号を監視し、試料35が設定した温度になるように電流スイッチ33のゲート電圧を調整することにより試料35を流れる電流の制御を行う。この電流スイッチ33として電界効果トランジスタを用い、そのゲート電圧をフィードバック制御することにより、試料温度を所定の目標値に一定保持する。   The data recording and control computer 42 monitors the temperature signal of the radiation thermometer 37 and controls the current flowing through the sample 35 by adjusting the gate voltage of the current switch 33 so that the sample 35 has a set temperature. I do. A field effect transistor is used as the current switch 33, and the gate voltage is feedback-controlled to keep the sample temperature constant at a predetermined target value.

試料加熱電流のフィードバック制御をある期間継続した後にフィードバック制御を停止し、その後のゲート電圧値をフィードバック制御を停止する直前の制御値にホールドすることにより短時間だけ維持される温度一定状態の間に、放射温度計37が測定する試料35の試料面に、データ記録及び装置制御用コンピュータ42から出力されたトリガー信号によってパルスYAGレーザ36からレーザ光を照射して光加熱している。この光加熱用のレーザ光照射後の試料35の表面温度変化を放射温度計37によって測定し、データ記録及び制御装置用コンピュータ42によってその温度変化を一次元熱拡散モデルにフィットさせることにより熱拡散率を算出する。この装置においては、試料の放射温度測定を数十マイクロ秒のサンプリング間隔で行うため、放射温度計の光強度検出素子には前記のように応答速度の速いシリコンフォトダイオードを用いている。また、試料と気体との熱交換による熱損失を低減するため、測定雰囲気は1mPa以下の真空にする。   The sample heating current feedback control is continued for a certain period of time, then the feedback control is stopped, and the subsequent gate voltage value is held at the control value immediately before the feedback control is stopped. The sample surface of the sample 35 to be measured by the radiation thermometer 37 is irradiated with a laser beam from the pulse YAG laser 36 by a trigger signal output from the data recording and device control computer 42 to heat the sample. The surface temperature change of the sample 35 after irradiation with the laser beam for light heating is measured by the radiation thermometer 37, and the temperature change is fitted to the one-dimensional heat diffusion model by the data recording and control device computer 42 to thereby diffuse the heat. Calculate the rate. In this apparatus, since the radiation temperature of the sample is measured at a sampling interval of several tens of microseconds, a silicon photodiode having a high response speed as described above is used as the light intensity detection element of the radiation thermometer. In order to reduce heat loss due to heat exchange between the sample and gas, the measurement atmosphere is set to a vacuum of 1 mPa or less.

一方、試料35の表面に高速エリプソメータの光源38からの光を照射し、その反射光を高速エリプソメータの検出器39で検出し、その信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ42に入力して試料表面の分光放射率を測定している。
特開2005−249427号公報 A.Cezairliyan,J.L.McClure,C.W.Beckett:J.Res.National Bureau of Standards, Vol.75C-1(1971),pp.7-18
On the other hand, the surface of the sample 35 is irradiated with light from the light source 38 of the high-speed ellipsometer, the reflected light is detected by the detector 39 of the high-speed ellipsometer, and the signal is input to the computer 42 for data recording and control device. The spectral emissivity is measured.
JP 2005-249427 A A. Cezairliyan, JLMcClure, CWBeckett: J. Res. National Bureau of Standards, Vol. 75C-1 (1971), pp. 7-18

前記のような本発明者等が提案している熱物性測定手法においては、例えば図6に示すような試料の加熱が行われ、パルスレーザ照射による試料の温度変化の測定が行われる。即ち図6に示す例においては、0<t<480msのステップ1において、室温状体にある試料に対して電界効果トランジスタのゲート電圧をフィードバック制御しながら通電加熱を行い、目標温度に保持する。次いで、t=480msのステップ2において、ステップ1で行っていたフィードバック制御を停止する。次いで、480<t<800msのステップ3において、フィードバック制御により最後に導出されたゲート電圧値を維持する。次いでt=480.55msのステップ4において、試料にパルスレーザを照射し、パルスレーザによる試料の温度変化を測定する。最後にt>800msのステップ5において、ゲート電圧を零として、迅速に試料温度を室温に戻す。   In the thermophysical property measurement method proposed by the present inventors as described above, for example, the sample is heated as shown in FIG. 6, and the temperature change of the sample due to pulse laser irradiation is measured. That is, in the example shown in FIG. 6, in step 1 where 0 <t <480 ms, the sample in the room temperature is subjected to energization heating while feedback-controlling the gate voltage of the field effect transistor, and held at the target temperature. Next, in step 2 where t = 480 ms, the feedback control performed in step 1 is stopped. Next, in Step 3 where 480 <t <800 ms, the gate voltage value finally derived by the feedback control is maintained. Next, in step 4 at t = 480.55 ms, the sample is irradiated with a pulse laser, and the temperature change of the sample due to the pulse laser is measured. Finally, in step 5 where t> 800 ms, the gate voltage is set to zero and the sample temperature is quickly returned to room temperature.

