Розділ ІІ. ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Лекція 8 Методи вимірювання

Скачать презентацию Розділ ІІ. ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Лекція 8 Методи вимірювання Скачать презентацию Розділ ІІ. ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Лекція 8 Методи вимірювання

5240-sl_l08.ppt

  • Количество слайдов: 37

>Розділ  ІІ. ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА   Лекція 8 Методи вимірювання потужності Мета лекції Розділ ІІ. ВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА Лекція 8 Методи вимірювання потужності Мета лекції : розглянути основні методи вимірювання потужності в різних діапазонах частот; класифікацію засобів вимірювання потужності; особливості роботи приладу М3-3А. Література: Л1. с.84…91, Л2. с.196…230.

>Питання лекції: 1. Загальні відомості про класифікацію методів і приладів для вимірювання потужності. 2. Питання лекції: 1. Загальні відомості про класифікацію методів і приладів для вимірювання потужності. 2. Вимірювання потужності за постійним струмом та струмом низької частоти. 3. Методи вимірювання потужності в діапазоні ВЧ та НВЧ. 4. Особливості роботи ватметра М3-3А.

>1. Загальні відомості та класифікація методів і приладів для вимірювання потужності   1. Загальні відомості та класифікація методів і приладів для вимірювання потужності Методи вимірювання потужності залежать від її кількісного значення та частотного діапазону. За постійним струмом при прямих вимірюваннях використовують ватметри електродинамічної системи, а при побічних – амперметри і вольтметри магнітоелектричної, електромагнітної та електродинамічної систем. За змінним струмом використовують ватметри електродинамічної системи.

>У залежності від способу вмикання в тракт проходження сигналу в діапазоні ВЧ та НВЧ У залежності від способу вмикання в тракт проходження сигналу в діапазоні ВЧ та НВЧ ватметри поділяються на два типи: ватметри поглинальної потужності (рис.1,а); ватметри прохідної потужності (рис.1,б).

>Різновиди ватметрів Різновиди ватметрів

>За допомогою приймального перетворю-вача здійснюється перетворення електромаг-нітної енергії в інший вид енергії, яка легко За допомогою приймального перетворю-вача здійснюється перетворення електромаг-нітної енергії в інший вид енергії, яка легко піддається вимірюванню. У ватметрах першої групи (рис. 1,а) вся потужність поглинається еквівалентом навантаження. В приладах другої групи (рис. 1,б) на перетворювач подається тільки частина потужності, яка проходить на реальне навантаження.

>Методи вимірювання потужності:         За способом перетворення Методи вимірювання потужності: За способом перетворення електромаг-нітної енергії методи вимірювання потужності поділяються на: теплові; електронні; пондеромоторні; фотометричні.

>Теплові методи поділяються на: термоелектричні; терморезисторні; калориметричні. Електронні методи поділяються на: метод вольтметра; метод, Теплові методи поділяються на: термоелектричні; терморезисторні; калориметричні. Електронні методи поділяються на: метод вольтметра; метод, в якому використовується ефект Холла.

>У залежності від значення, яке вимірюється, ватметри поділяють на: ватметри середнього значення потужності; ватметри У залежності від значення, яке вимірюється, ватметри поділяють на: ватметри середнього значення потужності; ватметри імпульсної потужності. Ватметри першої групи вимірюють потужність, яка усереднюється за період прямування Т імпульсів тривалістю t.

>Ватметри другої групи вимірюють потужність, яка усереднюється за тривалість імпульсу. Ватметри другої групи вимірюють потужність, яка усереднюється за тривалість імпульсу.

>За рівнем середньої потужності, яка вимірюється ватметри поділяються на: ватметри малої потужності (до 10 За рівнем середньої потужності, яка вимірюється ватметри поділяються на: ватметри малої потужності (до 10 мВт); ватметри середньої потужності (від 10 мВт до 10 Вт); ватметри великої потужності (від 10 Вт до 10 кВт). За точністю ватметри поділяються на вісім класів: 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 15; 25 (%).

