Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Таблица 3.7. Технические характеристики волноводных термоэлектрических ваттметров

проходящей мощности

Тип прибора

Диапазон частот, ГГц

Пределы измерения средней мощности, Вт

Погрешность, %

ВЧ тракт, мм

М2-3

17,2-11,5

50-300

+ 15

17x8

М2-4

41,5-9,3

50-500

+ 15

23x10

М2-5

10,0-7,1

50 - 500

+ 15

28,5x12,6

М2-6

8,3-5,5

100-1000

+ 15

35x15

М2-7

5,5-3,9

100-1000

+ 15

48x24

М2-8

4,0-2,6

200-1000

+ 15

72x34

М2-10

3,08-2,08

200-1000

+ 15

90x45

М2-12

2,6-1,8

200-2000

+ 15

110x55

Таблица 3.8. Технические характеристики коаксиальных термоэлектрических ваттметров

проходящей мощности

Тип прибора

Диапазон частот, ГГц

Пределы измерения средней мощности, Вт

Погрешность, %

ВЧ тракт. Ом

М2-16

1,0-1,5

5-1000

+ 15

М2-17

1,0-1,48

5-500

±15

М2-18

1,5-2,1

5-500

+ 15

М2-19

2,18-3,15

5-500

+ 15

М2-20

3,13-4,28

5-500

±15

М2-21

0,5-1,5

0,1-500 кВт

+ 15

(импульсная)

сторнымн ваттметрами прибор имеет лучшую стабильность работы, дрейф нуля практически отсутствует.

В состав прибора входят набор приемных термоэлектрических преобразователей, вставки термоэлектрические волноводные и коаксиальные, коаксиальные 32-13, 32-15, 32-31, 32-115/3, 32-115/2 и волноводные переходы (табл. 3.6).

Очень простую конструкцию имеют термоэлектрические ваттметры, основанные на использовании объемных полупроводниковых термопар, разработанные А. А. Васильевым, Л. Н. Погодиным и К. П. Швальби-ной. Эти ваттметры используются для встроенного контроля проходящей мощности, имеют унифицированную конструкцию, состоящую из датчика и стрелочного прибора, проградуированного в единицах измеряемой мощности (табл. 3.7, 3.8).

3.4.5. ВАТТМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫЕ

Характерным ваттметром, предназначенным для измерения малых уровней импульсной СВЧ мощности импульсов прямоугольной формы, является прибор типа МЗ-27А. Структурная схема ваттметра дана

на рис. 3.63. Работа ваттметра основана на принципе измерения амплитуды СВЧ импульсов на согласованной нагрузке после их детектирования. Входной преобразователь представляет собой детекторную головку на диоде 2А107А с предусилителем на выходе. Диод включается последовательно с центральным проводником на конце отрезка коаксиальной линии и согласовывается с помощью пленочного резистора, включаемого параллельно диоду. Для компенсации темпе-

ПреоБразо-вшель

Рсвч

Преобразователь детекторный Т

Дели-

Усили-

тель

тель

Калибратор импульсный.

Блок

питания

Рис. 3.63. Структурная схема импульсного ваттметра МЗ-27А



3.5. Автоматизация методов измерения мощности

ратурного дрейфа предусмотрен температу-розависимый делитель на входе предусили-теля.

Продетектированный на квадратичном участке характеристики диода импульсный СВЧ сигнал поступает на схему преобразования видеоимпульсов положительной полярности в постоянное напряжение, пропорциональное подводимой мощности. Результат измерений отсчитывается по стрелочному прибору. Диапазон измеряемых мощностей от 1 мкВт до 1 Вт на пределах 3-6-12-30-60-120 мкВт; 0,3-0,6-1,2-3; 0-6; 0-12 мВт; 0,03-0,06-0,12-0,3-0,6-1,2 Вт с внещним делителем.

Диапазон частот 0,1 - 3 ГГи, волновое сопротивление 50 Ом. Погрешность измерения, %, зависит от диапазона измеряемых мощностей и не превьппает + (20 + А), где Л = 6-10-* Вт/Р„зм.

Диапазон частот следования импульсов 50 Гц - 5 кГц при длительности импульсов 0,3-40 мкс.

Время установления показаний не более

2 с.

Условия эксплуатации ограничиваются температурой от -Ь5 до +40°С и относительной влажностью до 90-95% при + 30 °С.

Включение прибора в коаксиальные тракты 10 X 4,34 и 16 х 6,96 мм осуществляется с помощью переходов, включенных в состав комплекта.

3.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

Существующая в измерительной технике автоматизация процесса измерения распространилась и на средства измерения мощности. Необходимость в автоматизации средств измерения мощности возникла по двум причинам: во-первых, из-за развития автоматических систем контроля и, во-вторых, из-за сложности управления работой и балансировкой мостовых схем, которые являются основным элементом любого терморезисторного ваттметра.

Несмотря на большую инерционность термистора, могут быть построены схемы (рис. 3.64), в которых за счет автоматизации эта инерционность существенно уменьшится. В этой схеме термистор включен в плечо моста, одна диагональ которого подключена ко входу усилителя переменного тока, а вторая - к его выходу. Параметры схемы выбраны таким образом, чтобы мост входил в цепь положительной обратной связи усили-

[/? П/?

