Калориметр для вимірювання нвч потужності

Калориметр для вимірювання НВЧ потужності, що містить калориметричне навантаження з нагрівачем і термобатарею, включеними в замкнену гідросистему, попередній підсилювач та підсилю 38413 ставлення функції відносної чутливості jk в кінцевих приростах вихідної величини і коефіцієнта прямого перетворення. Ітераційний процес корекції адитивної похибки визначає низьку швидкодію відомого пристрою. Цей процес складається з багаторазово повторюваних операцій перемикань параметричних модуляторів, обчислення функцій відносної чутливості jk і поточного значення критерію керування e, встановленням послідовним наближенням такого значення сигналу керування підсилювачем, при якому досягається значення e » 0. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення калориметра для вимірювання НВЧ потужності шляхом введення аналого-цифрового пристрою (АЦП) і нових зв'язків, що дозволить підвищити точність і швидкодію відомого пристрою. Поставлена задача досягається тим, що в калориметр для вимірювання НВЧ потужності, що містить калориметричне навантаження з нагрівачем і термобатарею, включеними в замкнену гідросистему, попередній підсилювач та підсилювач потужності, перший та другий модулятори, 0КБ та індикатор новим є те, що вихід термобатареї з'єднано з послідовно включеними попереднім підсилювачем, першим параметричним модулятором, підсилювачем потужності, другим параметричним модулятором, вихід якого з'єднано з нагрівачем, а вихід підсилювача потужності з'єднано зі входом OКБ через загальну шину (ЗШ) і введений АЦП, причому керуючі входи першого і другого модуляторів з'єднано через ЗШ і АЦП з OКБ, вихід якого ЗШ з'єднано з індикатором. Введення додаткового елемента - АЦП та нових зв'язків дозволяє підвищити точність і швидкодію відомого пристрою. Сутність запропонованого винаходу пояснює графічний матеріал, на якому зображено функціональну схему калориметричного пристрою для вимірювання НВЧ потужності. Калориметр для вимірювання НВЧ потужності містить калориметричне навантаження 1 з нагрівачем 2 і термобатарею 3, включеними в замкнену гідросистему з центробіжним насосом 4 і теплообмінником 5, послідовно з'єднаними з попереднім підсилювачем 6, вхід якого з'єднано з термобатареєю З, першим модулятором 7, підсилювачем потужності 8, вихід якого з'єднано з другим модулятором 9 і аналогово-цифровим перетворювачем (АЦП) 10, вихід якого з'єднано з 0КБ 11 загальною шиною 12 та з індикатором 13. Калориметр для вимірювання НВЧ потужності працює таким чином. Потужність НВЧ сигналу розсіюється в калориметричному навантаженні 1. Різниця температур теплоносія, який циркулює в замкненому гідравлічному контурі, на вході нагрівача 2 і на виході калориметричного навантаження 1 термобатареєю 3 перетворюється в електричний сигнал, який подається на вхід попереднього підсилювача 6, а потім на вхід першого модулятора 7, який являє собою, наприклад, керований подільник напруги, утворений з двох високоточних постійних резисторів 14 і 15, комутованих керованим перемикачем 16. Сигнал на виході першого модулятора 7 далі підсилюється підсилювачем потужності 8, навантаженнями якого є з'єднані послідовно нагрівач 2 і другий модулятор 9, який являє собою, наприклад, два постійні високоточні резистори 17 і 18, які комутуються керованим перемикачем 19. Вихідна потужність підсилювача 8 в залежності від положення перемикача 19 другого модулятора 9 розсіюється на резисторі 17 і нагрівачі 2 або на резисторі 18 і нагрівачі 2. Потужність розсіювання нагрівача 2, включеного в замкнену гідравлічну систему, додається до потужності розсіювання НВЧ сигналу в калориметричному навантаженні 1, збільшуючи різницю температур "гарячого" і "холодного" каналів. Елементи 1, 3, 6, 7, 8, 9, 2 утворюють замкнений контур з позитивним зворотнім зв'язком. Коефіцієнти прямого перетворення цього контуру K, K¢ і коефіцієнти зворотного зв'язку b, b¢, які відповідають двом положенням перемикачів модуляторів 7 і 9 "а" і "б", дорівнюють K = K1 × K 2 × K 3 × K 4 × K 5 ; K' = K1 × K2 × K3 × K4 × b= b¢ = R1 × K5 = qk × K ; R1 + R2 PH1 RH = ; P R3 + RH 1 RH R + RH RH = 3 × = qb × b , R4 + RH R4 + RH R3 + RH де К1 - коефіцієнт перетворення калориметричного навантаження 1, K1 = K втр (1 - Г 2 ) , при цьому K втр - коефіцієнт втрат НВЧ потужності на стінках хвилевода калориметричного навантаження 1; Г - модуль коефіцієнта відбиття навантаження 1 за напругою; K2 - калориметрична чутливість, K2 = (F×С×D)-1; F - витрати теплоносія; С - питома теплоємність теплоносія; D - щільність теплоносія; K3 - коефіцієнт чутливості термобатареї 3; K4 - коефіцієнт підсилення попереднього підсилювача 6; K5 - коефіцієнт