上記のような従来の手法によって、実際に所望の加熱が行われ、正確な測定を行うことができる場合もあるが、必ずしも前記図6と同様な試料温度変化が得られるとは限らず、再現性良く試料温度を一定に保持することができない場合があることがわかった。このような従来の手法による試料加熱の失敗例を図7に示す。図7(a)と図7(b)には、同一のタンタル試料に対して同一の加熱条件下で連続して行った2回の加熱実験の結果を示している。これらの実験では、どちらも目標温度を2100K、フィードバック制御を継続する時間を300msに設定した。図7(a)の実験ではステップ3、即ちフィードバック制御により最後に導出されたゲート電圧値を維持するステップにおいて温度が一定に保持されず、次第に温度が上昇している。それに対して図7(b)の例においては同ステップ3において、次第に温度が降下している。   In some cases, the desired heating is actually performed and accurate measurement can be performed by the conventional method as described above. However, the sample temperature change similar to that in FIG. It was found that the sample temperature could not be kept constant with good performance. FIG. 7 shows an example of failure of sample heating by such a conventional method. FIG. 7A and FIG. 7B show the results of two heating experiments performed continuously on the same tantalum sample under the same heating conditions. In these experiments, in both cases, the target temperature was set to 2100 K, and the time for continuing the feedback control was set to 300 ms. In the experiment of FIG. 7A, the temperature is not kept constant in step 3, that is, the step of maintaining the gate voltage value finally derived by the feedback control, and the temperature gradually increases. In contrast, in the example of FIG. 7B, in step 3, the temperature gradually decreases.

上記のように試料加熱が失敗する原因を種々の実験で検討した結果、室温状態にある試料に対して電界効果トランジスタのゲート電圧をフィードバック制御しながら通電加熱を行い、目標温度に保持するステップ1におけるゲート電圧制御値の変動が大きいことが原因であることがわかった。前記図7(b)に相当する図8(a)に示す加熱実験時の電界効果トランジスタのゲート電圧制御値の時間変化を示す図8(b)に着目すると、加熱開始から時間100msまでの急速加熱時とその後の目標温度近辺に到達した後のゲート電圧制御値に大きな差が存在することがわかる。   As a result of examining the cause of the failure of the sample heating as described above in various experiments, step 1 is performed in which current heating is performed on the sample in the room temperature state while feedback controlling the gate voltage of the field effect transistor, and the target temperature is maintained. It was found that this was caused by a large variation in the gate voltage control value at. Focusing on FIG. 8 (b) showing the time change of the gate voltage control value of the field effect transistor in the heating experiment shown in FIG. 8 (a) corresponding to FIG. 7 (b), the rapid change from the start of heating to the time of 100 ms. It can be seen that there is a large difference in the gate voltage control value during heating and after reaching the vicinity of the target temperature thereafter.

図示の例では、試料温度の急速加熱状態から温度一定に保持する段階になった時点でゲート電圧Vgが今回使用している電界効果トランジスタのゲート電圧の飽和ドレイン電圧値である6Vから約2.7Vに急減していることを示しており、温度一定に保持する段階ではVgの変動幅は飽和ドレイン電圧値よりかなり小さくする必要があることがわかる。しかし、従来の手法では、急速加熱を行っている段階において既にフィードバック制御を実行しているため、事前に設定するVgのフィードバック制御値の変動範囲は飽和ドレイン電圧値を上限とする広い範囲とする必要がある。また、急速加熱を実行するため、フィードバック制御アルゴリズムに採用したPID制御理論の比例変数(P値)の値は大きくする必要がある。このような理由から、上記従来特許技術においてはVgの変動幅とP値は大きな値にする必要があり、必然的に、急速加熱後の温度一定時においてVgすなわち単位時間あたりに発生するジュール発熱量は大きく変動してしまう。上記従来技術では、フィードバック制御停止後にVgの値を最終制御値に維持した際、その最終制御値に対応するジュール発熱量が目標温度にある試料からの輻射や伝熱による熱損失量と一致することにより、フィードバック制御を停止した後も温度一定の状態を短時間ではあるが継続することを利用している。しかし、フィードバック制御中のVgの変動が大きい場合、最終制御値が試料の目標温度に対応しない値となってしまうことが多々生じてしまうことになる。このような不適切な加熱が行われるとき、最初に試料を定常状態に保持する必要がある熱物性測定の結果が不正確となる。   In the example shown in the figure, the gate voltage Vg is about 2.V from the saturated drain voltage value of the gate voltage of the field effect transistor used this time at the time when the temperature is kept constant from the rapid heating state of the sample temperature. This shows that the voltage drops rapidly to 7 V, and it is understood that the fluctuation range of Vg needs to be considerably smaller than the saturation drain voltage value at the stage where the temperature is kept constant. However, in the conventional method, since the feedback control is already executed in the stage where the rapid heating is performed, the fluctuation range of the feedback control value of Vg set in advance is a wide range with the saturation drain voltage value as the upper limit. There is a need. Further, in order to execute rapid heating, it is necessary to increase the value of the proportional variable (P value) of the PID control theory adopted in the feedback control algorithm. For this reason, in the above prior art, it is necessary to make the fluctuation range and P value of Vg large, and inevitably Vg, that is, Joule heat generated per unit time when the temperature is constant after rapid heating. The amount will vary greatly. In the above prior art, when the value of Vg is maintained at the final control value after the feedback control is stopped, the Joule heat generation corresponding to the final control value coincides with the amount of heat loss due to radiation or heat transfer from the sample at the target temperature. Thus, it is utilized that the temperature constant state is continued for a short time even after the feedback control is stopped. However, when the variation in Vg during feedback control is large, the final control value often becomes a value that does not correspond to the target temperature of the sample. When such inadequate heating is performed, the result of the thermophysical property measurement that first needs to hold the sample in a steady state becomes inaccurate.

