[发明专利]利用电阻热噪声电压测量电阻元件温度的系统及方法

权利要求书

1.一种利用电阻热噪声电压测量电阻元件温度的方法，其特征在于，采用的测量系统包括：

测温电阻，为待测样品；

热噪声电压提取系统，用于采集并放大总噪声电压；热噪声电压提取系统包括前置放大器和带通滤波器,所述前置放大器与所述测温电阻双通道差分连接，所述带通滤波器用于设置测量的总噪声电压的带宽和增益；

温度输出系统，包括电压采集卡和计算机，所述前置放大器输出端与所述电压采集卡输入端串联，所述电压采集卡输出端与所述计算机串联；所述电压采集卡用于采集所述热噪声电压提取系统输出的总噪声电压并输出至计算机，由计算机处理得到测温电阻的热噪声电压信号，并计算得到测温电阻的温度后输出；

所述方法包括：

根据用户所要求的热噪声电压的测温误差以及设备可调整参数的极限，选择热噪声电压提取系统的最佳测试带宽、以及电压采集卡的采样时间，电压采集卡的采样率设置为大于测试信号最高频率的两倍；

设置热噪声电压提取系统为低噪声放大模式，保证热噪声电压提取系统可以迅速的将热噪声电压放大到一个可测量的水平；然后根据温度输出系统的分辨率来设置热噪声电压提取系统的增益，保证温度输出系统能获得微小的热噪声电压信号，进而转化为温度输出；

将总噪声电压处理得到测温电阻的热噪声电压信号，并输出测温电阻的温度的方法如下：

温度输出系统测得的总噪声电压V_总噪声由三分部组成，包括：

前置放大器的电压噪声V_电压噪声、前置放大器的电流噪声V_电流噪声和测温电阻的热噪声电压V′_热噪声，表达式如下所示：

上式中，V_电压噪声可通过短接前置放大器输入端时测得；I_噪声为噪声电流，R_测温电阻为测温电阻的电阻值；

考虑所述测温电阻及所述前置放大器本身存在输入电容，关于输入电容的热噪声电压理论值的计算公式如下：

上式中，f为噪声频率，f_h为噪声频率上限，f_l为噪声频率下限，R为测温电阻阻值，T为测温电阻的温度，C为输入电容，gain为噪声电压增益，k_B为玻尔兹曼常数；

将热噪声电压理论值与测量得到的总噪声电压V_总噪声进行拟合，拟合过程中，通过热电偶贴合测温电阻测得测温电阻的温度T，进而计算获得输入电容C，在拟合得到电容C的同时依据所述关于输入电容的热噪声电压理论值的计算公式拟合计算出I_噪声，进而得出电流噪声V_电流噪声，总噪声电压V_总噪声减去电压噪声V_电压噪声和电流噪声V_电流噪声，即可得到实验测试的测试电阻的热噪声电压，再根据所述热噪声电压理论值的计算公式求出对应的测温电阻的温度并输出。

2.根据权利要求1所述的利用电阻热噪声电压测量电阻元件温度的方法，其特征在于，所述测温电阻的电阻值为10kΩ至80kΩ。