где Рцрох - мощность, проходящая в приемный преобразователь рабочего ваттметра.

i -ЗПри использовании схемы рис. 5.5, б с компаратором падающей мощности

К, = Рэам (1- I Г)/[РовЛ омп (1 - I Гв 1)1. (5.8)

Погрешность определения коэффициента эффективности при измерении по структурной схеме рис. 5.5, а составит

fi/C, = ±УЖТЖ + Йвс брасс. (5-9)

где - максимальная относительная погрешность образцового ваттметра падающей (проходящей) мощности;

сл ~ Рп (Рмакс Рмин)/Рср

- предельная относительная случайная погрешность измерения; р, - коэффициент, зависящий от числа измерений п;

Рмакс Рмвн. Pop - максимальное, минимальное и среднее значения показаний образцового моста, к которому подключают приемный преобразователь, при неизменных показаниях образцового ваттметра падающей мощности; брасс = 2 Гд 11 Гв - погрешность рассогласования; I Гв I - модуль эффективного коэффициента отражения на выходе преобразователя падающей мощности; Гв - модуль коэффициента отражения приемного преобразователя; kc - весовой коэффициент, определяемый из табл. 2.1.

Измерение значения /Сэ можно автоматизировать согласно структурной схеме, приведенной на рис. 5.6. Эта схема значительно повышает производительность измерения. В основу ее работы положен принцип сравнения приемного преобразователя рабочего ваттметра с образцовым преобразователем ( рабочим стандартом ).

Главным узлом автоматической установки является программное устройство; которое обеспечивает управление частотой, уровнем мощности свип-генератора, самописцем и выдает сигнал на цифровой вольтметр. Перед началом работы составляют программу для программного устройства. С выхода свип-генератора на вход двух последовательно включенных направленных ответвителей /, поступает СВЧ мощность. Частота сигнала измеряется волномером, который подключают к опорной плоскости . Затем к ней подключают короткозамыкатель. В этом случае показания ваттметров 1 и 2, которые подключены к выходам двух идентичных направленных ответвителей /, , должны быть равны (мощность во вторичном канале ответвителя /

пропорциональна отраженной мощности, а в ответвителе пропорциональна падающей). Если ответвители неидентичны или различны значения /Сэ У преобразователей / и 2, сигналы на выходах ваттметров выравниваются.

После этого к опорной плоскости подключают рабочий стандарт - образцовый термисторньш преобразователь. Сигналы с выходов ваттметров / и 2, поданные на дифференциальный усилитель программного устройства, обеспечивают поддержание постоянного уровня мощности, рассеиваемой в подключенном к опорной плоскости преобразователе независимо от его коэффициента отражения.

Управление по оси У

Самописец

Программное устройство

Отраженная

Ваттметр СВЧ

\Поглощенная

Узлы для настройки

Падающая з

Ваттметр СВЧ

Термисторный шеовразвВателб

Свип-генератор

Ваттметр СВЧ

Термисторный \преоазоВатель

-Отная] ~=:плоскость I

III

Поверяемый термисторный преобразователь

Образцовый термисторный преобразователь

Рис. 5.6. Структурная схема авто.матичеокой установки для поверки тер.мнсторны.х

преобразователей.

С выхода ваттметра 3, фиксирующего мощность замещения в рабочем стандарте, сигнал поступает на потенциометр программного устройства, установкой которого управляют показаниями цифрового вольтметра. Положение органов управления потенциометра выбирается таким, чтобы показания вольтметра в вольтах были равны чис-- ленному значению /Сэ рабочего стандарта.

Изменяется частота свип-генератора и все операции повторяются начиная с контроля частоты.

Описанное программирование осуществляется на всех требуемых частотах. Затем отключается образцовый преобразователь и вместо него к опорной плоскости подключается приемный преобразователь рабочего ваттметра. Приводя в действие программное устройство, последовательно на всех частотах определяют/Сэ испытуемого преобразователя, который, как и при настройке, будет численно равен показанию цифрового вольтметра в §ольтах.

В рассматриваемой схеме предусмотрена также автоматическая запись с помощью самописца, управляемого свип-генератором и программным устройством. Условная градуировка сетки самописца по одной оси пропорциональна частоте, а по другой - показанию ваттметра 3.

