Цифровые ваттметры

Повсеместно внедряемая в последние годы в измерительной технике ав­томатизация процесса измерения распространилась и на средства измерения мощности. Необходимость в автоматизации средств измерения мощности возникла по двум причинам: во-первых, из-за развития автоматических сис­тем контроля и, во-вторых, из-за сложности управления работой, связанной с балансировкой мостовых схем, которые являются основным элементом лю­бого терморезисторного ваттметра.

В цифровых ваттметрах применяют различные типы преобразователей мощности, в том числе и терморезисторные.

Упрощенная структурная схема цифрового ваттметра дана на рис. 11.20.

Основным элементом схемы ваттметра является микропроцессор. УПТ усиливает выходное напряжение термо­электрического прием­ного преобразо­вателя до значения, обеспечивающего устойчивую работу блока АЦП. Напря­жение, пропор­циональ­ное значению измеряемой мощ­нос­ти, преобразует­ся с помощью времяимпульсного преобразователя (на схеме не показан) в интервал времени, который заполняется импульсами опорной частоты. Число импульсов, пропорциональное измеряемой мощности, отображается на циф­ровом отсчетном устройстве (ЦОУ) или может вводиться в специализирован­ное устройство обработки измерительной информации.

Микропроцессор ваттметра содержит элементы автоматического управ­ления режимами работы и дистанционного переключения пределов измере­ния, индикации условного обозначения измеряемой величины. Калибратор мощности переменного тока используется для самокалибровки ваттметра. Калибратор мощности постоянного тока применяется для калибровки циф­рового ваттметра, работающего с преобразователями на средних и больших уровнях мощности. Все узлы ваттметра запитываются от встроенного источ­ника питания постоянного тока.

Приемный преобразователь состоит из отрезка коаксиальной линии (или волновода) со стандартным высокочастотным разъемом, поглощающего эле­мента, термоэлектрического модуля, «образца сравнения». Поглощающий элемент представляет собой тонкопленочный резистор на теплопроводящей (бериллиевой) керамике. Центральным проводником коаксиального тракта является тонкостенная трубка из нержавеющей стали, исключающая тепловое влияние внешней среды на поглощающий элемент. Для уменьшения по­терь на СВЧ трубка покрывается медью и серебром. Поглощающий элемент за счет плотной посадки имеет электрический контакт с центральным про­водником. Другой его конец впаян в согласующий медный экран с серебря­ным покрытием. В согласующем экране предусмотрено ступенчатое измене­ние диаметра, что обеспечивает согласование поглощающего элемента с трактом во всем диапазоне частот.

Термоэлектрический модуль представляет собой диск с отверстием и рас­положен так, что горячий спай имеет тепловой контакт с внешней поверхно­стью согласующего экрана в месте пайки поглощающего элемента, а холод­ный спай — с «образцом сравнения». К выводам термоэлектрического моду­ля припаиваются провода соединительного кабеля. Для защиты модуля от случайных внешних тепловых воздействий используются внутренний и внешний экраны. На внешнем экране укреплены ребра, образующие вместе с экраном радиатор. Применение радиатора позволяет увеличить мощность рассеяния преобразователя.

В цифровом ваттметре благодаря применению микропроцессора осуще­ствляется ряд автоматизированных операций: автоматический выбор преде­лов измерений, автоматическая установка нуля и самокалибровка; кроме то­го, предусматривается выход информации на канал общего пользования при его включении в состав информационно-измерительной системы.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет такая физическая величина, как мощность электриче­ских колебаний?

2. Как записывается аналитическое выражение для активной мощности в случае периодического сигнала?

3. Перечислить основные методы измерения мощностей в различных частотных диапазонах.

4. Объяснить принцип действия электродинамического ваттметра.

5. Какой алгоритм математических операций лежит в основе ваттметра на пере­множителях.

6. Каковы особенности измерения мощности электромагнитных колебаний в диапазоне СВЧ?

7. Как строятся ваттметры поглощающей мощности для диапазона СВЧ?

8. Приведите пример ваттметра поглощающей мощности.

9. В чем заключается терморезисторный метод измерения электрической мощно­сти в СВЧ-диапазоне?

10. Какие типы мостов применяют для измерения мощности с помощью терморе­зисторов?

11. Приведите схему неуравновешенного моста.

12. Приведите схему уравновешенного моста.

13. В чем заключается метод измерения электрической мощности с помощью тер­мопар?

14. На чем основан калориметрический метод измерения мощности?

15. Как работают ваттметры проходящей мощности? Привести примеры.

16. На каком принципе основаны измерители мощности, использующие преобразо­ватели Холла?

17. Как осуществляется измерение мощности с преобразователями Холла?

18. Как работают ваттметры на основе эффекта «горячих» носителей тока?

19. Какие методы используются при измерениях мощности и энергии лазерного из­лучения?

20. Объяснить принцип действия цифрового ваттметра по его упрощенной струк­турной схеме.

Дата добавления: 2014-01-20