RU123218U1

RU123218U1 - QUARTZ RESONATOR-THERMOSTAT

Info

Publication number: RU123218U1
Application number: RU2012129385/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Абрамзон
Original assignee: Игорь Владимирович Абрамзон
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Кварцевый резонатор-термостат (КРТ), содержащий вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована в периферийной части диэлектрической подложки с размещенными на ней нагревателями, термодатчиком и другими элементами системы термостатирования КРТ, которая закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и состоящей из опорного кольца, изготовленного из материала с низкой теплопроводностью и приклеенной к нему в двух диаметрально противоположных местах теплоизолирующей полоски, отличающийся тем, что крепление диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре осуществляется через прокладку в центральной части теплоизолирующей полоски, при этом опорное кольцо своей нижней частью в двух местах через прокладки приклеено к основанию вакуумированного корпуса.A quartz resonator-thermostat (КРТ), containing a vacuum case, in which a quartz piezoelectric plate with film exciting electrodes deposited on it is mounted through contact petals in the peripheral part of the dielectric substrate with heaters, a temperature sensor, and other elements of the КРТ thermostatic system mounted on it that is insulated a support mounted on the basis of a vacuum housing and consisting of a support ring made of a material with low thermal conductivity Strongly and glued thereto in two diametrically opposed places of heat insulating strip, characterized in that the fastening of the dielectric substrate to the insulating support through the gasket in the central part of insulating strip, wherein the support ring its lower part at two locations through the gasket adhered to the bottom of the evacuated enclosure.

Description

Данная полезная модель относится к области радиоэлектроники и предназначена для работы в составе термостатированных кварцевых генераторов.This utility model relates to the field of electronics and is designed to operate as a part of thermostatically controlled quartz oscillators.

Известны кварцевые резонаторы-термостаты (КРТ), содержащие кварцевую пьезопластину (ПП) с нанесенными на нее пленочными электродами, для возбуждения в толщинно-сдвиговых колебаний, а также систему термостатирования, включающую нагреватель и датчик температуры, которая вместе с ПП размещается в вакуумированном корпусе КРТ, обеспечивая точное поддержание температуры ПП при изменении окружающей температуры [Пьезоэлектрические резонаторы. Справочник под ред. П.Е.Кандыбы и П.Г.Позднякова, М., 1992 г., стр.332]. Благодаря размещению системы термостатирования внутри вакуумированного объема КРТ вместе с ПП, достигается низкая потребляемая мощность, малое время разогрева, а также уменьшение размеров термостатированного кварцевого генератора.Known quartz resonator thermostats (SRT) containing a quartz piezoelectric plate (PP) with film electrodes deposited on it, for excitation in thickness-shear oscillations, as well as a temperature control system, including a heater and a temperature sensor, which, together with the PP, are placed in a vacuum chamber of the SRT , providing accurate maintenance of the temperature of the PP when the ambient temperature changes [Piezoelectric resonators. Handbook Ed. P.E. Kandyba and P.G. Pozdnyakova, M., 1992, p. 323]. Thanks to the placement of the temperature control system inside the evacuated volume of the SRT together with the PC, low power consumption, a short heating time, as well as a reduction in the size of the thermostatically controlled crystal oscillator are achieved.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является КРТ [I. Abramzon, Патент №103042 на Полезную модель «Кварцевый резонатор термостат», содержащий диэлектрическую подложку с расположенными на ней элементами системы термостатирования КРТ, в периферийной части которой смонтированы металлические лепестки, в которых установлена кварцевая пьезопластина с пленочными возбуждающими электродами. Диэлектрическая подложка закреплена в двух местах к теплоизолирующему опорному кольцу, которое, в свою очередь, приклеено к теплоизолирующей диэлектрической полоске, центральная часть которой через прокладку приклеено к основанию вакуумированного корпуса типа ТО-8 (НС-37). КРТ имеет выводы для подключения возбуждающих электродов к внешней схеме автогенератора, а также выводы для подключения схемы термостатирования к внешнему источнику электрического напряжения. Данный КРТ, благодаря вакуумной теплоизоляции нагретых частей своей конструкции (диэлектрической подложки, ПП и металлического экрана) и низкой теплопроводности теплоизолирующего кольца, имеет низкую потребляемую мощность подогрева и малое время установления частоты после включения. Недостатком такой конструкции является относительно невысокая стабильность частоты при изменении окружающей температуры из-за значительных градиентов температуры по диэлектрической подложки вследствие тепловых потоков от нагревательных элементов, расположенных в центральной части подложки, к ее периферийной части, где расположены лепестки с ПП и места крепления диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре.Closest to the proposed utility model is the SRT [I. Abramzon, Patent No. 103042 for Utility Model “Quartz Resonator Thermostat”, containing a dielectric substrate with elements of the CMT temperature control system located on it, in the peripheral part of which are mounted metal petals, in which a quartz piezoelectric plate with film exciting electrodes is mounted. The dielectric substrate is fixed in two places to a heat-insulating support ring, which, in turn, is glued to a heat-insulating dielectric strip, the central part of which is glued to the base of a vacuum housing type TO-8 (NS-37) through the gasket. КРТ has conclusions for connecting the exciting electrodes to the external circuit of the oscillator, as well as conclusions for connecting the thermostatic circuit to an external voltage source. Due to the vacuum thermal insulation of the heated parts of its structure (dielectric substrate, PP and metal shield) and the low thermal conductivity of the heat-insulating ring, this MCT has a low power consumption and a short settling frequency after switching on. The disadvantage of this design is the relatively low frequency stability when the ambient temperature changes due to significant temperature gradients along the dielectric substrate due to heat fluxes from the heating elements located in the central part of the substrate to its peripheral part, where the petals with PP and the attachment points of the dielectric substrate to heat insulating support.

