145426. lajstromszámú szabadalom • Eljárás piezoelektromos kristályok hőfüggőségének nagy pontossággal való mérésére
Megjelent: 1959. november 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 145.426. SZÁM 21. a4 . 1—13. OSZTÁLY — EE-493. ALAPSZÁM Eljárás piezoelektromos kristályok hőfüggőségének nagy pontossággal való mérésére Elektronikus Mérőkészülékek Gyára, Budapest, mini a feltaláló, Ekker Béla kutatómérnök budapesti lakos jogutódja A bejelentés napja: 1957. október 18. A kvarcból készül piezoelektromos rezgőkristályok frekvenciastabilitása közismerten igen magasfokú, van azonban néhány olyan tényező, amelyek e stabilitásra befolyást gyakorolnak s ezek közül a kristály hőfokának a változása a legfontosabb. Helyes eljárással készült kristályoknál a hőfoktényező a szükségletnek megfelelő maximális érték alatt tartható. A jelen találmány tárgya egy olyan eljárás, amely lehetővé teszi a hőfokváltozások által okozott igen kis rezonáns frekvencia-eltérések pontos mérését, ami azért jelentős probléma, mert kellő frekvenciastabilitáshoz 2,10~7 /C°-nál jobb hőfoktényező elérése szükséges. Az eljárás célja a kristály rezonáns frekvencia hőfoktényezője nagyságának és előjelének megállapítása, aminek eredményeképpen a kristályon, vagy a gyártási eljáráson a szükséges korrekció elvégezhető. A hőfoktényezőből adódó kis frekvenciaeltérések méréséré eddig az ún. áram-mérési módszert alkalmazták, amelynél a frekvenciát addig változtatják, amíg a kristállyal sorbakötött árammérőműszer maximális kitérést mutat, ami soros rezonáns frekvencia esetén áll elő. Ez a módszer azonban nem biztosít kellő pontosságot. Mert pl. a 100 kHz-es kristályok soros rezonáns ellenállása szabad levegőn mérve kb. 500 Ohm, vákuumban kb. 30 Ohm, a jósági tényező pedig Q = 20 000 Ohm, illetve vákuumban 400 000 Ohm. Azonban egy. Q = 20 000 jóságtényezőjű rezgőkör sávszélessége 5,10"J , í,. mérendő frekvencia eltérés pedig — ha +10 C° hőkülönibözettel mérünk — kevesebb, mint 2,10~6 . Ha a mellékelt rajzon feltüntetett alkatelemekre való utalás mellett I-vel jelöltük a (2) áramforrásból a (3) kristályon áthaladó és a (6) műszerrel mérhető áramerősséget a rezonáns frekvencia közelében, és I0 -vaI a rezonáns áramerősséget, akkor I — 1 i~ ~~ fr+~o7,f (i), ahol Q0 a kör jóságtényezője, r\ pedig a relatív elhangolás. Ha ezt az egyenletet differenciáljuk r\ szerint, d I/Io = __ 1 __ 2 Q 2 d v 2f/i + Q 0 y/-r oV (2), árammaximum az rj = 0 helyen van és ha ezen a helyen a differenciálhányados értékét kiszámítjuk, látjuk, hogy az egyenlő nullával. Tehát pontosan ott a legérzéketlenebb az áram-rezonanciamérés, ahol a legnagyobb érzékenységre volna szükség. Ez következik az áramrezonancia görbe jól ismert alakjából is, amely a tetején legömbölyített. Ha feltételezzük, hogy 1% amplitúdóváltozás mutatós műszeren jól észlelhető és ezt vesszük hibahatárnak, akkor I = 0,99 = r4= I0 l/l + Q„V ••••••••• (3)-amiből közelítő számítással v SL 7,10-° (4), ami a mérésben meg nem engedhető pontatlanságot okoz, és a fentjelzett Q = 2,104 és ÍJ = 2,10""" értékek mellett csak ezreléknagyságú eltérést ad a maximális értéktől. Piezoelektromos kristályok a soros rezonáns frekvenciájuk közvetlen környezetében felfoghatók úgy, mint egyszerű soros rezgőkörök. Ismert dolog, hogy a soros rezgőkörök a reájuk kapcsolt váltófeszültséghez képest eltolják a rajtuk átfolyó áram fázisát, kivéve a soros, rezonáns frekvenciát, amelyen a fáziseltolás nulla. A fáziseltolás mértéke 9> = arc tg Q0 (5), ahol <p az áram és a feszültség közötti fázisszög, Q0 a kristály jósági tényezője és t] a relatív elhangolás a soros rezonanciától. Az (5) egyenletet differenciálva = dv _ Q 0 á-q 1 + QoV (6)' amelynek értéke v\ — 0 esetében a legnagyobb,
