JPS6326853B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6326853B2 JPS6326853B2 JP4958682A JP4958682A JPS6326853B2 JP S6326853 B2 JPS6326853 B2 JP S6326853B2 JP 4958682 A JP4958682 A JP 4958682A JP 4958682 A JP4958682 A JP 4958682A JP S6326853 B2 JPS6326853 B2 JP S6326853B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- axis
- temperature
- frequency
- thermometer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は水晶温度計に関するものであり、さら
に詳しくは、広い温度範囲で周波数温度特性が直
線性を示す水晶振動子をセンサーに使用した水晶
温度計に関するものである。
に詳しくは、広い温度範囲で周波数温度特性が直
線性を示す水晶振動子をセンサーに使用した水晶
温度計に関するものである。
従来より、水晶振動子の振動周波数の温度依存
性を利用して温度計をつくることが考えられてい
た。水晶は異方性の六方晶系結晶であり、切出角
により特性が大きく変化するが、水晶結晶そのも
のの物理的性質は非常に安定であり、広い温度範
囲で周波数温度特性が直線性を示す切出角を発見
できれば、すばらしい温度測定素子として使用で
きる。現在、実用化されている水晶温度計はセン
サーである水晶振動子の周波数温度特性が直線性
を示されない為に、マイコンにて補正する必要が
あり、補正をしても測定できる温度範囲は狭いも
のであつた。Ysカツトと称する振動子で−50℃
〜＋120℃、LCカツトでも−80℃〜＋250℃程度
であつた。又マイコンを使用する為に温度計が高
価になつてしまつていた。
性を利用して温度計をつくることが考えられてい
た。水晶は異方性の六方晶系結晶であり、切出角
により特性が大きく変化するが、水晶結晶そのも
のの物理的性質は非常に安定であり、広い温度範
囲で周波数温度特性が直線性を示す切出角を発見
できれば、すばらしい温度測定素子として使用で
きる。現在、実用化されている水晶温度計はセン
サーである水晶振動子の周波数温度特性が直線性
を示されない為に、マイコンにて補正する必要が
あり、補正をしても測定できる温度範囲は狭いも
のであつた。Ysカツトと称する振動子で−50℃
〜＋120℃、LCカツトでも−80℃〜＋250℃程度
であつた。又マイコンを使用する為に温度計が高
価になつてしまつていた。
本発明は前記欠点に鑑みてなされたものであ
る。本発明に使用する水晶のカツトは、厚み振動
理論をベースにした計算で発見され、二重回転に
より得られる。この振動子には、「ａ」モードと
呼ばれる縦波と「ｂ」モード、「ｃ」モードと呼
ばれる２つの横波が存在する。そのうち「ｂ」モ
ードと「ｃ」モードは広い温度範囲で周波数温度
特性がすばらしい直線性を示す。
る。本発明に使用する水晶のカツトは、厚み振動
理論をベースにした計算で発見され、二重回転に
より得られる。この振動子には、「ａ」モードと
呼ばれる縦波と「ｂ」モード、「ｃ」モードと呼
ばれる２つの横波が存在する。そのうち「ｂ」モ
ードと「ｃ」モードは広い温度範囲で周波数温度
特性がすばらしい直線性を示す。
薄い水晶板の厚み振動モードの周波数式は、
で与えられる。ρとypはそれぞれ水晶板の密度と
厚さであり、Ｃは固有値である。
厚さであり、Ｃは固有値である。
どんなカツト角の水晶板の周波数も温度Ｔに関
してテーラー展開できる。式(1)を使用して近似的
に （Ｔ）（Tp）｛１−α（Ｔ−Tp） ＋１／２β（Ｔ−Tp）2＋１／６γ（Ｔ−Tp）3｝−(2
) で表わされる。ここで Tpは基準温度であり、係数α、β、γは α≡（１／（Ｔ）δ（Ｔ）／δT）Tp β≡（１／（Ｔ）δ2（Ｔ）／δT2）Tp γ≡（１／（Ｔ）δ3（Ｔ）／δT3）Tpで定義さ
れる。
してテーラー展開できる。式(1)を使用して近似的
に （Ｔ）（Tp）｛１−α（Ｔ−Tp） ＋１／２β（Ｔ−Tp）2＋１／６γ（Ｔ−Tp）3｝−(2
) で表わされる。ここで Tpは基準温度であり、係数α、β、γは α≡（１／（Ｔ）δ（Ｔ）／δT）Tp β≡（１／（Ｔ）δ2（Ｔ）／δT2）Tp γ≡（１／（Ｔ）δ3（Ｔ）／δT3）Tpで定義さ
れる。
α、β、γは夫々水晶の一次、二次、三次温度
係数である。
係数である。
第１図は水晶のカツト角を説明する為の図であ
り、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ水晶の電気軸、
機械軸、光軸である。Ｙ軸に直交する平面に平行
な板（Ｙ板）をＺ軸の回りに角度φ回転し、新し
くできたX′軸の回りにθ回転する。それぞれ、