したがって本発明は、試料等の被加熱物体の温度が目標値になるように電界効果トランジスタ等のトランジスタのゲート電圧をフィードバック制御を行いながら通電加熱を行い、十分に被加熱物体の温度が目標値に維持された後にフィードバック制御を停止し、その後はゲート電圧をホールドすることだけで温度一定の状態を継続する加熱制御において、フィードバック制御停止後のゲート電圧ホールド時において、再現性良く温度一定状態を継続することができるようにした物体の加熱方法及び加熱装置を提供することを主たる目的とする。   Therefore, the present invention performs energization heating while performing feedback control of the gate voltage of a transistor such as a field effect transistor so that the temperature of the object to be heated such as a sample becomes a target value, and the temperature of the object to be heated is sufficiently high. In the heating control that continues the constant temperature state only by holding the gate voltage after that, the constant temperature state is maintained with good reproducibility when holding the gate voltage after stopping the feedback control. It is a main object of the present invention to provide a heating method and a heating apparatus for an object that can be continued.

本発明に係る物体加熱方法は、上記課題を解決するため、導電性被加熱物体への通電量を制御するために用いるトランジスタのゲート電圧を制御し、被加熱物体の温度が所定の目標値に達するまで、前記ゲート電圧を所定の電圧に固定して急速加熱を行い前記目標値に到達した後、被加熱物体の温度が目標値に保持されるように前記ゲート電圧のフィードバック制御を開始し、被加熱物体の温度が前記目標値に一定保持されたと実質的に見なせる温度振幅範囲に収束するまでフィードバック制御を継続し、前記目標値に一定保持された時点でフィードバック制御を停止し、その後は、ゲート電圧値をフィードバック制御を停止する直前の任意の複数時点におけるゲート電圧制御値の平均値にホールドすることにより被加熱物体の温度を目標値に一定保持することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the object heating method according to the present invention controls the gate voltage of a transistor used to control the amount of current supplied to the conductive object to be heated, so that the temperature of the object to be heated reaches a predetermined target value. reach performs rapid heating by fixing the gate voltage to a predetermined voltage, after reaching the target value, starts the feedback control of the gate voltage such that the temperature of the heated object is held at the target value and continues the feedback control to converge to a temperature amplitude range in which the temperature of the heated object can be regarded substantially to have been kept constant at the target value, it stops the feedback control at the time which is kept constant at the target value, then The gate voltage value is held at the average value of the gate voltage control values at arbitrary multiple time points immediately before the feedback control is stopped, so that the temperature of the object to be heated is measured. Characterized by a constant hold the value.

また、本発明に係る他の物体加熱方法は、前記物体加熱方法において、前記ゲート電圧をフィードバック制御する期間において、ゲート電圧の制御範囲を予め定めた所定の範囲に制限することを特徴とする。   Another object heating method according to the present invention is characterized in that, in the object heating method, the control range of the gate voltage is limited to a predetermined range in a period during which the gate voltage is feedback controlled.

また、本発明に係る他の物体加熱方法は、前記物体加熱方法において、前記被加熱物体は熱物性を測定する導電性試料であり、前記ゲート電圧のホールド直後に試料を光加熱し、試料のその後の温度変化を測定して熱物性を測定することを特徴とする。   According to another object heating method of the present invention, in the object heating method, the object to be heated is a conductive sample for measuring thermophysical properties, and the sample is optically heated immediately after holding the gate voltage, The thermophysical property is measured by measuring the subsequent temperature change.

また、本発明に係る物体加熱装置は、導電性被加熱物体に通電して加熱する通電加熱手段と、前記被加熱物体の通電回路に配置したトランジスタと、前記被加熱物体の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段により測定した温度の信号を入力し、被加熱物体の温度が所定の目標値になるように、前記トランジスタのゲート電圧を制御する温度制御手段とを備え、前記温度制御手段では、最初にゲート電圧を所定の電圧に固定して急速加熱し、一旦、前記目標値に到達した後は、試料の温度が目標値に一定保持されるように前記ゲート電圧をフィードバック制御し、フィードバック制御により温度が前記目標値に保持された後にフィードバック制御を停止し、その後は、ゲート電圧の値をフィードバック制御を停止する直前の複数時点におけるゲート電圧制御値の平均値に設定することにより、フィードバック制御を停止した後も試料温度を目標値に一定保持することを特徴とする。 The object heating device according to the present invention includes an energization heating means for energizing and heating a conductive object to be heated, a transistor disposed in an energization circuit for the object to be heated, and a temperature for measuring the temperature of the object to be heated. Measuring means; and a temperature control means for inputting a signal of the temperature measured by the temperature measuring means and controlling the gate voltage of the transistor so that the temperature of the object to be heated becomes a predetermined target value. in the control unit, initially rapidly heated to fix the gate voltage to a predetermined voltage, once, after reaching the target value, feedback the gate voltage such that the temperature of the sample is kept constant to the target value controlling to stop the feedback control after the temperature is held at the target value by feedback control, then, a plurality of immediately before stopping the feedback control of the value of the gate voltage By setting the average value of the gate voltage control value at the point, characterized by a constant holding the sample temperature to the target value even after stopping the feedback control.

また、本発明に係る他の物体加熱装置は、前記物体加熱装置において、前記ゲート電圧をフィードバック制御する期間に、ゲート電圧の制御範囲を予め定めた所定の範囲に制限することを特徴とする。   Another object heating device according to the present invention is characterized in that, in the object heating device, the control range of the gate voltage is limited to a predetermined range during a period in which the gate voltage is feedback-controlled.

