Термоэлектрический метод

Термоэлектрический метод основан на преобразовании с помощью термопар энергии СВЧ в тепловую энергию и измерении возникающей термо-ЭДС Е_т, пропорциональной рассеиваемой в термопаре СВЧ мощности. Таким образом, термопары одновременно выполняют функции согласованной нагрузки и термометра.

Термоэлектрический метод, как и болометрический, применим для измерения малых уровней мощности. Однако, он имеет существенное преимущество перед болометрическим: значение Е_т практически не зависит от температуры окружающей среды, и отпадает необходимость в специальных схемах термокомпенсации. Кроме того, термопары не требуют начального подогрева, имеют высокую чувствительность и совместно с простым измерительным устройством позволяют реализовывать термоэлектрические ваттметры прямого преобразования.

Рис. 4 Эквивалентная схема термоэлектрического преобразователя с дифференциальным включением термопар(а); амплитудная характеристика термоэлектрического преобразователя (б)

Конструкция термоэлектрических головок коаксиального и волноводного типа аналогична конструкции болометрических. Для повышения чувствительности термопары выполняют дифференциальными, причем по постоянному току ветви термопары соединяют последовательно, а по высокой частоте – параллельно. Как видно из эквивалентной схемы (рис. 4,а), это достигается с помощью конструктивного конденсатора С2. Также конструктивный конденсатор С1 позволяет развязать цепи постоянного тока и СВЧ. Значения R_t1 и R_t2 выбирают из условия согласования головки. В основном применяют пленочные термопары (металлические пленки, напыленные на диэлектрические подложки), причем наибольшее распространение получили термопары висмут – сурьма, копель – сурьма и хромель – копель.

Основной характеристикой термоэлектрического преобразователя является амплитудная характеристика Е_Т(Р_х), типичный вид которой представлен на рис. 4,б. Линейный участок характеристики определяет пределы измерения Р_х, причем максимальную линейность имеют характеристики дифференциальных термопар.

Поскольку выходным сигналом преобразователя является постоянное напряжение, измерительное устройство термоэлектрических ваттметров представляет собой вольтметр постоянного тока, шкала которого проградуирована в значениях Р_х. В практических схемах ваттметров применяют как аналоговые, так и цифровые вольтметры. Дополнительным функциональным узлом измерительного устройства является калибратор мощности – стабилизированный генератор меандра частоты 20...50 кГц. С его помощью производится калибровка ваттметра перед началом работы, и после смены преобразователя. Благодаря этому устраняется разброс характеристик Е_Т(Р_х).

Основные достоинства и параметры термоэлектрических ваттметров те же, что и у болометрических (термисторных). Дополнительным важным преимуществом является малая зависимость результатов измерений от температуры окружающей среды. Основной недостаток ваттметров – малые пределы измерений и малая устойчивость к перегрузкам.