[其他]石英晶體溫度計

無效

• 申請號: 86108025
• 申請日: 1986-11-18
• 公開（公告）號: CN86108025A
• 公開（公告）日: 1988-06-01
• 發明（設計）人: 王良瑋
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州冰川凍土研究所
• 主分類號: G01K7/32
• 分類號: G01K7/32
• 代理公司: 中國科學院蘭州專利事務所
• 代理人: 張華芳

眾所周知，一定切型的石英晶體諧振器的諧振頻率隨溫度的變化而變化，因此可以通過測定其振蕩頻率來推算溫度的高低。同時，石英晶體具有較為穩定的物理化學性質，用石英晶體做溫度傳感器而制成的溫度計具有穩定性好、便于數字化測量等優點。目前國內外已有不同類型的石英晶體溫度計問世。

但是，因為用晶體測溫其精度取決于測溫晶體振蕩器的穩定性（實際上是同一溫度的再現性）為解決這一問題，通常只能將晶體與振蕩槽路做在一起，這樣做是為了避免寄生電容影響頻率的穩定性。我們首次研制成功的石英晶體溫度計就是采用將振蕩電路做在一小塊狹長的印刷線路板上，測溫晶體置于這塊板的端頭，將這一整體的振蕩器裝在一金屬套筒內，然后密封，這樣雖然解決了頻率穩定性的問題，卻使得傳感器的體積大，熱時間常數大，不能適用于變化率較大的溫場測量。同時振蕩電路的電子元件同測溫晶體一起置于被測溫場中，從而限制了測溫范圍。

本發明旨在解決上述缺陷，尋求一種將晶體同振蕩電路分離開來的技術方案。同時充分應用微型計算機技術。為測溫技術提供一種反應靈敏、準確、精度高、測溫范圍大的智能化裝置。

本發明采用國產Y+O°切型的石英晶體和一個構思巧妙的脈沖整形電路構成測溫振蕩器并且使兩者分離開來以解決已有技術中沒有解決的問題。

測溫晶體1同整形電路2之間用20米長的（λ/2±λ/8）波長的兩根同軸電纜連接，λ為振蕩頻率的波長。振蕩電路采用CMOS器件，保證晶體振蕩頻率的穩定性，與非門兩端并聯一限幅網絡，以保證晶體只具有較低的激勵電平，不致使晶體產生自熱給被測溫場帶來擾動。

用這種方法可提供利用晶體的壓電效應測量溫度、壓力等物理量的高靈敏度、高分辨率的理想傳感器。

本發明還提供一種用上述測溫傳感器以及采用微型計算機技術研制的智能化測溫儀器。

該儀器的主要性能：

1.測溫范圍：-40℃～+80℃

2.絕對精度：±0.02℃（取決標定溫度精度）

3.分辨率：1×10^-4℃

4.穩定度：0.01～0.02℃

5.主機具有自檢功能，有頻率/溫度十次平均值顯示，能定時差打印，定溫差打印。

6.ROM容量為4K，內帶時鐘穩定度為1×10^-6

7.熱時間常數＜1分鐘

8.加線路放大器可遠程測量達100米以上。

圖2為該儀器原理方框圖，從振蕩器來的隨溫度變化的頻率信號在緩沖放大器中進行放大，然后在輸入指令的指揮下，進入主機CPU，通過CPU軟件處理使頻率信號變成相應的溫度示值，然后由顯示器直接顯示出被測溫場的溫度值。

該儀器中頻率溫度特征關系是：

f（t）＝f_o+αt+βt²+γt³

f（t）為溫度t時晶體的諧振頻率。f_o為0℃時晶體的零度頻率，α、β、γ分別為一、二、三次溫度系數，本儀器測溫晶體的標稱頻率為5000KHZ，α為430HZ/℃，β為0.430HZ/℃，γ為±0.006HZ/℃。該儀器充分利用微處理機技術，在數據處理中使用了獨特的多次式計算加查表法，加快了運算速度。

經過頻率-溫度的換算后的線性數據存入ROM，以備調用，在需要顯示的場合，計算機同時也將溫度數值經接口電路送顯示器顯示。

這樣利用晶體測溫的全過程即可完成。

圖1是本發明的溫度傳感器原理圖。圖中：1是測溫晶體，2是同軸電纜，3是限幅網絡，4是電阻，5和6是與非門。虛線7將3，4，5，6框起來，表示它們組成整形電路單元，2將1和7連接起來，3并聯在4和5上，起限制脈沖幅度的作用。在本發明提供的石英晶體溫度計中，5和6均采用CMOS器件。