Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений




Рис. 3.10. Простейшая схема терморезистор-ного моста

вление терморезистора, нагружающего СВЧ тракт.

Для точного измерения мощности на практике более распространены мостовые схемы, основанные на методе замещения. Сущность этого метода заключается в том, что дополнительный разогрев терморезистора мощностью СВЧ компенсируется уменьшением мощности постоянного тока, рассеиваемой термистором. Таким образом, сопротивление терморезистора в процессе измерения поддерживается постоянным. Процедура измерения мощности в этом случае сводится к определению изменения мощности постоянного тока, т. е. замещающей мощности.

Если исходить из предположения эквивалентности теплового воздействия на терморезистор мощностей СВЧ и постоянного тока питающего моста, то

РсвЧ = Рзам = (/!-Л)Л,

(3.7)

I де /, и /2 - токи, протекающие через термистор при начальном балансе моста и при подаче СВЧ мощности, т. е. после повторной балансировки; R - сопротивление терморезистора при балансе моста.

Точность измерения по этой схеме сравнительно мала, особенно на малых уровнях мощности.

Более высокую точность обеспечивает способ измерения тока начального баланса моста Jl и изменения этого тока Д/ = /, - 1 после подачи СВЧ мощности.

С учетом этого (3.7) будет иметь вид

РсВЧ = Рзам = (2/,-Д/)Д/Кг.

Отсюда следует, что при постоянных заданных значениях и К, величины Рсвч и Д/ связаны вполне определенной зависимостью, и прибор, регистрирующий значения тока Д/, может быть отградуирован в единицах СВЧ мощности.

Как показывает практика, значение тока начального баланса моста непостоянно и зависит от характеристик терморезистора, тем-

пературы окружающей среды, условий теплообмена его с окружающей средой. Чтобы обеспечить однозначность зависимости свч = / (ДД выбирают такую схему, при которой в момент начального баланса моста через терморезистор протекает постоянный ток /(,, несколько меньший тока 1, при котором сопротивление терморезистора становится равным рабочему. Регулировкой мощности переменного тока низкой частоты, равной (1г - li) R,, сопротивление терморезистора доводится до рабочего значения, и мост оказывается сбалансированным. Выходная мощность генератора низкой частоты при этом должна быть более (/f -/)К, во всем интервале рабочих температур с любым из используемых в приборе терморезистором. В отдельных случаях баланс моста регистрируют в цепи низкочастотного тока, а терморезистор дополнительно подогревают постоянным током.

Известны несколько способов измерения тока AI.

1. Применение схемы сравнения с источником опорного напряжения (рис. 3.11). В этой схеме измерительный мост питается от источника постоянного тока со следящей системой. Начальную балансировку моста осуществляют с помощью источника переменного тока низкой частоты. В момент достижения баланса, индицируемого по вольтметру, напряжение питания моста Ug равно напряжению источника опорного напряжения Uaa- Источник опорного напряжения выдает стабилизированное напряжение, и поэтому постоянный ток, протекающий через терморезистор, при начальном балансе моста будет неизменным. После подачи СВЧ мощности баланс моста нарушается. Следящая система уменьшает напряжение до значения и, и баланс моста восстанавливается. В этот момент вольтметр покажет разность

Источник постоянного тока


йи=ш

Источник опорного напряжения

„ Рсвч

Источник переменного тока низкой

частоты

Рис. 3.11. Схема сравнения с источником опорного напряжения




Источник постоянного

тока (встречного)

Источник переменного тока низкой частоты

Рис. 3.12. Схема подачи встречного тока на терморезистор

напряжений Д(/ = Uq„ - U, пропорциональную изменению тока AI. Пользуясь уравне-

™ Рсвч = Рзам = (2/о - А/) AIR, (3.8) где AI=AU/k; {kAI=AU); /(,= const; Р = = const, шкалу прибора градуируют в единицах мошности.

2. Использование схемы, с помошью которой на терморезистор подается встречный ток (рис. 3.12). Перед подачей СВЧ мощности мост М, являющийся плечом моста ваттметра М, балансируют с помощью источника переменного тока низкой частоты, а от источника постоянного тока £, через терморезистор протекает ток 1„ известного и неизменного значения. При балансе моста Мт наступает баланс моста и источники постоянного тока и Ej оказываются развязанными. После подачи СВЧ мощности баланс моста Мт нарушается. Для его восстановления с потенциометра на терморезистор подают встречный ток Д/ от источника Ej- В момент восстановления баланса прибор покажет значение тока, пропорциональное AI. Прибор градуируют, используя уравнение (3.8), где !„ = кА1.

3. Шунтирование моста (рис. 3.13). В этом случае мост питается от источника постоянного тока с внутренним сопротивле-


Источник переменного тока

низкой частоты

Рис. 3.13. Метод шунтирования моста

нием, значительно большим сопротивления моста R. Перед подачей СВЧ мощности производится балансировка моста от источника переменного тока низкой частоты. Ключ K.i при этом разомкнут. При первичном балансе через терморезистор протекает ток 1„ известного и неизменного значения, задаваемого стабилизатором тока. После подачи СВЧ мощности ключ Кл замыкают, включая тем самым схему компенсации. Изменяя сопротивление шунта, восстанавливают баланс моста, при этом постоянный ток через терморезистор уменьшается. В момент восстановления баланса моста прибор покажет значение тока, пропорциональное изменению тока через терморезистор, т. е. /,„ = AI. Градуировку шкалы индикатора производят, также пользуясь уравнением (3.8), где принимают кА1 = /„, 1„ = const, R, = const.

