[发明专利]一种具有多枚箭形振臂的高精度谐振式石英温度传感器

说明书

本发明公开了一种具有多枚箭形振臂的高精度谐振式石英温度传感器，要解决的是现有温度传感器体积大、热敏石英谐振器固定、安装结构复杂，响应速度慢等问题。本产品包括一体化封装部件和热敏石英谐振器并且一体化封装部件内充满了氦气，所述一体化封装部件包括管帽和管座，管座包括绝缘子、第一管脚和第二管脚，热敏石英谐振器包括基部区和n个振臂，n为不小于四的偶数。本产品改进了热敏石英谐振器的机械强度，降低了常规结构中的寄生振动模式，使其支撑、固定、安装结构简单，成本率高，更重要的是提升了传感器的精度、响应速度、重复性和长期稳定性；本产品工作频率较低，功耗小，精度高，响应速度快，频谱干净，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及温度传感器领域，具体是一种具有多枚箭形振臂的高精度谐振式石英温度传感器。

背景技术

谐振式石英温度传感器是一种新颖的数字传感器，它以高准确度、高稳定、超高分辨率等优良特性而闻名，其工作机制是“谐振”，不是靠分子热运动产生的“电阻”，因此其超低温特性也颇好。这如俄国学者马洛夫指出的“石英晶体温度传感器的灵敏度大大高于绝大多数现有温度传感器，其中包括铂电阻温度传感器，广泛应用的铂电阻传感器，其非线性较大，高达0.55℃，而石英晶体温度传感器的非线性却不超过0.07℃。”

目前谐振式石英温度传感器大体有两种：厚度切变模式的高频谐振式石英温度传感器和弯曲振动模式(或扭曲振动模式)的低频谐振式石英音叉温度传感器。它们各有千秋，分别在各自的应用领域发挥作用。

厚度切变模式的谐振式石英温度传感器的主要优点是分辨率最高，准确度最优，长期稳定度最佳，可是其主要缺点是：

第一，工作频率高，通常为10～28MHz，敏感元件与振荡电路的距离通常不能大于500mm，否则振荡信号变得不稳定。因此不适宜于制作插入深度较大的温度探头；

第二，响应速度较慢，有的长达60S，一般的也是10S以上；

第三，功耗大，为mw级；

第四，谐振器的支撑结构复杂，因此抗机械冲击和振动的能力不强；

第五，通常采用TO5型、HC-45/U、HC-18U、HC-36U封装外壳，体积较大，因此不适宜检测微小空间的温度场；

第六，其寄生振动模式很多，并且随着测温范围而变化，需要复杂的抑制和补偿技术。

弯曲振动模式以及扭曲振动模式的谐振式石英音叉温度传感器的主要优点是工作频率低(32～40KHz)，适宜于制作插入深度较大的温度探头；功耗小(μW级)，精度较高,体积小(￠3*8mm、￠2*6mm)，响应速度很快(可达7S)。主要缺点是：

第一，由于其工作频率较低，通常为32～40KHz，故其频率温度灵敏度较低，通常小于3.5Hz/℃；

第二，Q值不很高，通常为8000左右，因此，其温度分辨率不太高；要想达到高分辨率，必须在信号处理的算法上下功夫。

第三，其重复性和长期稳定性也不能与高频厚度切变模式的谐振式石英温度传感器匹敌。

第四，石英音叉热敏谐振器的一致性和频率——温度斜率(频率——温度系数)的一致性对制作工艺误差要求极其苛刻：通常要求石英晶体X射线的定向误差和光学冷加工精度满足：晶片的Z/轴与石英晶体的Z轴(光轴)的偏离误差△ZZ^/≤3、，

晶片的Y/轴与石英晶体的Y轴(机械轴)的偏离误差△YY^/≤15、，

晶片的X/轴与石英晶体的X轴(电轴)的偏离误差△XX^/≤25、；