RU198436U1

RU198436U1 - Quartz resonator thermostat

Info

Publication number: RU198436U1
Application number: RU2019127747U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Абрамзон
Original assignee: Игорь Владимирович Абрамзон
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-07-08

Abstract

Заявленная полезная модель относится к области радиоэлектроники и предназначена для работы в составе термостатированного кварцевого генератора. Технический результат - снижение нестабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры. Для этого в кварцевом резонаторе-термостате (КРТ), содержащем вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными на ней элементами системы терморегулирования КРТ, которая закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух диэлектрических полосок, периферийные части двух диэлектрических полосок склеены между собой через разделительную прокладку, при этом центральная часть верхней диэлектрической полоски через дополнительно введенную разделительную прокладку приклеена к диэлектрической подложке, а нижняя диэлектрическая полоска через разделительную прокладку приклеена к основанию вакуумированного корпуса.The declared utility model relates to the field of radio electronics and is designed to work as part of a thermostated quartz oscillator. The technical result is to reduce the instability of the MCT frequency when the ambient temperature changes. For this, in a quartz resonator-thermostat (MCT) containing an evacuated case, in which a quartz piezoplate with film exciting electrodes deposited on it is mounted on a dielectric substrate with elements of the MCT thermoregulation system placed on it, which is fixed on a heat-insulating support mounted on the base of the evacuated body and made of two dielectric strips, the peripheral parts of the two dielectric strips are glued together through a spacer, while the central part of the upper dielectric strip is glued to the dielectric substrate through an additionally inserted spacer, and the lower dielectric strip is glued to the base of the evacuated housing.

Description

Кварцевый резонатор-термостатQuartz resonator thermostat

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

Известны кварцевые резонаторы-термостаты (КРТ), содержащие кварцевую пьезопластину (ПП) с нанесенными на нее пленочными электродами для возбуждения в ПП толщинно-сдвиговых колебаний, а также систему термостатирования, включающую датчик температуры, усилитель и наревательный элемент, которая вместе с ПП размещается в вакуумированном корпусе КРТ, обеспечивая точное поддержание температуры кварцевой ПП при изменении окружающей температуры [1]. Благодаря размещению системы термостатирования внутри вакуумированного корпуса КРТ вместе с кварцевой ПП достигается низкая потребляемая мощность, малое время разогрева, а также уменьшение размеров термостатированного кварцевого генератора.Known quartz resonator thermostats (CMT) containing a quartz piezoelectric plate (PP) with film electrodes deposited on it to excite thickness-shear vibrations in the PP, as well as a temperature control system, including a temperature sensor, an amplifier and a heating element, which together with the PP is placed in evacuated housing of the SRT, providing accurate maintenance of the temperature of the quartz PP with changing ambient temperature [1]. Thanks to the placement of the temperature control system inside the KRT evacuated housing, together with the quartz PP, low power consumption, a short warm-up time, and also a reduction in the size of the thermostatically controlled crystal oscillator are achieved.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является КРТ [2], содержащий вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на краях диэлектрической подложки, на которой в центральной части размещены также нагревательные элементы системы термостатирования КРТ. Диэлектрическая подожка закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса, изготовленной из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок, склеенных центральными частями между собой, при этом периферийные части верхней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительные прокладки приклеены к периферийным частям диэлектрической подложки, а периферийные части нижней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительные прокладки приклеены к основанию вакуумированного корпуса. Данный КРТ имеет миниатюрные размеры и малое время разогрева, а также обеспечивает очень низкую потребляемую мощность термостатированного кварцевого генератора, благодаря вакуумной теплоизоляции системы термостатирования и низкой теплопроводности теплоизолирующей опоры.Closest to the proposed utility model is a CMT [2], which contains a vacuum case in which a quartz piezoelectric plate with film exciting electrodes deposited on it is mounted through contact petals on the edges of the dielectric substrate, on which the heating elements of the MCT thermostatic control system are also located in the central part. The dielectric substrate is mounted on a heat-insulating support mounted on the basis of a vacuum enclosure made of two heat-insulating dielectric strips glued by the central parts to each other, while the peripheral parts of the upper heat-insulating dielectric strip are glued to the peripheral parts of the dielectric substrate through the spacer strips, and the peripheral parts of the lower heat-insulating the strips through the spacer gaskets are glued to the base of the evacuated housing. This MCT has a miniature size and a short warm-up time, and also provides a very low power consumption of a thermostatically controlled quartz oscillator due to vacuum thermal insulation of the thermostatic control system and low thermal conductivity of the heat-insulating support.

