SU1747947A1 - Piezoelectric-crystal converter of temperature - Google Patents
Piezoelectric-crystal converter of temperature Download PDFInfo
- Publication number
- SU1747947A1 SU1747947A1 SU894700220A SU4700220A SU1747947A1 SU 1747947 A1 SU1747947 A1 SU 1747947A1 SU 894700220 A SU894700220 A SU 894700220A SU 4700220 A SU4700220 A SU 4700220A SU 1747947 A1 SU1747947 A1 SU 1747947A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- transistor
- collector
- temperature
- circuit
- frequency
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к термометрии и позвол ет повысить точность, измерени путем увеличени крутизны преобразовани , Пьезокварцевый преобразователь температуры (ППТ) с частотным выходом содержит усилитель 1, выполненный на транзисторе 2, включенном по схеме с общим коллектором, многомодовый термочувствительный кварцевый резонатор 7, последовательный LC-контур, включенный между эмиттером и коллекто ром транзистора. Средн точка LC-контура через второй фа- зирующ-ий конденсатор 4 соединена с кол- лектором транзистора 2. Параметры реактивных элементов св заны определенным соотношением. Это позвол ет обеспечить в ППТдвухчастотный режим и повысить крутизну преобразовани 4 ил.The invention relates to thermometry and allows to improve the accuracy of measurements by increasing the conversion steepness. A piezoelectric temperature converter (FPT) with a frequency output contains an amplifier 1, made on a transistor 2, connected according to a common collector circuit, a multimode temperature-sensitive quartz resonator 7, a series LC- circuit connected between the emitter and collector of the transistor. The midpoint of the LC circuit is connected via a second phase capacitor 4 to the collector of transistor 2. The parameters of the reactive elements are related by a certain ratio. This makes it possible to provide a two-frequency mode in the CTP and to increase the steepness of the 4 sludge conversion.
Description
«"
fefe
sisi
ч о h about
VIVI
Фиг. iFIG. i
Изобретение относитс к технике температурных измеренийThe invention relates to a technique for temperature measurements.
Цель изобретени - повышение точно- с ти измерени путем увеличени крутизны преобразовани .The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy by increasing the conversion steepness.
На фиг,1 представлен пьезокварцевый преобразователь температуры с частотным выходом; на фиг.2 - типичный спектр гар- моникового многомодового кварцевого резонатора LC-среза; на фиг 3 - темпера- турно-частотные характеристики основного (ftu), гармонического (fan) и наиболее интенсивных ангармонических обертонов гар- моникового многомодового кварцевого резонатора LC-среза; на фиг,4 - резонансна характеристика реактивной цепи, включенной между коллектором и эмиттером транзистора, и расположение гармоник и ангармоник кварцевого резонатора LC-среза на частотной оси,Fig, 1 shows a piezoelectric temperature transducer with a frequency output; Fig. 2 shows a typical spectrum of a harmonic multimode quartz resonator of an LC cut; FIG. 3 shows the temperature-frequency characteristics of the main (ftu), harmonic (fan) and most intense anharmonic overtones of the harmonic multimode quartz resonator of the LC cut; FIG. 4 shows the resonant characteristic of a reactive circuit connected between the collector and the emitter of the transistor, and the arrangement of the harmonics and anharmonic of the LC crystal slice on the frequency axis,
Пьезокварцевый преобразователь температуры с частотным выходом содержит усилитель 1, выполненный на транзисторе 2 с общим коллектором, первый фазирующий конденсатор 3, включенный-между базой и эмиттером транзистора, второй фазирующий конденсатор 4, подключенный между коллектором транзистора и точкой соединени катушки 5 индуктивности и конденсатора 6, которые подключены соответственно к коллектору и эмиттеру транзистора, много- модовый термочувствительный кварцевый резонатор 7, включенный между базой и коллектором транзистора, нагрузочный резисторе , резмстивный делитель, состо щий из резисторов 9 и 10, и блокировочный конденсатор 11.A piezoelectric temperature converter with a frequency output contains an amplifier 1 made on a transistor 2 with a common collector, a first phasing capacitor 3 connected between the base and the emitter of the transistor, a second phasing capacitor 4 connected between the collector of the transistor and the junction point of inductor 5 and capacitor 6, which are connected respectively to the collector and emitter of the transistor, a multimode temperature-sensitive quartz resonator 7 connected between the base and collector of the transistor, intramural resistor rezmstivny divider consisting of the resistors 9 and 10 and bypass capacitor 11.
