[發明專利]一種基于AT切石英晶體諧振器的溫度測量儀及測量方法

有效

• 申請號: 201110305054.5
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102435342A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉青健;謝東海;宋小艷;余琳;劉霞
• 申請（專利權）人: 應達利電子(深圳)有限公司
• 主分類號: G01K7/32
• 分類號: G01K7/32
• 代理公司: 廣東廣和律師事務所 44298
• 代理人: 劉敏

技術領域

本發明涉及溫度測量儀及溫度測量方法，準確地說是一種基于AT切石英晶體諧振器的溫度測量儀及測量方法。更具體一點，本發明涉及AT切石英晶體諧振器溫度-頻率變化特性的設計和應用。

背景技術

溫度測量儀是測溫儀器類型的其中之一。根據所用測溫物質的不同和測溫范圍的不同，有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計、雙金屬溫度計等。

目前，溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。?通常來說接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交金剛，幫需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現象，同時受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。?非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快；但受到物體的發射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。

專利申請200920286835.2公布了一種金屬管壁溫度測量儀，該金屬管壁溫度測量儀，包括一柔性線路板、與該柔性線路板連接的一溫度傳感器芯片及一主線路板，柔性線路板與一金屬片熱耦合為一體，主線路板上還設置有第二個溫度傳感器，主線路板上設置的微處理器接收并處理溫度傳感器芯片和第二個溫度傳感器測量到的數據。這種結構，通過金屬片與柔性線路板的耦合來進行溫度測量，具有一定的測量精確度和穩定性好，但是其測量的正確地仍然不高，難以滿足某些高精度場所的使用。

發明內容

經研究發現，壓電石英晶體是由全球儲存量極多的二氧化硅（SiO2）組成。如此多的原料儲存量使得人造壓電石英晶體成為壓電行業的主要物料并且成本低。AT切壓電石英晶片由于其特殊的溫度-頻率特性以及低成本等特點，成為制造一種溫度測量儀的一個極佳的關鍵部分,并且這種溫度測量儀的精度可以大大提高。

針對上述的情況，本發明提出了一種基于AT切石英晶體諧振器的溫度測量儀及測量方法，該測量儀及測量方法能夠有效地結合AT切壓電石英晶體諧振器的特殊溫度-頻率特性，大大提高測量精度。

本發明的另一個目的在于提供一種基于AT切石英晶體諧振器的溫度測量儀及測量方法，大該測量儀及測量方法成本低廉，能夠大批量制造，便于推廣和應用。

為實現上述目地，本發明是這樣實現的:?

一種基于AT切石英晶體諧振器的溫度測量儀，其特征在于該測量儀包括有金屬溫度探測頭、AT切壓電石英晶體諧振器及頻率-溫度轉換器，AT切壓電石英晶體諧振器外表面具有焊盤，金屬溫度探測頭一端連接到該AT切壓電石英晶體諧振器的焊盤，AT切壓電石英晶體諧振器輸出端連接于頻率-溫度轉換器，金屬溫度探測頭一端和被測物體接觸，被測物體的溫度情況將在金屬溫度探測頭上反映出來，AT切壓電石英晶體諧振器的諧振頻率根據溫度變化，并通過頻率-溫度轉換器輸出溫度的具體數值。

本溫度測量儀所用的石英晶體諧振器的AT切壓電石英晶片，其特征在于該晶片的切角避開了晶片的溫度-頻率變化特性的非敏感區，反而使用了石英晶片的溫度-頻率變化的敏感區，形成了溫度-頻率變化敏感的AT壓電石英晶片，即采用溫度-頻率變化的敏感區的切角制作AT切壓電石英晶片。

由于壓電石英晶體各向異性的特點，在石英晶體上按照某些方向或角度切出來的石英晶片的厚度切變諧振模式的頻率隨著環境溫度的變化會變化很大，而按照另外一些方向切出來的石英晶片的厚度切變諧振模式的頻率隨著環境溫度的變化會變化很小；在常規使用中，通常要求石英晶片的頻率在特定的溫度變化區間內隨著溫度的變化而盡量保持諧振頻率不變或者變化小。本發明所使用的這種切角的選擇會使AT切晶片在厚度切變諧振模式下的頻率隨著環境溫度的變化會變化很大，本發明所用AT切壓電石英晶片就是采用這種切角進行制作的。

本高精度溫度測量儀所用的石英晶體諧振器采用是特殊設計的AT切壓電石英晶片真空封裝而成。通常設計的AT切壓電石英晶片的特性就在于該類晶片切角的選擇是根據以下原則來選的：所選的AT切石英晶片切角要使該晶片的諧振頻率的變化在隨環境溫度的變化時最小化。而對于特殊設計的AT切壓電石英晶片，其特殊性就在于該類晶片切角的選擇是根據以下原則來選的：所選的AT切石英晶片切角要使該晶片的諧振頻率的變化在隨環境溫度的變化時最大化。特殊設計的AT切壓電石英晶片再進行真空封裝，真空封裝就是按照石英晶體諧振器的要求在一個特定真空內將AT切壓電石英晶片封裝制成的。