Источники и составляющие погрешностей калориметрических измерителей мощности.

Источниками случайных погрешностей измерений являются следующие физические явления:

• изменения окружающей температуры , вызывающие изменения температуры поглотителя, дрейф нуля УПТ;

• изменения напряжения сети, которые вызывают изменения мощности калибровки , изменения коэффициента усиления УПТ, а для проточных калориметров - изменения расхода жидкости.

Источниками систематических погрешностей являются:

• отражения мощности от входа ПИП из-за того, что коэффициент отражения и погрешность равна , или из-за того, что значе­ние известно с некоторой погрешностью и погрешность в этом случае равна ;

• неравенство значений и , и , то есть отличие коэффициента эффективности от единицы ( ), или погреш­ность значений , указанных в паспорте ваттметра.

Сумма всех перечисленных составляющих погрешности ватт­метров обычно обобщается формулой для расчета относительной погрешности вида:

, (7.13)

где первый член a - сумма систематических погрешностей;

второй член - обычно обусловлен случайными погрешностями и нелинейностью ПИП;

- предел измерения;

- измеренное значение мощности.

Типичные значения для серийных калориметрических измерителей мощности:

, . Таким образом, значения находятся в пределах от 4% до 10%.

Наиболее распространенные отечественные калориметрические ваттметры - это МЗ-13, МЗ-26, МЗ-45, 46, 47, 48, МЗ-68, 69, 70, 71, МЗ-54, МЗ-58, МЗ-93, МЗ-95, МЗ-96, МЗ-107, МЗ-108.

7.5 Термоэлектрические ваттметры.

Метод измерения мощности термоэлектрическими ваттметрами весьма похож на калориметрический метод. В термоэлектрических ваттметрах мощность преобразуется в тепло и приращение темпе­ратуры при поглощении высокочастотными дифферен­циальными термопарами, а затем производит термоЭДС пропорциональную поглощенной мощности СВЧ. В отличие от калори­метра, термопары выполняют одновременно функции согласованной СВЧ нагрузки (поглотителя) и измерителя приращения температуры. Такое совмещение возможно благодаря весьма малым размерам термо­пар, которые изготовлены методом вакуумного напыления пленок на цилиндрическое стекловолокно диаметром 2040 мкм.

На рис. 7.11 изображены многослойные пленки на поверхности стекловолокна.

Рис. 7.11. Пленочная СВЧ термистора на поверхности стекловолокна. 1 - конпенсационные проводники; 2 - резистор; 3 - изолятор; 4 - ветви термистора; 5 - стекловолокно - подложка.

Ветви термопары изготавливают из сплавов хромель-копель или полупроводников - теллурид свинца-кремний. Ветви гальванически соединяются через резистивный слой МЛТ. Сопротивление резистора близко к общему сопротивлению термопары.

Основные требования к СВЧ параметрам:

• высокий коэффициент преобразования ,

• хорошая линейность, то есть независимость от поглощаемой мощности,

• устойчивость к перегрузкам и климатическим воздействиям,

• малая тепловая постоянная времени.

В первичных термоэлектрических преобразователях обычно при­меняют две термопары, включенные в цепь СВЧ параллельно, а в цепь постоянного тока последовательно. Принципиальная электрическая схема коаксиального термоэлектрического преобразователя приведена на рис. 7.12.

Рис. 7.12 Коаксиальный термоэлектрический преобразователь

Расположение термопар и разделительных емкостей , , для коаксиального преобразователя изображена на рис. 7.13.

Рис. 7.13 Расположение термопар в коаксиальном преобразователей

Две термопары каждая с сопротивлением резистора 2 прибли­зительно 100 Ом, включенные параллельно, образуют согласованную нагрузку в стандартизованном коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом - поглотитель и одновременно измеритель приращения температуры резистора. Благодаря малым размерам и малой теплопроводности подложки коэффициент теплоотдачи термопары мал; а коэффициент преобразования достаточно высок. Поэтому такие преобразователи пригодны для измерения весьма малых мощностей от до .

Блоки измерительные похожи по строению и содержат те же составные части, что и на рис. 14, за исключением калибратора мощнос­ти постоянного тока, который в термоэлектрических ваттметрах не применяется. Вместо него применяется калибратор мощности перемен­ного тока на частоте 30 КГц или 50 МГц.

Источники систематических и случайных погрешностей для термо­электрических ваттметров такие же, как и в калориметрических. Сум­марная погрешность выражается формулой (3), а значение , .

Термометрические ваттметры серийно изготовляются для коак­сиальных трактов с соединителями 7/3,04 мм (N тип или тип III по ГОСТ 13317); 3,5/1,52 мм (тип IX по ГОСТ 13317), а также для прямо­угольных волноводов в диапазоне частот от 16,7 ГГц до 17,8 ГГц. Наиболее распространены ваттметры типов: МЗ-51, МЗ-52, МЗ-53, МЗ-90, МЗ-91, 92, МЗ-75.