Недостатком такой конструкции является относительно невысокая стабильность ее частоты от изменения окружающей температуры из-за значительных градиентов температуры по диэлектрической подложке вследствие тепловых потоков от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, к ее периферийной части к местам крепления диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре, в которой также размещаются контактные лепестки с кварцевой ПП.The disadvantage of this design is the relatively low stability of its frequency from changes in ambient temperature due to significant temperature gradients along the dielectric substrate due to heat fluxes from the heating elements located in the central part of the dielectric substrate to its peripheral part to the points of attachment of the dielectric substrate to the heat-insulating support, in which also contains contact petals with quartz PP.

Цель предлагаемой полезной модели - снижение нестабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры.The purpose of the proposed utility model is to reduce the instability of the frequency of SRT with changing ambient temperature.

Поставленная цель достигается тем, что в кварцевом резонаторе-термостате (КРТ), содержащем вакуумированный корпус, в котором кварцевая ПП с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными в ее центральной части на стороне, обращенной к кварцевой ПП, нагревательными элементами системы термостатирования КРТ, которая обратной стороной закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок, периферийные части двух теплоизолирующих диэлектрических полосок склеены между собой через разделительные прокладки, при этом центральная часть верхней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к центральной части диэлектрической подложки, а центральная часть нижней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к основанию вакуумированного корпуса.This goal is achieved by the fact that in a quartz resonator-thermostat (CMT), containing a vacuum case, in which a quartz PP with film excitation electrodes deposited on it is mounted through contact petals on a dielectric substrate with its central part placed on the side facing the quartz PP with heating elements of the KRT thermostatic control system, which is mounted on the back with a heat-insulating support mounted on the basis of a vacuum housing and made of two heat-insulating dielectric strips, the peripheral parts of two heat-insulating dielectric strips are glued to each other through spacer strips, while the central part of the upper heat-insulating dielectric strip is the spacer strip is glued to the central part of the dielectric substrate, and the central part of the lower heat insulating dielectric strip is glued to the base of the evacuated rpusa.

При таком креплении диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре тепловой поток в окружающую среду от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, проходя через диэлектрическую опору, не приводит к существенным температурным градиентам от центральной части диэлектрической подложки к ее периферии.With this fastening of the dielectric substrate to the heat-insulating support, the heat flux into the environment from the heating elements located in the central part of the dielectric substrate passing through the dielectric support does not lead to significant temperature gradients from the central part of the dielectric substrate to its periphery.

Достигаемым техническим результатом является обеспечение более высокой точности 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.Achievable technical result is the provision of 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 higher temperature stability of the SRT compared to the prototype.

Конструкция предлагаемой полезной модели показана на фигуре. Она содержит основание вакуумированного корпуса 1 с выводами 2 и 3, крышку 4, герметично соединенную в вакууме с основанием корпуса 1, теплоизолирующую опору в виде двух диэлектрических полосок 5 и 6 с низкой теплопроводностью, склеенные между собой через разделительные прокладки 7 в периферийных частях, при этом одна из диэлектрических полосок через разделительную прокладку 8 в центральной части приклеена к основанию вакуумированного корпуса 1, а вторая - через разделительную прокладку 9 в центральной части приклеена к диэлектрической подложке 10, в центральной части которой размещены нагревательные элементы системы термостатирования 11 с теплоотражающим экраном 12 или без него, а в периферийной части диэлектрической подложки 10 через монтажные лепестки 13 закреплена кварцевая ПП 14 с нанесенными на ней пленочными возбуждающими электродами 15, при этом возбуждающие электроды 15 через выводы 2 подключают к внешней схеме автогенератора, а систему термостатирования 11 через выводы 3 подключают к внешнему источнику постоянного электрического напряжения.The design of the proposed utility model is shown in the figure. It contains the base of the evacuated housing 1 with terminals 2 and 3, the cover 4, hermetically connected in vacuum to the base of the housing 1, a heat-insulating support in the form of two dielectric strips 5 and 6 with low thermal conductivity, glued to each other through separation pads 7 in the peripheral parts, this, one of the dielectric strips through the separation gasket 8 in the central part is glued to the base of the evacuated housing 1, and the second through the separation gasket 9 in the central part is glued to the dielectric substrate 10, in the central part of which the heating elements of the temperature control system 11 with a heat-reflecting screen 12 or without it, and in the peripheral part of the dielectric substrate 10, through the mounting petals 13, a quartz PP 14 is fixed with film excitation electrodes 15 deposited on it, while the excitation electrodes 15 are connected to the external circuit of the oscillator through terminals 2, and the thermostatic system 11 through terminals 3 They are connected to an external source of constant electric voltage.

