Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 4.1.2. Методы измерений, основанные на преобразовании мощности в тепловую энергиюАбсолютные измерения мощности обычно выполняются путем превращения радиочастотной мощности в тепло. Затем тепловая энергия используется для получения термо-э. д. с. или эффекта изменения сопротивления; обе величины измеряются хорошо известными методами постоянного тока или по низкой частоте. В одном из методов абсолютного измерения средних мощностей применяются болометры или бареттеры. Эти приборы состоят из укрепленного соответствующим образом короткого отрезка очень тонкой, обычно платиновой нити, обладающей достаточным сопротивлением для того, чтобы он мог служить согласованной нагрузкой линии передачи. Рабочее сопротивление бареттера обладает положительным температурным коэффициентом, но обычно ограничено малыми пределами значений. Такие бареттеры можно изготавливать с повторяющимися характеристиками чувствительности и импедансными характеристиками, но они плохо ведут себя при перегрузке. Изменение сопротивления обычно обнаруживается мостами постоянного тока или тока звуковой частоты [100]. Наиболее точные результаты измерений получаются по методу замещения, при котором после регулировки мощности сверхвысоких частот последняя отключается и через нить бареттера пропускается ток звуковой частоты, величина которого изменяется до тех пор, пока не восстановится равновесие моста. Зная сопротивление нити [202], можно определить мощность сверхвысоких частот. Точность метода замещения зависит от эквивалентности теплового действия токов низкой и сверхвысоких частот. Одна из погрешностей бареттера обусловлена поверхностным эффектом [59, 110]. Если сопротивления элемента на сверхвысоких и на звуковых частотах будут соответственно
где Р — мощность, рассеиваемая на нити бареттера длиной Для хорошо сконструированных болометров эта разность составляет всего 1%. Погрешности, обусловленные охлаждением за счет теплопроводности и конвекции, могут быть сделаны пренебрежимо малыми, если мощность сверхвысоких частот невелика по сравнению с полной калибровочной мощностью по постоянному или переменному току [37, 59]. В случае мощных болометров, охлаждаемых теплоизлучением, ошибки, обусловленные стоячей волной вдоль проволочки [185], могут быть большими. Некоторые болометрические головки могут обладать резонансами и чрезмерными потерями, особенно в перестраиваемых типах головок. Если отсутствуют эталонные источники мощности для определения таких потерь, полезен метод измерения эффективности головки по изменению сопротивления [27, 148].
Рис. 4.4. Бареттерная головка в волноводе. Рабочая частота Диаметр тонких проволочек, обычно используемых в качестве нити бареттеров, изменяется в пределах Согласование можно еще улучшить резонансной диафрагмой, как это сделано в бареттерной головке для частоты сопротивлений 100—200 ом типичные значения чувствительности составляют Другой поглощающий элемент для болометров состоит из тонкой металлической пленки, укрепленной на диэлектрике. Как и ранее, необходимо принять меры, чтобы условия нагрева токами высокой и низкой частоты были эквивалентными. В энтракометре Колларда [67] для частоты В болометре Лейна [160, 162, 163, 164, 348] тонкая слюдяная полоска с платиновым напылением располагается в поперечной плоскости волновода. Если сопротивление полоски по постоянному току сделано равным волновому сопротивлению волновода Очень широкополосны устройства на коаксиальных линиях; один из таких болометров [190] мог измерять мощность до Другим типом элемента является термистор [32, 33, 38, 221]; он состоит из крошечной бусинки полупроводящего материала, составленного из смеси различных окислов металлов и равномерно распределенной по объему металлической меди. Бусинка поддерживается двумя тонкими платино-иридиевыми проволочками диаметром сопротивление бусинки можно легко установить регулировкой тока равным любому значению от 10 до
где
Рис. 4.5. Характеристики типичной термисториой бусиики. На вставке показано устройство бусннкн. Кривые дают значения напряжения тока и поглощаемой мощности при различных температурах. Если к постоянному сопротивлению
Выражая Р в уравнении (4.4) через
Устойчивое состояние достигается, когда значение сопротивления бусинки таково, что величины быть достаточно велико, чтобы ограничить величину тока до безопасного значения. Термисторы часто используются в сочетании с мостами сопротивлений, причем последние должны быть так сконструированы [118, 214, 228], чтобы условие баланса было устойчивым. Для наивысшей точности или для измерений мощности порядка 1 мквт предпочтительны неуравновешенные мосты. Для облегчения и ускорения измерений удобны мостики с прямым отсчетом, причем было разработано несколько вариантов [24, 71, 223, 242].
Рис. 4. 6. Термисториая головка. Рабочий диапазон частот В плечи моста часто вводят компенсирующие термисторы низкой частоты для коррекции изменений окружающей температуры. Термистор довольно устойчив к перегрузкам, и типичные характеристики его таковы: постоянная времени 1 сек, чувствительность В приборе для частоты непосредственно в высокочастотной структуре. На рис. 4.6 показана термисторная головка, предназначенная для работы на частоте Тщательное сравнение [14, 255, 256, 366] термисторов с другими измерителями мощности показало, что на частотах около В калориметрах сверхвысоких частот скорость образования тепла можно измерить непосредственно, наблюдая повышение температуры, или косвенно, перенося тепло до измерения к другой среде. В обоих случаях калориметрический процесс может быть циркулирующим либо статическим. Более удобным является процесс замещения, при котором калиброванное сопротивление, через которое протекает известный ток, дает такое же повышение температуры, что и при мощности сверхвысоких частот. В приборах с циркулирующим или непрерывным потоком температура на выходе превышает температуру на входе. В установившемся режиме при повышении температуры на
В качестве рабочей жидкости неизменно используется вода, а повышение температуры измеряется с помощью решетки термопар. В некоторых первых волноводных калориметрах [270] для линиях [232]: в одной из моделей [210] для работы на частотах 372], хотя, измеряя разность температур с помощью термисторов, можно получить [358] большую чувствительность. Для измерения мощностей, меньших
где
где Для уменьшения погрешности до 0,2% необходимо время ожидания около В микрокалориметре Гордона-Смита [238] для индикации мощности использован принцип дифференциального воздушного термометра [93]. Устройство, работающее на частоте покрытые углем; одна из них поглощает высокочастотную мощность, которую нужно измерить, а другая нагревается постоянным током. Пластинам придана V-образная форма, причем угольное покрытие оказывается внутри. Пластины имеют также сужение, благодаря которому при нагреве в любом случае имеет место одинаковое распределение температур вдоль пластин. Короткозамыкатель установлен таким образом, что суживающиеся пластины представляют для волновода согласованные нагрузки.
Рис. 4.7. Дифференциальный воздушный термометр, используемый как микрокалориметр. Рабочая частота Для индикации баланса мощностей подогрева в капиллярную трубочку вводится капля кремниевого масла, обладающего малой вязкостью (чтобы получить наивысшую достижимую чувствительность); положение капли визуально наблюдается с помощью небольшого микроскопа. Окончательное определение высокочастотной мощности производится путем измерения эквивалентной мощности постоянного тока, поддерживающей состояние баланса. Может быть измерена мощность от 10 до
|
1 |
Оглавление
|