Целью предлагаемой полезной модели является снижение нестабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры. Эта цель достигается тем, что в КРТ, в котором кварцевая ПП с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенной на ней системой термостатирования, которая закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и состоящей из опорного кольца и приклеенной к нему в диаметрально противоположных местах теплоизолирующей полоски, крепление диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре осуществляется через прокладку в центральной части теплоизолирующей полоски, при этом опорное кольцо через две прокладки, расположенные в его диаметрально противоположных частях, приклеено к основанию вакуумированного корпуса. При таком креплении диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре тепловой поток от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, в окружающую среду, проходя через теплоизолирующую опору не приводит к температурным градиентам от центра диэлектрической подложки к ее периферии, что обеспечивает более высокую точность поддержания температуры лепестков и более однородное температурное поле вокруг ПП при изменении окружающей температуры, следствием чего является более высокая, по сравнению с прототипом, температурная стабильность частоты КРТ.The purpose of the proposed utility model is to reduce the instability of the frequency of SRT with changing ambient temperature. This goal is achieved in that in CMT, in which a quartz PP with film exciting electrodes deposited on it through contact petals is mounted on a dielectric substrate with a thermostatic system placed on it, which is mounted on a heat-insulating support mounted on the basis of a vacuum housing and consisting of a support ring and a heat-insulating strip glued to it in diametrically opposite places, the dielectric substrate is attached to the heat-insulating support through DKU in central insulating strip, wherein the support ring through two gaskets located at diametrically opposite parts, glued to the bottom of the evacuated enclosure. With this fastening of the dielectric substrate to the heat-insulating support, the heat flux from the heating elements located in the central part of the dielectric substrate to the environment, passing through the heat-insulating support does not lead to temperature gradients from the center of the dielectric substrate to its periphery, which provides higher accuracy of maintaining the temperature of the petals and a more uniform temperature field around the PP when the ambient temperature changes, which results in a higher compared to prototype, temperature stability of the frequency of SRT.