При подачи электрического напряжения на выводы 3 система термостатирования 11 нагревает диэлектрическую подложку 10 до заданной температуры и поддерживает ее с высокой точностью при изменении окружающей температуры. Нагретая диэлектрическая подложка 10 через монтажные лепестки 13 и в значительно меньшей степени, через теплопроводность остаточного газа в вакуумированном объеме КРТ и инфракрасное излучение подогревает кварцевую ПП 14 до ее рабочей температуры. При этом нагретая диэлектрическая подложка 10 теряет тепловую энергию в окружающую среду, но в основном, через теплопроводность теплоизолирующей опоры, состоящей из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок 5 и 6. Поскольку нагревательные элементы системы термостатирования 11 расположены в центральной части диэлектрической подложки 10, приклеенной к теплоизолирующей полоске 6, тепловой поток от центра диэлектрической пластины 14 к ее периферийной части, где установлены монтажные лепестки 7 с кварцевой ПП 14, очень мал, благодаря чему обеспечиваются минимальные градиенты температуры по диэлектрической подложке 10, что обуславливает более высокую точность поддержания температуры монтажных лепестков 13 и установленной в них кварцевой ПП 14 при изменении окружающей температуры.When applying voltage to the terminals 3, the temperature control system 11 heats the dielectric substrate 10 to a predetermined temperature and maintains it with high accuracy when the ambient temperature changes. The heated dielectric substrate 10 through the mounting lobes 13 and to a much lesser extent, through the thermal conductivity of the residual gas in the vacuum volume of the SRT and infrared radiation heats the quartz PP 14 to its operating temperature. In this case, the heated dielectric substrate 10 loses thermal energy to the environment, but mainly through the thermal conductivity of the heat insulating support, consisting of two heat insulating dielectric strips 5 and 6. Since the heating elements of the temperature control system 11 are located in the central part of the dielectric substrate 10, glued to the heat insulating strip 6, the heat flux from the center of the dielectric plate 14 to its peripheral part, where the mounting tabs 7 with the quartz PP 14 are mounted, is very small, which ensures minimal temperature gradients along the dielectric substrate 10, which leads to higher accuracy in maintaining the temperature of the mounting tabs 13 and the installed in them, quartz PP 14 with a change in ambient temperature.

Предлагаемая полезная модель реализована в серийно выпускаемых КРТ, содержащих вакуумный металлический корпус типа ТО-8 (НС-37), на основании которого смонтирована теплоизолирующая опора в виде двух стеклянных полосок с размерами 3×10×0.5 мм, склеенных между собой в периферийных частях через стеклянные прокладки размерами 3×1.0×0.5 мм. Нижняя полоска в центральной части через стеклянную прокладку размерами 3×3×0.5 мм приклеена к основанию корпуса ТО-8, а верхняя полоска через такую же прокладку приклеена к диэлектрической подложке, на которой расположена система термостатирования КРТ, а в периферийной части установлены монтажные лепестки, в которых при помощи токопроводящего клея смонтирована кварцевая ПП 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, плосковыпуклую форму с радиусом кривизны 300 мм и возбуждается на частоте 10 МГц по 3 механической гармонике. 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 proposed utility model is implemented in commercially available MCTs containing a TO-8 (NS-37) type vacuum metal housing, on the basis of which a heat-insulating support is mounted in the form of two glass strips with dimensions 3 × 10 × 0.5 mm glued together in the peripheral parts through glass pads with dimensions of 3 × 1.0 × 0.5 mm. The lower strip in the central part is glued to the base of the TO-8 casing through a 3 × 3 × 0.5 mm glass gasket, and the upper strip through the same gasket is glued to the dielectric substrate on which the KRT temperature control system is located, and mounting tabs are installed in the peripheral part, in which quartz PP is mounted with conductive glue 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. The MCT frequency instability was measured after the MCT temperature was set to the first extremum of its temperature-frequency characteristic (TFC), 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.

