Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Измерение мощности

Мощность -- это усредненное значение произведения мгновенных значений токов и напряжений.

СВЧ вольтметры

Вольтметры СВЧ делятся на измерители поглощаемой мощности и измерители проходящей мощности. Вольтметр поглощаемой мощности подключается непосредственно к измеряемому устройству (рис. 1а). Вольтметр поглощаемой мощности для точного измерения должен по возможности поглощать всю мощность. Для измерения мощности генератора он должен быть согласован с нагрузкой, что часто не выполняется, поэтому нагрузку отключают и присоединяют вольтметр поглощаемой мощности (рис. 1а).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1

В случае, когда генератор согласован с нагрузкой, можно использовать вольтметр проходящей мощности (рис. 1б). На рис. 1б коэффициент K<<1 и вольтметр проходящей мощности должен поглощать минимум мощности.

Колориметрический метод

Принцип работы основан на преобразовании электрической энергии в другой вид энергии, чаще всего в тепловую энергию. Затем происходит измерение этой энергии прибором. Прибор работающий по данному принципу представляет из себя систему двух волноводов (рис. 2). Нагрев верхнего волновода происходит за счет входящей измеряемой мощности.

Рис. 2

Нагрев жидкости в верхнем волноводе порождает термо-ЭДС отличную от термо-ЭДС от нижнего волновода . Разность ЭДС усиливается и подается на нагревательный элемент в нижний волновод. Происходит подогрев жидкости в нижнем волноводе и выравнивание температур, что в свою очередь приводит к уменьшению разности термо-ЭДС и . Регистрируемая мощность, выделяемая в верхнем волноводе

Разность термо-ЭДС имеет вид:

Из выражения следует, что оно равно 0 при условии . На рисунке усилитель обладает большим коэффициентом усиления. Напряжение -- это фактически сигнал рассогласования. Этот прибор представляет собой систему авторегулирования со статическим уравновешиванием.

,

где -- теплоемкость, -- массовый расход.

Для повышения чувствительности системы, нужно чтобы была большой, поэтому выбирают жидкости с малой теплоемкостью с. Массовый расход фактически представляет собой скорость протекания жидкости, если она мала, то система обладает большой инерционностью, если слишком большая, то жидкость не успевает нагреваться.

Эта система позволяет измерять средние (>10 мВт) и большие (>10Вт) мощности с точностью до 5%. Существуют приборы, в которых жидкость неподвижна. Они обладают высокой точностью, но большой инерционностью, поэтому их обычно используют как образцовые приборы.

Терморезисторный метод

Терморезисторный метод основан на изменении сопротивления терморезистора при нагревании измеряемой мощностью. Температурный коэффициент

Чувствительность по мощности

Металлы обладают ,>0 а полупроводники -- ,<0 и .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3

У полупроводников и менее стабильные по сравнению с металлами и обладают высокой инерционностью (0,1…1с), т. е. по сравнению с металлами. ток напряжение терморезистор нагревание

Металлические терморезисторы называются балометрами (рис. 3). Их конструктивные размеры должны быть меньше длины волны измеряемого сигнала. Болометры бывают тонкопленочные. Термисторы -- это полупроводниковые чувствительные элементы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4

На рис. 4 показана приемная камера. Вертикальный волновод необходим для уменьшения отражения мощности. Диэлектрическая прокладка необходима для того, чтобы не замыкались 2 выхода на НЧ. Для СВЧ это будет эквивалентно короткому замыканию, т. к. образуется емкость С.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5

Для измерения сопротивления терморезистора выходы приемной камеры подключаются к четырехплечему мосту (рис. 5). Как уже говорилось, на терморезистор поступает измеряемая мощность, он нагревается, и это приводит к нарушению баланса моста. Схема на рис. 5 представляет собой схему с ручным уравновешиванием. На рисунке Н. И. -- нульиндикатор, индикатор баланса моста.

Данный способ дает низкую точность и обладает большой нелинейностью, а также имеется зависимость от температуры окружающей среды.

Условие баланса моста: при

Измерение при помощи измерителя данного типа производится в два этапа:

1. При отсутствии измеряемой мощности (), регулируя ток подогрева добиваются выполнения условия баланса моста ( при ). При этом для металлов , а для полупроводников . Мощность, рассеиваемая на терморезисторе очевидно равна

2. Далее подключаем измеряемую мощность (). Регулируя снова добиваемся выполнения условия баланса моста ( при ). В этом случае мощность

Так как и в первом этапе и во втором делалось уравновешивание моста, то отсюда следует, что . Поэтому приравнивая выражения (6) и (7) можно выразить

Как видно этот метод представляет является косвенным методом измерения мощности и позволяет измерять средние и малые мощности.

Измерение мощности с автоматическим балансом моста.

Упрощенная схема используемая в методе измерения мощности с автоматическим балансом моста показана на рис. 6. В данной схеме используется 2 одинаковых моста. При этом коэффициент усиления операционных усилителей достаточно большой. В данной схеме происходит статическое уравновешивание моста. При этом (с точностью до статической погрешности). На верхний терморезистор подается мощность

В выражении (9) мощностью можно пренебречь из-за ее малости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6

Разность напряжений подается на аналоговое вычислительное устройство, сигнал с которого поступает на АЦП и ЦОУ.

Метод с использованием термоэлектрических преобразователей

Данный метод основан на следующем: измеряемая мощность нагревает термопару, в которой образуется термо-ЭДС, далее происходит ее усиление и измерение. Чувствительный элемент прибора, работающего по данному принципу, имеет пленочную конструкцию (рис. 7).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7

Метод позволяет измерять малые мощности , при этом чувствительность

Метод вольтметра

Чувствительный элемент представляет собой отрезок коаксиального кабеля с заглушкой (рис. 8).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8

Данный метод позволяет измерять и малые и большие мощности. Наибольшая чувствительность получается при использовании СВЧ-диода Шоттки и равна . При использовании этого диода можно измерять мощность порядка нВт.

Размещено на Allbest.ru