Конструкция предлагаемой полезной модели показана на чертеже. Она содержит основание вакуумированного корпуса 1, опорное кольцо 2, выполненное из материала с низкой теплопроводностью, закрепленное на основании 1 через прокладки 3, теплоизолирующую полоску 4, закрепленную на опорном кольце 2, диэлектрическую подложку 5, приклеенную к центру теплоизолирующей полоски 4 через прокладку 6, монтажные лепестки 7, установленные в периферийной части диэлектрической подложке 5, кварцевую ПП 8 с нанесенными на ней пленочными возбуждающими электродами 9, смонтированную в монтажных лепестках 7, систему термостатирования 10 с теплоотражающим экраном 11 или без него, расположенную на диэлектрической подложке 5, крышку 12 герметично соединенную в вакууме с основанием корпуса 1, выводы 13 для подключения возбуждающих электродов 9 к внешней схеме автогенератора и выводы 14 для подключения системы термостатирования 10 к внешнему источнику постоянного электрического напряжения.The design of the proposed utility model is shown in the drawing. It contains the base of the evacuated housing 1, a support ring 2 made of a material with low thermal conductivity, fixed to the base 1 through gaskets 3, a heat-insulating strip 4, mounted on a support ring 2, a dielectric substrate 5 glued to the center of the heat-insulating strip 4 through a gasket 6, mounting petals 7 installed in the peripheral part of the dielectric substrate 5, quartz PP 8 with film excitation electrodes 9 deposited on it, mounted in mounting petals 7, a thermostatic system 10 with or without heat-reflecting screen 11, located on the dielectric substrate 5, the cover 12 is hermetically connected in vacuum to the base of the housing 1, terminals 13 for connecting the exciting electrodes 9 to the external circuit of the oscillator and terminals 14 for connecting the thermostatic system 10 to an external constant source electrical voltage.

При подачи электрического напряжения на выводы 14 система термостатирования 10 нагревает диэлектрическую подложку 5 до заданной температуры и поддерживает ее с высокой точностью при изменении окружающей температуры. Нагретая диэлектрическая подложка 5, главным образом, через монтажные лепестки 7 и, в значительно меньшей степени, через теплопроводность остаточного газа в вакуумированном объеме КРТ и инфракрасное излучение подогревает кварцевую ПП 8 до ее рабочей температуры. При этом нагретые части КРТ теряют энергию в окружающую среду через инфракрасное излучение, теплопроводность остаточного газа в объеме КРТ, но главным образом, через теплопроводность теплоизолирующей опоры, состоящей из опорного кольца 2 и теплоизолирующей полоски 4. Поскольку нагревательные элементы системы термостатирования 10 расположены, в основном, в центральной части диэлектрической пластины 5, где она приклеена к теплоизолирующей полоске 4, тепловой поток от центра диэлектрической пластины 5 к ее периферийной части, где установлены монтажные лепестки 7 с ПП 8, очень мал, что обеспечивает минимальные градиенты температуры по диэлектрической пластине 5, следствием чего являются более высокая точность поддержания температуры монтажных лепестков 7 и установленной в них ПП 8 при изменении окружающей температуры.When applying voltage to the terminals 14, the temperature control system 10 heats the dielectric substrate 5 to a predetermined temperature and maintains it with high accuracy when the ambient temperature changes. The heated dielectric substrate 5, mainly through the mounting lugs 7 and, to a much lesser extent, through the thermal conductivity of the residual gas in the evacuated volume of the SRT and infrared radiation heats the quartz PP 8 to its operating temperature. In this case, the heated parts of the SRT lose energy to the environment through infrared radiation, the thermal conductivity of the residual gas in the volume of the SRT, but mainly through the thermal conductivity of the heat-insulating support, consisting of a support ring 2 and heat-insulating strip 4. Since the heating elements of thermostat system 10 are located, mainly , in the central part of the dielectric plate 5, where it is glued to the insulating strip 4, the heat flux from the center of the dielectric plate 5 to its peripheral part, where it is installed The mounting petals 7 with PP 8 are very small, which ensures minimal temperature gradients along the dielectric plate 5, which results in higher accuracy of maintaining the temperature of the mounting petals 7 and the installed PP 8 in them when the ambient temperature changes.

