39. Термоэлектрический метод измерения мощности.

Термоэлектрический метод относится к тепловым методам измерения мощности, которые основаны на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую. Далее непосредственно измеряется либо количество выделенного тепла (приращение температуры), либо замещающей мощности постоянного тока или тока низкой частоты, вызывающей эквивалентное приращение температуры. Основным достоинством ваттметров, реализующих тепловые методы, явля­ется возможность их калибровки и аттестации на постоянном токе, что позволяет достичь высокой точности измерения мощности.

Термоэлектрический метод основан на преобразовании с помощью термопар энергии СВЧ сигнала в тепловую и последующем измерении возникающей термоЭДС , которая пропорциональна рассеиваемой в термопаре СВЧ мощности. Таким образом, термопары в данном случае одновременно выполняют функции согласованной нагрузки и термометра. Термоэлектрический метод, как и болометрический, применим для измерения только малых уровней мощности. Однако он имеет существенное преимущество: значение практически не зависит от температуры окружающей среды и, поэтому нет необходимости в применении специальных схем термокомпенсации. Кроме того, термопары не требуют начального подогрева, имеют высокую чувствительность (особенно дифференциальные термопары) и совместно с простым измерительным устройством позволяют реализовать термоэлектрические ваттметры прямого преобразования. Конструкции термоэлектрических приемных преобразователей коаксиального и волноводного типов практически аналогичны конструкциям болометрических преобразователей.

Упрощенную принципиальную схему термоэлектрического преобразователя (без корпуса волновода, в который он монтируется) можно представить в след. виде (рис 3.3).

Рисунок 3.3 – Эквив. схема термоэлект-ого преобразователя

В преобразователе используется дифференциальная термопара, что, как мы уже отмечали, позволяет повысить чувствительность. Ветви термопары по постоянному току соединены последовательно, а по высокой частоте – параллельно. Это достигается с помощью конструктивного конденсатора С2. Также конструктивный конденсатор С1 позволяет развязать цепи постоянного тока и СВЧ. Значения и выбирают такими, чтобы обеспечивалось согласование термопары с характеристическим сопротивлением волновода преобразователя. В промышленных преобразователях в основном применяют пленочные термопары: висмут – сурьма, хромель – копель.

Основной характеристикой термоэлектрического преобразователя является его амплитудная характеристика, т.е. зависимость от (рисунок 3.4)

Рисунок 3.4 – Типовая амплитудная характеристика термоэлектрического преобразователя

Линейный участок характеристики определяет пределы измерения . Максимальную линейность имеют характеристики дифференциальных термопар.

Так как выходным сигналом преобразователя является постоянное напряжение, то ИУ термоэлектрических ваттметров – это вольтметр постоянного тока, шкала которого проградуирована в значениях . В промышленных типах ваттметров применяют как аналоговые, так и цифровые вольтметры. Кроме вольтметра в состав ИУ ваттметра обязательно входит калибратор мощности. Это стабилизированный генератор напряжения типа «меандр» частоты 20 – 50 кГц. С его помощью производится калибровка ваттметра перед началом измерений и после смены преобразователя.

Примером термоэлектрического ваттметра является цифровой ваттметр М3-51. Измеряет синусоидальных и импульсно-модулированных колебаний – от 1 мкВт до 10 мВт; частота – от 20 МГц до 17,85 ГГц;

δ = ±[4 + 0,1 (Р_пр/ – 1)]% без учета рассогласования и дополнительных переходов; КСВ преобразователя – 1,3; коэффициент эффективности преобразования 0,98 ± 0,03.