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石英晶振共振电阻的温度依赖性和温度传感器

来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年04月19
   石英晶振和温度传感器都是频率控制元器件,但是它们的工作原理并不一样,晶体是利用本身的压电效应实现频率振荡,通过后将电能变能机械能,而温度传感器则是在感觉到温度之后,把温度转化成信号。相对来说晶振的应用范围比较广泛,几乎什么行业的产品都可以用到它,而温度传感器主要用于测量,仪表仪器等。
   理想化振动石英的损耗电阻温度在-60°c至120°c的温度范围内微乎其微。对于长度拉伸和面积振动,随着温度的升高,共振阻力接触的影响可能会增大。增幅可高达1%/°c。振荡石英外壳中所含气体柱的自振在共振时可能导致石英在一定温度下的共振阻力增大。对于厚度剪切翼(1-什么250MHz),尤其是在“电阻增大”(dip)温度范围之外的类型时,可能会出现更深的频率。
   这种dip是由带有干扰共振的混合性引起的,它们并不总是可以避免的,但不应超过规范中规定的限制。此dip通常与跳频相关(图2.31)。随着石英电流(石英负载)的增加,这些dip可能会接受比小负载更大的值。对于小型化石英,这些偶极子已经出现在降低应力的情况下。但是,由于大多数振荡器的规则特性,当石英负载足够小时,它们在实践中不起作用。石英晶体谐振器通过石英外壳内的蒸汽(例如泄漏外壳产生的水蒸气)进行增温,也会导致石英加热时电阻高于露点温度。(仅当温度在冷到热的方向快速变化时发生)。
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图2.31浸入温度范围
温度传感器:
   为了测量温度,可以使用石英晶体频率的温度依赖性。如果要以数字方式处理测量结果,这总是有意义的。通常,将传感器石英的强烈依赖于温度的频率与混合器中温度稳定的参考石英的频率进行比较。混频器的输出信号可以在简单的情况下直接用于显示温度或进一步处理。这种简单的布置原则上在图2.32中示出。对于线性度的高要求,曲线的曲率可以通过计算机轻松校正。可以从等式(17)推导出与线性度的偏差。系数a,b,c易于确定。
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图2.32精密测温、原理开关图
   在用于温度测量的传感器石英上设置了一些要求:
   1、频率的高温响应
   2、温度范围尽可能线性,温度响应没有不连续性
   3、长期稳定性高
   4、低热惯性
   5、适用于宽温度范围
   这些条件最好通过厚度剪切摇杆来满足。对于温度传感器,选择切割角度使得与AT切割不同,温度系数变大。25°C温度系数对切割角度的依赖关系如图2.33所示。
   对于温度传感器,常见的切割是AC切割,Y+5°切割和LC切割。切割角度为31.3°的AC切口(耦合=0)特别没有频率的温度响应的不连续性,因为耦合因子s56对于干扰表面剪切是零。因此,他在温度范围内没有不连续性。温度响应约为25ppm/°C,但不是完全线性的,即。温度系数在整个温度范围内不是很稳定。Y+5°切割具有Y切割厚度剪切振荡器的最大正温度系数。等式(17)中的立方分量在该部分中非常小,因此实现了约95ppm/℃的温度系数的有用线性。切割角度的温度系数的依赖性最大的事实,温度系数的分散可以保持在窄的范围内。
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图2.33Y形截面的温度系数
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图2.34温度传感器石英的切割
   因此,Y+5°切割是最常用于温度测量的切割。在Y+70°附近的交叉角处发现相似的比率,这是TK交叉角依赖性的极值。温度系数约为-95ppm/°C。
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图2.35温度测量晶体,温度响应
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   LC截面(线性系数)是制造过程中非常复杂的截面,因为它是围绕两个晶体轴旋转的。它绕z轴旋转约9度,绕x轴旋转约11度。与其他传感器截面相比,这种方法的线性度提高了10倍。温度系数约为35ppm/°c。切割的两倍旋转会使制作成本很高。但是,今天,以电子方式平衡剩馀特性曲线曲率并不是问题。这使得cl截面失去了意义。
   现在许多产品生产厂家会把石英晶体和温度传感器结合一起使用,让产品接收到更稳定的信号源,石英晶振的温度传感器的生产时都要经过切割,都会对温度特性产生依赖性,有许多相同的地方,因此更方便工作师们设计和使用。

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