Электротехника \ Основы метрологии и электрические измерения

Методы и средства измерения мощности: Учебное пособие, страница 8

 


Рис. 7.12. Электрическая схема термопреобразователя

Мощность высокой частоты поступает в преобразователи через разделительную ёмкость С1 и преобразуется в тепловую за счёт сопротивления термопар Тп1 и Тп2.

Выходная цепь термопреобразователей зашунтирована фильтрующей ёмкостью С2 для исключения попадания высокочастотной мощности в измерительную схему. К выходу  термопреобразователя подключают усилитель постоянного тока с измерителем напряжения, шкала которого градуируется в значениях мощности.

Частотный диапазон термоэлектрических ваттметров: до 37,5 ГГц; пределы измеряемых мощностей, 10-6…102 Вт.

Основными составляющими погрешности ваттметра являются: погрешность измерения термо-ЭДС; погрешность калибровки; погрешность нелинейности характеристик термопар; погрешность рассогласования.

8. ДИОДНЫЕ ВАТТМЕТРЫ

Принцип действия диодных ваттметров основан на измерении электронным амплитудным вольтметром напряжения на части нагрузочного резистора.

Для обеспечения согласования нагрузочного резистора с коаксиальной линией передачи энергии резистор устанавливается в специальную измерительную головку, показанную на рис. 8.1. Шкала электронного вольтметра ЭВ градуируется в значениях измеряемой мощности

,

где: Uм - амплитудное значение напряжения; Rн - сопротивление нагрузочного резистра; К=(R1+R2)/R2 – коэффициент деления напряжения на нагрузочном резисторе.

 Достоинствами диодных ваттметров являются: простота конструкции; простота методики измерений; большая перегрузочная способность; широкий диапазон частот (30…300 МГц), широкий диапазон измерения мощности (от 0,5 Вт до 50 кВт); возможность измерения мощности, как гармонических колебаний, так и импульсной мощности и мощности в импульсе.

 


                   Рвч                                                            Rн

 


    Измерительная

        головка            

                                           R1                             R2

ЭВ
 


Рис. 8.1. Коаксиальная измерительная головка

диодных ваттметров

Основными составляющими погрешности являются: погрешности измерения напряжения; неточность определения коэффициента деления К нагрузочного резистора; зависимость показаний прибора от частоты; неточность определения сопротивления нагрузочного резистора. Пределы допустимых погрешностей 15…30 %.

9. ВАТТМЕТРЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПРОХОДЯЩЕЙ МОЩНОСТИ

К ваттметрам проходящей высокочастотной мощности относятся приборы, основанные на применении направленных ответвителей, элементов с эффектом Холла, пондемоторным эффектом и др.

 Наибольшее распространение получили ваттметры на основе направленных ответвителей.

 Направленный ответвитель - это высокочастотный прибор, позволяющий ответвлять часть падающей и отражённой волн в боковой канал с разделением падающей и отражённой волн.

 Структурная схема ваттметра с направленным ответвителем показана на рис. 9.1.

 


     Р1                                                                                                  Р1

     Р2                                                                                                  Р2

 


                          Р1                                               Р2

Рпад

 


                                                 l/4                                       Волновод

Рис. 9.1. Структурная схема ваттметра проходящей мощности

с направленным ответвителем

 На структурной схеме ваттметра штриховыми линиями показан путь распространения падающей волны мощности.

 К выходу правого плеча бокового канала ответвителя подключён ваттметр поглощаемой мощности ВПМ, фиксирующий суммарную падающую мощность Рпад∑, которая является частью падающей в основном канале мощности.

 К выходу левого плеча бокового канала ответвителя подключён ваттметр ВОМ фиксирующий часть отражённой мощности Ротр. Выходные сигналы ваттметров падающей и отражённой мощности подаются на схему вычитания отсчётного устройства в соответствии с выражением

Рпрох = Рпад – Ротр - Рпогл,

таким образом, его показания соответствуют значению проходящей мощности.

 На ваттметре отражённой мощности выделяется мощность Рпад∑,=Р1 - Р2, так как векторы мощностей Р1 и Р2 направлены встречно, а на ваттметре падающей мощности – согласно, т.е. его показания соответствуют значению падающей мощности Рпад∑ = Р1+Р2

Достоинствами ваттметров на основе ответвителей являются широкие пределы измерения мощности, (10-4…105 Вт); возможность измерения раздельно падающей, отражённой и проходящей мощностей; широкий частотный диапазон (0,03…37,5 ГГц).

Основные погрешности являются составляющими погрешности ваттметров поглощаемой мощности, погрешности градуировки, погрешности рассогласования, частотная погрешность. Пределы допустимых погрешностей 2,5…25 %.

10. ВАТТМЕТРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

При этом методе измерения учитываются электрическая и электромагнитная составляющие вектора Умова-Пойнтинга, что позволяет измерять действительную мощность СВЧ.

Напряжение на выходе датчика Холла пропорционально мгновенному значению произведения Е и Н, поэтому пропорционально мгновенной плотности потока энергии. Если имеется разность фаз между Е и Н, то она будет существовать между током через датчик и индукцией внешнего поля В, следовательно, усреднённая по времени ЭДС Холла является мерой средней мощности, рассеиваемой в реальной нагрузке. Полярность ЭДС Холла указывает направление потока энергии. Точность измерения, в общем случае, не зависит от формы сигнала.

Структура измерителя мощности с преобразователем Холла показана на рис. 10.1.

                                             П1

                                                                                Е

      П2                                              П3

 


      H

Скачать файл