5 3 к. 403 137

Погрешность измерительного блока термисторных ваттметров определяют либо на постоянном токе, либо на переменном токе низкой частоты. При этом находят разность между показаниями отсчетного устройства прибора и измеренной мощностью смещения приемного преобразователя. Эта разность и является погрешностью измерительной схемы. Более подробная методика приводится в инструкциях, прилагаемых к каждому прибору.

Основную погрешность ваттметра при поэлементной поверке рассчитывают по формуле

6=Vm,+6i (5.10)

где б/Сэ, 6i - максимальные значения погрешности приемного преобразователя и измерительного блока соответственно.

Поэлементная поверка

Образцовый вольтметр

Выход

Приемный лреоЪраэО\ ватепь

1 I Высокоом СфГ= l ный т-тенцио-метр

термоэлектрических ваттметров с выносными приемными

Рис. 5.7. Структурная схема установки для измерения коэффициента преобразования термоэлектрического преобразователя на звуковой частоте: Лдов -годный безреактивный резистор 100 вля 200 Ом.

термоэлектрическими преобразователями состоит из определения коэффициента стоячей волны на входе приемного преобразователя; коэффициента преобразования приемного преобразователя на переменном токе низкой частоты; коэффициента эффективности приемного преобразователя; погрешности измерительного блока; вычисления основной погрешности прибора.

Структурная схема для измерения КСВ приемного преобразователя аналогична приведенной на рис. 5.1. Коэффициент преобразования приемного преобразователя на переменном токе низкой частоты определяют с помощью установки, схема которой приведена на рис. 5.7. Сигнал звуковой частоты с выхода источника через добавочное точное безреактивное сопротивление R (например, резистор С2-13 на 100 или 200 Ом), равное номинальному сопротивлению термопар /?тн. поступает на выход поверяемого преобразователя. Напряжение сигнала звуковой частоты на /?дод и на выходе преобразователя измеряется вольтметром эффективных значений. Напряжение термо-э. д. с. преобразователя f/т е. д. е. измеряется потенциометром постоянного тока.

Коэффициент преобразования термоэлектрического преобразователя рассчитывают по формуле

прбНЧ = tT в.д.с 2.

(5.11)

где f/ с -термо-э. д. с. В; /? о - добавочное сопротивление. Ом; Г,* t/J - напряжение звуковой частоты на преобразователе и /?доР соответственно, В. 138

В тех случаях, когда действительное значение сопротивления термопар по выходу отличается от номинального не более чем на 10- 15%, достаточно измерить общее напряжение {/нч на Rot, + и коэффициент преобразования /Спрбнч вычислить по формуле

прбНЧ = 4/?доб СУтв.д.с/НЧ.

Коэффициент эффективности поверяемого преобразователя находят с помощью установки, структурная схема которой приведена на рис. 5.8. Уровень мощности Рдад. падающей на приемный преобразователь, устанавливают в пределах динамического диапазона преоб-

(СВЧ)

Образцовый ис-j-точник падак-щей мощности

Приемный преобразователь

Высокоомный потенцио-штр

Рис. 5.8. Структурная схема установки для измерения коэффициента эффективности термоэлектрического преобразователя.

разователя. После этого с помощью потенциометра постоянного тока измеряют термо-э. д. с. Коэффициент эффективности рассчитывают по формуле

/Сэ= / .д.с./Р ад (1 -1 Гв f) Кщ,б НЧ. (5.12)

Погрешность определения коэффициента эффективности термо-электрического преобразователя составит

б/Са = /бёв+б2гУ+бЧ реНЧ + 61 + k брвсс. (513)

где ei/j. - максимальная относительная погрешность измерения напряжения термо-э. д. C.J ЬКпрбнч - VRao6+Ut+4динч - максимальная относительная погрешность измерения; f>Ro6 - максимальная относительная погрешность добавочного сопротивления; б(/нч - максимальная относительная погрешность измерения напряжения НЧ; брв, бел, брасс - погрешности, аналогичные приведенным в формуле (5.9).

Погрешность измерительного блока определяют на постоянном токе. Для этого вместо приемного преобразователя на вход измерительного блока включают образцовый резистор, сопротивление которого равно номинальному значению рабочего сопротивления преобразователя по выходу. Таким образом, вход измерительного блока оказывается зашунтированным сопротивлением /?раб- Затем на вход измерительного блока подают напряжение постоянного тока U (мВ) такой величины, чтобы получить оцифрованное значение показаний отсчетного устройства Pj,. Величину напряжения измеряют образцовым вольтметром или высокоомным потенциометром.

