Hallo, im Sinne einer Schularbeit möchte ich eine Temperaturmessung mit einem Schwingquarz durchführen. Durch Internetrecherche bin ich auf folgenden Quarz gestoßen: http://www.kvg-gmbh.de/fileadmin/Bilder/Produkte/Quarze/Sondertypen/Tempsensor.pdf Nun will diesen Schwingquarz an eine Wechselspannung + Oszilloskop anschließen, um dann eine variierende Resonanzfrequenz zu beobachten. Kann ich diesen Versuchsaufbau durchführen, oder ist aufgrund meiner rudimentären Elektrokenntnisse das oben Beschriebene komplett falsch ? Leider ergeben jegliche Suchanfragen sehr oberflächliche Antworten, weshalb ich mich nun an dieses Forum wende. Danke Michael
wie in der kurve angegeben einen quarzoszilator für 14Mhz bauen (das ist o.P. machbar) und dann die frequenz messen. abweichungen gibt es aber sicherlich zudem durch die temp.abhängigkeit der gesamten schaltung - die könnte man aer experimentell ermitteln (quarz extern, nur schaltung erwärmen). Klaus.
Ein guter Schwingquarz zeichnet sich dadurch aus, daß er möglichst wenig driftet, wenn sich die Temperatur ändert. Insofern ist Dein Vorhaben "ungewöhnlich", wenn nicht sogar unsinnig. Gibt es einen besonderen Grund, eine derartige Schaltung aufzubauen?
In meiner Arbeit geht es darum verschiedene Arten Temperaturmessysteme zu beschreiben. Unter anderem befasse ich mich noch mit Heißleitern, PT100 und Thermoelementen. Den Schwerpunkt (+ Praxisteil) möchte ich eben auf die sehr "ungewöhnliche" Schwingquarzmethode setzen. Eignet sich die letzte Schaltung auf dieser Seite, um den Quarz zum schwingen anzuregen ? : http://www.mikrocontroller.net/articles/Oszillator Michael
Normale Quarze haben alles andere als linear ansteigende Temperaturabhängigkeit. Je nach Schnittwinkel ist das eine S-Kurve. Die Messung funktioniert nur mit diesem Spezialquarz.
>Eignet sich die letzte Schaltung
Da gibt es einfachere mit einem Logikgatter als Verstärker.
Aber ich glaube nicht, dass das viel Sinn macht, die Frequenzänderung
eines Quartzes zur Temperaturmessung heranzuziehen. Du musst diese
geringen Änderungen (in deinem DB 1,5%) ja auch erstmal messtechnisch
ermitteln. Also ob die Schwingfrequenz nun gerade 10,000000MHz oder und
150kHz drüber oder drunter ist. Dazu hast du ja nur zwei Mlglichkeiten:
Frequenzimpulse pro Sekunde zählen: => Woher eine Zeit von
1,0000000Sekunden holen? Quartz? ;-)
Periodendauer messen. Dazu müsstest du aber wohl 1,4ns (Diff in T von
10,15MHz und 10MHz) entsprechend genau auflösen!
Zu Quarzoszillatoren ist das Quarzkochbuch die beste Quelle: http://www.axtal.com/info/buch.html speziell das Kapitel zu Oszillatorschaltungen: http://www.axtal.com/data/buch/Kap6.pdf
Man kann auch zwei identische Quarzoszillatoren schwingen lassen und die Differenzfrequenz auswerten. Das ist dann eine Messung im Niederfrequenzbereich.
Matthias Lipinsky wrote: >>Eignet sich die letzte Schaltung > Da gibt es einfachere mit einem Logikgatter als Verstärker. > Wenn man den Quarz kräftig übersteuern will, ist das Logikgatter die erste Wahl. Intelligente Meßtechniker nehmen andere Oszillatorschaltungen für den Quarz. Hält dne drive level in akzeptablen Grenzen und der Temperatureffekt kommt gut raus. > Aber ich glaube nicht, dass das viel Sinn macht, die Frequenzänderung > eines Quartzes zur Temperaturmessung heranzuziehen. Ist eine typische Aufgabe im Praktikum Experimentalphysik. Funzt also 1A und ermöglicht Auflösung von wenigne hunderstel Kelvin (vulgo Grad Celsius). > Du musst diese > geringen Änderungen (in deinem DB 1,5%) ja auch erstmal messtechnisch > ermitteln. Also ob die Schwingfrequenz nun gerade 10,000000MHz oder und > 150kHz drüber oder drunter ist. Dazu hast du ja nur zwei Mlglichkeiten: > > Frequenzimpulse pro Sekunde zählen: => Woher eine Zeit von > 1,0000000Sekunden holen? Quartz? ;-) Du kannst mit dem Racal Dana 1992 was anfangen? > > Periodendauer messen. Dazu müsstest du aber wohl 1,4ns (Diff in T von > 10,15MHz und 10MHz) entsprechend genau auflösen! Jeder bessere Multifunktionszähler Baujahr 1980 und neuer schafft das quasi nebenbei. BTDT. hth, Andrew
Die Theorie mit den 2 Quarzen bei denen einer Temperaturunabhängig sein muss, leuchtet mir ein. Welche Schaltung verwendet sich um solche Frequenzen zu vergleichen ? Kennt jemand Suchwörter oder Links ? Michael
