DE574456C - Arrangement for keeping the natural frequency constant of piezo-electric crystals in a more or less perfect vacuum - Google Patents
Arrangement for keeping the natural frequency constant of piezo-electric crystals in a more or less perfect vacuumInfo
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Description
Anordnung zur Konstanthaltung der Eigenfrequenz von in einem mehr oder weniger vollkommenen Vakuum befindlichen piezo-elektrischen Kristallen Die Erfindung bezweckt, die Eigenfrequenz eines in einem Kristallhalter eingesetzten piezo-elektrischen Kristalls unabhängig von der Temperatur zu machen.Arrangement for keeping the natural frequency constant from in one more or less perfect vacuum piezo-electric crystals Die The purpose of the invention is to determine the natural frequency of a used in a crystal holder piezo-electric crystal to make it independent of the temperature.
Dies wird erreicht: r. durch eine derartige Konstruktion des Kristallhalters, daß der Abstand Kristall-Elektrode mit der Temperatur zunimmt und z. dadurch, daß der Kristall in an sich bekannter Weise in einem möglichst luft- bzw. gasleeren Raum sich befindet.This is achieved: r. by such a construction of the crystal holder, that the distance crystal electrode increases with temperature and z. as a result of that the crystal in a manner known per se in as little air or gas as possible Space is located.
Die Wirkung der Anordnung erklärt sich wie folgt: Bekanntlich nimmt die Eigenfrequenz eines Kristalls mit zunehmender Temperatur ab, mit abnehmender Temperatur dagegen zu. Nimmt man nun an, die Temperatur der Kristallumgebung und somit die des Kristalls selbst habe zugenommen, dann nimmt infolgedessen seine Eigenfrequenz ab. Durch dieselbe Temperaturerhöhung steigt aber gemäß der oben angegebenen Bedingung i der Abstand zwischen Elektrode und Kristall, was bekanntlich eine Steigerung der Eigenfrequenz des Kristalls zur Folge hat. Durch geeignete Wahl des Materials und der Abmessung der einzelnen Teile des Kristallhalters ist es also prinzipiell möglich, beide Wirkungen der Temperaturerhöhung gegenseitig aufzuheben.The effect of the arrangement can be explained as follows: As is well known, takes the natural frequency of a crystal decreases with increasing temperature, with decreasing Temperature against it. Assume now the temperature of the crystal environment and thus that of the crystal itself has increased, then its natural frequency increases as a result away. However, due to the same increase in temperature, it rises in accordance with the condition given above i the distance between electrode and crystal, which is known to increase the The natural frequency of the crystal. By suitable choice of material and the dimensions of the individual parts of the crystal holder, it is in principle possible both effects of the temperature increase cancel each other out.
Bei gewöhnlichen Kristallhaltern, bei denen zwischen Elektrode und Kristall sich Luft oder Gas befindet, ist die Konstruktion mit selbsttätig veränderlichem Elektrodenabstand praktisch vollkommen unverwendbar, da bei diesen Kristallhaltern wegen der Luftdämpfung die Leistung des Kristalls sehr stark von dem Abstand zwischen Kristall und Elektrode abhängt (s. z. B. Telefunken-Zeitung, Heft q., VIII. Jahrgang, Aufsatz von Dr. K. Hegener »Über Messungen an piezo-elektrischen Kristallen«, Seite 6o ff.), so daß für eine genügende Leistung der Abstand zwischen Kristall und Elektrode einen ganz bestimmten Wert haben muß; mit anderen Worten: bei den gewöhnlichen Kristallhaltern mit in einer Luftumgebung befindlichen Kristallen darf der einmal günstig gewählte Abstand zwischen Kristall und Elektrode nicht geändert werden. Es kann also bei den gewöhnlichen Kristallhaltern eine Anordnung, bei der die eingangs angegebene Bedingung i erfüllt ist, gar nicht verwendet «.erden. Diese Anordnung wird aber sehr wirksam und vorteilhaft, wenn man die Umgebung des Kristalls ganz oder zum größten Teil evakuiert, denn bei evakuierten Kristallhaltern fällt die Luftbeeinflussung weg, und man kann somit den Abstand zwischen Kristall und Elektrode in verhältnismäßig weiten Grenzen ohne Auslöschung der Leistung ändern.With ordinary crystal holders, with those between the electrode and Crystal if there is air or gas, the construction is automatically changeable Electrode spacing practically completely unusable, because with these crystal holders because of the air damping the performance of the crystal depends very much on the distance between Crystal and electrode depends (see e.g. Telefunken-Zeitung, issue q., VIII. Article by Dr. K. Hegener “About measurements on piezo-electric crystals”, page 6o ff.), So that the distance between crystal and electrode for sufficient performance must have a very specific value; in other words: with the usual crystal holders with crystals in an air environment, the one chosen favorably may be allowed The distance between the crystal and the electrode cannot be changed. So it can with the usual crystal holders an arrangement in which the one specified at the beginning Condition i is fulfilled, not used at all. However, this arrangement will very effective and beneficial when looking at or around the area around the crystal mostly evacuated because at evacuated crystal holders falls the air influencing away, and one can thus adjust the distance between crystal and Change the electrode within relatively wide limits without extinguishing the performance.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Hier bedeuten: x einen Metallflansch, z eine dem Kristall als Unterlage dienende Metallelektrode, 3 eine über dem Kristall befindliche Elektrode aus einem leitenden Material von einem sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.- B. aus Nickelstahllegierung, q. einen Quarzkristall, 5 einen Glaskörper, 6 einen Pumpansatz, eine Kittmasse.An exemplary embodiment is shown in the drawing. Here mean: x a metal flange, z a metal electrode serving as a base for the crystal, 3, an electrode made of a conductive material from a very low coefficient of thermal expansion, e.g. made of nickel steel alloy, q. a quartz crystal, 5 a glass body, 6 a pump attachment, a cement compound.
