JPS60196634A - 水晶温度計 - Google Patents

水晶温度計

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JPS60196634A
JPS60196634A JP5395384A JP5395384A JPS60196634A JP S60196634 A JPS60196634 A JP S60196634A JP 5395384 A JP5395384 A JP 5395384A JP 5395384 A JP5395384 A JP 5395384A JP S60196634 A JPS60196634 A JP S60196634A
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crystal
axis
oscillating
temperature
temperature coefficient
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JP5395384A
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JPH0443223B2 (ja
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Toshitsugu Ueda
敏嗣 植田
Fusao Kosaka
幸坂 扶佐夫
Toshio Iino
俊雄 飯野
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/32Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、水晶振動子を測温素子として用いた水晶温度
計に関し、同一の水晶ウェハから構成した2つの水晶振
動子を有し、一方の振動子を測温素子とし、他方の振動
子を基準クロックを得るための発振素子とした水晶温度
計に関するものである。
〈従来技術〉 水晶は結晶異方性を廟しているので、切り出し角を適当
に選択することによって、温度係数を零にすることもで
き、又、逆に温度係数を大きくす−ることもできる。こ
の温度係数の大きな水晶振動子を測温素子、温度係数の
小さな水晶振動子を発振素子として用いたものが水晶温
度計で、高分解能、高安定性に渥れている。
従来、この柚の水晶温度計においては、測温素子として
の水晶振動子と、基準クロックを得る発振素子としての
水晶振動子とは、全く別々に構成されたものであるため
、多くの温肢校正点を必要とし、その校正に大震な労力
を畏するという欠点があった。
く発明の目的〉 本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので
、温度校正点を減少させ、高精度の水晶温度計を提供す
ることを目的とする。
〈発明の構成〉 この目的を達成する本発明の構成は、X軸又はY軸に対
する回転角が20〜160°の範囲で切り出した水晶ウ
ェハ上に、一対の水晶振動子を作り、温度係数の大きい
水晶振動子を測温素子として用いると共に、温度係数の
小さい水晶振動子を基準クロックを得るための発振素子
として用い、X軸に対する回転角が20〜160°の範
囲で切り出した一対の水晶振’I’rb子は、温度係数
の大きい測温素子をY軸に対して0±20°、または1
80±20°の範囲に形成し、温度係数の小さい発振素
子をY軸に対して60±20°、120±20°、24
0±20゛、または300±20°の範囲に形成し、そ
れぞれの振動子を組み合わせで水晶温度計とし、1だ、
Y軸に対する回転角が20〜160°の範囲で切り出し
た水晶振動子は、温度係数の大きい測温素子′f:Y軸
に対して90±20°、または270±20′の範囲に
形成し、温度係数の小さい発振素子をY軸に対して0±
20′。
または180±20°の範囲に形成し、それぞれの振動
子を組み合わせて水晶温度計としたことを構成上の特徴
とするものである。
〈実施例〉 第1図は本発明に係る水晶温度計の一例を示す′眠気的
なブロック図でめる。この図において、1は徂す温素子
、2は発振素子である。これら水晶振動子は、図示して
ないが、熱伝達を迅速に何うため、例えばヘリウムガス
等が封入きれた熱伝導率の高い金栖ケース内に設置され
ている。;(1,32に増巾器で、それぞれ測温素子1
9発振素子2と共に発振回路os、 、 os2 を形
成しておシ、各発振回路os、 、 os2から発振周
波数信号f、、f2が得られる。40は発振回路OS、
からの発振周波数信号f、を分周する分周器、4は分周
器40からのパルスと発振回路O82からの発振周波数
信号f2を入力するゲート回路、5はカウンタ、6はカ
ウンタ5からの信号を入力する演算表示回路である。
第2図はX軸のまわりに水晶ウエノ・W、金切り出す説
明図で、回転角αは、X、 Y、 Z軸を有する水晶か
ら、X軸を回転軸としてY軸からの角度を示し、第6図
はY軸のまわりに水晶ウェアW2金切り出す説明図で、
