一种用于射频功率测量的温度电压转换装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于射频功率测量的温度电压转换装置，该装置包括工作负载接口、参考负载接口、设置在工作负载接口上的第一热敏电阻、包含第一热敏电阻的第一功率平衡电桥模块、第一差动放大器模块、设置在参考负载接口上的第二热敏电阻，用于通过电阻两端电压反映参考负载温度情况、包含第二热敏电阻的第二功率平衡电桥模块、第二差动放大器模块和运算放大器。本实用新型所述技术方案能够满足射频功率测量标准的要求，具有良好的适用性，保证了对射频功率测量的高灵敏度与长期稳定性，进而保障了射频功率量值传递的准确和可靠。
【专利说明】—种用于射频功率测量的温度电压转换装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电压转换装置，特别是涉及一种用于射频功率测量的温度电压转换装置。
【背景技术】
[0002]温度电压转换装置是利用热敏电阻的阻值随温度改变的特性将温度变化转换为电压变化，再经过直流隔离变换，得到对应于被测点温度的直流电压输出，将温度信号转换为直流电压信号经AD变换后传输给显示仪表，实现对温度的精确测量和控制，可以广泛应用于机械、电气、电信、电力、石油、化工、污水处理及楼宇建筑等领域的数据采集、信号传输转换、PLC等工业测控系统。
[0003]目前，各国建立的微波功率测量标准多数采用量热方式，这种理论应用很成熟，能够获得很高的测量准确度，国外的一些标准研究机构如美国NIST、英国NPL、日本匪IJ、德国PTB等均采用量热计建立了频率低于1MHz开始的相应的小功率标准，标准的工作原理基本使用双负载式量热计结构的原理。国内还没有建立频率低于1MHz的同轴功率基准和量值传递标准，随着微波功率计量技术逐渐向着适用于低频段小功率的发展与需求，低频段小功率射频量热计的实现与定标中对功率测量的精度和稳定性提出了更高的要求。在双负载射频量热计结构中，通过给紧贴在吸收射频能量的量热体与参考量热体表面的热敏电阻加电，通过温度电压转换装置将两个量热体之间的温度差转变成电势差，进而可以通过测量电势差来得到射频量热计所加射频功率的大小。然而现有的温度电压转换装置在用于射频功率测量时存在一定缺陷，如:1)对于小功率射频信号的测量灵敏度低；2)测量稳定性差，不能完全满足射频功率测量的需要。
[0004]因此，需要提供一种温度电压转换装置，以满足射频功率测量过程中对测量灵敏度和稳定性的要求。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于射频功率测量的温度电压转换装置，以解决现有技术中射频功率测量灵活度低和稳定性差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案。
[0007]—种用于射频功率测量的温度电压转换装置，该装置包括
[0008]工作负载接口和参考负载接口 ；
[0009]设置在工作负载接口上的第一热敏电阻，用于通过电阻两端电压变化情况实时反映工作负载温度变化情况；
[0010]包含第一热敏电阻的第一功率平衡电桥模块，用于根据第一热敏电阻两端电压随工作负载温度变化情况，重新对电桥建立平衡；
[0011 ] 第一差动放大器模块，根据第一功率平衡电桥模块重新建立的平衡状态，输出当前电压；
[0012]设置在参考负载接口上的第二热敏电阻，用于通过电阻两端电压反映参考负载温度情况；
[0013]包含第二热敏电阻的第二功率平衡电桥模块，用于根据第二热敏电阻两端电压，保持当前电桥的平衡状态；
[0014]第二差动放大器模块，用于根据第二功率平衡电桥模块的平衡状态，输出恒定电压；
[0015]运算放大器，用于根据第一差动放大器模块和第二差动放大器模块的输出电压电压差，从而获得输出电压与温度变化的关系。
[0016]优选的，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻采用薄膜类PtlOO或者薄膜类PtlOOO作为温度传感元件。
[0017]优选的，该装置进一步包括与第一热面电阻和第二热敏电阻串联连接的恒流源模块。
[0018]优选的，所述恒流源模块包括差动放大器、运算放大器、基准电压源和精密金属薄膜电阻。
[0019]优选的，所述恒流源模块的精度为1mA。
[0020]优选的，该装置进一步包括连接在运算放大器模块输出端的显示仪表模块。