また、本発明に係る他の物体加熱装置は、前記物体加熱装置において、前記被加熱物体は熱物性を測定する導電性試料であり、前記ゲート電圧のホールド直後に試料を光加熱し、試料のその後の温度変化を測定して熱物性を測定することを特徴とする。   According to another object heating apparatus of the present invention, in the object heating apparatus, the object to be heated is a conductive sample for measuring thermophysical properties, and the sample is optically heated immediately after the holding of the gate voltage. The thermophysical property is measured by measuring the subsequent temperature change.

また、本発明に係る他の物体加熱装置は、前記物体加熱装置を各種の物体を加熱する高速精密温度ヒーターとして用いたことを特徴とする。    Another object heating apparatus according to the present invention is characterized in that the object heating apparatus is used as a high-speed precision temperature heater for heating various objects.

また、本発明に係る他の物体加熱装置は、前記物体加熱装置を直接通電加熱を利用した金属或いは合金の熱処理方法として用いたことを特徴とする。   Another object heating apparatus according to the present invention is characterized in that the object heating apparatus is used as a heat treatment method for a metal or alloy using direct current heating.

本発明は上記のように構成したので、試料等の被加熱物体が目標の温度になるように電界効果トランジスタ等のトランジスタのゲート電圧をフィードバック制御を行いながら通電加熱を行い、その後ゲート電圧をホールドすることだけで温度一定の状態を継続する加熱制御において、フィードバック制御を停止した後に再現性良く温度一定の状態を継続することができるようになる。   Since the present invention is configured as described above, current heating is performed while feedback controlling the gate voltage of a transistor such as a field effect transistor so that a heated object such as a sample reaches a target temperature, and then the gate voltage is held. In the heating control in which the constant temperature state is maintained simply by doing this, the constant temperature state can be continued with good reproducibility after the feedback control is stopped.

本発明は前記課題を解決するため、導電性被加熱物体への通電量を制御するために用いるトランジスタのゲート電圧を制御し、被加熱物体の温度が目標値に達するまで急速加熱し、目標値に到達達した後、被加熱物体の温度が目標値に一定保持されたと実質的に見なせる温度振幅範囲に収束するまでフィードバック制御を継続し、目標値に一定保持された時点でフィードバック制御を停止し、その後は、ゲート電圧値をフィードバック制御を停止する直前の複数時点におけるゲート電圧制御値の平均値にホールドすることにより被加熱物体の温度を目標値に一定保持するようにしたものである。   In order to solve the above problems, the present invention controls the gate voltage of a transistor used to control the amount of current supplied to the conductive object to be heated, and rapidly heats the object to be heated until the temperature reaches the target value. After reaching the value, the feedback control is continued until the temperature of the object to be heated converges to a temperature amplitude range that can be substantially assumed to be held at the target value, and when the target temperature is held constant, the feedback control is stopped. Thereafter, the temperature of the object to be heated is kept constant at the target value by holding the gate voltage value at the average value of the gate voltage control values at a plurality of time points immediately before stopping the feedback control.

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図1には本発明の加熱手法を用い、実際に加熱制御を行った際の試料の温度変化を示しており、前記図6に示した従来の加熱手法による実験時の試料温度変化に対応している。本発明における加熱手法を実行する加熱システムは、前記図5に示す本発明者等による先の出願と同様の加熱システムを利用しており、図2に示すような光通電ハイブリッド・パルス加熱システム1を用いている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a change in the temperature of the sample when the heating method of the present invention is actually used, and corresponds to the change in the sample temperature during the experiment by the conventional heating method shown in FIG. ing. The heating system for executing the heating method according to the present invention uses the same heating system as that of the previous application by the present inventors shown in FIG. 5, and a photoconductive hybrid pulse heating system 1 as shown in FIG. Is used.

図2におけるコンデンサー2は試料加熱に用いる電荷を蓄え、電界効果トランジスタ3のゲート電極に制御装置としてのコンピュータによって構成される温度制御・信号記録用コンピュータ12から制御電圧信号を印可することにより、平板状の試料5に対して加熱用電流を供給し、発生したジュール熱により試料5を自己加熱させる。   The capacitor 2 in FIG. 2 stores electric charge used for heating the sample, and applies a control voltage signal to the gate electrode of the field effect transistor 3 from a temperature control / signal recording computer 12 configured by a computer as a control device. A heating current is supplied to the sample 5 and the sample 5 is self-heated by the generated Joule heat.

標準抵抗4の両端の電位差の信号を温度制御・信号記録用コンピュータ12に入力して、試料5を流れる加熱電流の大きさを測定する。また、試料5における電位差の信号を温度制御・信号記録用コンピュータ12に入力して、試料5にかかる電圧の大きさを測定する。上記の電流と電圧の積から試料5を加熱するに要した電力を算出し、試料に発生する単位時間あたりのジュール熱を連続測定する。   A signal of potential difference between both ends of the standard resistor 4 is input to the temperature control / signal recording computer 12 and the magnitude of the heating current flowing through the sample 5 is measured. Further, a potential difference signal in the sample 5 is input to the temperature control / signal recording computer 12 to measure the magnitude of the voltage applied to the sample 5. The electric power required to heat the sample 5 is calculated from the product of the current and voltage, and the Joule heat per unit time generated in the sample is continuously measured.

