[发明专利]一种采用异型叉臂的谐振式石英音叉温度传感器

说明书

一种采用异型叉臂的谐振式石英音叉温度传感器，涉及谐振式石英音叉温度传感器领域。本发明是为了解决现有的石英音叉温度传感器存在的问题。本发明本实施方式的石英音叉热敏谐振器两个叉臂通过连接部与基部相连、且两个叉臂和基部位于连接部31的同侧或两侧，两个叉臂首端之间具有夹角，非平行的两叉臂的伸出方向将导致总体方位误差变小。具有异型叉臂的谐振式石英音叉热敏谐振器的晶体切型是ZYtW(115°±3°)/(44±5°)。两者的迭加，将使得对晶体工艺综和误差要求不苛刻。适用于医学肿瘤的治疗监测、兽用直肠温度计、计划生育妇女体温计、地震井地震前兆监测以及石油井环空温度检测仪表。

技术领域

本发明属于谐振式石英音叉温度传感器领域，尤其涉及传感器的叉臂。

背景技术

传统的谐振式石英音叉温度传感器皆是由两枚尺寸相同、相互平行、并且左右对称叉臂的热敏石英音叉谐振器构成的。其主要特征是，该石英音叉温度传感器的热敏音叉谐振器的二枚叉臂皆从其基部区向外平行地伸出，并且在该两叉臂所构成的平面内，二枚叉臂彼此平衡地向相反方向进行弯曲振动，构成一种“面内弯曲振动”，即所谓的“厚度弯曲振动”模式。例如：论文《低成本高性能的谐振式石英音叉温度传感器》、《一种低成本高性能的谐振式石英音叉温度传感器》(发表在英国的《传感器评论》杂志)、和实用新型专利CN201314848Y《一种谐振式石英晶体温度传感器》、和德国、俄罗斯、日本、英国等的谐振式石英晶体温度传感器产品样本。

常规谐振式石英音叉温度传感器的石英音叉结构如图5所示。通常其晶片厚度为0.1～0.35mm，两叉臂的外侧成直线状、宽度皆为W、且两叉臂关于石英音叉的中心线是轴对称的。石英音叉温度传感器的基区宽度B、W与两叉臂的间距D的关系为：B＝2W+D。

当石英音叉温度传感器没有承受加速度影响时，两叉臂的前端位置状态如图6(A)所示，而当其受到加速度作用时，两叉臂的前端位置状态如图6(B)所示。如果把石英音叉温度传感器的叉臂内侧与叉臂外侧的状态相互对照，那么会观察到，两叉臂向其内侧方向出现了明显的扭曲形变。此时，从两叉臂方向面向其基区观测时，则在两叉臂与基区的连接处附近区域将产生明显的应力集中现象。该应力集中现象往往将导致两叉臂与基区的连接处附近区域或其叉臂出现裂纹，甚至使得石英音叉温度传感器损坏。特别是目前石英音叉温度传感器最细的叉臂宽度为0.15～0.3mm，最长的叉臂为2.5～5.16mm，这使得石英音叉温度传感器特性变差、损坏的几率更大。

显然，它的机械强度和耐机械振动、抗加速度影响能力极需改善。此外，目前采用宽度弯曲振动模式工作的谐振式石英晶体温度传感器还存在一些不尽人意之处，例如：在现有技术中采用的谐振式石英音叉热敏谐振器的晶体切型的定位精度和光学冷加工工艺要求苛刻，要求与石英晶体的Y轴(机械轴)、Z轴(光轴)以及X轴(电轴)偏离精度很高，通常要求小于等于1’。否则，将严重地影响谐振式石英晶体温度传感器的准确度、一致性和稳定性。

因此，目前在该领域中，迫切地需求一种结构简单、体积小、准确度高、一致好、耐机械振动、抗加速度、对晶体工艺误差要求不苛刻、成品率高的高性能谐振式石英音叉温度传感器。

发明内容

本发明是为了解决现有的石英音叉温度传感器存在的上述问题，现提供一种采用异型叉臂的谐振式石英音叉温度传感器。

一种采用异型叉臂的谐振式石英音叉温度传感器，包括：管帽、管座、石英音叉热敏谐振器和绝缘子，管帽盖合在管座上表面、二者之间形成密封空间，绝缘子的顶端穿过管座伸入该密封空间内部，石英音叉热敏谐振器位于密封空间内；

石英音叉热敏谐振器包括连接部、两个叉臂和基部；两个叉臂的首端通过连接部与基部的首端相连、且两个叉臂和基部位于连接部的同侧或相对的两侧，两个叉臂呈镜像对称设置，两个叉臂的表面均设有多个叉臂盲孔，连接部表面设有多个连接部盲孔；

基部的末端通过绝缘子的顶端固定在密封空间内部。