[0021]优选的，该装置进一步包括连接在运算放大模块和显示仪表模块之间的模数变换模块。
[0022]优选的，所述热敏电阻的两条电流引线与恒流源模块连接，另两条引线接入功率平衡电桥，形成四线制测量方法。
[0023]本实用新型的有益效果如下:
[0024]本实用新型所述技术方案能够满足射频功率测量标准的要求，具有良好的适用性，保证了对射频功率测量的高灵敏度与长期稳定性，进而保障了射频功率量值传递的准确和可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明；
[0026]图1示出本实用新型所述一种用于射频功率测量的温度电压转换装置的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合一组实施例及附图对本实用新型做进一步描述。
[0028]本实用新型公开了一种用于射频功率测量的温度电压转换装置，该装置包括恒流源模块1、工作负载接口 2、参考负载接口 3、第一热敏电阻4、第二热敏电阻5、第一功率平衡电桥模块6、第二功率平衡电桥模块7、第一差动放大器模块8、第二差动放大器模块9、运算放大器模块10、模数变换模块11和显示仪表模块12。恒流源模块I与第一热敏电阻4和第二热敏电阻5串联，为第一热敏电阻4和第二热敏电阻5提供恒定电流。第一热敏电阻4设置在工作负载接口 2上，从其两端引出的两条导线接入第一功率平衡电桥模块6，作为第一功率平衡电桥模块6的一个桥臂,第一差动放大器模块8的正输入端和负输入端连入第一功率平衡电桥模块6,输出第一功率平衡电桥模块6的电压变化量；第二热敏电阻5设置在参考负载接口 3上，从其两端引出的两条导线接入第二功率平衡电桥模块7，作为第二功率平衡电桥模块7的一个桥臂,第二差动放大器模块9的正输入端和负输入端连入第二功率平衡电桥模块7，输出第二功率平衡电桥模块7的电压变化量；利用运算放大器模块10将第一功率平衡电桥模块7的电压变化量和第二功率平衡电桥模块9的电压变化量作差，获得电压与温度变化的关系。输出的电压通过模数变换模块11后，输入到显示仪表模块12。本实用新型利用热敏电阻的阻值随温度改变的特性将温度变化转换为电压变化的原理，采用双热敏电阻结构组成的功率测量电桥来实现的。本实用新型以热敏电阻的阻值随温度改变的特性为中心，利用高精度恒流源输出电流的高精度与高稳定性为四线制接法的热敏电阻供电，同时，为了确保测量结果的稳定性，通过功率平衡电桥将温度变化转换成直流电压的变化，以减少钼电阻元件自身产热对测温结果的影响。本装置实现的温度电压转换装置可以测量微瓦级射频小功率，并且测量灵敏度高、稳定性好及受外界温度的影响小。
[0029]本实用新型采用钼电阻温度传感器作为温感器件，该传感器具有很好的重现性和稳定性，并且温度范围广，可以达到-200°C?650°C，广泛应用于工业测温以及航空航天精密温度测量领域，并且被制成标准温度计供计量和校准使用。由于射频功率测量时需要确保热敏电阻受热均匀，测量精度高，因而选用薄膜类PtlOO或者薄膜类PtlOOO作为温度传感元件。本实用新型中采用高精度的四线制测量技术，通过恒流源为钼电阻两条引线提供恒定电流，通过另两条引线测量钼电阻两端的电压降，通过精密仪表放大器实现对钼电阻两端的电压测量。这种方法可以有效地消除钼电阻引线导致的测量误差，温度测量精度达到0.015°C以下，多路一致性优于0.0rC，满足射频功率测量的要求。本实用新型采用的高精度恒流源电路由差动放大器、运算放大器、基准电压源和精密金属薄膜电阻等组成，该恒流源电路具有较宽范围的电流控制能力，能够输出较宽的电流范围，同时具有的低偏置电流特性使它能与高阻抗负载接口，而不会引入明显的失调误差，同时可以获得较小的输出噪声、最大失调电压漂移、最大增益漂移和温度漂移。
[0030]本实用新型所述的温度电压转换装置与射频量热式负载座，以及外部良好的控温和隔热装置，可以组成高测量灵敏度和稳定性的射频量热计，实现射频功率测量范围为1uW?50mW，频率范围为DC?18GHz。本实用新型的温度电压转换装置可以广泛应用于各级射频功率测量标准，为射频功率计量检定和校准系统中不可缺少的标准设备。