Погрешность измерительного блока составит

6i = (Яв/СпрбНч нч) - I.

Источник постоянного тока

Рабочий калориметрический ваттметр

Цифровой вольтметр или потенциометр постоянного тока

-zn-

Основная погрешность термоэлектрического преобразователя при поэлементной поверке будет равна

Основную погрешность калориметрических ваттметров находят в основном экспериментально-расчетным путем. Метод прямого сличения показаний с показаниями образцовой аппаратуры применяют

редко и только тогда, когда

\Р*г500м\рад алопи- I нужно проверить, насколько

теоретическое значение основной погрешности прибора совпадает с экспериментальным. Особые трудности возникают при определении основной погрешности калориметрических ваттметров большого уровня. В этом случае нельзя обойтись без калиброванных делителей, так как образцовую аппаратуру, как правило, создают на малые и средние уровни мощности. Применение калиброванных делителей (компараторов) снижает точность метода поверки.

Поэлементная поверка калориметрических ваттметров заключается в определении погрешности его измерительного блока (рис. 5.9) и Кэ приемного преобразователя, определяемого потерями в, нем и

ПИЯМИ образцового ваттметра поглощаемой мощности. Абсолютную погрешность рабочего ваттметра находят как разность

Рис. 5.9. Структурная схема установки для определения погрешности измерительного блока калориметрического ваттметра.

Рабочий Ваттметр проходящей, мощности

Образцовый .Ваттметр поглощаемой мощности

Рис. 5.10. Структурная схема установки для определения основной погрешности ваттметра проходящей мощности с использованием образцового ваттметра поглощаемой мощности.

предельной неэквивалентностью замещения. Потери в отрезке передающего тракта приемного преобразователя и разъеме носят систематический характер. Измеряют их один раз в процессе,проектирования образцов приборов, контролируют в процессе изготовления и на весь период эксплуатации принимают неизменимыми. В рабочих приборах Кэ считают обычно равным единице или близкой к ней постоянной величине, а возможные отклонения от принятого значения представляют собой одну из основных составляющих погрешности преобразователя

и ваттметра в целом.

Основную погрешность ваттметра проходящей Мощности измеряют по структурной схеме, приведенной на рис. 5.10. При этом сравнивают показания рабочего ваттметра проходящей мощности с показано

(5.15)

где Рв. Ров - показания рабочего ваттметра проходящей мощности и образцового ваттметра поглощаемой мощности.

Если показания рабочего ваттметра проходящей мощности зависят от КСВ нагрузки, то схему рис. 5.10 приходится усложнять. В нее вводят трансформатор сопротивлений и измерительную линию, с помощью которых устанавливают значение КСВ в пределах, при которых погрешность рабочего ваттметра не должна превышать нормируемую.

5.2. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ С ПРИБОРАМИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ МОЩНОСТИ

Существующие ваттметры СВЧ в основном являются несложными приборами и сравнительно просты в эксплуатации. Однако для получения наиболее достоверных результатов измерения необходимо соблюдать ряд общих правил.

В процессе подготовки к измерениям прежде всего нужно уяснить основную цель: требуется ли измерение мощности, проходящей в нагрузку, или мощности, развиваемой генератором на согласованной нагрузке. Конкретный вид (тип) ваттметра выбирают исходя из уровня измеряемой мощности, диапазона частот, требуемой точности измерений, вида СВЧ тракта, условий эксплуатации.

В процессе измерений следует обращать внимание на тщательность соединений СВЧ разъемов, выполняемых с помощью специальных ключей, струбцин, болтов и прокладок. Высококачественные соединения обусловливают соответствие нормам погрешности измерений, а при больших уровнях мощности исключают опасное для оператора излучение из неплотных соединений.

Необходимо избегать по возможности применения гибких соединений, высокочастотных переходов, трансформаторов и кабелей, так как они могут привести к увеличению погрешности за счет увеличения КСВ и потерь. В случае применения таких элементов их потери и вносимый КСВ нужно учитывать. Не следует допускать крутых перегибов гибких СВЧ трактов и кабелей, так как это также сказывается на потерях и КСВ.

Чтобы избежать выхода из строя приемного преобразователя ваттметра, нельзя превышать допустимый уровень импульсной мощности при измерении среднего значения мощности импульсно-модулированных колебаний даже в случае, если средняя мощность будет в допустимых пределах.

Выключать ваттметр следует только после снятия СВЧ мощности.