Пьезокварцевый преобразователь температуры с частотным выходом работает следующим образом.Piezoquartz temperature transducer with frequency output works as follows.
В преобразователе используетс ф мно- гомодовый термочувствительный гармо- никовый кварцевый резонатор Y-среза или LC-среза. Резонаторы этого типа, как и резонаторы АТ-среза, принадлежат к пьезорезонаторам с локализацией тол- щинно-сдвиговых колебаний и вл ютс мультимодными с интенсивными ангармоническими модами. На фиг,2 приведен типичный спектр колебаний гармоникового кварцевого резонатора LC-среза, где А - отношение- динаммческих сопротивлений на основном колебании и соответствуюа1ий гармонической или ангармонической моде; fmnp - частота моды колебаний, т,л,р - число сто чих полуволн (или колеблющихс сегментов пластины) вдоль осей у,х,г кварцевого резонатора соответственно; fin - основное колебаниие; f из, f 131, fm - ангармонические обертоны основного колебани , fan -треть гармоника основного колебани ; fsi3, f33i, fais - ангармонические обертоны третьей гармоники кварцевого резонатора LC-среза, который выполн етс герметизированным с гелиевым заполнением .The transducer uses a multimode temperature-sensitive harmonic quartz resonator of a Y-cut or LC-cut. Resonators of this type, as well as at-cut resonators, belong to piezoresonators with localization of thickness-shear oscillations and are multimode with intense anharmonic modes. Fig. 2 shows a typical oscillation spectrum of a harmonic quartz resonator LC-slice, where A is the ratio of the dynamic resistances on the fundamental oscillation and the corresponding harmonic or anharmonic mode; fmnp is the frequency of the oscillation mode, t, l, p is the number of hundred half-waves (or oscillating plate segments) along the y, x, and g axes of the quartz resonator, respectively; fin - basic oscillation; f of, f 131, fm are the anharmonic overtones of the fundamental oscillation, fan is the third harmonic of the fundamental oscillation; fsi3, f33i, fais are the anharmonic overtones of the third harmonic of a quartz resonator LC slice, which is sealed with helium filling.
В описываемом пьезокварцевом преобразователе температуры с частотным выходом необходимо возбудить в двухчастотноIn the described piezoquartz temperature transducer with frequency output, it is necessary to excite in two-frequency
режиме колебани некратных частот fi и fa, близких к собственным резонансным частотам третьей гармоники fan с положительным температурным коэффициентом частоты и ее ближайшей интенсивной ангармоники fai5 с отрицательным температурным коэффициентом частоты кварцевого резонатора 7 при наличии в нем также интенсивных мод основного колебани fm и ангармоник fm, fi3i, fn5. Устойчивостьthe mode of oscillation of non-multiple frequencies fi and fa close to the natural resonant frequencies of the third harmonic fan with a positive temperature coefficient of frequency and its nearest intensive anharmonic fai5 with a negative temperature coefficient of the frequency of the quartz resonator 7 in the presence of also intense modes of the main oscillation fm and anharmonic fm, fi3i , fn5. Resilience
двухчастотного режима в преобразователе обеспечиваетс за счет подавлени основного колебани fm и его ангармоник fm, fiai, fns. Это осуществл етс подавление благодар включению между коллектором иthe dual-frequency mode in the converter is provided by suppressing the fundamental oscillation fm and its anharmonic fm, fiai, fns. This is accomplished by suppressing the inclusion between the collector and
эмиттером транзистора 2 реактивной цепи, состо щей из последовательно соединенных конденсатора б и параллельного контура , включающего катушку 5 индуктивности и конденсатор 4. Если частоту последовательного резонансаthe emitter of the transistor 2 is a reactive circuit consisting of a series-connected capacitor b and a parallel circuit including an inductor 5 and a capacitor 4. If the frequency of the series resonance
тослtosl
+C2 + C2
0)0)
3535
этой реактивной цепи выбрать равной разности ЧаСТОТ fp3 f315 f311,T.e.this reactive circuit is chosen equal to the frequency difference fp3 f315 f311, T.e.