Michael S. wrote: > Die Theorie mit den 2 Quarzen bei denen einer Temperaturunabhängig sein > muss, leuchtet mir ein. Welche Schaltung verwendet sich um solche > Frequenzen zu vergleichen ? Kennt jemand zufällig Suchwörter oder Links > ? > > Michael Mischer; frequency converter; mixer. Um einige Suchworte zu nennen. Macht die Sache aber sinnlos kompliziert, das ganze ins NF Gebiet zu verlagern. 10-15 MHz sind nun wirklich nix wildes... Denn Du mußt die Oszillatoren 2x aufbauen. Und dabei die Oszillatorschaltungen mit deren Temperaturkoeffizient sauber derart optimieren, das eben wirklich der Qurz im Temperaturbad/-Meßstelle das wesentliche bleibt. Glaub mir, ein guter Frequenzzähler (Philips, Racal, HP, etc.) mit OCXO-Zeitbasis und damit Deinen Temperaturquarz vermessen -- für einen Schulversuch mehr als gut. Mach's Dir halt nicht zu schwer mit der Hausaufgabe :) hth, Andrew
Hier nochmal eine Zusammenfassung um zu prüfen ob ich alles kapiert habe: Ich suche mir eine Ozillatorschaltung (welche ?) für den Schwingquarz, und baue diese entsprechen für 14 MHz auf. Diese schließen ich an den Frequenzzähler an, und führe meine Messungen durch. Michael
Yepp, so ist es. tipp: Die Webseite/link von KVG hatte neben den Quarzen früher auch mal Beispielschaltungen für Oszilatoren -- könnte ja sein das es heute....
Ich wollte mich sowieso noch mit der Firma in Kontakt setzten. Ich hoffe sie können mir Infomaterial schicken. Danke für die Hilfe Michael
Das Problem mit diesen Quarzen ist der Temperaturuebertrag. Zum Einen sollte ein Quarz eine hohe Guete haben, zum Anderen sollte die Temperatur auch gemessen werden. Eine Temperaturmessung bedingt ein Gas um den Quarz, je mehr je besser. Auf die andere Seite nimmt die Guete mit dem Gas ab. Das Gas bremst den Quarz. Wie gross ist denn die Zeitkonstante des Sensors ?
>möchte ich eben auf die sehr "ungewöhnliche" Schwingquarzmethode setzen. Es geht Dir also in erster Linie um die Darstellung des Verfahrens. Dann wirst Du auch keine hochpräzise Schaltung entwickeln müssen, wie es nur "intelligente Meßtechniker" schaffen, sondern kannst Deinen Oszillator mit einfachen Mitteln aufbauen. Suche Dir eine Schaltung die schwingt und werte die Frequenz aus. Wenn Du Dich bei der Auswertung auf die wichtigen Frequenzänderungen beschränkst, kannst Du im einfachsten Fall irgendeinen z.B. 16Bit Zähler mit einer festen Torzeit die Eingangsimpulse zählen lassen. Dabei werden die Überläufe nicht beachtet. Der für die Messung signifikante Rest im Zähler muß verrechnet werden, um einen Temperaturwert zu erhalten. Eine besonders einfache Schaltung könnte ich mir vorstellen, bei der der Meßquarz die Taktfrequenz eines AVR erzeugt. Timer1 wird als 16Bit Zähler konfiguriert. Die Torzeitimpulse werden an ICP1 angelegt und stehen dann im Capture1-Register zur Auswertung bereit, die ebenfalls vom AVR eledigt werden kann. Mit ein bißchen Geschick kann man die Torzeit im selben AVR mit einem 32kHz Quarz erzeugen..... Soweit mein Vorschlag. Die Details mußt Du Dir selbst erarbeiten:-)
Leider AVR-Kenntnisse so gut wie garnicht vorhanden. Dennoch habe ich mich mal eben eingelesen. Hier mal wieder eine Zusammenfassung meinerseits ( ob ich es auch wirklich verstanden habe ;-) ) Der Temperaturmessquarz wird mit einer Oszillatorschaltung zum Schwingen angeregt und als Taktgeber für den AVR verwendet ( Sind 14 MHz nicht zu viel ? ). Anschließend wird ein 16 Bit Zähler erstellt der ein Register mit Werten vollschreibt. Dieses Register wird mit einer Wertetabelle in der Werte (entnommen aus dem Quarz-Datenblatt) verglichen. -> Temperaturwert Michael
Die AVRs kann man bis 20MHz betreiben (z.B. ATmega48). Den 16Bit Timer brauchst Du nicht groß aufzubauen, sondern kannst den internen Timer1 des AVR nehmen. Diesen kann man so einstellen, daß er freilaufend mit der Taktfrequenz hochzählt. Bei einer Sekunde Torzeit und 14MHz hat dieser Zähler einen Stand von 40832 und ist insgesamt 213 mal übergelaufen. Diesen Zählerstand erhält man, wenn der Zähler bei 0 begonnen hat und der Quarz genau mit 14MHz schwingt und die Torzeit exakt 1Sekunde beträgt. Die Überläufe kann man ignorieren. Nun muß man herangehen und aus dem Zählerstand die Frequenz errechnen und daraus wiederum die Temperatur. Eine Wertetabelle könnte man auch erstellen; diese wird aber nur grobe Werte liefern. Mit einem Torzeitimpuls an ICP1 wird der momentane Zählerstand von T1 in ein separates Register übernommen und kann in Ruhe ausgelesen und verarbeitet werden. Gut, wenn Du keine AVR-Kenntnisse hast, ist diese Vorgehensweise wahrscheinlich eine Nummer zu groß. Aber vielleicht hast Du eine Anregung bekommen, daß Du nur die Taktimpulse verwerten muß, die von der Nennfrequenz 14MHz abweichen. Interessant wäre auch die schon vorgeschlagene Lösung, zwei Oszillatoren mit 14MHz zu betreiben und diese Signale zu mischen. Als Ergebnis der Mischung erhält man u.a. die Summe und die Differenz der beiden Frequenzen. Konzentriert man sich auf die Differenz, erhält man ein Signal im Hörbereich. Über einen Lautsprecher könnte man deutlich wahrnehmbar die Frequenzänderungen demonstrieren.