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.

Формула полезной моделиUtility Model Formula

Кварцевый резонатор-термостат (КРТ), содержащий вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными в ее центральной части на стороне, обращенной к кварцевой пьезопластине, нагревательными элементами системы термостатирования КРТ, которая обратной стороной закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок, отличающийся тем, что периферийные части двух теплоизолирующих диэлектрических полосок склеены между собой через разделительные прокладки, при этом центральная часть верхней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к центральной части диэлектрической подложке, а центральная часть нижней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена 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 on a dielectric substrate with the heating elements of the КРТ thermostatic control system placed on its side facing the quartz piezoelectric plate, which is mounted on the back with a heat-insulating support mounted on the basis of the evacuated housing and made of two heat-insulating dielectric strips, characterized in that the peripheral parts of two heat-insulating dielectric strips are glued to each other through spacer gaskets, while the central part of the upper heat-insulating dielectric strip is glued through the spacer strip to the central part of the dielectric substrate, and the central part of the lower heat-insulating dielectric strip is glued to the base of the evacuated Orpusa.

Рефератabstract

Задача предлагаемой полезной модели - снижение нестабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры.The objective of the proposed utility model is to reduce the instability of the SRT frequency with changing ambient temperature.

Поставленная задача достигается тем, что в кварцевом резонаторе-термостате (КРТ), содержащем вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными на ней элементами системы терморегулирования КРТ, которая закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух диэлектрических полосок, периферийные части двух диэлектрических полосок склеены между собой через разделительную прокладку, при этом центральная часть верхней диэлектрической полоски через дополнительно введенную разделительную прокладку приклеена к диэлектрической подложке, а нижняя диэлектрическая полоска через разделительную прокладку приклеена к основанию вакуумированного корпуса.The problem is achieved in that in a quartz resonator-thermostat (CMT) containing a vacuum case in which a quartz piezoelectric plate with film excitation electrodes deposited on it is mounted through contact petals on a dielectric substrate with the elements of the thermal control system of the CMT mounted on it, which is mounted on a heat-insulating the support mounted on the basis of the evacuated housing and made of two dielectric strips, the peripheral parts of the two dielectric strips are glued to each other through a spacer strip, while the central part of the upper dielectric strip is glued to the dielectric substrate through an additionally inserted spacer strip, and the lower dielectric strip through the spacer strip glued to the base of the evacuated housing.

При таком креплении диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре тепловой поток в окружающую среду от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, проходя через диэлектрическую опору, не приводит к температурным градиентам от центральной части диэлектрической подложки к ее периферии.With this fastening of the dielectric substrate to the heat-insulating support, the heat flux into the environment from the heating elements located in the central part of the dielectric substrate, passing through the dielectric support, does not lead to temperature gradients from the central part of the dielectric substrate to its periphery.

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 on a dielectric substrate with the heating elements of the КРТ thermostatic control system placed on its side facing the quartz piezoelectric plate, which is mounted on the back with a heat-insulating support mounted on the basis of the evacuated housing and made of two heat-insulating dielectric strips, characterized in that the peripheral parts of two heat-insulating dielectric strips are glued to each other through spacer gaskets, while the central part of the upper heat-insulating dielectric strip is glued through the spacer strip to the central part of the dielectric substrate, and the central part of the lower heat-insulating dielectric strip is glued to the base of the evacuated Orpusa.