Все файлы / Метрология / Лабораторные работы / Лабораторная работа №5

(приложение 2). Кабель предназначен для соединения преобразователя с измери-

тельным блоком.

3.4.Схема электрическая соединений ваттметра.

Схема электрическая соединений ваттметра представлена в приложении 2.

Преобразователь У1 присоединяется к измерительному блоку У2 посредст-

вом экранированного кабеля.

Ваттметр может включаться в автоматическую систему с дистанционным управлением с помощью разъёма Ш4/У2 и выдавать сигнал на цифровое печатное устройство. При этом не допускается соединение контакта Ш4/29 (общий) с корпу-

сом измерительного блока и внешних устройств.

В процессе работы измерительный блок ваттметра вырабатывает аналоговый сигнал и подаёт его на гнезда разъёма Ш1/У2. Посредством этого разъёма и соот-

ветствующего кабеля (кабель на рисунках не показан) аналоговое напряжение мо-

жет быть подведено к аналоговому индикатору. Значение аналогового напряжения

3 В на нагрузке не менее 100 кОм при конечном значении любого из пределов из-

мерения.

3.5.Конструкция.

Конструкция измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь 4.681.471 (приложение 3) представляет со-

бой отрезок коаксиального СВЧ тракта 7x3 со стандартным разъёмом типа III

вариант 2 по ГОСТ 13317-80. На торцевой поверхности центрального проводника смонтирован конденсатор С1 из тикондовой керамики, обеспечивающий малое со-

противление токам СВЧ и препятствующий проникновению постоянного тока в цепь СВЧ.

Внутри преобразователя на согласующей пластине, изолированной от корпу-

са преобразователя, устанавливаются термопары. С обкладок конденсаторов, кон-

тактирующих с согласующей пластиной, производится съём напряжения термо-

ЭДС.

В корпусе преобразователя устанавливается плата с диодами Д1 - Д4.

31

Для защиты от воздействия внешних электромагнитных полей преобразова-

тель закрывается экраном, роль которого выполняет металлический кожух, на ко-

тором крепится разъём.

4.Порядок работы.

4.1.Подготовка к проведению измерений.

4.1.1.Тумблер СЕТЬ ВКЛ. На измерительном блоке переводят в верхнее по-

ложение. При этом должны загораться цифры на табло и лампочка подсвета услов-

ного обозначения единицы измерений.

4.1.2.До проведения измерений ваттметр прогревают в течение 30 мин.

4.1.3.После прогрева устанавливают нуль на пределе РУЧ 1, поворачивая вправо (влево) ручки установки нуля ГРУБО И ТОЧНО.

4.1.4.Производят опробование ваттметра. При отсутствии на входе преобра-

зователя мощности и нормальной работе измерительного блока с помощью ручек установки нуля ГРУБО И ТОЧНО на табло должно устанавливаться показание

000,0 μW на пределе РУЧ. 1;

0000 μW на пределе РУЧ. 2;

00,00 μW на пределе РУЧ. 3.

4.1.5. Осуществляют калибровку ваттметра. Для этого следует:

- перевести переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение 800 μW и, повора-

чивая ручку потенциометра , установить на табло показание 800 мкВт;

-перевести переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение АВТ.

4.2.Проведение измерений.

4.2.1.Ваттметр обеспечивает измерение мощности в следующих режи-

мах:

- ручное переключение пределов измерений (положение переключа-

теля РЕЖИМ РАБОТЫ – РУЧ. 1, РУЧ. 2, РУЧ. 3); соответственно конеч-

ные значения пределов: 300мкВт – 3 – 10 мВт;

32

- автоматическое переключение пределов (положение переключате-

ля РЕЖИМ РАБОТЫ – АВТ.);

- дистанционное управление (положение переключателя РЕЖИМ РАБОТЫ – ДИСТ.).

Примечание. Во избежание вывода измерительного преобразователя из строя или измерении средней мощности импульсно–модулированных СВЧ сигналов оператору следует помнить, что импульсная мощность не должна превышать 1 Вт при средней мощности не более 10 2 Вт.

При этом:

PСР PИ F ,

где PСР - средняя мощность импульсно-модулированного сигнала,

Вт;

PИ - импульсная мощность, Вт;

F- частота импульсов, Гц;

- длительность импульсов, с.