Усилитель переменного тока

Рис. 3.64. Схема уменьшения инерционности термистора

теля. При достаточном усилении в схеме возникают незатухающие колебания.

Установившийся режим работы схемы характеризуется следующими зависимостями:

r = r; Ро = Рт + Ро.с + Рсвч,

где Рт - мощность, за счет которой термистор нагревается до температуры окружающей среды; i?t - сопротивление термистора; Ро - мощность, соответствующая рабочей точке термистора; Pq.с-мощность сигнала обратной связи; Рсвч - измеряемая СВЧ мощность.

В этом случае

иУ4К, = Р-Р,-Рсвч;

U,,, = 2]/rAPo-Pcb4-Pt)-

Как следует из приведенных выражений, выходное напряжение схемы нелинейно зависит от измеряемой СВЧ мощности и от температуры окружающей среды, так как на практике Рсвч « т- Постоянные времени Тс схемы и Тх моста связаны соотношением

где К - коэффициент усиления усилителя. Таким образом, несмотря на большую инерционность термистора, схема с усилителем может быть малоинерционной. Это в сочетании с высокой чувствительностью обусловливает возможность применения подобного устройства для автоматизации измерений мощности.

На рис. 3.65 сопротивление r, термистор i?t и усилитель постоянного тока образуют самобалансирующийся мост, выходное напряжение которого после детектирования п]2робразуется в код. Процесс измерения мощности обеспечивается ЭВМ и элементами коммутации. Алгоритм измерения мощности следующий:

подать СВЧ мощность на термистор;

подключить с помощью Pj преобразователь напряжение -код к детектору;

измерить напряжение на выходе автобалансного моста и занести результат в запоминающее устройство (ЗУ);



]r [

Усилитель

постоянного

Рсвч[

тока

Выход

Пиковый детектор

Генератор

Формирователь

Рис. 3.65. Схема частотно-импульсного самобалансирующегося моста

снять СВЧ мощность с термистора и подать на него замещающее напряжение постоянного тока с преобразователя код - напряжение;

снова измерить напряжение на выходе моста и сравнить его с записанным в ЗУ значением напряжения;

изменить замещающую мощность таким образом, чтобы выходное напряжение моста было равно напряжению при подаче СВЧ мощности;

подключить преобразователь напряжение-код к источнику замещающей мощности и измерить значение мощности;

сравнить результат измерения с допустимым значением и вьщать его на индикатор.

Одним из недостатков самобалансирующихся мостов является больщая зависимость крутизны преобразования входной мощности от температуры окружающей среды. Это сказывается на значении погрешности измерения за счет составляющей погрешности сравнения, которая с понижением температуры значительно возрастает. Для компенсации температурной погрешности на термистор подают дополнительную мощность от генератора переменного тока, которая изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.

В схему прибора дополнительно включаются генератор высокочастотной мощности и управляющий им преобразователь код-напряжение. В алгоритм процесса измерения вводится операция установки заданной рабочей точки моста.

Рассмотренной схеме присуща нелинейная зависимость напряжения замещения от измеряемой мощности. Этот недостаток может быть устранен в частотно-импульсном самобалансирующемся мосте (рис. 3.65), который содержит равноплечий мост из резисторов и термистора, импульсный усилитель, пиковый детектор с запоминанием, управляемый по частоте генератор прямоугольных импульсов и формирующее устройство. В процессе работы импульсы прямоугольной формы с генератора через формирователь поступают в одну из диагоналей моста Импульсное напряжение разбаланса

моста усиливается, детектируется и поступает на генератор управляемой частоты.

Уравнение баланса частотно-импульсного моста при отсутствии СВЧ мощности имеет следующий вид:

PD-P. = {Ui/4Rr)zoFD, (3.19)

где Um, Тд, Ро - соответственно амплитуда, длительность и частота повторения импульсов, питающих диагональ моста.

Если на термистор подана СВЧ мощность, то

Рс-Рт- Рсвч = UIxoFJRt. (3.20) Из (3.19) и (3.20) получим значение Рсвч: PcB4=t/J.Xo(Po-Pi)/4i?t.

Линейная зависимость выходного сигнала от измеряемой мощности упрощает структурную схему при автоматизации процесса измерения.

Крутизна преобразования частотно-импульсного моста составляет несколько герц на микроватт.

Схема, в которой используется частотно-импульсный мост для измерения мощности, показана на рис. 3.66.

В исходном положении мощность СВЧ на частотно-импульсный мост не подается. По команде программно-управляющего устройства преобразователь частота-код преобразует выходную частоту моста в код методом счета числа импульсов Л/д за фиксированный интервал времени Т:

о = (4Л,/[/ЙТо)Г(Ро-Рт).

Результат преобразования запоминается в ЗУ. По второй команде на термистор через переключатель подается измеряемая мощность. После окончания переходного процесса вырабатывается команда на повторное преобразование частоты в код, при этом величина

Ni = 4i?,T(Po - Рт - Рсвч)/и£х

также запоминается в ЗУ. Измеренное значение мощности вычисляется по формуле

Рсвч = C/£x„(N„ - N,)/T4R.

Операция вычитания производится арифме-



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


0.0108