DE2629366A1

DE2629366A1 - Schwingkristallanordnung

Info

Publication number: DE2629366A1
Application number: DE19762629366
Authority: DE
Inventors: Dietrich Kubetzko; Helmut Lindstedt; Guenther Dipl Ing Rabitz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1978-01-05
Also published as: DE2629366B2

Description

~Schwin##istall anordnung"
Die Erfindung betrifft eine Schwingkristallanordnung mit wenigstens einem passiven Heizelement, welches in Wärmekontakt zum Schwingkristall steht.
Bekanntlich weist die Eigenfrequenz eines Schwingkristalls ein temperaturabhängiges Verhalten auf, da sich u. a. die Abnessungen des Kristalls durch die Wärmeausdehnung ändern. Es ist bekannt, die Einflüsse der Temperatur durch Verwendung von Kristallen mit bestimmten Schnittwinkeln zu vermindern. Allerdings sind der hierdurch erreichbaren Verbesserung relativ enge Grenzen gesetzt. Weiterhin ist es bekannt, die Frequenz von Schwingkristallen durch Einbau derselben in einen temperaturgeregelten Ofen (Thermostaten) konstant zu halten. Hierbei ist jedoch die relativ hohe Heizleistung, welche aufzubringen ist sowie die Anheizzeit, welche im günstigsten Fall mehrere Minuten beträgt, als nachteilig anzusehen. Auch ist bereits vorgeschlagen worden, zur Konstanthaltung der Frequenz eines Schwingkristalls einer Oszillatorschaltung ein mindestens eine Grenzschicht enthaltendes Halbleiterbauelement zu verwenden, das mit dem Schwingkristall in Wärmekontakt steht (DU-OS 2 337 436).
Hierzu sind jedoch Regeleinrichtungen erforderlich, welche den durch das Halbleiterbauelement fließenden Strom entsprechend der Umgebungstemperatur steuern.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwingkristallanordnung mit wenigstens einem passiven Heizelement anzugeben, bei welcher auf einfache Weise ohne zusätzliche Regeleinrichtungen eine Stabilisierung der Kristalltemperatur in relativ kurzer Zeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das passive Heizelement ein PTC-Widerstand ist, der eine solche Curie-Temperatur aufweist, daß der Schwingkristall auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur höhere Temperatur erhitzt wird.
Die Erfindung soll anhand der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert werden.
In Figur 1 ist eine Schwingkristallanordnung dargestellt, welche als frequenzbestimmendes Element eine kreisförmige auarzscheibe 2 enthält, die beidseitig mit Elektrodenbelägen 4 versehen ist. Die Elektrodenbeläge sind ihrerseits mit Anschlüssen Q1 und Q2 verbunden, welche isoliert durch das Gehäuse 1 hindurchgeführt sind. Unmittelbar auf der Quarzscheibe ist weiterhin ein PTC-Widerstand 3 befestigt, der mit den ebenfalls isoliert durch das Gehäuse 1 hindurchgeführten Anschlossen U1 und U2 verbunden ist. Das Gehäuse selbst besteht z. 3. aus einer metallischen Bodenplatte sowie einer metallischen Gehäusekappe und wird zweckmäßigerweise an Masse gelegt. Je nach Aufgabenstellung kann sich jedoch auch die Verwendung eines Gehäuses aus einem anderen Material, wie z. B. Glas oder Keramik als vorteilhaft erweisen.
Der PTC-Widerstand ist in hinreichendem Abstand vom frequenzbestimmenden Bereich der Quarzscheibe, d. h. dem Elektrodenbereich entfernt angebracht. Es ist jedoch auch möglich, den PTC-widerstand in einen Schwingungsknoten der Quarz scheibe zu legen, wodurch ebenfalls der Einfluß der zusätzlichen Masse auf die Eigenfrequenz des Schwingkristalls klein gehalten-werden kann.
Selbstverständlich können auch mehrere PTC-Widerstände auf der Quarzscheibe befestigt werden, was eine besonders gleichmäßige Teriperaturverteilung in der Quarzscheibe zur Folge hat.
wird an den PTC-Widerstand eine Spannung angelegt, so stellt sich nach kurzer Zeit eine konstante Temperatur ein, welche von der Curie-Temperatur des verwendeten PTC-Widerstandsmaterials abhängt. Bei den üblicherweise verwendeten Materialien fällt der Widerstandsverlauf zunächst mit zunehmender Temperatur leicht ab und steigt dann jenseits der Curie-Temperatur steil an. Hierdurch wird eine selbsttätige Regelung des Heizstroms bewirkt und damit auch die gewünschte Te,nseraturstabilisierung wird nun beispielsweise durch absinkende Umgebungstemperatur dem Schwingkristall Wärmeenergie entzogen, so kühlt sich der darauf befestigte PTC-Widerstand auf eine Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur ab. Hierbei verringert sich der Widerstand, was eine Erhöhung des Heizstroms zur Folge hat. Dem Kristall wird dadurch mehr Wärme energie zugeführt und die Temperatur des Kristalls stellt sich wieder auf den ursprünglichen Wert ein.
Zur Verwendung in PTC-Widerständen haben sich Widerstandsmaterialien als vorteilhaft erwiesen, deren Curie-Temperaturen oberhalb 800 C liegen. Hierdurch ist gewährleistet, daß bei den üblicherweise auftretenden Unterschieden in der Umgebungstemperatur die Regelung mit Sicherheit erfolgt.
Um die Temperaturstabilisierung noch weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, am Gehäuse und/oder der Halterung und/oder den elektrischen Anschlüssen weitere PTC-Widerstände anzubringen (Figur 2). Zusätzlich kann die Abkühlung dadurch verringert werden, daß Halterungs- oder Anschlußdrähte aus schlecht wärmeleitendem Material verwendet werden oder eine wärmeisolierende Kappe, z. B. aus Polyurethanschaum, über den Quarz geschoben wird.
Durch die genannten Maßnahmen konnten Quarzoszillatoren aufgebaut werden, deren Frequenzgenauigkeit in der Größenordnung 10 6 bis 10 -7 liegt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Schwingkristallanordnung mit wenigstens einem passiven Heizelement, welches in Wärmekontakt zum Schwingkristall steht, dadurch gekennzeichnet, daß das passive Heizelement ein PTC-Widerstand ist, der eine solche Curie-Temperatur aufweist, daß der Schwingkristall auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur höhere Temperatur erhitzt wird.
2. Schwingkristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein PTC-Widerstand verwendet wird, dessen Curie-Temperatur oberhalb 800 C liegt.
3. Schwingkristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand auf der Oberfläche des Schwingkristalls befestigt ist.
4. Schwingkristallanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand in hinreichendem Abstand vom frequenzbestimmenden Bereich oder im Bereich eines Schwingungsknotens des Schwingkristalls befestigt ist
5. Schwingkristallanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungs- wed/oder Anschlußdrähte für den PTC-Widerstamd und/oder den Schwingkristall aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
6. Schwingkristallanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung mehrere PTC-Widerstände, vorzugsweise in regelmäßiger Anordnung auf dem Schwingkristall befestigt sind.
7. Schwingkristallanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gkennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer PTC-Widerstand an AnschluBdrähten oder am Gehäuse befestigt ist, welches zur Aufnahme des Schwingkristalls sowie des darauf befestigten PTC-Widerstandes dient.
8. Schwingkristallanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schwingkristall mit PTC-Widerstand und der Gehäusewand eine wärmeisolierende Kappe, vorzugsweise aus Polyurethanschaum, vorgesehen ist.
9. Schwingkristallanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse außen mit einer wärmeisolierenden Kappe umgeben ist.