量子電壓標定的疊加型噪聲溫度計研究

許 勛, 周琨荔, 徐志鵬, 韓琪娜, 李京慧,3

(1.中國計量大學 計量測試工程學院, 浙江 杭州 310018;2.中國計量科學研究院 前沿計量科學中心, 北京 100029;3.青島大學 電子信息學院, 山東 青島 266071)

1 引 言

目前市場上常用的溫度計， 例如鉑電阻溫度計或者熱電偶溫度計等， 在長時間使用過程中， 多種因素會影響其測量性能進而導致指示溫度發生漂移，因此需要定期的計量校準[1,2]。 在某些極端工業環境(如核電站)， 即便定期對溫度計做計量校準也難以保證其安全性， 因此研究一種可用于工業現場且免校準的溫度計尤為必要[3]。 約翰遜噪聲溫度計測量與熱力學溫度相關聯的電阻熱噪聲功率， 可以實現免校準的原位測量， 其理論依據為奈奎斯特方程[4]

(1)

傳統的噪聲溫度計利用切換開關，通過比較已知熱力學溫度和未知熱力學溫度中兩個電阻的熱噪聲功率實現熱力學溫度的測量;然而，這種切換方式難以實現阻抗和功率的同時匹配。后續發展的量子電壓標定的噪聲溫度計采用量子電壓贗噪聲源系統合成奇分布參考電壓噪聲信號，代替參考電阻端的熱噪聲信號[5,6]，解決了參考噪聲源和待測熱噪聲源之間阻抗與功率無法同時匹配的問題[7];但是它仍然需要切換開關在量子電壓噪聲和待測熱噪聲之間切換[8～10]。

本文搭建了一種量子電壓標定的疊加型噪聲溫度計以消除切換開關，并實現參考噪聲和待測熱噪聲的同時測量。其中，參考電壓噪聲源通過一個串聯的大阻值內阻與傳感器電阻相連，我們把傳感器電阻設計為6端連接的形式，從而保證系統結構的對稱性以消除不對稱誤差的影響[10]。……