fncrai fpa f315 - f 311 fncrai fpa f315 - f 311
1one
2лг%/ЦС1С+С2 а частоту параллельного резонанса2lg% / ЦС1С + С2 and parallel resonance frequency
(2)(2)
пар : steam:
(3)(3)
этой реактивной цепи выбрать равной удвоенной разности частот fp3 fsis - fsn. т е.This reactive circuit is chosen equal to twice the frequency difference fp3 fsis - fsn. T. e.
fnap 2fp3 2(f315 - f311) 7fnap 2fp3 2 (f315 - f311) 7
1one
2rcVi C22rcVi C2
-.(4)-.(four)
то резонансна характеристика такой реактивной цепи на частотной оси с модами термочувствительного кварцевого резонатора на частоту f0 26,5 МГц будет выгл деть согласно фиг,4.then the resonant characteristic of such a reactive circuit on the frequency axis with the modes of a temperature-sensitive quartz resonator at a frequency f0 of 26.5 MHz will look like as shown in FIG. 4.
Из фиг.4 следует, что между частотами fps и 2fp3, где расположены основные колебание ft 11 и его ангармоники fm, fiai, fns,From figure 4 it follows that between the frequencies fps and 2fp3, where the main oscillations of ft 11 and its anharmonic fm, fiai, fns are located,
реактивна цепь носит индуктивный характер , и, следовательно, дл этих частот в преобразователе на базе емкостного трехточечного генератора не будут выполн тьс фазовые соотношени и эти частоты возбудитьс не смогут. Дл частот третьей гармо- ники fan и ее интенсивной аигармоники fais, как видно из фиг,4, указанна реактивна цепь носит емкостный характер, и, следовательно , дл этих частот фазовые соотношени выполн ютс и необходимое условие обеспечени двухчастотных колебаний преобразовател имеет место. Достаточное условие существовани двухчастотных колебаний в преобразователе на частотах fan и fai5 обеспечиваетс подавлением на входе нелинейного активного элемента - транзистора 2 разностной частоты fp3 f3is - fsn с помощью все той же реактивной цепи, состо щей из конденсаторов 4 и б и катушки 5 индуктивности.the reactive circuit is inductive in nature and, therefore, for these frequencies the phase relations in the converter based on a capacitive three-point generator will not be fulfilled and these frequencies cannot be excited. For the frequencies of the third harmonic fan and its intense harmonic fais, as can be seen from FIG. 4, this reactive circuit is capacitive in nature and, therefore, for these frequencies the phase relations are fulfilled and the necessary condition for providing two-frequency oscillations of the converter occurs. A sufficient condition for the existence of two-frequency oscillations in the converter at the fan and fai5 frequencies is provided by suppressing the input of the nonlinear active element — transistor 2 of the difference frequency fp3 f3is - fsn with the help of the same reactive circuit consisting of capacitors 4 and inductance 5.