反時計方向に回転するのを正とする。
り、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ水晶の電気軸、
機械軸、光軸である。Ｙ軸に直交する平面に平行
な板（Ｙ板）をＺ軸の回りに角度φ回転し、新し
くできたX′軸の回りにθ回転する。それぞれ、
反時計方向に回転するのを正とする。
第２図は水晶板に発生する振動のＣモード振動
において、α＝０、β＝０、γ＝０になる点を角
度φと角度θの関係で表わした軌跡であり、厚み
振動理論により計算したものである。
において、α＝０、β＝０、γ＝０になる点を角
度φと角度θの関係で表わした軌跡であり、厚み
振動理論により計算したものである。
水晶振動子を温度計のセンサーとして使用する
場合、水晶振動子に要求されるのは １ 特性の温度依存性が大きいこと ２ 特性のばらつき及び経年変化が小さいこと ３ 温度以外の物理量に対して鈍感なこと ４ 適当な大きさであること ５ 検出しやすい出力特性、量であること ６ 機械的、化学的、熱的に強いこと ７ 量産性があり、価格が安いこと ８ 広い温度範囲で周波数温度特性がリニアであ
ること 等々である。
場合、水晶振動子に要求されるのは １ 特性の温度依存性が大きいこと ２ 特性のばらつき及び経年変化が小さいこと ３ 温度以外の物理量に対して鈍感なこと ４ 適当な大きさであること ５ 検出しやすい出力特性、量であること ６ 機械的、化学的、熱的に強いこと ７ 量産性があり、価格が安いこと ８ 広い温度範囲で周波数温度特性がリニアであ
ること 等々である。
この中で水晶振動子の特性として
２、３、４、５、６はすでに従来技術でカバー
されている。１、８の要求を満足させるには、
β、γが零で、αが大きければ良い。又、７を満
足するには、カツト角の許容範囲が広く、且つ小
型化できれば良い。
されている。１、８の要求を満足させるには、
β、γが零で、αが大きければ良い。又、７を満
足するには、カツト角の許容範囲が広く、且つ小
型化できれば良い。
第２図から判るように、β、γが共に零になる
点ではいが、θ＝5゜、φ＝5゜近傍及びθ＝5゜、φ
＝−5゜近傍（以下5゜−5゜カツトという）は、β及
びγが近接しており、α零の軌跡から遠くにあ
る。この近傍において、αに対するβ、γの影響
は、0.01％程度であり、無視できることが計算に
より判つている。第４図は5゜−5゜カツトの水晶振
動子を12ｍ×14.7mmの方形水晶で製造し、周波数
温度特性を測定したグラフである。
点ではいが、θ＝5゜、φ＝5゜近傍及びθ＝5゜、φ
＝−5゜近傍（以下5゜−5゜カツトという）は、β及
びγが近接しており、α零の軌跡から遠くにあ
る。この近傍において、αに対するβ、γの影響
は、0.01％程度であり、無視できることが計算に
より判つている。第４図は5゜−5゜カツトの水晶振
動子を12ｍ×14.7mmの方形水晶で製造し、周波数
温度特性を測定したグラフである。
−200℃〜＋250℃ですばらしい直線性を示し、
基本波、３次波とも約60PPm／℃であり大差は
ない。どちらを使用するかは、測定精度の必要性
と水晶片の加工性を考慮して決めれば良い。
基本波、３次波とも約60PPm／℃であり大差は
ない。どちらを使用するかは、測定精度の必要性
と水晶片の加工性を考慮して決めれば良い。
周波数―温度特性の直線性であるが、0.01℃の
精度で使用する為のカツト角の許容範囲は、θ＝
5゜、φ＝5゜に対して、夫々±3゜の巾があり、水晶
の量産時の加工精度±3′に対し60倍の巾があるの
で水晶の切出し角度は問題なく達成できる。
精度で使用する為のカツト角の許容範囲は、θ＝
5゜、φ＝5゜に対して、夫々±3゜の巾があり、水晶
の量産時の加工精度±3′に対し60倍の巾があるの
で水晶の切出し角度は問題なく達成できる。
第３図は温度計のブロツク線図であり、１１は
センサー発振回路、１２はビート検出部、１３は
温度表示の為の変換器、１４は表示部、１５は基
準発振回路である。１６は温度計により制御され
るもの基準発振回路１５の周波数0とセンサー発
振回路１１の周波数Tをビート検出器により測定
しT−0＝△を出す。ビート△を変換器１３
により温度に変換して表示部１４で表示する構成
であるが、構成そのものは種々の方法が考えら
れ、又本発明の要旨ではない。
センサー発振回路、１２はビート検出部、１３は
温度表示の為の変換器、１４は表示部、１５は基
準発振回路である。１６は温度計により制御され
るもの基準発振回路１５の周波数0とセンサー発
振回路１１の周波数Tをビート検出器により測定
しT−0＝△を出す。ビート△を変換器１３
により温度に変換して表示部１４で表示する構成
であるが、構成そのものは種々の方法が考えら
れ、又本発明の要旨ではない。
本発明によれば、水晶振動子の周波数温度特性
をそのまま使用でき、補正をする必要がないので
水晶温度計の構成は簡単になると共に、広い温度
範囲での測定が可能であり、安価で高精度の水晶
温度計が製造できる。
をそのまま使用でき、補正をする必要がないので