передачі підсилювача потужності 8; R1 qk = - коефіцієнт передачі першого модуR1 + R2 лятора 7 в положенні "б" його перемикача 16; R1, R2 - опір резисторів 14 і 15, відповідно; РH - потужність розсіювання нагрівника 2 в положенні "а" перемикача 19 другого модулятора 9; Р1 - вихідна потужність підсилювача 8 в положенні "а" перемикача 19; R + RH qb = 3 - коефіцієнт передачі другого модуR4 + RH лятора 9 в положенні "б" його перемикача 19; R3, R4, RH - відповідно опір резисторів 17, 18 і нагрівача 2. Замкнений вимірювальний контур в положенні "а" перемикачів 16 і 19 при qk = 1 описується математичною залежністю, яка відповідає обходу контура в напрямку: підсилювач потужності 8 - другий модулятор 9 - нагрівач 2 - термоперетворювач 3 - попередній підсилювач 6 - перший модулятор 7 (Рнвч + Р1×b )×К + d = Р1, 2 38413 До співвідношеня (5) не входять нестабільні параметри перетворення, що визначають мультиплікативну похибку - витрати теплоносія F, його питома теплоємність С і щільність D, чутливість термобатареї К3, коефіцієнт підсилення К4 попереднього підсилювача 6, коефіцієнт передачі K5 підсилювача потужності 8, а також похибка нуля DР або адитивна похибка. Вимірювальний цикл складається з трьох тактів, черговість і тривалість яких визначається послідовністю і тривалістю керуючих імпульсів, що поступають на керуючі входи параметричних модуляторів 7 і 9 від OКБ 11. В першому робочому такті OКБ 11 встановлює перемикачі 16 і 19 параметричних модуляторів 7 у 9 в положення "а" і вносить в свою оперативну пам'ять значення напруги U1. У другому такті OКБ 11 встановлює перемикач 16 першого модулятора 7 в положення "б". Значення напруги U2, запам'ятовується оперативною пам'яттю OКБ 11. Перемикач 16 встановлюється знову в положення "а". У третьому такті ОКБ 11 встановлює перемикач 19 другого модулятора 9 в положення "б". Значення напруги U3, запам'ятовується, а перемикач 19 встановлюється в початкове положення "а". Потім OКБ 11, використовуючи внесені в його оперативну пам'ять значення напруг U1, U2, U3, і внесені в його постійну пам'ять значення величин RH , q, b , проводить обчислення вимірюваної величини РНВЧ і виводить результат на індикатор 13. Таким чином, у запропонованому пристрої вирішена задача підвищення точності і швидкодії. Підвищення точності зумовлено показаною можливістю точного визначення вимірюваної величини через кінцеві прирости цієї величини. Дійсно, дослідження останнього виразу як фyнкції PНВЧ = f(U1, U2, U3, q, b, RH) показало, що вимірювана величина позитивна, існує при всіх значеннях q > 0. У відомому пристрої підвищення точності вимірювання обмежено, оскільки точне визначення вимірюваної величини можливе лише при нескінченно малих значеннях величини 1 - q, тобто при q ® 1. Збільшення швидкодії досягнуто завдяки тому, що вимірювання проводиться за один цикл параметричної модуляції, в той час як у відомому пристрої для досягнення значення e » 0 потрібно декілька таких циклів і тим більше, ніж менше вибране значення 1 - q. Калориметр для вимірювання НВЧ потужності має такі характеристики: діапазон вимірювання 1600 Вт, похибка на верхній межі вимірювання менша за ±1,5%, швидкодія становить 2 вимірювання/хвилину - ці показники приблизно в два рази кращі за характеристики відомих калориметрів для вимірювання НВЧ потужності. де d - приведена до виходу підсилювача потужності 8 адитивна похибка. Звідки вихідна потужність підсилювача потужності 8 дорівнює P = 1 K × PНВЧ + d , 1- K ×b (1) Положенню "б" перемикача 16 першого модулятора 7 відповідає наступне значення вихідної потужності підсилювача потужності 8 P2 = K × qk × PНВЧ + d . 1 - K × b × qk (2) Положенню "б" перемикача 19 другого модулятора відповідає значення вихідної потужності підсилювача потужності 8 у вигляді P3 = K × PНВЧ + d . 1 - K × b × qb (3) При умові qk = qb = q, що виконується у випадR1 R + RH , вирази (1-3) утворю= 3 ку, коли R1 + R2 R4 + RH ють систему рівнянь, розв'язком якої відносно вимірюваної величини РНВЧ є PНВЧ = P2 - P3 × P × b. 1 P - P3 1 З урахуванням того, що значення вихідної потужності Р1, Р2, Р3, підсилювача 8 визначаються через відповідні значення його вихідної напруги U1, U2, U3, і опорів його навантаження P = 1 2 2 2 U1 U2 U3 , P2 = , P3 = , R3 + RH R3 + RH R4 + RH (4) а величина Рнвч що вимірюється, з урахуванням (4) дорівнює PНВЧ = 2 2 2 U1 ( U 2 - U 3 × q ) 2 2 U1 - U 3 × q = 2 U1 × b . R4 + RH (5) Тобто вимірювана величина РНВЧ може бути визначена через виміряні значення вихідної напруги U1, U2, U3 і відомі постійні величини R3, RН, q, b або за значеннями високоточних опорів R1, R2, R3, R4, RH. 3 38413 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4