Соотношени (1)- (4) позвол ют св зать между собой параметры элементов реактивной цепи. Действительно, разделив(4) на(2), получаютRelations (1) - (4) allow us to relate the parameters of the reactive chain elements to each other. Indeed, dividing (4) by (2), get
2 -2 -
CLC+C2CLC + C2
FF
С2C2
отсюдаfrom here
4 four
CLC + С2 С2CLC + C2 C2
илиor
CLC ЗС2CLC ЗС2
Определ Са из (4), получаютDetermine Ca from (4), get
1one
1one
2 4Ji2(2fp3)2L 1(f3i5-fan)2L Подставл (8) в (7), получают2 4Ji2 (2fp3) 2L 1 (f3i5-fan) 2L Substitute (8) in (7), get
CLCCLC
l6(f315-f31l)2Ll6 (f315-f31l) 2L
Таким образом, при выборе параметров элементов реактивной цепи в соответствии с (9) в предлагаемом пьезокварцевом преобразователе с частотным выходом возбуждаютс некоторые частоты fi fan и fa fats, завис щие от измер емой температуры следующим образом:Thus, when selecting the parameters of the reactive circuit elements in accordance with (9), in the proposed piezoquartz transducer with a frequency output, some frequencies fi fan and fa fats are excited, depending on the measured temperature as follows:
fi-f3it f°3H + CTi(T-To); (Ю)fi-f3it f ° 3H + CTi (T-To); (YU)
f2 f315 f°315+CT2CT-To), 01)f2 f315 f ° 315 + CT2CT-To), 01)
где То - температура в реперной точке;where That is the temperature at the reference point;
Ст1 - температурный коэффициент чувствительности моды f3n();St1 - temperature coefficient of sensitivity of the f3n mode ();
Ст2 - температурный коэффициент чувствительности МОДЫ Т315().St2 - temperature sensitivity coefficient MODES T315 ().
За счет нелинейности характеристики активного элемента - транзистора 2 в выходном сигнале преобразовател , помимоDue to the nonlinearity of the characteristics of the active element - transistor 2 in the output signal of the converter, in addition to
5 основных частот fan и fais, имеютс комбинационные колебани 2fp3 2(fais - fan), fpa fais - fail. В качестве выходного колебани п рёоВразовател используетс втора гармоника разностной частоты трзThere are 5 main fan and fais frequencies, there are combination oscillations 2fp3 2 (fais-fan), fpa fais-fail. The second harmonic of the difference frequency, trz, is used as the output oscillation of the reuser.
10 котора зависит от температуры следующим образом:10 which depends on temperature as follows:
feb.x 2fp3 2ff3is - fan) 2 f°3i5 + + CT2 (T-To) - Гаи - CT1 (T-To) feb.x 2fp3 2ff3is - fan) 2 f ° 3i5 + + CT2 (T-To) - Gai - CT1 (T-To)
(f°315 - f°31l) + (Ст2 + Crl) (T-To) (f ° 315 - f ° 31l) + (St2 + Crl) (T-To)
2(f°315 - f°31l) + 2(Ст2 - Ст1) (T-To) 2 (f ° 315 - f ° 31l) + 2 (St2 - St1) (T-To)
2f°p3 + 2Стрз (T-To) 2(f°3i5 - f°3i i) + + 2(CT2-CTi)(T-To) 2f0p3 + 2СтРз (T-To) f°Bblx + Ствых (T-To) (12) 20 2f ° p3 + 2Strz (T-To) 2 (f ° 3i5 - f ° 3i i) + + 2 (CT2-CTi) (T-To) 2f0p3 + 2Strz (T-To) f ° Bblx + Stvyh (T- To) (12) 20
и котора эффективно выдел етс параллельным контурбм, состо щим из катушки б индуктивностии конденсатора 5 С учетом того, что дл кварцевых резонаторов LC- 25 среза справедливо следующее равенство1and which is effectively separated by a parallel contour consisting of an inductor b of inductance and a capacitor 5 Considering that for quartz resonators LC-25, the following equality holds: 1
( 1i22). (13) (1i22). (13)
Т311Ст1T311St1
30 результирующий коэффициент темпеоатур- ной чувствительности Ствых равен30 The resulting coefficient of Stvykh tempoatur sensitivity is equal to
3535
Ствых 2(Ст2 - Ст1) -Ст1) -4,44Ст1STV 2 (St2 - St1) -St1) -4.44St1
2(-1,22 СТ1 2 (-1.22 CT1
Дл гармоникового термочувствительного кварцевого резонатора на частоту 26,5 МГц по третьей гармонике температурный коэффициент чувствительности Ст1 For a harmonic temperature-sensitive quartz resonator at a frequency of 26.5 MHz in the third harmonic, the temperature coefficient of sensitivity St1
40 1000Гц/°С.40 1000Hz / ° C.
