Профтемы студенту и преподавателю
Taketop.ru
СТУДЕНТУ И ПРЕПОДАВАТЕЛЮ
лекции по дисциплинам
Электротехника, радиотехника и связь :: Электрорадиоизмерения
Измерение мощности с помощью терморезисторов
Одним из основных методов измерения мощности в диапазоне СВЧ является метод, основанный на измерении сопротивления терморезистора, помещенного в электромагнитное поле. Терморезисторы полупроводниковые и металлические, называемые болометрами, обладают свойством сильно  изменять свое сопротивление при изменении температуры.
Полупроводниковый терморезистор представляет собой шарик диаметром около 0,5 мм. Материал, из которого изготовляется терморезисторы, включает в свой состав смесь окислов (марганца, железа, меди и никеля). Шарик 1 (рис. 4, а) закрепляется с помощью двух проволочных электродов 4. После термической
обработки шарик покрывают стеклянной пленкой. Электроды 4 припаивают к более толстым выводам 2, имеющим диаметр 0,5 0,7 мм. Вся конструкция заключена в стеклянный баллон 3.
Болометр (рис. 4,6) состоит из тонкой платиновой или вольфрамовой нити 1, запаянной в стеклянном баллоне 2, через который сделаны выводы 3. Диаметр нити 10... 15 мкм. Нить и выводы располагаются на одной линии, что облегчает включение болометра в коаксиальную линию и волновод. Длина нити выбирается так, чтобы она была не более 0,1 А, где X— длина волны исследуемых колебаний. Для увеличения допустимой рассеваемой мощности баллон заполняется инертным газом (аргоном).
Другим видом болометров является болометр пленочной конструкции. Он изготавливается осаждением тонкой металлической пленки на основание из стекла или слюды. Пленочные болометры обладают рядом преимуществ. Главное из них в том, что активное сопротивление болометра сохраняется в широком диапазоне длин волн (включая миллиметровый диапазон). Кроме того, благодаря определенной форме конструкции пленочный болометр можно включать в линию передачи, не прибегая к дополнительным согласующим устройствам. Пленочный болометр не боится тепловых перегрузок.
Основными характеристиками терморезистора являются зависимости его сопротивления от рассеиваемой мощности R = f(P) и чувствительности, т.е. крутизны характеристики S=dR/dP или S=ц(P). Чувствительность измеряется в омах на милливатта.
На рис. 5 и 6 показаны зависимости сопротивлений полупроводникового терморезистора Rт и болометра R6 от рассеиваемой на них мощности. Из рисунков видно, что:
а) сопротивление Rt изменяется в значительно больших пределах, чем R6; б) температурный коэффициент сопротивления (ТКС) у терморезистора отрицательный    (сопротивление уменьшается с увеличением рассеиваемой мощности, а, следовательно, температуры), у болометра — положительный; в) крутизна характеристики S, а     значит, и  чувствительность у полупроводникового терморезистора больше.
Рассмотренный метод измерения является косвенным, так как после измерения токов I0 и I1 необходимо определять мощность по формуле (6.7). Точность измерения определяется в основном точностью измерения разности токов I0 и I1.
Применяются уравновешенные мосты с непосредственным отсчетом. Принципиальная электрическая схема такого моста изображена на рис. 7. Мост уравновешивают при отсутствии измеряемых колебаний СВЧ с помощью источника постоянного тока и генератора звуковой частоты. От генератора звуковой частоты подводят к мосту определенную мощность, о величине которой судят по показанию электронного вольтметра PVI (напряжение U1). Окончательное уравновешивание моста осуществляется резистором R1, регулирующим подводимому мосту мощность постоянного тока. Этот же резистор позволяет устранить разбалансировку моста, вызываемую колебаниями окружающей температуры.
 
 

При подаче колебаний СВЧ нарушившийся баланс моста восстанавливается уменьшением мощности звуковой частоты. При этом вольтметр PVI покажет напряжение U2, измеряемая мощность будет
Электронный вольтметр можно проградуировать непосредственно в единицах мощности. Полному отклонению стрелки будет соответствовать нулевая мощность СВЧ.
Рассмотренные схемы построения измерителей мощности основаны на практике эквивалентного замещения мощностью постоянного (или низкочастотного) тока мощности СВЧ сигнала. Одной из характерных погрешностей измерителей мощности такого типа является нестабильность температурного режима терморезистора во времена Уход нуля отсчетного прибора в процессе измерений вызывается колебаниями температуры терморезистора под действием, как внешних источников тепла, так и вследствие самопрогрева головки мощностью, рассеиваемой непосредственно терморезистором, для уменьшения погрешности используются методы термокомпенсации ухода нуля с помощью второго термокомпенсирующего терморезистора, который регулирует мощность подогрева рабочего термистора при изменении темпера туры.
Несовершенство конструкций терморезисторных (болометрических) головок также является источником погрешностей. В терморезисторных головках происходят потери мощности СВЧ в стыках волноводных или коаксиальных линий передачи, потери мощности в подводящих проводах внутри головки, терморезисторы имеют различную чувствительность к мощностям СВЧ и постоянного тока. Все эти недостатки вызывают систематические погрешности. Чтобы их учесть, вводится коэффициент преобразования ŋ=Р=~ где Р=   и Р~ , действительные значения мощностей замещающей и поглощенной в головке. Коэффициент преобразования может быть как меньше, так и больше единицы. В старых конструкциях головок потери мощности СВЧ были настолько велики, что коэффициент ŋ был всегда меньше единицы. В современных головках с малыми потерями мощности СВЧ с резистором, включенным последовательно с терморезистором, можно получить
ŋ>1. Для исключения систематической погрешности, обусловленной несовершенством измерительной головки, необходимо определить ее коэффициент преобразования ŋ и разделить величину замещающей мощности, измеренную мостом, на этот коэффициент (Р= Р= / ŋ). Определение коэффициента преобразования головки ŋ называют аттестацией по коэффициенту преобразования.

Работы, представленные на сайте http://taketop.ru, предназначено исключительно для ознакомления. Все права в отношении работ и/или содержимого работ, представленных на сайте http://taketop.ru, принадлежат их законным правообладателям. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие или полученные в связи с использованием работ и/или содержимого работ, представленных на сайте http://taketop.ru
Рейтинг@Mail.ru
Сайт управляется SiNG cms © 2010-2015