Устройство для измерения активного сопротивления кварцевых резонаторов

ЙЪ Сэфз Соеетсеа Сфцналистическию Республик(61) Дополнительное к авт. свил.ву(22) Заявлено 28.01,75121) 2100395/1 с присоединением заявки И гз) и тетубликовано 05,03.79.бюллетень ХО 9 ата опубликования описания 09.03.7 ДК 621.317,33(088.8) дела еоброипа а вткрити 72) Автор изобретения. Д. Гуторов гии 1) Заявитель нститут экспериментальной мет 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВя к измерительбыть использовнэго сопротиваланса ни Изобретение относитсной технике. Оно можетвано для измерения актиления кварцевых резонаторов, а также служить в качестве датчика влажности или давления газа.Известны устройства для измерения активнэгэ сопротивления кварцевых резонаторов. Известное устройство содержит измерительный мост с включенными в него кварцевым резонатором и образцовым сэпротивлешем, усилитель и индикатор баланса моста. Измерительный мост вместе с усилителем образуют автогенератэр, служаший для возбуждения колебаний в кварцевом резонаторе 11. Изменяя вручную величину обр ого сопротивления, добиваются б измерительного моста, о чем суд оказаниям индикатора. Сопротив. езонатора определяют пэ величш азцовэгэ сэпротивлени., в момен жения баланса моста,Недостатком устройства являетси дискретность измерений. Наиболее близкое техническое реше ние - параметрический преобразователь эквивалентнэгэ сопротивления кварца в 5 электрический сигнал, пэзволяюпий осу 1 цествлять непрерывное измерение соп ротивлення резо;:атора.Он содержит измерительный мост с 1 О кварцевым резонатором, последовательнос которым включена управляемая комФпенсационная цепочка, состояшая из параллельнэ включенных полупроводникового диода и резистора с конденсатором,усилитель, детектор и регистрирующееустройство, причем управляемая кэмпенсышэнная цепочка включена в цень обратной связи усили геля. Измерительныймост вместе с усилителем обраэуют автогенератэр, с помошью которого в кварцевом резонаторе возбуждаются колебания, стационарная амплитуда которых благодаря обратной связи оказывается зависящей от его активного сопротивле ппп 2Существенный недостаток известного устройсгва в том, что измерительный мост содержит реактивные элементы; конденсаторы и полупроводниковый диод, используемый в качестве управляемой емкости, Поэтому при изменении активного сопротивления кварцевого резонатора изменяется амплитуда генерируемых колебаний, а вместе с ней - напряжение обратной связи, сметающее р-п-переход полупроводникового диода в обратном направлении. В результате меняется емкость этого переходачто приводит к иэмененгпо полного сопротивления компенсационной цепочки, включенной последовательно с кварцевым радиатором.Известно, что прп наличии автогене- рации должно выполняться соотношениегдеЖ =К - коэффициент усиления усилителя,- коэффициент передачи измерительного моста.Наличие обратной связи в известном устройстве обеспечивает работу усилителя на линейном участке его характеристики. Следовательно, в этом случае К будет постоянной величиной. Из соот- ношения (1) следует, что коэффициент передачи измерительного мостатыже должен быть постоянным. Это условие эквивалентно постоянству активной и реакгивной (Х ) составляющих сопротивлеж:я плеча измерительного моста, куда включены кварцевый резонатор и управляемая компенсационная цепочка, так как параметры элементов других его плеч не зависят от напряжения обратной связи. Должно выполняться условиеХ ХХ -сопМ., 12)где Х - реактивная составляющаякполного сопротивления кварцевого резонатораХ, - реативиая составляющаяполного сопротивления компенсационнойцепочки,При изменении напряжения обратнойсвязи меняется эквивалентная емкостьуправляемой компенсационной цепочки,а вместе с ней и Х . Из выражения(2) следует, что одновременно должнаизменяться реактивная составлякнцая полного сопротивления кварцевого резонатора Х , Это означает, что кварцевый резонатор будет работать с расстройкой относительно частоты последовательного резонансе, где его сопротивление оказывается чисто активным и равным К к эТаким образом, и известном устройстве измеряется не Як, а величина,Гравная Як Х, что в результатеприводит к значительным погрешностямпрп измерениях которые дополнительноувеличиваются из-а того, что Х, оказывается переменной,Использование в известном устройстве нелинейного элемента полупроводникового диода, а также изменение расстройки кварцевого резонатора при изменении его сопротивления Я к приводитк нелинейной зависимости между Кивыходным напряжением. В результатешкала измерительного прибора оказывается неравномерной, т.е. сжатой наодних участках и растянутой на других.Это обстоятельство дополнительно увеличивает погрешности измерений.Цель предлагаемого изобретенияповышение точности измерения активЗо ного сопротивления кварцевых резонаторов.