上記のようにして加熱された試料5の温度は、数十マイクロ秒程度の時間分解能をもつシリコンフォトダイオードを検出素子とする放射温度計7によって測定され、その信号を温度制御・信号記録用コンピュータ12に入力する。放射温度計7で測定した輝度温度を真温度に変換するために必要な垂直分光放射率は、機械的な駆動部を有さずに光の偏光状態を表すストークス・パラメータを高速で決定するDOAP型の単色エリプソメータを用いて連続測定する。   The temperature of the sample 5 heated as described above is measured by a radiation thermometer 7 using a silicon photodiode having a time resolution of about several tens of microseconds as a detection element, and the signal is transmitted to a temperature control / signal recording computer. 12 is input. The vertical spectral emissivity necessary for converting the luminance temperature measured by the radiation thermometer 7 to a true temperature is a DOAP that quickly determines a Stokes parameter representing the polarization state of light without having a mechanical drive. Continuous measurement using a monochromatic ellipsometer of the type.

温度制御・信号記録用コンピュータ12は、前記放射温度計7の温度信号を監視し、試料5が設定した温度になるように電界効果トランジスタ3のゲート電圧を調節することにより、試料温度を目標値に一定保持する。   The temperature control / signal recording computer 12 monitors the temperature signal of the radiation thermometer 7 and adjusts the gate voltage of the field effect transistor 3 so that the temperature of the sample 5 is set, thereby setting the sample temperature to the target value. Hold constant.

ゲート電圧のフィードバック制御により試料温度が目標値に一定保持された後、フィードバック制御を停止し、フィードバック制御停止直前の任意の複数時点におけるゲート電圧制御値の平均値にゲート電圧値をホールドすることにより短時間だけ維持される温度一定状態の間に、放射温度計7が測定する試料5の面の裏面に対して、温度制御・信号記録用コンピュータ12の信号によってパルス・レーザ6から光パルスを照射することにより瞬間光加熱を行う。その際、ビームスプリッタ10によりパルス光束の一部を光検出器13に取り込み、検出器からの信号を温度制御・信号記録用コンピュータにより解析して光パルスの照射時間を決定する。   After the sample temperature is kept constant at the target value by the feedback control of the gate voltage, the feedback control is stopped, and the gate voltage value is held at the average value of the gate voltage control values at any multiple time points immediately before the feedback control is stopped. During a constant temperature state that is maintained for a short time, a light pulse is emitted from the pulse laser 6 to the back surface of the surface of the sample 5 measured by the radiation thermometer 7 by a signal from the temperature control / signal recording computer 12. In this way, instantaneous light heating is performed. At that time, a part of the pulsed light flux is taken into the photodetector 13 by the beam splitter 10, and the signal from the detector is analyzed by the temperature control / signal recording computer to determine the irradiation time of the light pulse.

この光パルス照射後の試料5の表面温度変化を放射温度計7によって測定し、温度制御・信号記録用コンピュータ12によってその温度変化を一次元熱拡散モデルにフィットさせることにより熱拡散率を算出する。この装置においては、試料の放射温度測定を数十マイクロ秒のサンプリング間隔で行うため、放射温度計の光強度検出素子には前記のように応答速度の速いシリコンフォトダイオードを用いている。また、試料と気体との熱交換による熱損失を低減するため、測定雰囲気は1mPa以下の真空にする。   The surface temperature change of the sample 5 after the light pulse irradiation is measured by the radiation thermometer 7, and the temperature change and the computer 12 for recording the temperature are fitted to the one-dimensional heat diffusion model by calculating the thermal diffusivity. . In this apparatus, since the radiation temperature of the sample is measured at a sampling interval of several tens of microseconds, a silicon photodiode having a high response speed as described above is used as the light intensity detection element of the radiation thermometer. In order to reduce heat loss due to heat exchange between the sample and gas, the measurement atmosphere is set to a vacuum of 1 mPa or less.

一方、試料5の表面に高速エリプソメータの光源である半導体レーザ8からの光を照射し、その反射光を高速エリプソメータ9でこれを検出し、その信号を温度制御・信号記録用コンピュータ12に入力して試料表面の分光放射率を測定している。なお、その後の熱物性測定に関しては前記先の出願に詳述しており、本発明とは直接の関係は少ないので、ここでの説明は省略する。   On the other hand, the surface of the sample 5 is irradiated with light from the semiconductor laser 8 which is the light source of the high-speed ellipsometer, the reflected light is detected by the high-speed ellipsometer 9, and the signal is input to the temperature control / signal recording computer 12. The spectral emissivity of the sample surface is measured. The subsequent measurement of thermophysical properties has been described in detail in the above-mentioned previous application, and since there is little direct relationship with the present invention, explanation here is omitted.