Предлагаемая полезная модель реализована в серийно выпускаемых КРТ, содержащих вакуумный металлический корпус типа TO-8 (HC-37), на основании которого через прокладки в двух диаметрально противоположных местах приклеено опорное кольцо с внешним диаметром 12 мм, изготовленное из стекла с сечением 1,0×1,0 мм. На стеклянное кольцо в двух местах, расположенных ортогонально с местами крепления стеклянного кольца на основании ТО-8, приклеена теплоизолирующая полоска, изготовленная из ситалла с размерами 12,0×3,0×0,6 мм. К центральной части теплоизолирующей полоски через прокладку из ситала размерами 3,0×3,0 мм и толщиной 0,4 мм приклеена диэлектрическая пластина, на которой расположена система термостатирования КРТ, а в периферийной части установлены монтажные лепестки, в которых при помощи токопроводящего клея смонтирована кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами. КРТ имеет выводы для подключения возбуждающих электродов к внешнему автогенератору, а также выводы для подключения термостата к внешнему источнику электрического напряжения. Объем КРТ откачан до высокого вакуума и герметизирован методом холодной сварки. Кварцевая пластина имеет угловую ориентацию yxbl/22°/34° (SC-срез), диаметр 10 мм, плоско-выпуклую форму с радиусом кривизны 300 мм и возбуждается на частоте 10 МГц по 3 механической гармонике.The proposed utility model is implemented in commercially available MCTs containing a TO-8 (HC-37) type vacuum metal casing, on the basis of which a support ring with an outer diameter of 12 mm made of glass with a cross section of 1.0 is glued through gaskets in two diametrically opposite places × 1.0 mm. On a glass ring in two places located orthogonally with the fastening points of the glass ring on the TO-8 base, a heat-insulating strip made of ceramic with dimensions of 12.0 × 3.0 × 0.6 mm is glued. A dielectric plate is glued to the central part of the heat-insulating strip through a 3.0 × 3.0 mm thick and 0.4 mm thick gasket on which the SRT temperature control system is located, and mounting tabs are installed in the peripheral part, in which they are mounted using conductive glue quartz piezoelectric plate with film exciting electrodes deposited on it. The SRT has leads for connecting the exciting electrodes to an external oscillator, as well as leads for connecting the thermostat to an external voltage source. The volume of SRT is pumped out to high vacuum and sealed by cold welding. The quartz plate has an angular orientation of yxbl / 22 ° / 34 ° (SC-slice), a diameter of 10 mm, a plano-convex shape with a radius of curvature of 300 mm and is excited at a frequency of 10 MHz by 3 mechanical harmonics.

Измерение нестабильности частоты КРТ проводилось после настройки температуры КРТ на первый экстремум его температурно-частотной характеристики (ТЧХ), около 88°С, при изменении окружающей температуры от 25°С до 85°С и от 25°С до -40°С. Результаты измерений нестабильности частоты предлагаемой полезной модели и прототипа приведены в таблице 1.The MCT frequency instability was measured after the MCT temperature was set to the first extremum of its temperature-frequency characteristic (TCH), about 88 ° С, when the ambient temperature changed from 25 ° С to 85 ° С and from 25 ° С to -40 ° С. The results of measuring the frequency instability of the proposed utility model and prototype are shown in table 1.

Таблица 1.Table 1. Тип КРТType of SRT Относительное изменение частоты КРТ при изменении окружающей температуры от +25°С до +85°СRelative change in the frequency of SRT when the ambient temperature changes from + 25 ° C to + 85 ° C Относительное изменение частоты КРТ при изменении окружающей температуры от +25°С до -40°СRelative change in the frequency of SRT when the ambient temperature changes from + 25 ° С to -40 ° С КРТ - прототипKRT - prototype -5Е-9-5E-9 -6Е-9-6E-9 КРТ - полезная модельKRT - utility model -3Е-9-3E-9 -2Е-9-2E-9

Как видно из приведенных в таблице 1 данных, нестабильность частоты полезной модели от изменения окружающей температуры приблизительно в 2 раза ниже, чем температурная нестабильность частоты КРТ - прототипа.As can be seen from the data in table 1, the instability of the frequency of the utility model from changes in ambient temperature is approximately 2 times lower than the temperature instability of the frequency of the SRT prototype.

Claims

A quartz resonator-thermostat (КРТ), containing a vacuum case, in which a quartz piezoelectric plate with film exciting electrodes deposited on it is mounted through contact petals in the peripheral part of the dielectric substrate with heaters, a temperature sensor, and other elements of the КРТ thermostatic system mounted on it that is insulated a support mounted on the basis of a vacuum housing and consisting of a support ring made of a material with low thermal conductivity Strongly and glued thereto in two diametrically opposed places of heat insulating strip, characterized in that the fastening of the dielectric substrate to the insulating support through the gasket in the central part of insulating strip, wherein the support ring its lower part at two locations through the gasket adhered to the bottom of the evacuated enclosure.