4.2.2.Для проведения измерений в режиме ручного переключения пре-

делов измерений следует прежде всего установить переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в такое положение, чтобы предполагаемый уро-

вень измеряемой мощности не превышал конечное значение вы-

бранного предела. Затем присоединить преобразователь к выходу источника СВЧ мощности, спустя несколько секунд отсчитать по-

казание цифрового индикатора. После этого определить значение измеряемой мощности по формуле

Модуль коэффициента отражения преобразователя Г ПР оп-

ределяется по формуле:

где КстU - коэффициент стоячей волны преобразователя.

Примечание. Если при измерениях используются коаксиаль-

ные и коаксиально-волноводные переходы, значение К с перехо-

Э

дами вычисляется по формуле:

где KЭ - значение коэффициента эффективности измеритель-

ного преобразователя, указанное в формуляре ваттметра для соот-

ветствующего диапазона частот;

а=0 – при проверке с переходами 5.433.020 и 5.433.021 на час-

тотах до 4 ГГц;

а=0,01 – при проверке с переходом 5.433.021 на частотах свыше 4 до 10 ГГц;

а=0,03 – при проверке с переходом 5.433.022 на частотах свыше 8,24 до 12,05 ГГц;

a=0,02 – при проверке с переходом 5.433.023 на частотах свыше 12,05 до 17,44 ГГц.

Если показания цифрового индикатора менее 0,1 от конечного значения вы-

бранного предела измерений, следует переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ перевести в положение, соответствующее более низкому пределу измерений.

При неизвестном уровне мощности переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ следу-

ет устанавливать в положение РУЧ. 3.

Оператору следует помнить, что в процессе измерений при непосредствен-

ном подключении измерительного преобразователя к выходу источника СВЧ мощ-

ности возникает погрешность, обусловленная несоответствием выходного импе-

данса генератора и входного импеданса преобразователя преобразователя ваттмет-

34

ра волновому (характеристическому) сопротивлению линии передачи. Чтобы ис-

ключить из результата измерений эту погрешность, необходимо значение измеряе-

мой мощности определить из выражения:

где Г Г , Г ПР - комплексные значения коэффициентов отражения генератора и измерительного преобразователя на измеряемой частоте.

Обычно известны только модули коэффициентов отражения и за результат измерений принимается значение, найденное из выражения (6)

(7), где KстU берётся из эксплуатационной документации на генератор.

4.2.3.Режим работы ваттметра с автоматическим переключением преде-

лов используется при работе ваттметра в автоматизированных цифровых измерительных системах.

4.2.4.При дистанционном управлении производится дистанционное пе-

реключение пределов измерений с помощью потенциальных сиг-

налов (значение логического нуля 0,4 В, логической единицы

2,4 В), поступающих от цифровых измерительных систем.

4.2.5.Следует помнить, что преобразователи требуют бережного обра-

щения с ними и во избежании выхода из строя не должны пере-

гружаться мощностью сверх установленной нормы 10 мВт.

4.2.6.В процессе измерений оператор должен производить периодиче-

скую проверку нуля (п. 4.1.9), для чего необходимо снять со входа СВЧ мощность.

35

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Схема электрическая принципиальная преобразователя измери-

тельного термоэлектрического 4.681.471.

36

Техническое описание и инструкция по эксплуатации ваттметра М3-54.

1.Назначение.

1.1.Ваттметр поглощаемой мощности М3-51 предназначен для измерения мощ-

ности синусоидальных СВЧ сигналов и среднего значения мощности им-

пульсно-модулированных СВЧ сигналов.

Ваттметр состоит из измерительного блока и измерительного калориметри-

ческого преобразователя.

1.2.Рабочие условия эксплуатации:

-температура окружающей среды от 263 до 323 К (от минус 10 до плюс 500 C );

-относительная влажность воздуха до 95% при температуре 303 К ( 300 C );

-напряжение сети 220 22 В, частота 50 0,5 Гц; напряжение сети 220 11 В, час-

тота 400 12 Гц;

- атмосферное давление 60 – 106 кПа (460 – 800 мм рт. ст.).

1.3. Основные области применения: измерение выходной мощности измеритель-

ных генераторов и других источников СВЧ сигналов, поверка ваттметров классов

15 и 25, измерение затухания четырёхполюсников, измерение уровня излучения с применением калиброванных антенн.

2.Технические данные.

