Пьезоэлектрические датчики температуры
При пьезоэлектрическом эффекте наблюдается зависимость частоты вибраций кварцевого кристалла от температуры. Именно на основе этого явления и реализуются пьезоэлектрические датчики температуры. Поскольку кварц является анизотропным материалом, резонансная частота пластины сильно зависит от угла среза кристалла (его кристаллографической ориентации). Поэтому выбирая срезы AT- и ВТ- , можно получить кристаллы, обладающие незначительной температурной чувствительностью. И наоборот, при использовании кристаллов других срезов можно реализовать датчики с ярко выраженной зависимостью частоты от температуры. Температурную зависимость резонансной частоты от температуры часто аппроксимируют полиноминальной зависимостью третьего порядка:
(16.53)
где и— температура и частотный сдвиг, f0 — частота калибровки, а α — коэффициенты аппроксимации. Первый пьезоэлектрический детектор температуры был реализован в 1962 году на основе кристалла с Y-срезом. После этого кампания Hewlett-Packard разработала очень удачный линейный датчик на основе кристалла с LC-среза. При использовании кристаллов Y-срезов третьим и четвертым членами выражения (16.53) можно пренебречь. Чувствительность такого датчика составляет 35 ррm/°С, а рабочий температурный диапазон — от —80°С ... +230°С при точности калибровки 0.02°С. С применением микропроцессоров линейность становится не так важна, а главным фактором является чувствительность. Так в нелинейных датчиках температуры, реализованных на основе слегка повернутых кристаллов Y-среза с Q=—4°C, была получена чувствительность 90ррт/°С. Перспективными также являются резонаторы, использующие изгибные и торсионные моды колебаний.
Следует отметить, что в пьезоэлектрических датчиках температуры всегда очень сложно организовать хорошую тепловую связь кристалла с объектом измерения, поэтому они обладают худшим быстродействием по сравнению с термисторами и термоэлектрическими детекторами.