Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
Главная -> Понятия метрологии

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

KiPn мощности падающей волны Р„ измеряют поглощающим ваттметром PWI, а часть К2Р0 мощности Ро отраженной волны - ваттметром PW2. Если коэффициенты связи направленных ответ-вителей одинаковы и К\ = Кг= К, то проходящую мощность вычисляют по разности показаний ваттметров. Существуют и микропроцессорные поглощающие ваттметры с двумя входами, которые измеряют в автоматическом режиме мощности падающей и отраженной волн и вычисляют проходящую мощность.

С помощью ваттметров измеряют мощность в широком диапазоне: IQ- "...Ю* Вт. По уровню измеряемой мощности различают ваттметры малой (до 10 мВт), средней (от 10 мВт до 10 Вт) и большой (более 10 Вт) мощности. Результат измерений Р иногда выражают в децибелах: а = 10 lg(P/Po), где мощность Ро выбирают равной 1 Вт или 1 мВт.

Влияние согласования в линии передачи на результат измерения. Входное сопротивление ваттметра поглощаемой мощности, а также выходное сопротивление генератора в реальных условиях отличаются от волнового сопротивления линии передачи. Это приводит к отражениям, а следовательно, и к уменьшению поглощаемой мощности. Оценим погрешность из-за неполного согласования, для упрощения будем считать, что линия передачи не вносит потерь.

Пусть нагрузка характеризуется коэффициентом отражения Рн = рн ехр ]ф„, а коэффициент отражения генератора рг = ргехр ]фг, где р„ и рг - модули коэффициентов отражения, ф„ и фг - их фазы (рис. 12.3, а).

Поглощаемая в нагрузке мощность

Р=Р„ Р„=Р„(1-р= -

\\ -p„p,exp(-j2f5/)"

где Рп и Ро - мощности падающей и отраженной волн; Рс - мощность, поглощаемая в согласованной нагрузке; Р -2л/А,в - волновое число; Л» - длина волны в линии передачи.

Обычно коэффициенты отражения малы: р«<\ и рг<С1, поэтому

Р 1 - 2р„р.созФ - /сС 1 - р= + 2р„р. COSO) ,

где Ф= -2р/+ф„4-фг.

Относительная погрешность из-за несогласованности нагрузки и генератора

б„е=(Р-Рс)/Рс= -p + 2p„p,C0SO. (12.1)

Здесь первое слагаемое зависит только от модуля коэффициента отражения от нагрузки. Если генератор согласован с линией



Таблица 12.1. Допускаемые значения КСВ

Класс точности ваттметра

15,25

Допускаемое значение КСВ

передачи, то эта составляющая полностью определяет общую погрешность. По известному коэффициенту отражения рн от нагрузки погрешность можно вычислить и внести в результат измерений поправку. Так поступают при точных измерениях, в большинстве же случаев поправку не вносят, а предъявляют определенные требования к предельному значению коэффициента отражения р„ или коэффициента стоячей волны (КСВ) /(у = (1--4-рн)/(1-Рн). Допускаемые значения КСВ нормируют в зависимости от класса точности ваттметра согласно табл. 12.1.

Вторая составляющая погрешности, называемая погрешностью рассогласования, зависит от фаз коэффициентов отражения и от длины линии передачи и лежит в пределах ±2рнРг. Для расчета этой погрешности можно считать, что фазовый угол случаен и равномерно распределен в пределах ±л. В этом предположении можно показать, что погрешность подчинена закону арксинуса со средним квадратическим отклонением о -л/ 2рнрг.

пример 12.1. Мощность измерена в нормальных условиях ваттметром с основной погрешностью б„„ = 2,5 %, показание прибора Р=16,3 мВт. Определим результат измерений с учетом погрешности из-за несогласованности нагрузки и генератора, если рг = 0,5; Ф = 30°, а коэффициент отражения от нагрузки рн = 0,1, что соответствует допускаемому значению КСВ Ки=1,2 для ваттметров класса точности 2,5.

Как следует из (12.1), относительная погрешность из-за несогласованности 6.10 = 0,01+2.0,05-0,86 = 0,076 имеет систематический характер и поэтому может быть введена в качестве поправки. Абсолютная погрешность Днс = б„с/я; 1.2 мВт. Исправленный результат Р„с = Р - &„с=\5,\ мВт. Предел допускаемого значения абсолютной инструментальной погрешности А„п = б„„Ря:;0,65 мВт. Результат измерений 15,1+0,6 мВт; 7д = 1.

В данном примере доминирует погрешность из-за несогласованности, учет которой существенно влияет на результат.

Рассмотрим теперь случай, когда фазовый угол неизвестен. В этом случае погрешность рассогласования неизвестна, а ее границы 6вн = 2р„рг = 0,1.

Абсолютную погрешность Да„ = бви7= 1,63 мВт следует суммировать с инструментальной. Предельная погрешность измерений мощности Д„ = Дв„-(-До„ = = 1,63+ 0,65 = 2,29«2,3 мВт почти в 4 раза превышает аналогичную погрешность в случае задания угла Ф.

В качестве поправки можно учитывать только составляющую погрешности- р2. Исправленный результат Яис = Р(1+ри)= 16,5 мВт. Результат измерений 16,5±2,3 мВт; Рд = 1.



Эталоны. Эталоны СВЧ мощности представляют собой сочетание генераторов и ваттметров, по которым устанавливают воспроизводимую мощность. Для измерения средних мощностей используют калориметрические ваттметры, малые мощности определяют по показаниям болометрических ваттметров. В эталонах используют группу ваттметров, что позволяет повышать точность воспроизведения мощности.

В диапазоне частот 0,03...30 ГГц государственный эталон воспроизводит в коаксиальных трактах мощности 0,1 .мВт...1 Вт с СКО (0,5...1,5) • Ю-* и НСП (1...8)-10*1 Эталон в диапазоне частот 2,59...37,5 ГГц для полноводных трактов воспроизводит мощность 10-..10* Вт с СКО З-Ю" и НСП 3-10{

12.2. ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ МОЩНОСТИ. КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Самые употребительные тепловые методы измерений мощности положены в основу подавляющего большинства выпускаемых промышленностью ваттметров. Они состоят в преобразовании измеряемой энергии в тепловую и изменении теплового эффекта в рабочем теле преобразователя.

Основные соотношения. Адиабатический и неадиабатический режимы. Рассмотрим термодинамическое состояние рабочего тела преобразователя. Рассеиваемая в рабочем теле мощность Р может расходоваться на повышение его температуры Т°, а также на потери, обусловленные теплопроводностью, конвекцией и излучением. Потери характеризуют тепловым сопротивлением Ру- между рабочим телом и окружающей средой. Если температуру можно считать постоянной во всех точках рабочего тела, то его термодинамическое состояние описывают дифференциальным уравнением

где c = C[V - теплоемкость рабочего тела; Ci - удельная теплоемкость; V-объем; Т°р - температура окружающей среды.

Если измеряемая мощность Р была подведена к рабочему телу в момент / = 0, то решение уравнения имеет вид

г - Г°р = РРг[ 1 - ехр( - тг)] , (12.3)

где Tj = RjC - тепловая постоянная времени. Соответствуюшие зависимости показаны на рис. 12.4.

На практике реализуют два предельных режима. Если обеспечить идеальную тепловую изоляцию рабочего тела Rj=<x>, то



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



0.0075
Яндекс.Метрика