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閱讀：44發(fā)布時(shí)間：2025-10-29
隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，許多地方對(duì)溫度測(cè)量與控制的要求愈來(lái)愈高，而普通常規(guī)溫度傳感器難以滿足要求，需要高精度、高分辨力的溫度傳感器和測(cè)溫儀器。而石英晶體溫度傳感器及溫度計(jì)就是具有高分辨力（0.000 1℃）、高線性度 （0.002％）和高穩(wěn)定性，適合中低溫測(cè)量的新型溫度傳感器和測(cè)溫儀器。
1．工作原理
利用石英晶體的固有頻率隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)溫的儀器，稱為石英溫度計(jì)。
石英的固有振動(dòng)頻率可用下式表示
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式中，f為固有振動(dòng)頻率；n為諧波次數(shù)；b為振子的厚度；σ為密度；C為彈性常數(shù)。
石英振子的頻率還與溫度具有下列近似關(guān)系
ft=f0[l+α（t-t0）+β（t-t0）2+γ（t-t0） 3] ?。?）
式中，f０為在溫度為t０時(shí)的頻率；f０為在溫度為t時(shí)的頻率；t０為基準(zhǔn)參考溫度；α，β，γ為一次、二次、三次冪的溫度系數(shù)。
系數(shù)α，β，γ隨石英晶體的切割角度的改變而變化。當(dāng)切割角度不同時(shí)，溫度系數(shù)也明顯不同，說(shuō)明石英的頻率溫度系數(shù)既是切割角度的函數(shù)，又是溫度的函數(shù)。所謂頻率溫度系數(shù)，是指溫度增加1℃時(shí)，其頻率變化的相對(duì)偏移量。大量研究和實(shí)驗(yàn)表明采用Y切割的石英晶體片的振蕩頻率與溫度呈線性關(guān)系，其斜率（即頻率溫度系數(shù)）約為1000Hz／℃。
2．石英晶體傳感器結(jié)構(gòu)
石英溫度計(jì)通常采用石英振蕩器，構(gòu)成一個(gè)決定頻率的諧振回路，而石英振子部分，通常采用易接受溫度變化的結(jié)構(gòu)。石英傳感器的結(jié)構(gòu)通常如圖 所示，石英振子置于不銹鋼保護(hù)管的上部，使其對(duì)外界溫度變化敏感。由支柱支撐，振子的兩面粘貼有用金等性能穩(wěn)定的金屬或合金制成的電極，并用引線與外部連通。石英振子雖由支柱支撐，但是它將阻礙振子振動(dòng)，并且，外界振動(dòng)及沖擊等又要改變其支撐位置，都對(duì)精確測(cè)溫不利。然而，若使石英片自由振蕩，支撐位置又不受沖擊是相當(dāng)困難的。
3．石英溫度計(jì)主要特性
①高分辨力分辨力達(dá)0.001～0.0001℃；
?、诟呔?在一50～120℃范圍內(nèi)，其誤差為±0.05℃（普通溫度計(jì)的誤差一般大于±0.1℃）；
③高穩(wěn)定度 年變化在0.02℃以內(nèi)；
④熱滯后誤差小，可以忽略；
?、菀蚴穷l率輸出型傳感器，后續(xù)測(cè)量與處理電路設(shè)計(jì)方便、簡(jiǎn)單，且可不受放大器漂移及電源波動(dòng)的影響，可方便地遠(yuǎn)距離（如1500m）傳送溫度測(cè)量信號(hào)；
?、奁渚群头€(wěn)定性可以作為溫度量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)及次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)使用；
?、呤鞲衅鞯目箯?qiáng)沖擊性能較差，故在安裝、運(yùn)輸和使用需特別注意。
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