首頁(yè)常見(jiàn)問(wèn)題 石英晶振共振電阻的溫度依賴(lài)性和溫度傳感器
石英晶振共振電阻的溫度依賴(lài)性和溫度傳感器
來(lái)源:http://www.hhamai.cn 作者:金洛鑫電子 2019年04月19
石英晶振和溫度傳感器都是頻率控制元器件,但是它們的工作原理并不一樣,晶體是利用本身的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)頻率振蕩,通過(guò)后將電能變能機(jī)械能,而溫度傳感器則是在感覺(jué)到溫度之后,把溫度轉(zhuǎn)化成信號(hào)。相對(duì)來(lái)說(shuō)晶振的應(yīng)用范圍比較廣泛,幾乎什么行業(yè)的產(chǎn)品都可以用到它,而溫度傳感器主要用于測(cè)量,儀表儀器等。
理想化振動(dòng)石英的損耗電阻溫度在-60°c至120°c的溫度范圍內(nèi)微乎其微。對(duì)于長(zhǎng)度拉伸和面積振動(dòng),隨著溫度的升高,共振阻力接觸的影響可能會(huì)增大。增幅可高達(dá)1%/°c。振蕩石英外殼中所含氣體柱的自振在共振時(shí)可能導(dǎo)致石英在一定溫度下的共振阻力增大。對(duì)于厚度剪切翼(1-什么250MHz),尤其是在“電阻增大”(dip)溫度范圍之外的類(lèi)型時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)更深的頻率。
這種dip是由帶有干擾共振的混合性引起的,它們并不總是可以避免的,但不應(yīng)超過(guò)規(guī)范中規(guī)定的限制。此dip通常與跳頻相關(guān)(圖2.31)。隨著石英電流(石英負(fù)載)的增加,這些dip可能會(huì)接受比小負(fù)載更大的值。對(duì)于小型化石英,這些偶極子已經(jīng)出現(xiàn)在降低應(yīng)力的情況下。但是,由于大多數(shù)振蕩器的規(guī)則特性,當(dāng)石英負(fù)載足夠小時(shí),它們?cè)趯?shí)踐中不起作用。石英晶體諧振器通過(guò)石英外殼內(nèi)的蒸汽(例如泄漏外殼產(chǎn)生的水蒸氣)進(jìn)行增溫,也會(huì)導(dǎo)致石英加熱時(shí)電阻高于露點(diǎn)溫度。(僅當(dāng)溫度在冷到熱的方向快速變化時(shí)發(fā)生)。 溫度傳感器:
為了測(cè)量溫度,可以使用石英晶體頻率的溫度依賴(lài)性。如果要以數(shù)字方式處理測(cè)量結(jié)果,這總是有意義的。通常,將傳感器石英的強(qiáng)烈依賴(lài)于溫度的頻率與混合器中溫度穩(wěn)定的參考石英的頻率進(jìn)行比較。混頻器的輸出信號(hào)可以在簡(jiǎn)單的情況下直接用于顯示溫度或進(jìn)一步處理。這種簡(jiǎn)單的布置原則上在圖2.32中示出。對(duì)于線(xiàn)性度的高要求,曲線(xiàn)的曲率可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輕松校正??梢詮牡仁剑?7)推導(dǎo)出與線(xiàn)性度的偏差。系數(shù)a,b,c易于確定。
圖2.32精密測(cè)溫、原理開(kāi)關(guān)圖
在用于溫度測(cè)量的傳感器石英上設(shè)置了一些要求:
1、頻率的高溫響應(yīng)
2、溫度范圍盡可能線(xiàn)性,溫度響應(yīng)沒(méi)有不連續(xù)性
3、長(zhǎng)期穩(wěn)定性高
4、低熱慣性
5、適用于寬溫度范圍
這些條件最好通過(guò)厚度剪切搖桿來(lái)滿(mǎn)足。對(duì)于溫度傳感器,選擇切割角度使得與AT切割不同,溫度系數(shù)變大。25°C溫度系數(shù)對(duì)切割角度的依賴(lài)關(guān)系如圖2.33所示。
對(duì)于溫度傳感器,常見(jiàn)的切割是AC切割,Y+5°切割和LC切割。切割角度為31.3°的AC切口(耦合=0)特別沒(méi)有頻率的溫度響應(yīng)的不連續(xù)性,因?yàn)轳詈弦蜃觭56對(duì)于干擾表面剪切是零。因此,他在溫度范圍內(nèi)沒(méi)有不連續(xù)性。溫度響應(yīng)約為25ppm/°C,但不是完全線(xiàn)性的,即。溫度系數(shù)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)不是很穩(wěn)定。Y+5°切割具有Y切割厚度剪切振蕩器的最大正溫度系數(shù)。等式(17)中的立方分量在該部分中非常小,因此實(shí)現(xiàn)了約95ppm/℃的溫度系數(shù)的有用線(xiàn)性。切割角度的溫度系數(shù)的依賴(lài)性最大的事實(shí),溫度系數(shù)的分散可以保持在窄的范圍內(nèi)。
圖2.34溫度傳感器石英的切割
因此,Y+5°切割是最常用于溫度測(cè)量的切割。在Y+70°附近的交叉角處發(fā)現(xiàn)相似的比率,這是TK交叉角依賴(lài)性的極值。溫度系數(shù)約為-95ppm/°C。
圖2.35溫度測(cè)量晶體,溫度響應(yīng)
