Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



сти приемного преобразователя, входной импеданс, время установления показаний.

Пределы измеряемой мощности (динамический диапазон) обычно выражают в децибелах относительно уровня 1 мВт. Ваттметры поглощающего типа имеют динамический диапазон, не превышающий 30 - 40 дБ. Его расширяют с помощью сменных измерительных преобразователей или внешних делителей (аттенюаторов, направленных ответвителей).

Рабочий диапазон частот выражается в гигагерцах. Как правило, ваттметры работают без перестройки по частоте. Расширение частотного диапазона достигается применением измерительных преобразователей, у которых основная погрешность не превышает juiacca точности, определенного для данного типа ваттметра.

Основная погрещность является важнейшей метрологической характеристикой. Она определяется методом непосредственного сличения с показаниями образцового ваттметра в нормальных условиях или рассчитывается по отдельным составляющим, полученным поэлементной поверкой. В рабочих условиях, отличающихся от нормальных, погрешность ваттметров изменяется под действием окружающей среды. Для учета влияния этих факторов действующие ГОСТ вводят такф! параметр, как дополнительная погрещность, обусловленная изменением от температуры, напряжения питающей сети и т. п.

Коэффициент эффективности приемного преобразователя ваттметра характеризует его с точки зрения потерь в стенках отрезка передающей линии, потерь излучения, а также неэквивалентностью замещения мощности СВЧ мощностью постоянного тока непосредственно в чувствительном элементе. Применительно к терморезисторным преобразователям коэффициент эффективности представляет собой отношение замещающей мощности СВЧ к мощности, поглощаемой в приемном преобразователе.

Входной импеданс ваттметров поглощаемой мощности не равен характеристическому сопротивлению линии передачи, поэтому и мощность, рассеиваемая в ваттметре, отличается от номинальной мощности источника, которая отдается в согласованную нагрузку.

Относительная величина мощности, отраженной от входа ваттметра поглощающего типа, равна Г, и погрешность измерения номинальной мощности источника тем меньше, чем меньше коэффициент отражения. i

3.4.1. ВАТТМЕТРЫ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ

Калориметрические ваттметры, как правило, применяются для измерения средних и больших уровней мощности. Высокие метрологические характеристики позволяют их использовать в качестве образцовых для поверки рабочих ваттметров. Эта группа приборов отличается широкими возможностями при измерении среднего уровня мощности синусоидальных СВЧ сигналов и среднего значения мощности амплитудно- и импульсно-модулированных сигналов в коаксиальных волноводных трактах.

Основные метрологические, технические и эксплуатационные данные наиболее широко распространенных калориметрических ваттметров МЗ-11А, МЗ-13 и МЗ-13/1 приведены в табл. 3.4.

Ваттметр МЗ-11А относится к группе калориметрических ваттметров переменной температуры, в основу работы которого положен метод сравнения измеряемой СВЧ мощности, рассеиваемой в нагрузке, с известной мощностью постоянного тока, рассеиваемой в так называемой нагрузке сравнения. В приборе (рис. 3.52) используется балансная схема калориметра с замкнутым движением жидкости. Нагрузочным сопротивлением является трубчатый резистор МОУ-1 на 50 Ом, который омывается крем-нийорганической жидкостью ПМС-1. Терморезисторы jRj и Кз образуют симметричные плечи измерительного моста, работающего на звуковой частоте. Эти терморезисторы расположены в непосредственной близости к резистору рабочей нагрузки jR, и резистору нагрузки сравнения R, габаритные размеры и конструкция которого аналогичны jR,. В исходном положении терморезисторы R и JR3, омываемые потоком калориметрической жидкости, находятся при одинаковой температуре, поэтому поддерживается состояние баланса моста. Подача на вход прибора измеряемой мощности приводит к разбалансу моста из-за нагрева терморезистора jRj-

ПМС-1


ПМС-1.

-Теплообменник

Рис. 3.52. Балансная схема калориметра



В диагонали моста образуется сигнал разбаланса, который поступает на усилитель переменного тока У, а затем на фазовый детектор ФД и усилитель постоянного тока УЯТ. Усиленный сигнал разбаланса подается на нагрузку сравнения R, при этом нагреваются жидкость и омываемый ею терморезистор 1?з, вследствие чего почти полностью восстанавливается баланс измерительного моста.

Стрелочный индикатор регистрирует измеряемую мощность, которая пропорциональна напряжению на резисторе JR4. Пределы измеряемой мощности на стрелочном индикаторе изменяются с помощью ступенчатого аттенюатора.

В комплект ваттметра входят два высокочастотных трансформатора Э1-22А, Э1-22Б и один переход, обеспечивающие возможность измерения мощности в трактах 75 Ом (16 X 4,6 мм) и 50 Ом (7 X 3 мм).

Ваттметр МЗ-13 используется для измерения большого уровня синусоидальных сигналов и среднего значения мощности модулированных СВЧ сигналов в волноводных трактах.