Wird infolge einer Temperaturerhöhung der Abstand zwischen der oberen Elektrode und dem Kristall durch die Ausdehnung des Glaszylinders 5 vergrößert, so wird durch die Ausdehnung des Nickelstahlzylinders der Abstand verkleinert, da beide Ausdehnungen sich entgegenwirken, wie aus der Zeichnung ersichtlich wird. Nun mögen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der betreffenden Glassorte bzw. der benutzten Nickelstahllegierung 10-6-8,97 bzw. xo-s . o,88 betragen (siehe »Deutscher Kalender für Elektrotechniker«, x922, Seite 92). Da die Längen der Körper 3 und 5 nach der Zeichnung ungefähr die gleichen sind, so kann man sagen, daß die Vergrößerung d" des Abstandes zwischen Elektrode und Kristall pro x ° C Temperaturzunahme durch den Ausdruck gegeben ist: d 1-la (xo-s. 8,97-xo-s # 0,88) @.xo-s # 8,x h, wobei lt die Länge von Körper 5 bedeutet. Durch eine zweckmäßige Wahl des Abstandes zwischen Kristall und Elektrode bei der Ausgangstemperatur und der Länge h kann leicht erreicht werden, daß die Frequenzzunahme infolge der Abstandsänderung da gleich wird der Frequenzabnahme durch die Temperatursteigerung.If, as a result of an increase in temperature, the distance between the upper electrode and the crystal is increased by the expansion of the glass cylinder 5, the distance is reduced by the expansion of the nickel steel cylinder, since both expansions counteract each other, as can be seen from the drawing. Now the coefficients of thermal expansion of the respective type of glass or of the nickel steel alloy used may be 10-6-8.97 or xo-s. o.88 (see »German Calendar for Electrical Engineers«, x922, page 92). Since the lengths of the bodies 3 and 5 are approximately the same according to the drawing, it can be said that the increase d "of the distance between the electrode and the crystal per x ° C increase in temperature is given by the expression: d 1-la (xo- s. 8,97-xo-s # 0.88) @ .xo-s # 8, x h, where lt means the length of body 5. By an appropriate choice of the distance between crystal and electrode at the starting temperature and the length h can be easily achieved that the increase in frequency due to the change in distance is equal to the frequency decrease as by the temperature increase.
Um etwaige Hochfrequenzverluste durch den Nickelstahlzylinder 3 zu vermeiden, kann man ihn mit einem dünnen Kupferüberzug versehen. Als Material für diesen Zylinder kommt jede Legierung mit einem möglichst kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Betracht. So ist hierfür z. B. die unter der Bezeichnung »Invar« bekannte Nickelstahllegierung gut verwendbar, deren Wärmeausdehnung praktisch gleich Null ist. Unter Umständen kann es sich zur Vergrößerung der Ausdehnung des Körpers 5 empfehlen, diesen z. B. aus Messing zu machen, dann muß der Flansch i aus einem Isolator bestehen. Man könnte auch den Zylinder 5 teilweise aus Messing, teilweise aus Glas machen.In order to avoid any high frequency losses through the nickel steel cylinder 3 it can be avoided with a thin copper coating. As a material for this cylinder comes with any alloy with the lowest possible coefficient of thermal expansion into consideration. So this is z. B. the nickel steel alloy known as "Invar" well usable, the thermal expansion of which is practically zero. In certain circumstances it can be recommended to enlarge the expansion of the body 5, this z. B. to make of brass, then the flange i must consist of an insulator. Man could also make the cylinder 5 partly from brass, partly from glass.
Natürlich könnte man die oben beschriebene Ausführungsform des Kristallhalters in mannigfaltiger Weise abändern. Beim Gebrauch in umgekehrter Lage als gezeichnet, würde die Elektrode 3 als Unterlage für den Kristall und 2 als obere Elektrode dienen. Auch könnte die Elektrode 2 in ähnlicher Weise wie die Elektrode 3 zylindrisch ausgeführt werden.Of course, one could use the embodiment of the crystal holder described above change in various ways. When used in the opposite position as shown, the electrode 3 would serve as a base for the crystal and 2 as the top electrode. The electrode 2 could also have a cylindrical design in a manner similar to the electrode 3 will.
Claims (5)
Priority Applications (2)
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DET38577D DE581838C (en) | 1931-02-13 | Arrangement for keeping the natural frequency of circles containing piezoelectric crystals constant | |
DET38342D DE574456C (en) | 1931-02-13 | 1931-02-13 | Arrangement for keeping the natural frequency constant of piezo-electric crystals in a more or less perfect vacuum |
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DE574456C true DE574456C (en) | 1933-04-18 |
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DET38342D Expired DE574456C (en) | 1931-02-13 | 1931-02-13 | Arrangement for keeping the natural frequency constant of piezo-electric crystals in a more or less perfect vacuum |
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1931
- 1931-02-13 DE DET38342D patent/DE574456C/en not_active Expired
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