Циркуляційний нвч-калориметр

Циркуляційний НВЧ-калориметр, що містить калориметричне навантаження з включеними в замкнену гідросистему першим нагрівачем і тер 38783 введення додаткових елементів - джерела взірцевої напруги та другого нагрівача, потужність якого набагато менше потужності першого нагрівача - і нових зв'язків, що дозволить підвищити точність вимірювання НВЧ потужності. Поставлена задача досягається тим, що в циркуляційному НВЧ калориметрі, що містить калориметричне навантаження з включеними в замкнену гідросистему першим нагрівачем термобатарею, вихід якої з'єднано з послідовно включеними підсилювачем, модулятором, вхід якого з'єднано з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), вихід якого загальною шиною (ЗШ) з'єднано зі входом обчислювально-керуючого блоку (ОКБ), та першим нагрівачем, керуючий вхід модулятора з'єднано через ЗШ і АЦП з ОКБ, вихід якого ЗШ з'єднано з індикатором, новим є те, що калориметр споряджено послідовно з'єднаними другим нагрівачем та джерелом взірцевої напруги, з'єднаним ЗШ з другим ви ходом з ОКБ. Введення додаткових елементів - джерела взірцевої напруги та другого нагрівача, опір якого стабільний протягом вимірювального циклу - і нових зв'язків, за рахунок нової організації вимірювального процесу дозволяє підвищити точність вимірювання НВЧ потужності приблизно в дев'ять разів. Суть запропонованого винаходу пояснює графічний матеріал (фіг.), на якому зображено функціональну схему циркуляційного НВЧ калориметра Циркуляційний НВЧ калориметр містить калориметричне навантаження 1 з першим нагрівачем 2 і термобатарею 3, включеними в замкнену гідросистему з центробіжним насосом 4 і теплообмінником 5, послідовно з'єднаними з підсилювачем 6, вхід якого з'єднано з термобатареєю 3, а вихід з'єднано з модулятором 8 та аналого-цифровим перетворювачем (АЦП) 9, вхід якого через модулятор 8 з'єднано з першим нагрівачем 2, а також ОКБ 10, ви ходи якого ЗШ 11 з'єднано відповідно з входом параметричного модулятора 8 та введеним джерелом взірцевої напруги 16, вихід якого з'єднано з другим нагрівачем 17, вхід ОКБ 10 з'єднано ЗШ 11 з виходом АЦП 9, а вихід ОКБ 10 з'єднано з індикатором 12. Циркуляційний НВЧ калориметр працює таким чином. ОКБ 10 здійснює зв'язок, по типу керуючий керований, між всіма об'єктами керування, з'єднаними ЗШ 11. Потужність НВЧ сигналу розсіюється в калориметричному навантаженні 1. Різниця температур теплоносія, який циркулює в замкненому гідравлічному контурі, на виході нагрівача 2 і на вході калориметричного навантаження 1 термобатареєю 3 перетворюється в електричний сигнал, який підсилюється підсилювачем 6. Підключений до виходу підсилювача 6 модулятор 8 залежно від положення керованого перемикача 15 поділяє вихідну потужність підсилювача б на дві частини. В першому положенні керованого перемикача 15 перша частина потужності підсилювача розсіюється на високоточному резисторі 13, а друга - на першому нагрівачі 2. В другому положенні перемикача 15 перша частина потужності підсилювача 6 розсіюється на високоточному резисторі 14, а друга - також на першому нагрівачі 2. Потужність, що розсіюється на першому нагрівачі 2, складаючись з потужністю НВЧ, гріє теплоносій, що циркулює в замкненій гідросистемі калориметричного навантаження 1. Елементи 1, 3, 6, 7, 8, 2 утворюють замкнений контур з позитивним зворотнім зв'язком. Залежність вихідної потужності підсилювача 6 від потужності НВЧ в першому положенні керованого перемикача 15 описується таким співвідношенням: P1 = U2 1 = R3 + RH K × PНВЧ + ΔP , (1) R H1 R 1 + R H1 де U1 - ви хідна напруга підсилювача потужності 8; К - загальний коефіцієнт вимірювального перетворення; R1 - опір високоточного резистора 13; RН1 опір першого нагрівача 2; РНВЧ - потужність вимірюваного НВЧ сигналу. Загальний коефіцієнт вимірювального перетворення дорівнює 1- K × 2 К = (1 - Г ) × К 1 × К 2 , (2) де Г - модуль коефіцієнта відбиття калориметричного навантаження 1; К1 - калориметрична чутливість, К1=S/(F·С·D); S - коефіцієнт чутливості термобатареї 3; F - витрати теплоносія; С - питома теплоємність теплоносія; D - щільність теплоносія; К2 - коефіцієнт підсилення підсилювача 6; ΔРі некорельовані адитивні похибки, зумовлені неідеальною теплоізоляцією