水晶温度計の構成は簡単になると共に、広い温度
範囲での測定が可能であり、安価で高精度の水晶
温度計が製造できる。
第１図は水晶のカツト角を説明する為の図であ
り、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ水晶の電気軸、
機械軸、光軸である。第２図は温度係数（α、
β、γ）が零になる点を角度φと角度θの関数で
表わした軌跡、第３図は本発明の温度計のブロツ
ク線図であり１１はセンサー発振回路、１２はビ
ート検出器、１３は温度表示の為の変換器。１４
は表示部、１５は基準発振回路である。第４図は
本発明に使用した5゜−5゜カツト水晶振動子の周波
数―温度特性を示すグラフである。
り、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ水晶の電気軸、
機械軸、光軸である。第２図は温度係数（α、
β、γ）が零になる点を角度φと角度θの関数で
表わした軌跡、第３図は本発明の温度計のブロツ
ク線図であり１１はセンサー発振回路、１２はビ
ート検出器、１３は温度表示の為の変換器。１４
は表示部、１５は基準発振回路である。第４図は
本発明に使用した5゜−5゜カツト水晶振動子の周波
数―温度特性を示すグラフである。
Claims (1)
- １ センサーに水晶振動子を使用した水晶温度計
において、水晶振動子に使用する水晶振動片は、
水晶のＹ軸（機械軸）に垂直な板（Ｙ板）をＺ軸
（光軸）を回転軸として反時計方向にφ＝5゜±3゜
回転し、さらに新しくできたX′軸（電気軸）を
回転軸として反時計方向にθ＝5゜±3゜回転して得
られる水晶板であることを特徴とする水晶温度
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4958682A JPS58166230A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 水晶温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4958682A JPS58166230A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 水晶温度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58166230A JPS58166230A (ja) | 1983-10-01 |
| JPS6326853B2 true JPS6326853B2 (ja) | 1988-05-31 |
Family
ID=12835322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4958682A Granted JPS58166230A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 水晶温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58166230A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02127670A (ja) * | 1988-11-08 | 1990-05-16 | Sanyo Electric Co Ltd | トナー現像装置 |
| JPH0566657U (ja) * | 1992-02-10 | 1993-09-03 | アキレス株式会社 | ブラシロール |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131434A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 温度センサ |
| US5607236A (en) * | 1987-02-27 | 1997-03-04 | Seiko Epson Corporation | Quartz oscillator temperature sensor |
-
1982
- 1982-03-26 JP JP4958682A patent/JPS58166230A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02127670A (ja) * | 1988-11-08 | 1990-05-16 | Sanyo Electric Co Ltd | トナー現像装置 |
| JPH0566657U (ja) * | 1992-02-10 | 1993-09-03 | アキレス株式会社 | ブラシロール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58166230A (ja) | 1983-10-01 |
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