Ваттметр состоит из двух блоков (рис. 3.53) калориметрической нагрузки А и измерительного устройства Б, соединенных между собой гибким пшангом. В качестве нагрузки используется поверхностный резистор МОУ, заключенный в согласующий экран. Вся поверхность резистора омывается калориметрической жидкостью (водой). В подводящем и отводящем жидкость каналах нагрузки установлены калориметрическая спираль и батарея термопар. Вода подается в нагрузку из системы водоснабжения, включающей в себя центробежный насос, регулятор расхода воды и радиатор, охлаждаемый потоком воздуха от вентилятора. Кроме системы водоснабжения в изме-

Калибровочная спираль

Батарея термопар


Рис. 3.53. Структурная схема ваттметра МЗ-13

рительную часть прибора входят элементы калибровки и индикации СВЧ мощности, а также блок питания.

В исходном состоянии ваттметр калибруется на переменном токе частотой 50 Гц путем подачи напряжения на калибровочную спираль, которая нагревает воду, протекающую через нагрузку по замкнутой системе водоснабжения. Разность температур воды на входе и выходе нагрузки фиксируется батареей термопар. Напряжение термо-ЭДС пропорционально мощности, выделяемой на калибровочной спирали. С помощью регули--ровки чувствительности отсчетного прибора его показания приводят в соответствие с калибровочной мощностью. Затем калибровочная мощность отключается, и на вход калориметрической нагрузки подается измеряемая мощность СВЧ.

Эта мощность, превращаясь в тепло, нагревает жидкость, омывающую поверхностное сопротивление, а возникающее напряжение термо-ЭДС, пропорциональное измеряемой СВЧ мощности, отсчитывается по стрелочному прибору.

При измерении мощности в пределах от 6 до 60 Вт к зажимам встроенного в прибор микроамперметра подключается внешний индикатор М 95. В состав ваттметра (кроме калориметрической нагрузки) входят набор коаксиальных переходов, низкочастотный соединитель, микроамперметр М 95 и резистор МОУ-25 Вт А-75-1. В качестве калориметрической жидкости необходимо использовать дистиллированную воду, которую следует менять не реже 1 раза в месяц.

Принцип работы структурной и функциональной схем ваттметра МЗ-13 такой же, как у прибора МЗ-13/1. Различие заключается только в конструкции калориметрической нагрузки. Волноводная калориметрическая нагрузка прибора МЗ-13/1 состоит из отрезка волновода сечением 72 х 34 мм с размещенной вдоль него наклонной стеклянной трубкой, по которой протекает дистиллированная вода. Как и в приборе МЗ-13, в одном корпусе с нагрузкой установлены калибровочная спираль и блок дифференциальных термопар для измерения разности температур входящей и выходящей воды.

Калибровка ваттметра МЗ-13/1 и процесс измерения мощности производятся в той же последовательности, что и в приборе МЗ-13.

В комплект ваттметра входят несколько волноводных переходов, позволяющих с помощью одной калориметрической нагрузки обеспечить измерение мощности в волноводах с размерами 7,2 х 3,4; И х 5,5; 17 х 8;



Таблица 3.4. Калориметрические ваттметры

Тип прибора

Диапазон частот, ГГц

Предел измерения мощности, Вт

Шкала, Вт

Погрешность измерения, %; класс точности

Время установления показания, с

ВЧ тракт

Габаритные размеры, мм; масса, кг

МЗ-ПА МЗ-13/1

0,001-11,5

2,59-37,5

МЗ-48

0,001-1,6

0,01-10

Для синусоидальных сигналов 6-2000; для импульсных сигналов длительностью до 10 мкс 6-1000 (импульсная мощность до 1 МВт); для импульсных сигналов длительностью до 50 мкс 6 - 300 (импульсная мощность до 6 кВт; диапазон частот 25,86 - 37,5 ГГц), 6-400 (импульсная мощность до 15 кВт; диапазон частот 16,66-25,86 ГГц), 6-600 (импульсная мощность до 30 кВт; диапазон частот 12 - 16,66 ГГц), 6 - 800 (импульсная мощность до 50 кВт; диапазон частот 8,24-12,05 ГГц), 6-900 (импульсная мощность до 90 кВт; диапазон частот 6,85-9,93 ГГц), 6 - 1000 (импульсная мощность до 150-250, 400 кВт; диапазон частот соответственно 5,64-8,24; 3,94-5,64; 3,2-4,80 ГГц) 10-6000

0,01-0,03; 0,1-0,3; 4 1-3-10 200-600-1200-2000; 6-20-60 (с внешним индикатором)

5,8-1-610-2/Р; 6, 10, 15

4-1-ЗР/*/ Р;,(60-2000 Вт), 4-I-4PJ

P;j(20 Вт), на пределе 6 Вт не нормируется; 10

60-600-6000

4(60 - 6000 Вт), 5(10-60 Вт); 4-6

25 60

1,25 (до 1 ГГц); 1,4 (до 10 ГГц); 1,6 (до 11,5 ГГц) 1,2 (2,59-16,66 ГГц); 1,35 (16,66-25,86 ГГц); 1,5 (25,86-37,5 ГГц)

1,2(0,001-1,0 ГГц); 1,3(1,0-1,6 ГГц)

50 Ом (10/4,34 мм) 72 x 34 мм (переходы на сечения 58 x 25, 48 x 24, 35x15, 28,5x 12,6, 23x10, 17x8, 11 x 5,5; 7,2x3,4 мм)

500x450x340; 29

660x420x405; 53 492x140x170 ; 9

75 Ом (40/11,5 мм)

480x120x320; 11

480x320x430; 36

480 x 160x310; 21

225x140x485; 12



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


0.0131