Універсальний датчик для вимірювання прохідної потужності нвч волкова

1. Універсальний датчик для вимірювання прохідної потужності НВЧ, який складається з циліндричного корпусу з поглинальним елементом і батареї термопар з виводами, який відрізняється тим, що поглинальний елемент виконаний у вигляді плоскої металевої пластини, прикріпленої до робочого торця корпусу, батареї термопар кільцеподібної форми, напиленої на діелектричну підкладку, розміщену на внутрішній поверхні поглинального елемента, при цьому гарячі спаї її розташовані в зоні центру кільця, холодні - в зоні його периферії, а до центру елемента приєднаний провідник для калібровки. 2. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що на зовнішній поверхні робочої частини корпусу зроблена нарізка для вгвинчування в хвилевід і фіксування його положення за допомогою контргайки. В.Ш. (13) 29881 (11) UA Відомий термопарний напівпровідниковий датчик /див. Долгов В. А., Келин А. В. Электронные датчики для автоматических систем контроля. -М. "Сов. радио ", 1968, с. 19-29/, який являє собою вмонтовану через подовжувач в циліндричний корпус з зовнішньою нарізкою об'ємну циліндричну термопару з нанесеним на її кінець поглинальним електромагнітну енергію елементом у вигляді шару. При вкручуванні датчика в стінку хвилевода поглинальний елемент занурюється в нього і нагрівається. Термопарні датчики мають незначні чутливість, динамічний діапазон, швидкодію, що перешкоджає їх використанню в системах автоматичного контролю. Найбільш близьким до датчика за сукупністю ознак є термоелемент для вимірювання НВЧ потужності /А.с. СРСР №266062, кл. G01R 36|02, бюл. N11, 1970 р./, який складається з розташованого в циліндричному корпусі поглинального елемента у вигляді тонкостінного циліндричного резистора на керамічній основі, який забезпечує в тому числі калібровочне підігрівання і в середині якого розташований блок дротяних мікротермопар з відповідними виводами. При монтуванні датчика на хвилеводі резистор, що поглинає частину НВЧ енергії, яка проходить по хвилеводу, занурюється в його порожнину паралельно силовим лініям електричного поля, під дією якого в ньому виникає електричний струм, і він нагрівається. ТермоЕРС, яка виникає в блоці термопар, пропорційна квадрату напруженості електричного поля або потужності НВЧ в місці розташування датчика. Описаний датчик володіє значно більшими динамічним діапазоном і чутливістю, але за електричною міцністю поступається датчику з об'ємною напівпровідниковою термопарою. По швидкодії його не можна вважати задовільним, тому що він має велику масу і відповідно довго нагрівається, що також перешкоджає використанню його в системах автоматичного контролю. В основу винаходу поставлена задача створення універсального датчика прохідної потужнос (19) Винахід належить до розділу надвисокочастотних (НВЧ) вимірювань і може бути використаний для контролю режиму роботи лінії передачі великої та надвеликої потужності в сантиметровому та дециметровому діапазонах хвиль як точковий датчик для комплексних вимірювань потужності, модуля і фази коефіцієнта відбиття і в міліметровому діапазоні як подовжений датчик для вимірювання прохідної потужності, а також в фізичних та медичних прискорювачах заряджених часток, в радіолокаційних, навігаційних та зв'язувальних станціях, приладах НВЧ нагрівання і сушіння, випробувальних стендах електронних НВЧ-приладів. C2 ____________________ 29881 ті НВЧ: нове виконання поглинального елемента і термопар дозволяє забезпечити високі чутливість і швидкодію, розширити область робочих частот і використати його в системах автоматичного контролю, а також забезпечити високу електричну міцність. Такий технічний результат може бути досягнений, якщо в універсальному датчику для вимірювання прохідної потужності НВЧ, який складається з циліндричного корпусу з поглинальним елементом і батареї термопар з виводами, згідно винаходу, поглинальний елемент виконаний в вигляді плоскої металевої пластини, прикріпленої до робочого торця корпусу, батарея термопар кільцеподібної форми, що напилена на діелектричну підкладку, розташована на внутрішній поверхні поглинального елемента, при цьому гарячі спаї її розташовані в зоні центра кільця, холодні - в зоні його периферії, а до центру елемента під'єднаний провідник для калібровки. Крім того, для забезпечення високої електричної міцності на зовнішній поверхні робочої частини корпусу виконана нарізка для вгвинчування датчика в хвилевід і фіксації