石英晶体传感器课件

1、石英晶体测温传感器,石英晶体测温原理,石英晶体是弹性体,它存在固有振动频率。当强迫振动频率等于它的固有振动频率时,就会产生谐振。利用这一特性人们将它做成振荡器、压电传感器等元件。 通常,用于这些方面的石英晶体,它的温度稳定性是衡量其品质的一项重要指标。由于石英晶体的固有振动频率与温度密切相关,因此,我们可以利用这一特点作成高精度的温度一频率传感器,石英谐振器的振荡频率随温度而变化。采取特殊的切割方向, 可以使这种变化加强, 再把这种变化控制成线性或接近线性关系, 就可以制成一种高灵敏度测温传感器。 根据不同的频率和切型, 石英晶体温度传感器的温度灵敏度Ct 可以在20Hz/ 到2 850Hz/

2、 范围内变动。对这一变化进行频率测量, 可以使温度分辨力达到 , 这是一般温度计很难办到的。这样高的温度分辨力对于某些理化性能实验研究至关重要,1.石英晶体谐振器,石英晶体材料,2.石英晶体压电谐振,压电效应： 某些电介物质在一定方向上受到外力的作用而变形时, 内部产生极化现象, 同时在表面上产生电荷, 当外力去掉后, 又重新回到不带电状态, 这种将机械能转化为电能的现象称为“ 顺压电效应” 。相反, 在电介质的极化方向上施加电场, 它会产生机械变形, 这种将电能转化为机械能的现象称为“ 逆压电效应”具有压电效应的电介物质称为压电材料, 其中石英是一种性能良好的压电晶体,石英晶体压电效应： 当

3、交变电压加于石英晶片时，石英晶片将会随交变电压的频率产生周期性的机械振动，同时，机械振动又会在两个电极上产生交变电荷，并形成交变电流。当外加交变电压的频率与石英晶片的固有频率相等时，晶片便产生共振，此时镜片的机械振动最强，镜片两面的电荷数量和其间的交变电流也最大，产生了类似于LC回路中的串联谐振现象，这种现象称为石英晶体的压电谐振,3.石英晶体的温度频率转换,石英晶体切型： 晶片是从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片，可以是圆形或正方形，矩形 等。按切割晶片的方位不同，可将晶片分为AT、BT、CT、DT、X、Y等多种 切型。不同切型的晶片其特性也不尽相同，尤其是频率温度特性相差较大,Y切型，L

4、C切型，AC切型的石英晶体具有良好的线性频率温度特性，石英晶体的固有谐振频率与温度T的关系可以如下表达,曲线拟合法求解石英晶体温度频率关系,将上述石英晶体固有频率与温度T的关系改写为： 为了确定 采用曲线拟合法。这种方 法是采用n 次多项式来逼近反非线性曲线。该多项式方程的各个系数由最小二乘法确定，其具体步骤如下： （1） 对传感器进行静态实验标定，得校准曲线，标定点的数据为：输入温度：ti：t1，t2，t3，tN;输出频率：fi：f1，f2，f3，fN；其中N 为标定点个数，i=1，2，N。 （2）假设反非线性特性拟合方程为： （2） （3）求解式（2） 的待定常数 。根据最小二乘法原则来确定待定常数 其基本思想是：由式（2）确定的各个fi (ti)，与各个点的标定值fi 的均方差应最小，即要求式（3） 的值最小。 （3,石英晶体传感器应用实例 石英晶体数字温度计,综上所述，石英晶体测温传感器，具有良好的稳定性以及高精度性，其可将温度的变化变换为振荡频率变化的频率调制信号,而该信号极易发送与接收,有很好的抗干扰能力,可实现遥测与遥控,易于用数字式仪器测量,易于与单片机、计算机连接，在对频率和