Она достигается тем, что в устройстве, содержащем измерительный мост свключенным в него кварцевым резона -З 5 тором, усилитель, образующий вместес измерительным мостом автогенератор,детектор и регистрирующее устройство,в плечо моста, противоположное тому,где находится кварцевый резонатор, вклю 40чен полевой транзистор, затвор которогосоединен с выходом детектора.На фиг. 1 приведена принципиальнаяэлектрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 даны кривые, пост 45роенные по результатам экспериментальных измерений.Предлагаемое устройство содержитизмерительный мост, состоящий из реэис 50торов 1 и 2, кварцевого резонатора 3,и полевого транзистора 4; усилительна транзисторах 5 и 6, имеющий резонансный трансформатор 7; детектор надиодах 8 и 9 и регистрирующее устройство 10. Вторичная обмотка трансфор 55матора 7 соединена с диагональю измерительного моста.При разбалансе измерительного моста в устройстве возникают автоколеба.ния, стационарная амплитуда которых устанавливается автоматически подачей отдетектированного выходного напряжения в цепь затвора транзистора 4. При изменении активного сопротивления кварцевого резонатора, например, из-за из менения влажности воздуха, меняется коэффициент передачи измерительного моста, что приводит к изменению напряжения на выходе детектора,которое подводится к затвору транзистора 4. Сопротивление последнего меняется таким образом, что восстанавливается прежнее значение раэбаланса измерительного моста. Таким образом, выходное напряжение детектора, измеряемое регистрирующим устройством 10, оказывается зависящим от активного сопротивления кварцевого резонатора. Регистрирующее уст ройство может представлять собой стрелочный или цифровой указатель, отградуированный в единицах сопротивления, влажности или давления.Сопротивление канала полевого тра- зистора имеет активный характер. Поэтому использование полевого транзистора в качестве управляемого сопротивления выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как, в отличие от последнего, в нем измерительный мост не содержит реактивных элементов. В результате расстройка кварцевого резонатора сводится к минимуму, что повышает точность измерения активного сопротивления кварцевых резонаторов.Включение полевого транзистора в плечо измерительного моста, противоположное плечу, в которое включен кварцевый резонатор, позволяет получить линейную связь между активным сопротивлением резонатора и выходным напряжением. Тем самым устраняется другой источник погрешностей измерения, присущий известному устройству.Кривая 1 (фиг. 2) отражает зависимость активного сопротивления резонатора и выходного напряжения усчъройства. Незначительные отклонения кривой 1 от линейной зависимости происходят лишь вблизи границ рабочего диац- эона устройства, Точки 2 соответствуют измеренным значениям выходного напряжения, Расхождение между теоретической кривой и экспериментальными данными не превышает 2-3% и связано, по-видимому, с погрешностями экспери мента.Таким образом, применение полевоготранзистора в устройстве позволяет свес.ти к минимуму расстройку резонатора относительно частоты его последователь ного резонанса и,тем, самым, повыситьточность измерений. Включение же полевого транзистора и плечо измеритель ного моста, противоположное тому, где находится кварцевый резонатор, позво- И ляет получить линейную связь междуактивным сопротивлением резонатора и выходным напряжением устройства, Благодаря этому дополнительно повышается точность измерений.2 О Линейная зависимость выходного напряжения предлагаемого устройства от активного сопротивления резонатора упростит регистрацию результатов измерений, так как в этом случае станет воз можным применение регистрируюших устмройств с линейной шкалой без введения поправок иа нелинейность.ф ормула изобретенияУстройство для измерения активногосопротивления кварцевых резонаторов,содержащее измерительный мост,в дваплеча которого включены кварцевый резонатор и управляемый резистор, усилитель, детектор, имеюший обратнуюсвязь, с управляемым резистором, регистрирующее устройство, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, управляьмый резистор, выполненный в виде полового транзистора, включен в плечо измерительного моста, противоположное 4тому, где включен кварцевый резьнатор.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе И 1. Авторское свидетельство СССР202320, кл. б 01 Я 27/02, 1972. 2, Авторское свидетельство СССР611 271ив г,е Ь 2 д 42 4 ф М Од 1,0 l,2 к кфРиг, гСоставитель М. Кривенко Редактор Б. Павнов Техред Э, Чужяк Корректор Л. Василина Заказ 798/42 а Тираж 1089 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРно дедам изобретений и открытий113036, Москва, Ж 35, Раушскаи наб., д. 4/5финнаи ППП фПаент, г. Ужгород, ул. Проектнаи 4