上記のような装置を用い、本発明においては図1に示すような試料加熱を行うものである。図1に示す加熱実験においては、最初のステップ1において、事前に設定した目標温度2100Kに達するまでの時間領域に対応するステップ1では急速加熱を行う。急速加熱により前記目標温度に一旦到達した時点から、目標温度に一定保持されるようにゲート電圧のフィードバック制御を開始する。このフィードバック制御期間は図1においてはステップ2の時間領域に対応しており、前記従来特許技術と異なり、フィードバック制御を開始する前に既に目標値近傍に試料温度が到達しているため、ゲート電圧制御値の変動範囲は急速加熱時に必要とするような大きな値を含む必要はない。そこで、目標温度に一定保持する上で適当なゲート電圧制御値の変動範囲を事前に設定する。ここに示す実験においては、ゲート電圧の制御値変動範囲を2.8〜2.9Vに限定し、ステップ2の時間領域での試料温度と制御ゲート電圧値の変動を小さくすることができた。   Using the apparatus as described above, in the present invention, the sample is heated as shown in FIG. In the heating experiment shown in FIG. 1, in the first step 1, rapid heating is performed in step 1 corresponding to the time region until reaching the preset target temperature 2100K. When the target temperature is reached by rapid heating, feedback control of the gate voltage is started so as to keep the target temperature constant. This feedback control period corresponds to the time region of step 2 in FIG. 1, and unlike the prior art, the sample temperature has already reached the target value before starting the feedback control. It is not necessary for the fluctuation range of the control value to include a large value as required during rapid heating. Therefore, an appropriate fluctuation range of the gate voltage control value is set in advance to keep the target temperature constant. In the experiment shown here, the control value fluctuation range of the gate voltage was limited to 2.8 to 2.9 V, and the fluctuation of the sample temperature and the control gate voltage value in the time region of Step 2 could be reduced.

その後のステップ3の終了後にフィードバック制御を停止することとなるが、フィードバック制御を停止する直前に導出された20点のゲート電圧制御値の平均値を温度制御・信号記録用コンピュータ12によって算出し、フィードバック制御停止後のステップ4の開始からステップ6が終了する時間領域においてはゲート電圧の値はこの平均値にホールドされる。この実験では、平均値算出に用いた20点のゲート電圧制御値を導出した時間間隔は2msであり、この時間領域がステップ3に対応しており、ステップ2の終了直前2msの期間に対応している。   After the end of step 3, the feedback control is stopped. The average value of the 20 gate voltage control values derived immediately before the feedback control is stopped is calculated by the temperature control / signal recording computer 12, In the time region where Step 6 ends from the start of Step 4 after the feedback control is stopped, the value of the gate voltage is held at this average value. In this experiment, the time interval for deriving the 20 gate voltage control values used for calculating the average value is 2 ms. This time region corresponds to step 3 and corresponds to a period of 2 ms immediately before the end of step 2. ing.

フィードバック制御終了後、前記フィードバック制御を停止する直前の複数時点でのゲート電圧制御値の平均値を求めて、ステップ4の開始時点からステップ6の終了時までゲート電圧をその値にホールドする。ゲート電圧のホールドの開始から図中ステップ5として示しているパルス・レーザ照射時までの時間領域がステップ4に対応しており、この実験では20msの長さである。この実験では、フィードバック制御後の試料温度の定常性を確認するため、パルスレーザの照射は行っていない。ステップ6に示すレーザ照射後の時間領域において、先の出願に詳述したような各種物性値を得るための、パルスレーザによる試料の温度変化の測定を行う。このステップ6の期間は、熱拡散率を算出するに必要なデータを取得する期間である。最後に予め設定された測定作業終了時期後にゲート電圧を零として、迅速に試料温度を室温に戻す。   After the feedback control is completed, an average value of gate voltage control values at a plurality of time points immediately before stopping the feedback control is obtained, and the gate voltage is held at that value from the start time of step 4 to the end of step 6. The time domain from the start of the hold of the gate voltage to the time of pulse laser irradiation shown as step 5 in the figure corresponds to step 4, which is 20 ms in this experiment. In this experiment, pulse laser irradiation is not performed in order to confirm the continuity of the sample temperature after feedback control. In the time domain after laser irradiation shown in step 6, the temperature change of the sample is measured by a pulse laser to obtain various physical property values as detailed in the previous application. The period of step 6 is a period for acquiring data necessary for calculating the thermal diffusivity. Finally, the gate voltage is set to zero after the preset measurement operation end time, and the sample temperature is quickly returned to room temperature.

上記のような制御を行う結果、再現性よく、ゲート電圧ホールド時に温度を一定にすることができる。また、従来より短いフィードバック制御時間で、ゲート電圧ホールド時に温度を一定にすることができる。更に、フィードバック制御時の温度変動を小さくすることができると共に、急速加熱の終了時に生じる試料温度のオーバーシュートの大きさが小さくなる。これらの効果により、効率的かつ正確な熱物性測定を行うことができる。   As a result of the above control, the temperature can be kept constant at the time of holding the gate voltage with good reproducibility. In addition, the temperature can be kept constant when holding the gate voltage with a shorter feedback control time than in the past. Furthermore, the temperature fluctuation at the time of feedback control can be reduced, and the magnitude of the overshoot of the sample temperature generated at the end of the rapid heating is reduced. These effects enable efficient and accurate thermophysical property measurement.

本発明の前記効果を確認するため、同一のタンタル試料を用いて連続して行った従来特許技術と本発明の技術により行った加熱実験の比較を図3及び図4に示す。図3(a)には前記図8(b)と同じ従来の加熱方法によるゲート電圧の変動幅の例を示しており、前記のようにVg=2.7〜6Vと、変動幅が大きいことが示されている。それに対して図3(b)に示す本発明の加熱方法によると、ゲート電圧Vgを2.8〜2.9Vに維持しており、ゲート電圧の制御値の許容範囲が狭くなっていることが示されている。このような制御を行うことにより、フィードバック制御後のゲート電圧のホールド時に再現性よく温度を一定にすることができ、従来より短いフィードバック制御時間でゲート電圧ホールド時に温度を所定の一定値にすることができる。それにより、実験時間が短縮し、試料の汚染時間が減少して正確な測定が可能となり、測定コストの削減を図ることができる。   In order to confirm the effect of the present invention, a comparison between the conventional patent technique continuously performed using the same tantalum sample and the heating experiment performed by the technique of the present invention is shown in FIGS. FIG. 3A shows an example of the fluctuation range of the gate voltage by the same conventional heating method as in FIG. 8B, and the fluctuation range is large as Vg = 2.7 to 6 V as described above. It is shown. On the other hand, according to the heating method of the present invention shown in FIG. 3B, the gate voltage Vg is maintained at 2.8 to 2.9 V, and the allowable range of the control value of the gate voltage is narrow. It is shown. By performing such control, the temperature can be kept constant with high reproducibility when holding the gate voltage after feedback control, and the temperature is kept at a predetermined constant value when holding the gate voltage with a shorter feedback control time than conventional. Can do. Thereby, the experiment time is shortened, the contamination time of the sample is reduced, accurate measurement is possible, and the measurement cost can be reduced.