回転角αは、Y軸を回転軸としたX軸からの角度を示し
ている。
上記のようなX軸又はY軸に対する回転角αを柚々変え
て切り出した水晶ウエノ% W、 、 W2から水晶振
動子を作り、その温度特性をめると、第4図の通りとな
る。第4図において縦軸は共振周波数の変化Δf/fを
示す。本発明においては、第2図または第6図において
X軸又はY軸に対する回転角αが20〜160°の範囲
、すなわち、温度係数が大きくなる範囲(Δf/f が
−20ppm/℃以上となる範囲)で切り出した水晶ウ
エノ・W、 、 W2を使用するものである。
第5図は、第2図で切り出した水晶ウエノ・W、上に、
水晶振動子C1をホトリソグラフィーの技術とエツチン
グの技術によって形成したものである。
第5図において、Y軸に対する面内回転角θの角度を種
々変えて、その温度特性および等価直列抵抗をめると第
6図および第7図に示す通りとなる。
第6図は面内回転角θに対する温度係数を示すもので、
振動子をθが0°または180″付近で形成した場合が
温度係数が一帯大きく、振動子をθが90および270
″付近で形成した場合が温度係数が一査小さくなる。こ
の温度係数の曲線は180゛周期で繰返す。
第7図は、水晶ウェハW、の切り出し角αを0′とし、
面内回転角θを0′として振動子を形成した場合の等価
直列抵抗の比を1とし、iMi内回転回転角々笈化して
形成したときの等価直列抵抗の比をプロットしたもので
ある。第7図によれば面内回転角θがO’、 60”、
 120”、 180’、 240’、 300付近で
直列等価抵抗の比が低くなっている。
一対の水晶振動子を温歴計として利用する場合の条件は
、第1に水晶振動子の等価直列抵抗比が低いことであり
、この値が高いと、水晶振動子の出力を高入力インピー
ダンスの回路で受けたり、低′6麺のシールド線を使っ
て信号の減衰を防いだすせねばならず、回路側の負担が
大きくなる。第2の条件としては、測温素子の温度係数
は大きく、発振素子の温度係数は小さくシ、かつ、その
差を大きくする心太がある。
上記、水晶温度計の条件を満たす水晶振動子として、温
度係数の差を大きくするだめには、前記第6図から、測
温素子全面内回転角θが0または180°として形成し
、発掘素子を90°または270として形成ずれはよい
。一方、等価直列抵抗を小さくするためKは、第7図か
ら、1m内回転角θを60’。
120、240.300’のいずれかにする心安がある
この場合測温素子は面内回転角θtl−O″または18
0゛に選べは温度係数も大きく、等価直列抵抗比も小さ
いので都合がよいが、発振素子は面内回転角θを温度係
数の小さい90′また1d270”K辿ぶと、等価直列
抵抗比が無限大になり具合いが悪い。そこで、温度係数
は少し大きくなるが、等価直列抵抗比が小さい60.1
20”、 240″、300’にする。
このような面内回転角θにおける迄動子を水晶ウェハW
、上にすべて形成したもの全第8図に示す。
第8図において、41口はY軸に対してそれぞれ0.1
80°で形成した測温素子、ハ、二、ホ、へは発振素子
であり、水晶温度計として測温素子および発振素子を一
対としてそれぞれ組み合わせて使用する。
第9図は第6図で示したY軸に対する回転角が20〜1
60°の範囲で切り出した水晶ウェハW2上に、水晶A
h m+J子C2ヲボトリングラフィーとエツチングの
技術によって形成したもので、この図において、Y軸に
対する面内回転角θの角度を個々変えて、その温度特性
および等価直列抵抗比をめると、第10図、第11図に
示す通りとなる。これらの図によれば、θが90″およ
び270゛付近で温度係数が一番大きくなす、0°およ
び180”付近で温度係数が小さくなる。また等価直列
抵抗比は、O’、90°。
18σ’、270”付近で小さくなる。従って測温素子
としては面内回転角θを90°または270°で形成し
、発振素子としては0゛または180°付近で形成すれ
ばよい。
このような面内回転角度θにおける振動子を水晶ウェア
W2上にすべて形成したもの金弟12図に示す。第12
図において、479口′にY軸に対してそれぞれ90゛
、270°で形成した測温素子、ノ4.二′は発振素子
であシ、それぞれを一対として組み合わせて使用する。
第13図は、上述のX軸又はY軸に対する回転角αが2
0〜160の範囲で切り出した同一のウェハ上に水晶撮
動子を形成したもので、第13図(、)は第8図の測温
素子口、発振素子二を組合わせたもの、第13図(b)
は第12図の口′で測温素子を形成し、との測温素子の
中に発振素子ハ′を形成したものである。
このような構成の水晶振動子は、測温素子と発振素子と
がl同一の水晶ウェハ上にホトリソグラフィーとエツチ
ングの技術によって/ PJ一工程で作られるもので7
両水晶振動子の面内回転角θを常に正確な値に維持する
ことができる。また両振動子を同一工程で得ることから
、電極やゴミの付着等の影響をほぼ同じにできる。従っ
て、水晶ウェハの切り出し角αを正確に定めて周波数金
得るようにすれば、各棟の外乱の影響をキャンセルする
