[其他]石英晶体温度计

说明书

众所周知，一定切型的石英晶体谐振器的谐振频率随温度的变化而变化，因此可以通过测定其振荡频率来推算温度的高低。同时，石英晶体具有较为稳定的物理化学性质，用石英晶体做温度传感器而制成的温度计具有稳定性好、便于数字化测量等优点。目前国内外已有不同类型的石英晶体温度计问世。

但是，因为用晶体测温其精度取决于测温晶体振荡器的稳定性（实际上是同一温度的再现性）为解决这一问题，通常只能将晶体与振荡槽路做在一起，这样做是为了避免寄生电容影响频率的稳定性。我们首次研制成功的石英晶体温度计就是采用将振荡电路做在一小块狭长的印刷线路板上，测温晶体置于这块板的端头，将这一整体的振荡器装在一金属套筒内，然后密封，这样虽然解决了频率稳定性的问题，却使得传感器的体积大，热时间常数大，不能适用于变化率较大的温场测量。同时振荡电路的电子元件同测温晶体一起置于被测温场中，从而限制了测温范围。

本发明旨在解决上述缺陷，寻求一种将晶体同振荡电路分离开来的技术方案。同时充分应用微型计算机技术。为测温技术提供一种反应灵敏、准确、精度高、测温范围大的智能化装置。

本发明采用国产Y+O°切型的石英晶体和一个构思巧妙的脉冲整形电路构成测温振荡器并且使两者分离开来以解决已有技术中没有解决的问题。

测温晶体1同整形电路2之间用20米长的（λ/2±λ/8）波长的两根同轴电缆连接，λ为振荡频率的波长。振荡电路采用CMOS器件，保证晶体振荡频率的稳定性，与非门两端并联一限幅网络，以保证晶体只具有较低的激励电平，不致使晶体产生自热给被测温场带来扰动。

用这种方法可提供利用晶体的压电效应测量温度、压力等物理量的高灵敏度、高分辨率的理想传感器。

本发明还提供一种用上述测温传感器以及采用微型计算机技术研制的智能化测温仪器。

该仪器的主要性能：

1.测温范围：-40℃～+80℃

2.绝对精度：±0.02℃（取决标定温度精度）

3.分辨率：1×10^-4℃

4.稳定度：0.01～0.02℃

5.主机具有自检功能，有频率/温度十次平均值显示，能定时差打印，定温差打印。

6.ROM容量为4K，内带时钟稳定度为1×10^-6

7.热时间常数＜1分钟

8.加线路放大器可远程测量达100米以上。

图2为该仪器原理方框图，从振荡器来的随温度变化的频率信号在缓冲放大器中进行放大，然后在输入指令的指挥下，进入主机CPU，通过CPU软件处理使频率信号变成相应的温度示值，然后由显示器直接显示出被测温场的温度值。

该仪器中频率温度特征关系是：

f（t）＝f_o+αt+βt²+γt³

f（t）为温度t时晶体的谐振频率。f_o为0℃时晶体的零度频率，α、β、γ分别为一、二、三次温度系数，本仪器测温晶体的标称频率为5000KHZ，α为430HZ/℃，β为0.430HZ/℃，γ为±0.006HZ/℃。该仪器充分利用微处理机技术，在数据处理中使用了独特的多次式计算加查表法，加快了运算速度。

经过频率-温度的换算后的线性数据存入ROM，以备调用，在需要显示的场合，计算机同时也将温度数值经接口电路送显示器显示。

这样利用晶体测温的全过程即可完成。

图1是本发明的温度传感器原理图。图中：1是测温晶体，2是同轴电缆，3是限幅网络，4是电阻，5和6是与非门。虚线7将3，4，5，6框起来，表示它们组成整形电路单元，2将1和7连接起来，3并联在4和5上，起限制脉冲幅度的作用。在本发明提供的石英晶体温度计中，5和6均采用CMOS器件。