>Ватметри діапазону ВЧ та НВЧ відносяться до підгрупи М і поділяються на види: Ватметри діапазону ВЧ та НВЧ відносяться до підгрупи М і поділяються на види: М2 – ватметри прохідної потужності; М3 – ватметри поглинаємої потужності; М5 – перетворювачі приймальні.

>2. Вимірювання потужності за постійним струмом та струмом низької частоти    2. Вимірювання потужності за постійним струмом та струмом низької частоти В колах постійного струму потужність Р, яка споживається опором наванта-ження Rн, залежить від струму І в навантаженні та спаду напруги U на ньому.

>При вимірюванні потужності непрямим методом можливі дві схеми вмикання вимірювальних приладів: з амперметром на При вимірюванні потужності непрямим методом можливі дві схеми вмикання вимірювальних приладів: з амперметром на вході (рис. 2, а); з вольтметром на вході (рис. 2, б).

>В колах однофазного синусоїдаль-ного струму вимірюється активна потужність Р, реактивна Q і повна S, В колах однофазного синусоїдаль-ного струму вимірюється активна потужність Р, реактивна Q і повна S, які визначаються за формулами:

>При непрямому методі вимірювання потужності має місце похибка методу вимірювання. Наприклад, в схемі, зображеній При непрямому методі вимірювання потужності має місце похибка методу вимірювання. Наприклад, в схемі, зображеній на рис. 2,а, амперметр вимірює загальний струм І, тобто І=Іv+Ін. Якщо Р1 – вимірювана потужність, а Рн – дійсна потужність, яка споживається навантаженням, то похибка визначається з виразу

>Похибку виміру для схеми, що зображена на рис. 2,б можна знайти за виразом: Похибку виміру для схеми, що зображена на рис. 2,б можна знайти за виразом: Значення опору навантаження можна знайти:

>Залежність похибки від опору навантаження  Рис. 3 Залежність похибки від опору навантаження Рис. 3

>ВИСНОВОК             Якщо ВИСНОВОК Якщо RнRно – схему, що зображена на рис. 2,б.

>При прямих вимірюваннях за допомогою ватметрів електродинамічної системи нерухома котушка, з опором Rа, вмикається При прямих вимірюваннях за допомогою ватметрів електродинамічної системи нерухома котушка, з опором Rа, вмикається послідовно з навантаженням Rн, а рухома, з опором Rv, паралельно джерелу або навантаженню. Таким чином, можуть бути дві схеми вмикання ватметра, які відмічені на рис. 4 літерами А та Б.

>Рис. 4 Рис. 4

>Для розширення діапазонів вимірювання послідовно з рухомою котушкою вмикається додатковий резистор Rд. В обох Для розширення діапазонів вимірювання послідовно з рухомою котушкою вмикається додатковий резистор Rд. В обох схемах опір Rд обирається таким, щоб виконувалася умова Rv+Rд=Rvд>>Rн.

>3. Методи вимірювання потужності в діапазоні ВЧ та НВЧ 3.1. Термоелектричний метод  3. Методи вимірювання потужності в діапазоні ВЧ та НВЧ 3.1. Термоелектричний метод Термоелектричний метод засновуєть-ся на перетворенні енергії НВЧ в теплову за допомогою термопар з послідовним вимірюванням термо-ЕРС.

>Термопари з`єднані послідовно по постійному струму і паралельно по високій частоті. Конденсатор С1 використовується Термопари з`єднані послідовно по постійному струму і паралельно по високій частоті. Конденсатор С1 використовується для розділення по постійному струму. Значення Rт1 та Rт2 вибрати з умов узгодження з навантаженням. Основною характеристикою термоелектрич-ного перетворювача є амплітудна характеристика. Лінійна ділянка характеристики визначає границю вимірювання потужності Рх.

>Переваги: широкий частотний діапазон; висока чутливість; малий час встановлення показання; мала залежність від температури Переваги: широкий частотний діапазон; висока чутливість; малий час встановлення показання; мала залежність від температури навколишнього середовища. Недоліки: малі границі вимірювання; чутливість до перевантаження.

>3.2. