CH247113A

CH247113A - Elektrische Einrichtung mit piezoelektrischem Schwingkristall.

Info

Publication number: CH247113A
Authority: CH
Inventors: Patentverwertungs-Elektro-Hold
Original assignee: Patelhold Patentverwertung
Priority date: 1945-05-11
Filing date: 1945-05-11
Publication date: 1947-02-15

Description

Elektrische Einrichtung mit piezoelektrischem Schwingkristall. Es sind elektrische Einrichtungen be kannt, in denen schwingende piezoelektri- sche Kristalle verwendet werden. Deren Eigenschaften sind im allgemeinen von der Temperatur abhängig. Dies ist auch für den Temperaturkoeffizienten Tk der Eigenfre quenz des Kristalles, das heisst für die Grösse
EMI0001.0013
der Fall.

In dieser Formel bedeuten f die Eigenfrequenz des Kristalles und t die Tem peratur desselben. Es tritt nun oft der Fall ein, dass dieser Temperaturkoeffizient Tk nicht den verlangten Wert besitzt, so dass eine Veränderung desselben wünschenswert wäre.

Insbesondere wird im allgemeinen an gestrebt werden, diesen möglichst klein zu machen, weil in diesem Fall die aufgewand ten Mittel zur Konstanthaltung der Fre quenz während des Betriebes, die z. B. aus einem Thermostaten bestehen können, ein facher gehalten oder gegebenenfalls über haupt weggelassen werden können.

Es hat sich nun gezeigt, dass der Verlauf des Temperaturkoeffizienten Tk der Eigen frequenz als Funktion der Temperatur t eines Kristalles sich durch eine Veränderung des Ionenradius der Kationen resp. der Anionen mindestens bei einem Teil der Git terbausteine des betreffenden griställes ver ändern lässt, was praktisch dadurch erreicht wird, dass zur Lösung, aus der der Kristall gezüchtet wird, eine zweite kristallisierbare Komponente beigefügt wird,

so dass ein Mischkristall entsteht. Dabei bedingt eine Vergrösserung des Kationenradius eine Ver schiebung der Funktion Tk (t) in Richtung zunehmender Temperaturwerte.

Die Erfindung betrifft demnach eine elektrische Einrichtung mit einem piezoelek- trischen Schwingkristall, welche dadurch ge kennzeichnet ist, dass der letztere ein aus mindestens. zwei Komponenten bestehender Mischkristall ist.

Unter der Summe der Ionenradien zweier Ionen eines Kristalles sei ihr gegenseitiger Abstand verstanden. Was die numerischen Werte dieser Ionenradien betrifft, so sei zu diesem Zweck auf die einschlägige Literatur verwiesen, wie z.

B. Pauling, Nature of the chemieal bond, oder Euken, Lehrbuch der chemischen Physik, in welcher die numeri schen Werte dieser Radien angegeben sind.

Die Veränderung des Ionenradius der Gitterbausteine kann auf verschiedene Arten erfolgen. Im einen Fall werden in das Gitter Gitterbausteine eingefügt, die von den ur sprünglichen chemisch verschieden sind, im andern Fall werden nur gewisse Elemente der Kristallverbindung durch Isotope ersetzt. Im ersteren Fall besteht der Kristall aus mindestens zwei chemisch verschiedenen Komponenten, im zweiten Fall unterscheiden sich die Komponenten chemisch nicht von einander.

Im folgenden seien einige Beispiele für die Zusammensetzung des piezoelektrischen Kristalles aufgeführt.

Eine Verkleinerung des Temperatur koeffizienten. der Resonanzfrequenz eines zum primären Kalium-Phosphat gehörenden Kristalles (KHzP04) lässt sich erreichen, indem zu demselben ein Teil der Kaliun ionen durch Rubidium- und/oder Thallium- ionen ersetzt sind.

Weil nämlich der Ionen radius des Kaliumions den Wert 1,33, der jenige des Rubidiumions den Wert 1,48 und derjenige des Thalliumions den Wert 1,56 aufweist, so ergibt sich durch diese Mass nahme eine Verschiebung des Verlaufes der den Temperaturkoeffizienten als Funktion der Temperatur charakterisierenden Kurve TI; (t) in Richtung zunehmender Temperatur, und gleichzeitig wird der bei Zimmertempe- ratur vorhandene Temperaturkoeffizient kleiner.

Bei einem Kristall aus80% Ammonium phosphat und 20% Thalliumphosphat ist der Temperaturkoeffizient des Mischkristal- les 30% kleiner als der des reinen Ammo- niumphosphatkristalles. Dabei ist der Ionen radius des NH4-Ions 1,48.

Sehr vorteilhaft erweist es sich auch, beispielsweise beim primären Kaliumphos- phat, den Wasserstoff teilweise durch Deu terium zu ersetzen. Es ist in diesem Falle zu empfehlen, so weit zu gehen, da.ss der grösste Teil der im KH2P04-1VIolekül vorhan denen Wasserstoffionen durch Deuterium er setzt ist.

Da der Temperaturkoeffizient der Reso nanzfrequenz vom primären Kaliumdeutero- phosphat KD1P04 bei einer Temperatur von 20 Null ist, empfiehlt es sich, diesen Null punkt durch geeignete Zusätze in den Bereich zwischen 30 und 40 zu legen. In diesem Falle kann nämlich dessen Temperatur unter normalen klimatischen Verhältnissen durch einen Thermostaten, der nur zur Heizung eingerichtet sein muss, konstant gehalten wer den, was eine wesentliche Vereinfachung des Thermostaten darstellt.

Auf diese Weise erhält mann eine sehr gute Frequenzkonstanz der Kristallschwingungen. Zusätze, welche eine solche Verschiebung des Kurvenpunktes - 0 bedingen, sind beispielsweise primä- jdt res Thalliumphosphat TI H_PO,, primäres Rubidiumphosphat Rb H,P04 oder primäres Cäsiumphosphat Cs H2P04. .

Schliesslich besteht eine vorteilhafte Aus führungsform der erfindungsgemässen elek- trischen Einrichtung auch darin, dass die entsprechenden Verbindungen mindestens teilweise an Stelle von gewöhnlichem Wasser stoff sohweren Wasserstoff enthalten. Zum Beispiel können an Stelle von primärem Ammoniumphosphat die Stoffe NH.IDZP04 oder ND,DIP04 vorgesehen sein.

Natürlich brauchen die Kristalle nicht nur aus zwei Komponenten zu bestehen, son dern es lassen sich auch solche, die aus mehr als zwei Komponenten aufgebaut sind, vor teilhaft verwenden.

Im allgemeinen wird bei der Züchtung eines Kristalles darauf geachtet werden, dass der gewünschte Wert der Eigenfrequenz eher in den Bereich zu hoher Temperaturen zu liegen kommt; denn in der Serieschaltuug einer Kapazität zum Kristall besitzt man ein einfaches Mittel, um eine Verschiebung der Funktion Ti, (t) gegen tiefere Temperaturen herbeizuführen.

Daher erfolgt vorzugsweise bei Oszillatoren die genaue Einstellung des Temperaturkoeffizienten durch Verändern dieser Kapazität. Eine einfache, diesen Zweck erfüllende Ausführungsform besteht darin, dass man bei dem den Kristall tragen den Kondensator den Luftspalt veränderbar ausführt.

Bei einem Kristall, bei dem keine solchen zusätzlichen Mittel zur Beeinflussung des Temperaturkoeffizienten vorhanden sind, erfolgt die Züchtung im allgemeinen so, dass der Nullwert desselben in den Bereich -zwi schen 15 und 30 zu liegen kommt.

Die beschriebenen Kristalle .erweisen sich insbesondere geeignet als frequenzbestim- mende Elemente in Sendern, wo sie in ihrer Eigenfrequenz schwingen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Elektrische Einrichtung mit piezoelek- trischem Schwingkristall, dadurch gekenn zeichnet, dass ein aus mindestens zwei Kom ponenten bestehender Mischkristall verwendet ist. UNTERANSPRüCHE: 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Komponenten aus chemisch verschiedenen Stoffen bestehen. 2.

Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Ionenradius mindestens eines Ions einer Komponente zwecks Änderung des Verlaufes des Tempe raturkoeffizienten der Resonanzfrequenz als Funktion der Temperatur vom Ionenradius des entsprechenden Ions einer zweiten Kom ponente verschieden gewählt ist. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkri stall aus Komponenten besteht, von denen die Ionenradien mindestens zweier Kationen verschieden gross sind. 4.

Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkri stall aus Komponenten besteht, von denen die Ionenradien mindestens zweier Anionen verschieden gross sind. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompo nente primäres Kaliumphosphat und eine zweite primäres Rubidiumphosphat ist. 6. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompo nente primäres Kaliumdeuterophosphat und eine zweite primäres Rubidiumdeuterophos- phat ist.

7. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompo nente primäres Ammoniumphosphat und eine zweite primäres Thalliumphosphat ist. B. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompo- nente primäres Ammoniumdeuterophosphat und eine zweite primäres Thalliumdeutero- phosphat ist 9. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Komponenten Isotope enthalten. 10.

Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isotope Wasserstoff und Deuterium sind. 11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall aus primärem _galiumphosphat und primärem Kaliumdeuterophosphat besteht. 12. Einrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an sch\verem Wasserstoff den Gehalt an ge wöhnlichem Wasserstoff überwiegt.

13. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zum Kristall ein Kondensator geschaltet ist. 14. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt des den Kristall tragenden Kondensators veränderbar ist. 15. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhält nis der Komponenten so getroffen ist, dass die Temperatur für verschwindenden Tempe raturkoeffizienten der Resonanzfrequenz zwischen 15 und 30 liegt. 16.

Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der in seiner Eigenfrequenz schwingende Kristall das frequenzbestimmende Element eines Senders bildet. 17. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompo nente aus Ng4D2P04 besteht. 18. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompo nente aus ND4D,P04 besteht.