Следовательно, в предлагаемом преобразователе температурный коэффициент чувствительности составл ет 4440 Гц/°С. Таким образом, существенно повышенаTherefore, in the proposed converter, the temperature sensitivity coefficient is 4440 Hz / ° C. Thus, significantly increased
45 крутизна характеристики преобразовани благодар использованию лишь одного кварцевого резонатора, уменьшаетс дрейф нул и улучшаетс долговременна нестабильность частоты, определ ема ,45 the slope of the conversion characteristic due to the use of only one quartz resonator, the zero drift decreases and the long-term frequency instability improves, being detected,
50 главным образом, старением кварцевого резонатора, старение приводит к примерно идентичным уходам частот fan и fais и к компенсации этих уходов в выходной частоте , используетс двухчастотный режим, что50 mainly, by aging of the quartz resonator, aging leads to approximately identical drift frequencies of the fan and fais and to compensate for these drifts in the output frequency, a dual-frequency mode is used, which
55 резко улучшает спектральный состав на выходе устройства.55 dramatically improves the spectral composition of the output device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894700220A SU1747947A1 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Piezoelectric-crystal converter of temperature |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894700220A SU1747947A1 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Piezoelectric-crystal converter of temperature |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1747947A1 true SU1747947A1 (en) | 1992-07-15 |
Family
ID=21451795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894700220A SU1747947A1 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Piezoelectric-crystal converter of temperature |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1747947A1 (en) |
-
1989
- 1989-06-05 SU SU894700220A patent/SU1747947A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1239532,кл, G 01 К 7/32,1986. Авторское свидетельство СССР № 16339 5, кл. G 01 К 7/32, 1987. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4872765A (en) | Dual mode quartz thermometric sensing device | |
SU1747947A1 (en) | Piezoelectric-crystal converter of temperature | |
US4628285A (en) | 3-terminal oscillating element and oscillator employing the same | |
KR920004825A (en) | Measuring method of pressure using tuning fork crystal oscillator | |
RU1793277C (en) | Piezoquartz temperature transducer | |
GB2069788A (en) | Improvements in or relating to tuneable quartz overtone oscillators | |
SU1126897A1 (en) | Device for measuring tuned circuit quality factor | |
Watanabe et al. | Ultra-stable OCXO using dual-mode crystal oscillator | |
US4906948A (en) | Oscillator with piezoelectric resonator | |
JP2686991B2 (en) | Overtone oscillator circuit | |
SU389470A1 (en) | DEVICE FOR MEASUREMENT OF EQUIVALENT PARAMETERS OF QUARTZ RESONATORS | |
JPH0296406A (en) | Temperature compensation crystal oscillator | |
SU357882A1 (en) | QUARTZ GENERATOR: .got;: KD | |
RU1795309C (en) | Piezoelectric temperature transducer | |
SU1580183A1 (en) | Temperature to frequency piezoquartz converter | |
SU1170298A1 (en) | Pressure transducer | |
RU1795308C (en) | Temperature measuring device | |
RU1810764C (en) | Method of detecting parasitic components in generator signal spectrum | |
SU970265A1 (en) | Measuring device for frequency piezoresonance pickup | |
SU395784A1 (en) | DEVICE FOR AUTOCOMPENSATION MEASUREMENTS | |
Kosykh et al. | Modulation type dual-mode oscillator intended for micro-chip realization | |
SU1059652A1 (en) | Sine-wave osillator | |
SU1107253A2 (en) | Frequency-modulated crystal oscillator | |
SU1425559A2 (en) | Device for measuring coefficient of acoustic coupling of acoustically coupled crystal vibrator | |
SU1186976A1 (en) | Pressure transducer |