2.1.Ваттметр относится к классу 4/0,1 ГОСТ 13600-68 в диапазоне частот от 0 до

12 ГГц и к классу 6/0,1 ГОСТ 13600-68 в диапазоне частот свыше 12 до 17,85 ГГц.

Соответственно основная погрешность ваттметра без учёта рассогласования и дополнительных переходов не превышает значений:

в диапазоне частот от 0,02 до 12 ГГц

в диапазоне частот свыше 12 до 17,85 ГГц,

где PК - конечное значение установленного предела измерений;

PX - показание ваттметра.

2.2.При работе с переходами, входящими в комплект преобразователя, погреш-

ность ваттметра не превышает значений:

с переходом 5.433.020 в диапазоне частот 0 – 4 ГГц и с переходом 5.433.021 в диа-

пазоне частот 0 – 10 ГГц

с переходом 5.433.022 в диапазоне частот 8,24 – 12,05 ГГц

с переходом 5.433.023 в диапазоне частот 12,05 – 17,44 ГГц

Примечание. При поверке ваттметров с дополнительными переходами с помощью преобразователей падающей мощности Я2М-24, Я2М-23 погрешность ваттметров с переходами 5.433.020 и 5.433.021 состав-

2.3.Диапазон частот: 0 – 17,85 ГГц.

2.4.Пределы измерений: 10 4 1 Вт (мощности синусоидальных СВЧ сигналов и среднего значения мощности импульсно-модулированных сигналов при им-

пульсной мощности до 1,5 кВт,частоте импульсов не более 0,067 кГц и длительно-

сти импульсов до 10 мкс). Конечное значение пределов: 0,03 – 0,3 – 1 Вт.

2.5.Волновое сопротивление 50 Ом ( 7x3). Присоединительные размеры разъ-

ёма измерительного преобразователя соответствуют типу III UJCN 13317 – 73/.

38

2.6.Коэффициент стоячей волны ( КстU ) измерительного преобразователя не бо-

лее:

-1,15 в диапазоне частот от 0 – 3 ГГц;

-1,3 в диапазоне частот от 3 – 12 ГГц;

-1,4 в диапазоне частот свыше 12 до 17,85 ГГц.

2.7.Дополнительная температурная погрешность ваттметра, вызванная отклоне-

нием температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в

пределах от минус 10 до плюс 500 C , не превышает 1% на 100 C .

2.8.Дополнительная погрешность в условиях повышенной влажности не превы-

шает 2%.

2.9.Время установления показаний ваттметра не превышает 20 с.

2.10.Время сохранения калибровки ваттметра от встроенного калибратора мощ-

ности не менее 1 ч.

2.11. Нестабильность показаний ваттметра в установившемся режиме, включая

«дрейф нуля» при измеренной температуре окружающего воздуха (в пределах

10 C ) в нормальных условиях не превышает 20 мкВт/мин.

Максимальное значение нестабильности показаний ваттметра, вызванной скачкообразным изменением температуры присоединительного фланца, не превы-

шает 1 мкВт/мин град.

2.12. Ваттметр сохраняет технические характеристики после воздействия в тече-

ние 3 мин перегрузочной мощности, равной 1,5 Вт.

2.13.Время самопрогрева ваттметра 30 мин.

2.14.Питание: сеть переменного тока 220 22 В, частотой 50 Гц и содержанием гармоник до 5%, напряжением 220 11 В, частотой 400 Гц и содержанием гармо-

ник до 5%.

2.15. Мощность, потребляемая от сети 50 Гц при номинальном напряжении, не более 35 В А.

39

2.16. Нормальные условия эксплуатации и предельные условия транспортирова-

ния должны соответствовать данным, приведённым в таблице:

Ваттметр сохраняет свои технические характеристики в пределах норм,

указанных в пунктах 2.1 – 2.16, в рабочих условиях эксплуатации (п. 1.2), а

также после пребывания в предельных условиях с последующей выборкой в нормальных или рабочих условиях в течение 6 ч.

2.17. Ваттметр допускает непрерывную работу в рабочих условиях в тече-

ние 16 ч при сохранении своих технических характеристик.

2.18. Время наработки на отказ ваттметра – не менее 3000 ч. Срок службы 5

лет. Технический ресурс 10000 ч.

2.19. Габаритные размеры в миллиметрах и масса блока ваттметра в кило-

граммах приведены в таблице:

40