[发明专利]一种噪声温度计及测量温度的方法

说明书

本申请公开一种噪声温度计及测量温度的方法，属于温度测量技术领域。该噪声温度计包括：参考电压噪声源、内阻、传感器电阻、第一调理电路、第二调理电路和处理器；参考电压噪声源的正极通过内阻与传感器电阻的第一端连接，参考电压噪声源的负极与传感器电阻的第二端连接，第一端还分别与第一调理电路的第一输入端、第二调理电路的第一输入端连接，第二端还分别与第一调理电路的第二输入端、第二调理电路的第二输入端连接，第一调理电路的输出端以及第二调理电路的输出端均与处理器连接。该噪声温度计不需要切换开关，就实现了参考电压噪声与待测热噪声的同时测量，从而缩短测量时间。

技术领域

本申请属于温度测量技术领域，具体涉及一种噪声温度计及测量温度的方法。

背景技术

目前市场上常用的温度计，例如铂电阻温度计或者热电偶温度计等，在长时间使用过程中，多种因素会影响测量性能进而导致指示温度发生漂移，因此需要定期的计量校准。在某些极端工业环境(如核电站)，即便定期对温度计做计量校准也难以保证其可靠运行，因此研究一种可用于工业现场且免校准的温度计尤为必要。

约翰逊噪声温度计测量与热力学温度相关联的电阻热噪声功率，可以实现免校准的原位测量，其理论依据为奈奎斯特方程：

其中，是噪声电压平方的时间平均，k_B是玻尔兹曼常数，T是所在环境的热力学温度，R是热噪声源的阻值，Δf是带宽。

目前的约翰逊噪声温度计利用切换开关，通过比较一个放置在已知热力学温度和一个放置在未知热力学温度中的热噪声功率实现未知热力学温度的测量。然而，这种切换方式难以实现阻抗和功率的同时匹配。

发明内容

鉴于此，本申请的目的在于提供一种噪声温度计及测量温度的方法，以改善现有噪声温度计在参考噪声源和待测热噪声源之间切换测量时阻抗与功率无法同时匹配的技术问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种噪声温度计，包括：参考电压噪声源、内阻、传感器电阻、第一调理电路、第二调理电路和处理器；所述参考电压噪声源的正极通过所述内阻与所述传感器电阻的第一端连接，所述参考电压噪声源的负极与所述传感器电阻的第二端连接，所述第一端还分别与所述第一调理电路的第一输入端、所述第二调理电路的第一输入端连接，所述第二端还分别与所述第一调理电路的第二输入端、所述第二调理电路的第二输入端连接，所述第一调理电路的输出端以及所述第二调理电路的输出端均与所述处理器连接；所述参考电压噪声源用于生成参考电压噪声信号；所述传感器电阻用于生成待测热噪声信号；所述第一调理电路和所述第二调理电路均用于对包含有所述参考电压噪声信号、内阻热噪声信号以及所述待测热噪声信号的混合信号进行放大、滤波以及模数转换；其中，所述内阻热噪声信号由所述内阻产生；所述处理器用于将所述第一调理电路传输的信号以及所述第二调理电路传输的信号进行互相关运算，并根据运算得到的功率计算出包含所述参考电压噪声信号的第一频谱分块对应的互相关功率与第二互相关功率的功率比值，根据所述功率比值和预设公式计算出待测温度，其中，所述第二互相关功率为所述第一频谱分块左右各W个不包含所述参考电压噪声信号的第二频谱分块的互相关功率之和，W为所述第一频谱分块左侧或右侧的所述第二频谱分块的数量。

本申请实施例中，参考电压噪声源与内阻串联后叠加在传感器电阻两端，这种情况下，在待测热噪声源的两端可以同时检测到参考电压噪声信号和待测热噪声源的热噪声信号，不需要切换开关，就实现了参考电压噪声与待测热噪声的同时测量，从而缩短测量时间。此外，由于消除了传统噪声温度计中的切换开关，进而无需匹配传输线。

结合第一方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述传感器电阻的阻值大于或等于1kΩ。本申请实施例中，根据奈奎斯特方程可以得出，热噪声源的电阻与对应的热噪声功率成正比，因此通过采用阻值大于或等于1kΩ的大电阻来提高测量的信噪比，以进一步提高测量精度。