його положення з допомогою контргайки. За рахунок того, що поглинальний елемент виконано в вигляді тонкої металевої пластини із фольги, датчик має меншу масу на порядок і більше, ніж у прототипа. А закріплення його до робочого торця циліндричного корпусу збільшує теплообмін. Мала маса, кращий теплообмін, і зсув холодного спаю збільшують швидкодію. Чутливість збільшується за рахунок великої кількості (30-50) термопар в батареї. За рахунок вгвинчування в стінку хвилевода таким чином, що зовнішня поверхня поглинального елемента і внутрішня поверхня стінки хвилевода знаходяться на одному рівні, забезпечується висока електрична міцність. Крім того, за рахунок вгвинчування в стінку збільшується теплова міцність при вимірюванні великих та надвеликих рівнів потужності. На фіг. 1 наведено загальний вигляд датчика для вимірювання прохідної потужності НВЧ, на фіг. 2 - вигляд згори по А-А батарея термопар. Універсальний датчик, що складається з циліндричного корпусу 1 з зовнішньою нарізкою 2, до робочого торця якого припаяний поглинальний елемент 3, виконаний у вигляді плоскої металевої пластини з фольги, на внутрішній поверхні якої розташована батарея диференційних термопар 4 кільцеподібної форми з провідниками 5, 6, які виводять сигнал. Батарея термопар напилена на діелектричну підкладку 7, що має добру адгезію. Гарячі спаї батареї термопар 4 розташовані в зоні центру кільця, а холодні - в зоні його периферії. Для калібровки датчика /постійним або змінної частоти струмом по методу заміщення підігріванням власне поглинальної стінки/ в центрі поглинального елемента закріплено калібровочний провідник 8, який підводить струм до електричного кола: центр поглинальної стінки - її периферія джерело струму; калібровочний провідник 8 і виводи 5, 6 батареї термопар 4 до зовнішнього кола підключаються з допомогою низькочастотного роз'єднувача 9, змонтованого на кришці 10 корпусу 1. Положення датчика фіксується за допомогою контргайки 11. Для забезпечення мінімальної частотної залежності коефіцієнта перетворення датчика його встановлюють на широкій стінці в зоні колової поляризації хвилі на відстані (0,2-0,3) розміру широкої стінки від ребра хвилеводу. Датчик працює наступним чином. Встановлений в широку або вузьку стінку хвилевода в залежності від вимог по діапазону частот і похибки непогодження, датчик прохідної потужності подає на НЧ-роз'єднувач ЕРС, пропорційну квадрату напруженості поля в місці його встановлення. Якщо таких датчиків встановити декілька вздовж хвилевода, то можна обчислити прохідну, падаючу і відбиту від навантаження потужність, а також модуль і фазу коефіцієнта відбиття навантаження. Протікаючи по поверхні поглинального елемента, струми НВЧ нагрівають його. В зв'язку з тим, що поглинаючий елемент по периферії прикріплений до масивного корпусу, то тепло від цієї частини елемента швидше відходить до корпусу хвилевода, ніж від центральної частини елемента. Таким чином температура в центрі Тг буде вища, ніж по його периферії Тх. Різниця температур перетворюється в термоЕРС за допомогою кільцеподібної батареї плівкових термопар, гарячі спаї якої розташовані в зоні центральної частини поглинального елемента, а холодні - в зоні його периферії. Універсальний датчик прохідної потужності використовується в багатозондових приладах двох типів: в ватметрах прохідної потужності, наприклад, типу М2-З...М2-16, в яких сигнали 2-х датчиків підсумовуються і подаються на стрілковий індикатор; і в багатозондових мікрохвильових мультиметрах, в яких сигнали 5-6 датчиків подаються на обробляючий пристрій, який реалізує алгоритми падаючої, відбитої і прохідної потужності, модуля і фази коефіцієнта відбиття навантаження. В зв'язку з тим, що коефіцієнт перетворення в 40-процентній смузі хвилевода практично не змінюється, його градуювати можна тільки на одній частоті. Для цього необхідно використати зразковий прилад, наприклад, калориметричного або пондеромоторного типу. Один і той же датчик градуюється в різних діапазонах частот на відповідних хвилеводах, в кожному діапазоні йому приписують своє значення коефіцієнта перетворення. Таким чином він стає універсальним і знайде масове використання. Для проведення періодичної калібровки в центрі поглинального елемента закріплено провідник для зовнішнього нагрівання останнього через НЧ-роз'єднувач від джерела постійного або низькочастотного струму, який легко виміряти з заданою точністю. 2 29881 Фіг. 1 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3