гідросистеми від навколишнього середовища. Після включення ОКБ 10 джерела взірцевої напруги 16 теплоносій калориметричного навантаження 1 додатково нагрівається відомою потужністю Р0, що розсіюється на опорі RH2 другого нагрівача 17: P0 = U2 0 , (3) R H2 де U0 - ви хідна напруга джерела взірцевої напруги 16; R H2 - опір другого нагрівача 17. Залежність вихідної потужності підсилювача 6 від потужності НВЧ та потужності, що розсіюється в другому нагрівачі 17, подається за таким співвідношенням: P2 = U2 2 = R1 + R H1 K × (PНВЧ + Р0 ) ± ΔР2 (4) R H1 R1 + R H1 Після того, як ОКБ 10 встановлює перемикач 15 модулятора 8 в друге положення, залежність (4) набуває вигляду P3 = 1- K × U2 3 = R2 + RH1 K × (PНВЧ + Р0 ) ± ΔР3 (5) RH1 R 2 + R H1 Далі джерело взірцевої напруги 16 виключається, а вихідна потужність підсилювача 6 дорівнює U2 4 = R2 + RH1 1- K × K × (PНВЧ + Р0 ) ± ΔР4 (6) R H1 1- K × R 2 + R H1 Рівняння (1), (3), (4) і (5) утворюють систему, яка характеризує залежність вихідної напруги підP4 = 2 38783 силювача 6 від зміни потужності, що розсіюється в теплоносії теплообмінника 5 K × (R 1 + R H1 ) ü 2 U1 = × PНВЧ + ΔU2 1 ï R H1 1- K × ï R 1 + R H1 ï ï K × (R 1 + R H1 ) U2 = × (PНВЧ + P0 ) ± ΔU 2 ï 2 2 R H1 ï 1- K × ï R 1 + R H1 ï ý (7) K × (R 2 + R H1 ) 2 2ï U3 = × (PНВЧ + P0 ) ± ΔU 3 ï R H1 1- K × ï R 2 + R H1 ï K × (R 2 + R H1 ) 2 2ï U4 = × ( PНВЧ + P0 ) ± ΔU4 ï R H1 ï 1- K × ï R 2 + R H1 þ теплонавантаженого першого нагрівача 2; коефіцієнта підсилювання підсилювача 6; некорельованої адитивної похибки ∆U2; похибок АЦП 9. Визначення величини вимірюваної потужності НВЧ відбувається з похибкою визначення величини потужності P0 джерела взірцевої напруги 16, що, наприклад, на постійному струмі становить величину g£±1%. Робота пристрою - вимірювальний цикл складається з чотирьох тактів, черговість і тривалість яких визначається послідовністю і тривалістю керуючих імпульсів, що поступають на керуючий вхід параметричного модулятора 8 від ОКБ 10. ОКБ 10 здійснює зв'язок по типу керуючий керований між всіма пристроями, з'єднаними ЗШ 11. В першому робочому такті ОКБ 10 встановлює перемикач 15 параметричного модулятора 8 в перше положення. Значення напруги U1 запам'я товується ОКБ 10. У другому такті ОКБ 10 включає джерело взірцевої напруги 16. Значення напруги U2 запам'ятовується ОКБ 10. У третьому такті ОКБ 10 встановлює перемикач 15 параметричного модулятора 8 в друге положення. Значення напруги U3, запам'ятовується ОКБ 10. У четвертому такті ОКБ 10 виключає джерело взірцевої напруги 16. Значення напруги U4 запам'ятовується ОКБ 10. Далі ОКБ 10, використовуючи значення напруг U1, U2, U3, U4, проводить обчислення вимірюваної величини РНВЧ за формулою (8) і виводить результат на індикатор 12. Таким чином, у запропонованому пристрої вирішена задача підвищення точності вимірювання НВЧ потужності. Калориметричний вимірювач надвисокочастотної потужності має такі характеристики: діапазон вимірювання 1-1000 Вт, похибка на верхній межі вимірювання менша за ±2%. де ΔU1, ΔU 2 , ΔU 3 , ΔU4 - некорельовані адитивні похибки вимірювання. Вимірювання значень напруги U1, U2, U3 i U4 відбувається аналого-цифровим перетворювачем 9 і заноситься в пам'ять ОКБ 10. Якщо прийняти до уваги, що за короткий відрізок часу, на якому здійснюється вимірювання значень напруги U1…U4, коефіцієнти, що входять в загальний коефіцієнт К, не змінились, тобто К1=const, К2=const, а також не змінилась вимірювана величина РНВЧ та некорельовані адитивні похибки однакові 2 2 ΔU1 ΔU2 ΔU3 ΔU2 ΔU2 , то систему рівнянь = = = = 2 4 (7) можливо розв'язати відносно величини РНВЧ. Цей розрахунок здійснюється 0КБ 10 за співвідношенням PНВЧ = 2 U1 - U 2 4 × P0 (8) 2 ( U 2 - U1 ) - ( U 2 - U 2 ) 2 3 4 З виразу (8) видно, що різницею в чисельнику та знаменнику і діленням величин проведена компенсація похибок, тобто точність визначення потужності НВЧ не залежить від багатьох впливаючих факторів, що з умовлюють похибку відомого пристрою: коефіцієнта чутливості термобатареї S; витрат теплоносія; питомої теплоємності теплоносія; щільності теплоносія; нестабільності опору RН1 3 38783 __________________________________________________________ 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