Патент на изобретение №2236746

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2236746 (13) C1
(51) МПК 7
H03H9/08
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.02.2011 – действует

(21), (22) Заявка: 2003100159/09, 04.01.2003

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

04.01.2003

(45) Опубликовано: 20.09.2004

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2155442 C1, 27.08.2000. RU 2101854 C1, 10.01.1998. FR 2545668 A, 14.01.1986. US 2954490 A, 27.09.1960.

Адрес для переписки:

644009, г.Омск-9, ул. Масленникова, 231, ФГУП ОНИИП

(72) Автор(ы):

Куталев А.И. (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения (RU)

(54) КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР-ТЕРМОСТАТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может быть использовано при разработке высокостабильных кварцевых генераторов. Техническим результатом является повышение стабильности частоты за счет уменьшения градиентов температуры в пьезоэлементе при сохранении малого времени разогрева. Кварцевый резонатор-термостат содержит пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, пленочным резистивным нагревателем и датчиком температуры, основание с закрепленным на нем пьезоэлементом и транзисторным нагревателем, которое в свою очередь закреплено в корпусе при помощи теплоизолирующего держателя, основание выполнено в виде пластины из диэлектрического материала и имеет теплоемкость, равную теплоемкости пьезоэлемента. На основании закреплен транзисторный нагреватель, в цепь эмиттера которого включен пленочный резистивный нагреватель. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может быть использовано при разработке высокостабильных кварцевых генераторов.

Известен кварцевый резонатор-термостат (КРТ), содержащий пьезоэлемент с расположенными на нем электродами, пленочным нагревателем и датчиком температуры и закрепленный в корпусе при помощи теплоизолирующего держателя [1]. Недостатком данного КРТ является большая температурная нестабильность частоты, обусловленная влиянием сильных градиентов температуры в пьезоэлементе на частоту КРТ во время разогрева после включения и в стационарном режиме при изменении температуры окружающей среды или напряжения питания.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является кварцевый резонатор-термостат, содержащий вакуумированный корпус, в котором закреплено основание с размещенным на нем транзистором, установленным на металлической пластине, и контактными лепестками, в которых установлен кварцевый пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, нагревателем и датчиком температуры. Основание выполнено в виде металлического кольца с расположенными на нем местами крепления его в вакуумированном корпусе. Указанные места крепления опорного металлического кольца в корпусе и места крепления металлической пластины на опорном кольце выполнены в виде диэлектрических изоляторов, в которых размещены металлические стержни. Вакуумированный корпус снабжен металлизацией внутренней поверхности. Технический результат заключается в том, что малая масса термостатируемого узла и хорошая тепловая связь между нагревателем, пьезоэлементом и датчиком температуры обеспечивают его быстрый разогрев [2]. Недостатком данного устройства является также большой градиент температуры в пьезоэлементе и недостаточно высокая стабильность частоты.

Задачей изобретения является повышение стабильности частоты за счет уменьшения градиентов температуры в пьезоэлементе при сохранении малого времени разогрева.

Поставленная задача решается тем, что в кварцевом резонаторе-термостате, содержащем пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, пленочным резистивным нагревателем и датчиком температуры, основание с закрепленным на нем пьезоэлементом и транзисторным нагревателем, которое в свою очередь закреплено в корпусе при помощи теплоизолирующего держателя, основание выполнено в виде пластины из диэлектрического материала и имеет теплоемкость, равную теплоемкости пьезоэлемента. На основании закреплен транзисторный нагреватель, в цепь эмиттера которого включен пленочный резистивный нагреватель, причем сопротивление пленочного резистивного нагревателя удовлетворяет условию

где k – коэффициент ослабления градиентов температуры; Е – напряжение питания; Rt – общее тепловое сопротивление термостата; T – разность между температурой термостатирования и минимальной температурой окружающей среды.

На фиг.1 представлена конструктивная схема кварцевого резонатора-термостата; на фиг.2 – электрическая схема соединения элементов; на фиг.3 – графики зависимости мощности, выделяемой в термостате от управляющего напряжения.

Пьезоэлемент 1 с нанесенными на него возбуждающими электродами 2, пленочным резистивным нагревателем 3, датчиком температуры 4 закреплен на основании 5 при помощи металлических держателей 6. Основание выполнено в виде пластины из диэлектрического материала, например, керамики на основе окиси алюминия и имеет теплоемкость, равную теплоемкости пьезоэлемента 1. На основании 5 расположен транзисторный нагреватель 7. Основание закреплено в корпусе 8 при помощи держателя в виде стоек 9 из материала с низкой теплопроводностью, например, кварцевого стекла. Корпус резонатора вакууммирован. Транзистор 7, пленочный резистивный нагреватель 3 и датчик температуры 4, в качестве которого используется терморезистор, соединены в соответствии со схемой фиг.2.

Кварцевый резонатор-термостат работает следующим образом. В момент подключения источника питания на базу транзистора 7 подается такое управляющее напряжение Uупp, при котором напряжение U на эмиттере транзистора, соединенного с пленочным нагревателем, равно половине напряжения питания Е. При этом на пленочном нагревателе, сопротивление которого Rн, выделяется мощность

P1=U2/Rн, (2)

а на транзисторе мощность

P2=U(E-U)/Rн, (3)

обеспечивающая быстрый прогрев пьезоэлемента 1 и диэлектрической пластины 5 до температуры термостатирования, которая контролируется датчиком температуры 4. Так как теплоемкости пьезоэлемента и основания одинаковы, скорость их нагрева также одинакова, следовательно нет перетоков тепла от пьезоэлемента к основанию и наоборот, чем обеспечивается отсутствие больших градиентов температуры в пьезоэлементе во время разогрева. По мере приближения температуры пьезоэлемента к температуре термостатирования напряжение U уменьшается до величины Upaб, мощности Р1 и Р2 уменьшаются в соответствии с выражениями (2) и (3). График изменения мощности P1, P2 и общей мощности Р=P1+P2, выделяемой в КРТ, приведены на фиг. 3. В стационарном режиме, когда температура пьезоэлемента равна температуре термостатирования и сопротивление Rн выбрано в соответствии с условием (1), суммарная мощность Р находится в пределах рабочей зоны Рраб, а мощность, выделяемая на пьезоэлементе, в k раз меньше суммарной мощности, выделяемой в термостате, где коэффициент k определяется соотношением:

k=P1/(P1+P2)=Uраб/E (4)

На практике k составляет величину 0,1 и менее, тогда Upaб<Источники информации

2. Патент 2155442 Россия, МПК 7 Н 03 Н 9/19, 9/15. ОАО “Морион”. №111816/09; Кварцевый резонатор с внутренним термостатированием. Опубл. 27.08.2000.

Формула изобретения

1. Кварцевый резонатор-термостат, содержащий пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, пленочным резистивным нагревателем и датчиком температуры, основание с закрепленным на нем пьезоэлементом и транзисторным нагревателем, которое, в свою очередь, закреплено в корпусе при помощи теплоизолирующего держателя, отличающийся тем, что основание выполнено в виде пластины из диэлектрического материала и имеет теплоемкость, равную теплоемкости пьезоэлемента.

2. Кварцевый резонатор термостат по п.1, отличающийся тем что на основании закреплен транзисторный нагреватель, в цепь эмиттера которого включен пленочный резистивный нагреватель, причем сопротивление пленочного резистивного нагревателя Rн удовлетворяет условию

где k – коэффициент ослабления градиентов температуры;

Е – напряжение питания;

Rt – общее тепловое сопротивление термостата;

T – разность между температурой термостатирования и минимальной температурой окружающей среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3


Categories: BD_2236000-2236999