4. Если в цепь питания моста от источника постоянного тока схемы на рис. 3.13 включить резистор Роб, в качестве шунта использовать точный микропотенциометр, то шкалу прибора можно сразу проградуи-ровать в единицах измеряемой мощности, при этом не требуется прибор для измерения тока.

Одной из трудностей работы с мостом, управляемым вручную, является то, что оператор должен соблюдать осторожность и уменьшать мощность постоянного тока до подачи на терморезистор СВЧ мощности, чтобы предотвратить разрушение его повышенной мощностью.

Для удобства работы, обеспечивая защиту терморезистора, и в некоторых других случаях для повышения точности, как правило, предпочтительнее пользоваться автоматическими самобалансирующимися (автобалансными) мостами. На практике применяются самобалансирующиеся мосты как постоянного, так и переменного тока. Основой автобалансной схемы является двойной уравновешенный мост (рис. 3.14), состоящий из внешнего моста М,, в одно из плеч которого введен измерительный мост Mj. Источник Е„ тока подогрева /„ терморезистора и источник Еу тока компенсации подключены к диагонали внешнего моста так, что токи и 1 через терморезистор, включенный в мост Mj, протекают во встречных направлениях.

При измерении мост Mj всегда сбалансирован, поэтому сопротивление между точками а и б имеет определенное значение. Этим сопротивлением является одно из плеч моста М,. Другие его плечи подобраны так, что он уравновешивается, если сбалансирован мост Mj. Поскольку источники Е„ и Eg



Источник


Генератор

низкой частоты

Источник

Рис. 3.14. Схема двойного уравновешенного моста

подключены к диагоналям внешнего моста, то при его балансе они оказываются развязанными: ток /„ не протекает через источник £к. а ток /к - через источник Е„. Такая развязка позволяет раздельно измерять токи и /к, значения которых однозначно связаны с измеряемой мощностью.

Перед измерениями мост Mj уравновешивают при отсоединенном источнике (ключ Кл разомкнут). Мост уравновешивают, подогревая терморезистор мощностью Р. переменного тока, поступающего от генератора низкой частоты с регулируемой амплитудой сигнала. Состояние равновесия фиксируют по индикаторному прибору магнитоэлектрической системы.

В состоянии равновесия моста рассеиваемая в терморезисторе мощность Р, = Р + + /ni?f. По окончании уравновешивания к терморезистору подводят измеряемый сигнал Р. Терморезистор разогревается, его сопротивление изменяется, и мосты разбалан-сируются. Для восстановления состояния баланса ключ Кл замыкают, подключая тем самым источник тока компенсации Е. При этом общий ток через терморезистор также изменяется. Потенциометром устанавливают такое значение тока компенсации, при котором мосты снова уравновешиваются. Рассеиваемая на терморезисторе мощность P, = Pu + P + {I„-IR,. Сравнивая полученные выражения для Р,, легко убедиться, что Рт, = (Hu - IhRt- При известном значении тока подогрева измеряемая мощность является функцией только тока компенсации. Этот ток измеряют прибором магнитоэлектрической системы, шкала которого програ-дуирована в единицах мощности.

Автоматическая балансрфовка мостов производится введением в схему двойного моста замкнутой цепи автоматического регулирования, включающей в себя балансный усилитель постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления (рис. 3.15).

Его вход подключен к диагонали вг измерительного моста При нарушении равновесия в диагонали моста появляется напряжение разбаланса, а на выходе УПТ возникает напряжение компенсации Eg. Под действием тока компенсации мост переходит в состояние, близкое к балансу.

Измеряемую мощность отсчитывают по шкале прибора ферродинамической системы с тремя рамками. Подвижная и неподвижная рамки включены в цепь компенсирующего тока, протекающего через подвижную рамку П; ток равен а/, где а - коэффициент пропорциональности, зависящий от сопротивления резистора Ri, который служит для переключения пределов измерения. Ток через неподвижную рамку Я, равен ml, где m - постоянный коэффициент, учитывающий шунтирующее действие-резистора R.

Вторая неподвижная рамка прибора включена в цепь тока подогрева, и по ней протекает ток 2т}„. Неподвижные рамки измерительного прибора включены встречно, поэтому их магнитные потоки вычитаются и напряженность магнитного поля, в котором вращается рамка, пропорциональна 2/п - /к. Через подвижную рамку течет ток am (2/п - /к) /к- Выражение, заключенное в скобки, пропорционально измеряемой мощности, которая и отсчитывается по шкале прибора. При таком методе индикации показания нет необходимости фиксировать ток подогрева, и поэтому при отсутствии измеряемой мощности производят первоначальную балансировку моста, изменяя /ц. Система автоматического регулирования при этом размыкается на участке цепи компенсации, где включена рамка Hj. Подвижная рамка остается подключенной к выходуУЯТ через резистор R. В состоянии равновесия мостов входное напряжение УЯТ, а следовательно, и его выходное напряжение Е равны нулю. Поэтому уравновешивание мостов заключается в изменении Е„ до тех пор, пока

Источник

£„ Ел.

.2ml,

Устройство термокомпенсации


Балаионый УПТ

т1к al

Рис. 3.15. Схема двойного моста с балансным УПТ



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [43] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0191