Leider muss ich diesen alten Thread wiederbeleben, da ich extreme Schwierigkeiten habe einen Oszillator zu finden der diesen Schwingquarz zum schwingen anregt. Ich habe mich bereits durch das Quarzkochbuch gekämpft, doch sind fehlen dort größtenteils die Angaben für die Widerstände, Kondensatoren, etc. Kennt jemand gute Literatur/Webseiten zum Thema Osziallatoren für Quarze bei der auch die Dimensionierung der Bauteile erklärt ist ? Danke Michael
Hi! Zufällig war mir die Möglichkeit der Temperaturmessung mit Quarzen bekannt, da ich in der Uni mal einen Versuch dazu besucht hatte. Habe da das Skript dazu: http://www.ltfd.rwth-aachen.de/CES/Skript_Temperaturmessung.pdf schweigt sich zwar zu Bezugsquellen und generell zu Details zu Quarzen ziemlich aus, aber vielleicht ist das auch sonst im Rahmen deiner Arbeit interssant und ggf. kannst du da am Institut ja mal fragen. Vllt hilfts..
Hi Matthias Das Vorhaben ist schlicht eine mission impossible. Die Tks der Quarze liegen zwischen 10 exp -6 bis typisch 10 exp -8. Da wird auch eine "Zählung", wie sie Andrew vorschlägt schwierig bis aussichtslos. Andrew hat auch nicht berücksichtigt dass die Abhängigkeit der F(T) einer Parabel 3. Ordnung folgt, also einer Art Achterbahn die gnadenlos verbogen ist. Wer soll das Gerät eichen? Andrew hat allerdings Recht dass eine Mischung ein Weg ist. Die entstehende doppelte Frequenz wird per Tiefpass aussortiert und die Differenzfrequenz bewegt sich zum Bleistift im NF-Gebiet. Das Problem der Eichung bleibt wegen der groben Unlinearität. Zudem müssen beide Generatoren, der Refgen, wie der Messgen identisch sein und der Refgen sollte thermisch stabilisiert werden. Der Mischer freilich auch. Absolut jenseits von gut und böse. Andrew hat oft sehr gute Ansätze nur arbeitet er sie nicht bis zum Ende durch sodass nicht so viel zählbares herauskommt wie im Ansatz verborgen ist.
Hi Michael, seh Dir mal diese links an: The Linear Quartz Thermometer - a New Tool for Measuring Absolute and Difference Temperatures http://www.hparchive.com/Journals/HPJ-1965-03.pdf 1) Quartz crystal-based remote thermometer features direct Celsius readout http://www.edn.com/contents/images/509579.pdf 2) Quartz Crystal Thermometry http://books.google.ca/books?id=EWayBGyk9tEC&pg=PA627&lpg=PA627&dq=temperature+measurement+using+quartz+crystal&source=web&ots=WDpL1Ped-a&sig=tg5zefYnbAGhXjMcptA8hgm0x-c&hl=en&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result 3) Temperature measurement device http://www.freepatentsonline.com/4986670.html http://www.freepatentsonline.com/4437773.html 4) HP 2804A Quartz Thermometer. The HP 2804A Quartz Thermometer http://www.metrictest.com/catalog/pdfs/product_pdfs/hp_2804a.pdf Vielleicht hilft Dir das weiter. Bin zwar der Ansicht dass die Herstellung eines Quarzthermometers nur fuer die Industrie machbar ist. Trotzdem ist es manchmal besser wenn man nicht weiss dass etwas nicht moeglich ist;-) Unter Umstaenden findet sich eine brauchbare ALternativloesung. mfg, Gerhard
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