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什么是石英晶體溫度傳感器

發(fā)布時(shí)間:2022-07-21人氣:865

  隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展,許多地方對(duì)溫度測(cè)量與控制的要求愈來愈高,而普通常規(guī)溫度傳感器難以滿足要求,需要高精度、高分辨力的溫度傳感器和測(cè)溫儀器。而石英晶體溫度傳感器及溫度計(jì)就是具有高分辨力(0.000 1℃)、高線性度 (0.002%)和高穩(wěn)定性,適合中低溫測(cè)量的新型溫度傳感器和測(cè)溫儀器。

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  1.工作原理

  利用石英晶體的固有頻率隨溫度變化而變化的特性來測(cè)溫的儀器,稱為石英溫度計(jì)。

  石英的固有振動(dòng)頻率可用下式表示

                   (1)

  式中,f為固有振動(dòng)頻率;n為諧波次數(shù);b為振子的厚度;σ為密度;C為彈性常數(shù)。

  石英振子的頻率還與溫度具有下列近似關(guān)系

ft=f0[l+α(t-t0)+β(t-t0)2+γ(t-t0) 3]        (2)

式中,f為在溫度為t時(shí)的頻率;f為在溫度為t時(shí)的頻率;t為基準(zhǔn)參考溫度;α,β,γ為一次、二次、三次冪的溫度系數(shù)。

  系數(shù)α,β,γ隨石英晶體的切割角度的改變而變化。當(dāng)切割角度不同時(shí),溫度系數(shù)也明顯不同,說明石英的頻率溫度系數(shù)既是切割角度的函數(shù),又是溫度的函數(shù)。所謂頻率溫度系數(shù),是指溫度增加1℃時(shí),其頻率變化的相對(duì)偏移量。大量研究和實(shí)驗(yàn)表明采用Y切割的石英晶體片的振蕩頻率與溫度呈線性關(guān)系,其斜率(即頻率溫度系數(shù))約為1000Hz/℃。

  2.石英晶體傳感器結(jié)構(gòu)

  石英溫度計(jì)通常采用石英振蕩器,構(gòu)成一個(gè)決定頻率的諧振回路,而石英振子部分,通常采用易接受溫度變化的結(jié)構(gòu)。石英傳感器的結(jié)構(gòu)通常如圖 所示,石英振子置于不銹鋼保護(hù)管的上部,使其對(duì)外界溫度變化敏感。由支柱支撐,振子的兩面粘貼有用金等性能穩(wěn)定的金屬或合金制成的電極,并用引線與外部連通。石英振子雖由支柱支撐,但是它將阻礙振子振動(dòng),并且,外界振動(dòng)及沖擊等又要改變其支撐位置,都對(duì)精確測(cè)溫不利。然而,若使石英片自由振蕩,支撐位置又不受沖擊是相當(dāng)困難的。

  3.石英溫度計(jì)主要特性

  ①高分辨力分辨力達(dá)0.001~0.0001℃;

  ②高精度 在一50~120℃范圍內(nèi),其誤差為±0.05℃(普通溫度計(jì)的誤差一般大于±0.1℃);

  ③高穩(wěn)定度 年變化在0.02℃以內(nèi);

  ④熱滯后誤差小,可以忽略;

  ⑤因是頻率輸出型傳感器,后續(xù)測(cè)量與處理電路設(shè)計(jì)方便、簡(jiǎn)單,且可不受放大器漂移及電源波動(dòng)的影響,可方便地遠(yuǎn)距離(如1500m)傳送溫度測(cè)量信號(hào);

  ⑥其精度和穩(wěn)定性可以作為溫度量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)及次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)使用;

  ⑦石英傳感器的抗強(qiáng)沖擊性能較差,故在安裝、運(yùn)輸和使用需特別注意。


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