西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8库存现货

　　随着生产和科技的发展，许多地方对温度测量与控制的要求愈来愈高，而普通常规温度传感器难以满足要求，需要高精度、高分辨力的温度传感器和测温仪器。而石英晶体温度传感器及温度计就是具有高分辨力（0.0001℃）、高线性度 （0.002％）和高稳定性，适合中低温测量的新型温度传感器和测温仪器。

　　1．工作原理

　　利用石英晶体的固有频率随温度变化而变化的特性来测温的仪器，称为石英温度计。

　　石英的固有振动频率可用下式表示

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　　式中，f为固有振动频率；n为谐波次数；b为振子的厚度；σ为密度；C为弹性常数。

　　石英振子的频率还与温度具有下列近似关系

ft=f0[l+α（t-t0）+β（t-t0）2+γ（t-t0） 3] 　　　　　　　（2）

式中，f0为在温度为t0时的频率；f0为在温度为t时的频率；t0为基准参考温度；α，β，γ为一次、二次、三次幂的温度系数。

　　系数α，β，γ随石英晶体的切割角度的改变而变化。当切割角度不温度系数也明显不同，说明石英的频率温度系数既是切割角度的函数，又是温度的函数。所谓频率温度系数，是指温度增加1℃时，其频率变化的相对偏移量。大量研究和实验表明采用Y切割的石英晶体片的振荡频率与温度呈线性关系，其斜率（即频率温度系数）约为1000Hz／℃。

　　2．石英晶体传感器结构

　　石英温度计通常采用石英振荡器，构成一个决定频率的谐振回路，而石英振子部分，通常采用易接受温度变化的结构。石英传感器的结构通常如图所示，石英振子置于不锈钢保护管的上部，使其对外界温度变化敏感。由支柱支撑，振子的两面粘贴有用金等性能稳定的金属或合金制成的电极，并用引线与外部连通。石英振子虽由支柱支撑，它将阻碍振子振动，并且，外界振动及冲击等又要改变其支撑位置，都对**测温不利。若使石英片自由振荡，支撑位置又不受冲击是相当困难的。

　　3．石英温度计主要特性

　　①高分辨力分辨力达0.001～0.0001℃；

　　②高精度 在一50～120℃范围内，其误差为±0.05℃（普通温度计的误差一般大于±0.1℃）；

　　③高稳定度 年变化在0.02℃以内；

　　④热滞后误差小，可以忽略；

　　⑤因是频率输出型传感器，后续测量与处理电路设计方便、简单，且可不受放大器漂移及电源波动的影响，可方便地远距离（如1500m）传送温度测量信号；

　　⑥其精度和稳定性可以作为温度量值传递的标准及次级标准使用；

　　⑦石英传感器的抗强冲击性能较差，故在安装、运输和使用需特别注意。

图1　石英温度传感器

1-石英片；2-支柱；3-电极；4-引线

　　4．温度计的标定

　　由频率与温度的关系式（2）可知，只要确定了式中的α，β，γ的值，就可利用式（2）求得被测温度。下面以某国产标准低温石英温度计标定为例作一介绍。

　　该种温度计的测温范围为-80～0℃；测温的不确定度为15mK；分辨力为2～0.2mK，标定时选用水的三相点温度作为基准参比温度t0，以一等标准铂电阻温度计作标准，在恒温槽中与石英温度计作比较检定。*后用*小二乘法拟合频率温度关系式，求出α，β，γ三个温度系数。标定后的石英温度计就可投入使用。

　　利用晶体管PN结的正向压降随温度升高而降低的特性，可把晶体管PN结作为-50～150℃范围的感温元件用，这早就为人们所知。只是普通晶体管PN结之间一致性差，离散性太大，没有互换性，使它难以推广使用。随着微电子技术的发展，美国AD公司于20世纪70年代末率先推出体积仅同一只小功率高频晶体管大小的集成化半导体温度传感器AD590。

　　它具有如下特点：

　　 ①外接线非常简单（仅两根），使用十分方便；

　　②内有稳压和恒流电路，故对外接电压要求非常低（可在4～30V范围内，供电电压任意波动5V 所造成的误差均小于1℃）；

　　③非线性误差较小（AD590M为±0.2％，误差*大的AD5901为2％）；

　　④使用温度范围为-50～150℃；

　　⑤它具有良好的互换性；

　　⑥采用图1所示的电路，可以把AD590输出的电流信号方便地转换成电压信号。

图1　半导体集成温度传感器AD590

　　通过对RW调整均可使AD590的输出达到1mV／℃，应用非常方便。