また、図4(a)と図4(b)は、それぞれ図3(a)と図(b)に示す加熱時に得られた試料の温度変化を示しており、従来の加熱方法による試料の輝度温度変化を示す図4(a)では、前記のようにフィードバックを停止するステップ2以降のステップ3において温度が一定にならない状態があることが示されている。それに対して図3(b)と図4(b)に示す本発明の加熱方法、フィードバック停止後のゲート電圧ホールド時において、前記のようにステップ2におけるフィードバック制御中のゲート電圧が安定していることもあり、またフィードバック制御停止直前の数十点の値の平均値をホールド値に用いているため、フィードバック制御後もフィードバック制御の所定温度と同じ温度に極めて安定して維持することができる。このことは熱拡散率と半球全放射率測定の精度を向上させることができる効果がある。   4 (a) and 4 (b) show the temperature change of the sample obtained during the heating shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively, and the brightness of the sample by the conventional heating method is shown. FIG. 4A showing the temperature change shows that there is a state where the temperature does not become constant in Step 3 after Step 2 in which feedback is stopped as described above. In contrast, in the heating method of the present invention shown in FIGS. 3B and 4B, the gate voltage during the feedback control in step 2 is stable as described above when the gate voltage is held after the feedback is stopped. In addition, since the average value of several tens of points immediately before the feedback control is stopped is used as the hold value, it can be maintained extremely stably at the same temperature as the predetermined temperature of the feedback control even after the feedback control. This has the effect of improving the accuracy of thermal diffusivity and hemispherical total emissivity measurements.

上記のような本発明の加熱方法は、主として前記のように各種物質の高温時における比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率等の熱物性値を測定するための試料の通電加熱に用いるために好適に利用することができるものであるが、この加熱方法は例えば試験装置や各種機器の通電加熱ヒーターにおいて、瞬間的に所定のエネルギーの熱量を必要とする高速精密温度ヒーターとしても利用することができる。
更に、例えば金属や合金の熱処理において、目的の温度に正確且つ高速に到達させ、正確な時間だけその温度を保持することも可能である。
The heating method of the present invention as described above is mainly used to energize a sample for measuring thermophysical values such as specific heat capacity, hemispherical total emissivity, thermal conductivity, thermal diffusivity of various substances at high temperatures as described above. Although it can be suitably used for heating, this heating method is used as a high-speed precision temperature heater that instantaneously requires a predetermined amount of heat in, for example, an energizing heater of a test apparatus or various devices. Can also be used.
Further, for example, in the heat treatment of a metal or alloy, it is possible to reach the target temperature accurately and at high speed and hold the temperature for an accurate time.

本発明の加熱手法により試料を加熱したときの、輝度温度の変化を示す実験データである。It is experimental data which shows the change of luminance temperature when a sample is heated with the heating method of this invention. 本発明の加熱手法を適用する光通電ハイブリッド・パルス加熱システムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the photoconductive hybrid pulse heating system to which the heating method of this invention is applied. 本発明と従来例の加熱方法による、特にフィードバック制御中のゲート電圧の変動状態を示す実験データである。It is experimental data which shows the fluctuation | variation state of the gate voltage by the heating method of this invention and a prior art example especially during feedback control. 本発明と従来例の加熱方法による試料の輝度温度変化の状態を示す実験データである。It is an experimental data which shows the state of the luminance temperature change of the sample by the heating method of this invention and a prior art example. 本発明者等が先に提案している従来の熱物性測定装置のシステム図である。It is a system diagram of the conventional thermophysical property measuring apparatus which the present inventors previously proposed. 従来の装置により試料を加熱した時の輝度温度変化の状態を示す実験データである。It is experimental data which shows the state of a brightness temperature change when a sample is heated with the conventional apparatus. 従来の装置により試料を加熱した時の失敗例を示す実験データである。It is an experimental data which shows the example of failure when a sample is heated with the conventional apparatus. 従来の試料加熱失敗の原因を示す実験データである。It is experimental data which shows the cause of the conventional sample heating failure.

