基于石英晶体的遥测温度计设计 数字温度计, 控制系统, 分辨率, 传感器, 物理量

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摘要 介绍了Y切型石英晶体作为传感器的数字温度计，其输出的频率信号与温度存在较好地线性关系，没有模拟传感器难以克服的温漂、时漂等问题，该温度计可用于高精度的温度测量与控制系统中。实验结果显示，文中设计的数字温度计分辨力为0．05℃。系统使用无线数据模块实现了温度数据的传输。
关键词 温度计；传感器；分辨率；无线数据模块

    温度是一个基本的物理量，在许多情况下人们希望能够快速、准确地对其进行测量，特别是一些人员不便进入的场合，如对高山、海洋等区域实现温度的遥测有着重要的意义。何瑾、王玉娟等人对Y切型石英晶体的理论和实现已经做了初步的探索；孙鹏对石英晶体的测量精度和数据处理提出了改进的方法并做了试验验证。本文在上述研究的基础上，利用Y切型温度传感器其输出的频率信号与温度信号之间的比例关系，设计出了一种具有较高测量和重复性的无线温度测量系统，系统具有温度测量准确、响应速度快、体积小巧等优点。

1 温度计测量原理
    温度计测温电路由振荡电路、差频电路、频率计和微处理器组成。石英晶体温度传感器选择Epson公司生产的Y切型温度传感器HTS-206，其振荡频率在40 kHz附近。测温晶体输出与被测温度相关的频率信号，参考晶体采用的是OCXO(T2)晶体模块，其输出频率可以看作与温度无关，二者的频率通过差频电路整形后得到几百Hz的方波，该方波作为门控信号，从而实现OCXO(T1)频率的计数功能，这个计数结果送入单片机进行温度的计算，最后由显示电路驱动LCD显示器。测量原理框图如图1所示。

2 石英晶体传感器的原理
    设计选择石英晶体作为温度传感器，其频率-温度特性为

    如果可以测得频率f(T)，理论上就可以求解温度T。但这种方法并不简单，因此，首先用它的线性近似方程(4)来求解