ВСЯ энергия СВЧ будет расходоваться на нагревание рабочего тела. Такой режим называют адиабатическим. Мощность вычисляют по приращению температуры Т° - Т°р = Pt/с в данный момент t.

Адиабатический режим полностью реализовать не удается из--за невозможности устранить все тепловые потери. Однако в течение определенного интервала времени, пока приращение температуры мало и можно не учитывать потери, он реализуется и при конечных значениях R. Адиабатический режим соответствует начальным линейным участкам показанных на рис. 12.4 зависимостей. Из-за сложности получения хорошей тепловой изоляции и невозможности вести измерения непрерывно на практике адиабатический режим реализуют редко.

Обычно ваттметры работают в неадиабатнческом режиме. Как следует из (12.1), в установившемся режиме при tXj Т°- - Т°р = PRt, откуда при известном тепловом сопротивлении вычисляют мощность.

Калориметрические тела обычно имеют сложную геометрическую форму, характеризуются смешанным механизмом теплоотдачи, и рассчитать тепловое сопротивление в большинстве случаев не удается. Поэтому мощность измеряют методом сравнения: мощность колебаний СВЧ сравнивают с мощностью низкочастотного колебания или постоянного тока, а о равенстве мощностей судят по их одинаковому тепловому действию.

Погрешность из-за неэквивалентности теплового действия токов СВЧ и постоянного тока. В реальных условиях распределения токов СВЧ и постоянного тока в рабочем теле различны. Это приводит к неодинаковому распределению температур, вызывающему погрешность измерений мощности. Для качественного пояснения сказанного рассмотрим простейший пример. Пусть рабочим телом является длинный провод радиуса л, поверхность которого охлаждается за счет конвекции, а потерями через выводы можно пренебречь. Токи СВЧ в силу поверхностного эффекта будут сосредоточены в поверхностных слоях провода, и по его сечению установится постоянная температура (рис. 12.5), которая вызовет

некоторое приращение сопротивления провода на постоянном токе А/?.

Плотность постоянного тока, создаваемого источником замещающей мощности, будет приблизительно постоянна по сечению провода. Следовательно, его внутренние слои будут нагреты сильнее, чем поверхность. Характер зависимости температуры по сечению провода показан на рис. 12.5. Одинаковые мощности Р и Ро создают одинаковую температуру на поверхности провода, но приращения сопротивлений будут разными.

О равенстве мощностей судят по одинаковому приращению сопротивления провода, измеренного при постоянном токе. Для достижения равенства приращений необходимо выполнить условие Р> Ро- Разность Ро - Р называют погрешностью из-за неэквивалентности теплового действия токов СВЧ и постоянного тока.

В реальных конструкциях рабочих тел механизм появления погрешности замещения очень сложен и не поддается расчету. Для его ослабления стараются уменьшать геометрические размеры рабочих тел и обеспечивать идентичное распределение температур, создаваемых постоянными токами и токами СВЧ.

Погрешность из-за неодинакового теплового действия, а также потери в элементах конструкции характеризуют коэффициентом эффективности /С, = Ро/Р, определяемым экспериментально при аттестации прибора. Допускаемые значения Кз, нормируемые в зависимости от класса точности ваттметра, составляют от 1 ±0,06 для класса точности 2,5 до 1 ±0,6 для класса точности 25. Средние значения Кэ указывают в паспортных данных ваттметров для каждого из диапазонов.

Исправленный результат измерений поглощаемой мощности обычно вычисляют по показанию Р ваттметра с учетом погрешности р1:

Р„с=Р <,(1-р, (12.4)

при этом предельная погрешность рассогласования составляет ±2р„рг. Необходимые для расчетов значения р„ и рг определяют экспериментально или по паспортным данным ваттметра и генератора.

пример 12.2. Показания ваттметра класса точности 2,5 составляют 26,3 мВт. Запишите результат измерений с учетом погрешности из-за несогласованности нагрузки, если Кц~и2; /(э=1,05, генератор согласован с линией передачи. Сначала определим коэффициент отражения от нагрузки р„ = (/( у - 1)/ (K„j + l) = 0,2/2,2 = 0,09. Поглощаемая мощность Р„с = 26,3/1,05(1-0,092) = 25,2 мВт. Результат измерений 25,2±0,6 мВт.

Калориметрические ваттметры. Эти приборы состоят из калориметра и измерительного блока. В калориметре мощность СВЧ

преобразуется в напряжение, аизмерительный блок предназначен для измерений этого напряжения, калибровки и управления калориметром. Различают статические и проточные калориметры. В первы.х мощность рассеивается на поглощающей нагрузке, мерой мощности является изменение ее температуры. Во вторых непрерывно Щ1ркулирует жидкость, нагреваемая в приемном преобразователе рассеиваемой мощностью СВЧ, о которой судят по приращению температуры жидкости.

Рассмотрим в качестве примера проточный калориметр, показанный на рис. 12.6, а. Мощность СВЧ подводят к приемному преобразователю, который обеспечивает хорошее согласование с линией передачи и передачу тепловой энергии к теплоносителю- охлаждающей приемный преобразователь жидкости. Обычно используют дистиллированную воду или специальную кремнийорга-ническую жидкость. Вода имеет большую теплоемкость и при прочих равных условиях обеспечивает меньшую по сравнению с крем-нийорганической жидкостью чувствительность.

Охлаждающая жидкость циркулирует в замкнутой системе, состоящей из насоса, теплообменника (радиатора), регулятора расхода и измерителя расхода. Разность температур охлаждающей жидкости на входе и выходе приемного преобразователя измеряют с помощью термобатареи, состоящей из большого числа (до сотен) последовательно включенных термопар.

Рассеивая в калориметре мощность P = cgAT°, где с - теплоемкость жидкости; g-ее расход; АТ° - приращение температуры.

О мощности судят по напряжению термобатареи, измеряемому вольтметром.

Устройство приемного преобразователя зависит от уровня измеряемой мощности и диапазона частот. Возможная конструкция коаксиального приемного преобразователя (рис. 12.6, б) представляет собой коаксиальную нагрузку, состоящую из поглощающего резистора 3, заключенного в конический переход 2. Резистор охлаждают водой, циркулирующий в трубке /. Существуют конструкции приемных преобразователей, в которых мощность СВЧ рассеивается непосредственно в водяной нагрузке.

Приемный преобразо датель