符号の説明Explanation of symbols

1 光通電ハイブリッド・パルス加熱システム
2 コンデンサ
3 電界効果トランジスタ
4 標準抵抗
5 試料
6 パルス・レーザ
7 放射温度計
8 半導体レーザ
9 高速エリプソメータ
10 ビーム・スプリッタ
11 電圧測定プローブ
12 温度制御・信号記録用コンピュータ
13 光検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric hybrid pulse heating system 2 Capacitor 3 Field effect transistor 4 Standard resistance 5 Sample 6 Pulse laser 7 Radiation thermometer 8 Semiconductor laser 9 High-speed ellipsometer 10 Beam splitter 11 Voltage measuring probe 12 Temperature control / signal recording computer 13 Photodetector

Claims (8)

導電性被加熱物体への通電量を制御するために用いるトランジスタのゲート電圧を制御し、被加熱物体の温度が所定の目標値に達するまで、前記ゲート電圧を所定の電圧に固定して急速加熱を行い
前記目標値に到達した後、被加熱物体の温度が目標値に保持されるように前記ゲート電圧のフィードバック制御を開始し、
被加熱物体の温度が前記目標値に一定保持されたと実質的に見なせる温度振幅範囲に収束するまでフィードバック制御を継続し、
前記目標値に一定保持された時点でフィードバック制御を停止し、その後は、ゲート電圧値をフィードバック制御を停止する直前の任意の複数時点におけるゲート電圧制御値の平均値にホールドすることにより被加熱物体の温度を目標値に一定保持することを特徴とする物体加熱方法。
Control the gate voltage of the transistor used to control the amount of electricity applied to the conductive object to be heated, and fast heating by fixing the gate voltage to a predetermined voltage until the temperature of the object to be heated reaches a predetermined target value. And
After reaching the target value, and starts the feedback control of the gate voltage such that the temperature of the heated object is held at the target value,
Continued feedback control until the temperature of the heated object to converge to a temperature amplitude range regarded substantially to have been kept constant at the target value,
The feedback control is stopped when the target value is held constant, and then the object to be heated is held by holding the gate voltage value at the average value of the gate voltage control values at any plurality of time points immediately before stopping the feedback control. A method for heating an object, characterized in that the temperature of the object is kept constant at a target value.
前記ゲート電圧をフィードバック制御する期間において、ゲート電圧の制御範囲を予め定めた所定の範囲に制限することを特徴とする請求項1記載の物体加熱方法。   The object heating method according to claim 1, wherein a control range of the gate voltage is limited to a predetermined range in a period during which the gate voltage is feedback-controlled. 前記被加熱物体は熱物性を測定する導電性試料であり、
前記ゲート電圧のホールド直後に試料を光加熱し、
試料のその後の温度変化を測定して熱物性を測定することを特徴とする請求項1記載の物体加熱方法を用いた熱物性測定方法。
The heated object is a conductive sample for measuring thermal properties,
Immediately after holding the gate voltage, the sample is photoheated,
The thermophysical property measuring method using the object heating method according to claim 1, wherein a thermophysical property is measured by measuring a subsequent temperature change of the sample.
導電性被加熱物体に通電して加熱する通電加熱手段と、
前記被加熱物体の通電回路に配置したトランジスタと、
前記被加熱物体の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定した温度の信号を入力し、被加熱物体の温度が所定の目標値になるように、前記トランジスタのゲート電圧を制御する温度制御手段とを備え、
前記温度制御手段では、最初にゲート電圧を所定の電圧に固定して急速加熱し、一旦、前記目標値に到達した後は、試料の温度が目標値に一定保持されるように前記ゲート電圧をフィードバック制御し、フィードバック制御により温度が前記目標値に保持された後にフィードバック制御を停止し、その後は、ゲート電圧の値をフィードバック制御を停止する直前の複数時点におけるゲート電圧制御値の平均値に設定することにより、フィードバック制御を停止した後も試料温度を目標値に一定保持することを特徴とする物体加熱装置。
Energization heating means for energizing and heating the conductive object to be heated;
A transistor disposed in the energization circuit of the heated object;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the heated object;
A temperature control unit that inputs a temperature signal measured by the temperature measurement unit and controls the gate voltage of the transistor so that the temperature of the object to be heated becomes a predetermined target value;
In the temperature control means, first heated rapidly by fixing the gate voltage to a predetermined voltage, once, after reaching the target value, the gate voltage such that the temperature of the sample is kept constant to the target value the feedback control, stopping the feedback control after the temperature is held at the target value by feedback control, then, the average value of the gate voltage control value at a plurality time point immediately before stopping the feedback control of the value of the gate voltage An object heating apparatus characterized in that, by setting, the sample temperature is kept constant at a target value even after feedback control is stopped.
前記ゲート電圧をフィードバック制御する期間において、ゲート電圧を予め定めた所定の範囲に制限することを特徴とする請求項4記載の物体加熱装置。   5. The object heating apparatus according to claim 4, wherein the gate voltage is limited to a predetermined range in a period during which the gate voltage is feedback controlled. 前記被加熱物体は熱物性を測定する導電性試料であり、
前記ゲート電圧のホールド直後に試料を光加熱し、
試料のその後の温度変化を測定して熱物性を測定することを特徴とする請求項4記載の物体加熱装置を用いた熱物性測定装置。
The heated object is a conductive sample for measuring thermal properties,
Immediately after holding the gate voltage, the sample is photoheated,
The thermophysical property measuring apparatus using the object heating device according to claim 4, wherein the thermophysical property is measured by measuring a subsequent temperature change of the sample.
請求項4に記載された物体加熱装置を各種の物体を加熱する高速精密温度ヒーターとして用いたことを特徴とする物体加熱装置。 An object heating apparatus using the object heating apparatus according to claim 4 as a high-speed precision temperature heater for heating various objects. 請求項4に記載された物体加熱装置を直接通電加熱を利用した金属或いは合金の熱処理方法として用いたことを特徴とする物体加熱装置。 5. An object heating apparatus using the object heating apparatus according to claim 4 as a heat treatment method for a metal or alloy using direct current heating.
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