ことができる。
第1図に戻り、測温素子金倉む発振回路OS、からは、
温度に関連した周波数信号f、が出力され、また発振素
子を含む発振回路O82からは、温度に対してほとんど
影響されない周波数信号f2(基準クロック信号)が出
力される。分周器40は、周波数信号f、を分周し、ゲ
ート4に印加し、ゲート4はこれが開となっている開、
周波数信号f2をカウンタ5に印加する。カウンタ5は
この信号を計数する。演算表示回路6は、カウンタ5か
らの計数値を入力し、これから温度に変換する演算、リ
ニアライズのだめの演算等を行って、演算結果を表示す
る。
〈効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように、本発明に
よれば、2つの水晶振動子をフォトリソグラフィーとエ
ツチングの技術により同一ウェハ上に形成し、等価直列
抵抗比が小さく、温度係数の大きな角度に測温素子を、
温度係数の小さな角度に発掘素子を形成したので、校正
点数が少なく、高精度で、かつ、発振回路の簡単な水晶
温度計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る水晶温度計の一例を示す電気的な
ブロック図、第2図および第6図は水晶ウェハを切り出
す説明図、第4図は水晶ウェハの切り出し角に対する温
度特性を示す線図、第5図乃至第12図は水晶ウェハ上
に面内回転角θで水晶振動子を柿々形成した場合の、温
度特性および等価直列抵抗比を示す説明図、第13図は
測温素子および発振素子の形状の一例を示す説明図であ
る。 1・・測温素子、2・・・発振素子、31.32・・・
増巾器、os4. os2・・・発振回路、4・・・分
周器、5・・・カウンタ、6・・・演算表示回路。 第1囚 M2図 第3図 第4図 ダ[度J−一÷ 第5図 Y M6図 90 120 150 180 210 240 27
0品内ロ耘角(e) 箪7囚 酵E転月(θ) 第8図 本 一一一一繁Y 第9図 +1801 +2701 +3601 面内ロ耘角(e) 第11図 360 340 320 300 280 260 2
7.0 220 200 180面内口耘角(θ) 第12図 −一一−Y 箪13図 (a) (b)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)X軸又はY軸まわりの回転角が20〜160′の
    範囲で切り出した水晶ウエノ・上に、一対の水晶振動子
    を作り、温度係数の大きい水晶振動子を測温素子として
    用いると共に、温度係数の小さい水晶振動子を基準クロ
    ックを得るための発振素子として用いたことを特徴とす
    る水晶温度計。
  2. (2)X軸まわりの回転角が20〜160°の範囲で切
    シ出した水晶ウェハ上の一対の水晶振動子は、温度係数
    の大きい測温素子をY軸に対してθ±20°、または1
    80±20゛の範囲に形成し、温度係数の小さい発振素
    子をY軸に対して60±20゛。 120±20°、240±20′、または300±20
    °の範囲に形成し、それぞれの振動子を組み合わせたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の水晶温度計
  3. (3)Y軸まわシの回転角が20〜160°の範囲で切
    シ出した水晶ウェハ上の一対の水晶振動子は、温度係数
    の大きい測温素子をY軸に対して9〇−20°、または
    270°−20°の範囲に形成し、温度係数の小さい発
    振素子をY軸に対して0±20°。 または180±20°の範囲に形成し、それぞれの振動
    子を組み合わせたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の水晶温度計。
  4. (4) 一対の水晶振動子をホトリソグラフィーの技術
    とエツチングの技術をオリ用して形成するようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の水晶温度計
  5. (5)一対の水晶振動子を一体化して構成したことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の水晶温度計。
JP5395384A 1984-03-21 1984-03-21 水晶温度計 Granted JPS60196634A (ja)

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JPH0443223B2 JPH0443223B2 (ja) 1992-07-15

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP4679782B2 (ja) * 1999-12-10 2011-04-27 富士通株式会社 温度センサ

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