[0031]本实用新型所述的温度电压转换的工作原理:首先将两个薄膜类PtlOO或者薄膜类PtlOOO用导热硅胶分别贴附在吸收热量的工作负载与参考负载底端，采用四线制接法分别把两个热敏电阻的两条电流引线与高精度恒流源模块I串联起来，另两条电压引线接入功率平衡电桥。当工作负载吸收射频功率时温度会上升，贴附在其后端的第一热敏电阻4通过热传导同样温度会上升，导致其阻值变大。由于高精度恒流源输出电流不变，从而第一热敏电阻4两端的电压会变大,会使连接第一热敏电阻4的第一功率电桥模块6重新建立新的平衡，导致第一差动放大器模块8的输出电压变大。同时参考负载未吸收射频功率，其温度不会变化，第二功率平衡电桥模块7仍然保持原有的平衡状态，使第二差动放大器模块9的输出保持不变，最终运算放大器10模块的输出电压会变大，使其输出电压与温度变化建立关系。再经过模数变换模块11后，将所得输出电压显示在显示仪表模块12中。
[0032]实施步骤:
[0033]a)将两个薄膜类PtlOO或者薄膜类PtlOOO用导热硅胶分别贴附在吸收热量的工作负载与参考负载底端；
[0034]b)将工作负载与参考负载放置于同一封装空间中,待两负载温度稳定；
[0035]c)通过传输线给工作负载加入所需测量的射频功率，待工作负载吸收射频功率温度上升重新到达稳定；
[0036]d)经过两级放大器对功率平衡电桥输出的直流电压放大后，通过AD变换模块，将最终所测得的直流电压数值显示在显示仪表中；
[0037]e)通过输出直流电压与温度变化建立的关系，即可得到工作负载温度变化的大小。
[0038]综上所述，本实用新型的温度电压转换装置采用高精度的恒流源，其精度可以达到0.01% (ImA)，既可以保证温度电压转换装置对小功率射频信号的测量灵敏度，又可以扩展对小功率射频信号的测量范围。采用了双热敏电阻测温结构，可确保所测温度受环境温度的影响小，热敏电阻选用具有正温度系数、稳定性好、准确度高并且耐高压等特性的薄膜类PtlOO或者薄膜类PtlOOO，其中一个热敏电阻贴附于工作负载吸收热量，另一个热敏电阻贴附于参考负载吸收热量，同时采用高精度的四线制测量技术，通过恒流源为钼电阻两条引线提供恒定电流，通过另两条引线测量热敏电阻两端的电势差。测量电路采用的是功率电桥结构，将热敏电阻连接在其中一个桥臂上，当热敏电阻吸收热量阻值变化时，功率平衡电桥可以确保测量稳定性。采用本实用新型所述装置测量灵敏度高、测量稳定性好，可以广泛用于射频功率测量标准，能够实现对低频段小功率信号的功率测量。
[0039]显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
【权利要求】
1.一种用于射频功率测量的温度电压转换装置，其特征在于，该装置包括工作负载接口和参考负载接口； 设置在工作负载接口上的第一热敏电阻，用于通过电阻两端电压变化情况实时反映工作负载温度变化情况； 包含第一热敏电阻的第一功率平衡电桥模块，用于根据第一热敏电阻两端电压随工作负载温度变化情况，重新对电桥建立平衡； 第一差动放大器模块，根据第一功率平衡电桥模块重新建立的平衡状态，输出当前电压； 设置在参考负载接口上的第二热敏电阻，用于通过电阻两端电压反映参考负载温度情况； 包含第二热敏电阻的第二功率平衡电桥模块，用于根据第二热敏电阻两端电压，保持当前电桥的平衡状态； 第二差动放大器模块，用于根据第二功率平衡电桥模块的平衡状态，输出恒定电压；运算放大器，用于根据第一差动放大器模块和第二差动放大器模块的输出电压电压差，从而获得输出电压与温度变化的关系。
2.根据权利要求1所述的温度电压转换装置，其特征在于，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻采用薄膜类Pt10或者薄膜类PtlOOO作为温度传感元件。
3.根据权利要求1所述的温度电压转换装置，其特征在于，该装置进一步包括与第一热面电阻和第二热敏电阻串联连接的恒流源模块。
4.根据权利要求3所述的温度电压转换装置，其特征在于，所述恒流源模块包括差动放大器、运算放大器、基准电压源和精密金属薄膜电阻。
5.根据权利要求3所述的温度电压转换装置，其特征在于，所述恒流源模块的精度为ImA0
6.根据权利要求1所述的温度电压转换装置，其特征在于，该装置进一步包括连接在运算放大器模块输出端的显示仪表模块。
7.根据权利要求6所述的温度电压转换装置，其特征在于，该装置进一步包括连接在运算放大模块和显示仪表模块之间的模数变换模块。
8.根据权利要求3所述的温度电压转换装置，其特征在于，所述热敏电阻的两条电流引线与恒流源模块连接，另两条引线接入功率平衡电桥，形成四线制测量方法。
【文档编号】G01K7/25GK204165669SQ201420472007
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】杨琳 申请人:北京无线电计量测试研究所