LC截面(線(xiàn)性系數(shù))是制造過(guò)程中非常復(fù)雜的截面,因?yàn)樗菄@兩個(gè)晶體軸旋轉(zhuǎn)的。它繞z軸旋轉(zhuǎn)約9度,繞x軸旋轉(zhuǎn)約11度。與其他傳感器截面相比,這種方法的線(xiàn)性度提高了10倍。溫度系數(shù)約為35ppm/°c。切割的兩倍旋轉(zhuǎn)會(huì)使制作成本很高。但是,今天,以電子方式平衡剩馀特性曲線(xiàn)曲率并不是問(wèn)題。這使得cl截面失去了意義。
現(xiàn)在許多產(chǎn)品生產(chǎn)廠家會(huì)把石英晶體和溫度傳感器結(jié)合一起使用,讓產(chǎn)品接收到更穩(wěn)定的信號(hào)源,石英晶振的溫度傳感器的生產(chǎn)時(shí)都要經(jīng)過(guò)切割,都會(huì)對(duì)溫度特性產(chǎn)生依賴(lài)性,有許多相同的地方,因此更方便工作師們?cè)O(shè)計(jì)和使用。
理想化振動(dòng)石英的損耗電阻溫度在-60°c至120°c的溫度范圍內(nèi)微乎其微。對(duì)于長(zhǎng)度拉伸和面積振動(dòng),隨著溫度的升高,共振阻力接觸的影響可能會(huì)增大。增幅可高達(dá)1%/°c。振蕩石英外殼中所含氣體柱的自振在共振時(shí)可能導(dǎo)致石英在一定溫度下的共振阻力增大。對(duì)于厚度剪切翼(1-什么250MHz),尤其是在“電阻增大”(dip)溫度范圍之外的類(lèi)型時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)更深的頻率。
這種dip是由帶有干擾共振的混合性引起的,它們并不總是可以避免的,但不應(yīng)超過(guò)規(guī)范中規(guī)定的限制。此dip通常與跳頻相關(guān)(圖2.31)。隨著石英電流(石英負(fù)載)的增加,這些dip可能會(huì)接受比小負(fù)載更大的值。對(duì)于小型化石英,這些偶極子已經(jīng)出現(xiàn)在降低應(yīng)力的情況下。但是,由于大多數(shù)振蕩器的規(guī)則特性,當(dāng)石英負(fù)載足夠小時(shí),它們?cè)趯?shí)踐中不起作用。石英晶體諧振器通過(guò)石英外殼內(nèi)的蒸汽(例如泄漏外殼產(chǎn)生的水蒸氣)進(jìn)行增溫,也會(huì)導(dǎo)致石英加熱時(shí)電阻高于露點(diǎn)溫度。(僅當(dāng)溫度在冷到熱的方向快速變化時(shí)發(fā)生)。 溫度傳感器:
為了測(cè)量溫度,可以使用石英晶體頻率的溫度依賴(lài)性。如果要以數(shù)字方式處理測(cè)量結(jié)果,這總是有意義的。通常,將傳感器石英的強(qiáng)烈依賴(lài)于溫度的頻率與混合器中溫度穩(wěn)定的參考石英的頻率進(jìn)行比較。混頻器的輸出信號(hào)可以在簡(jiǎn)單的情況下直接用于顯示溫度或進(jìn)一步處理。這種簡(jiǎn)單的布置原則上在圖2.32中示出。對(duì)于線(xiàn)性度的高要求,曲線(xiàn)的曲率可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輕松校正??梢詮牡仁剑?7)推導(dǎo)出與線(xiàn)性度的偏差。系數(shù)a,b,c易于確定。
圖2.32精密測(cè)溫、原理開(kāi)關(guān)圖
1、頻率的高溫響應(yīng)
2、溫度范圍盡可能線(xiàn)性,溫度響應(yīng)沒(méi)有不連續(xù)性
3、長(zhǎng)期穩(wěn)定性高
4、低熱慣性
5、適用于寬溫度范圍
這些條件最好通過(guò)厚度剪切搖桿來(lái)滿(mǎn)足。對(duì)于溫度傳感器,選擇切割角度使得與AT切割不同,溫度系數(shù)變大。25°C溫度系數(shù)對(duì)切割角度的依賴(lài)關(guān)系如圖2.33所示。
對(duì)于溫度傳感器,常見(jiàn)的切割是AC切割,Y+5°切割和LC切割。切割角度為31.3°的AC切口(耦合=0)特別沒(méi)有頻率的溫度響應(yīng)的不連續(xù)性,因?yàn)轳詈弦蜃觭56對(duì)于干擾表面剪切是零。因此,他在溫度范圍內(nèi)沒(méi)有不連續(xù)性。溫度響應(yīng)約為25ppm/°C,但不是完全線(xiàn)性的,即。溫度系數(shù)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)不是很穩(wěn)定。Y+5°切割具有Y切割厚度剪切振蕩器的最大正溫度系數(shù)。等式(17)中的立方分量在該部分中非常小,因此實(shí)現(xiàn)了約95ppm/℃的溫度系數(shù)的有用線(xiàn)性。切割角度的溫度系數(shù)的依賴(lài)性最大的事實(shí),溫度系數(shù)的分散可以保持在窄的范圍內(nèi)。
圖2.34溫度傳感器石英的切割
圖2.35溫度測(cè)量晶體,溫度響應(yīng)
現(xiàn)在許多產(chǎn)品生產(chǎn)廠家會(huì)把石英晶體和溫度傳感器結(jié)合一起使用,讓產(chǎn)品接收到更穩(wěn)定的信號(hào)源,石英晶振的溫度傳感器的生產(chǎn)時(shí)都要經(jīng)過(guò)切割,都會(huì)對(duì)溫度特性產(chǎn)生依賴(lài)性,有許多相同的地方,因此更方便工作師們?cè)O(shè)計(jì)和使用。
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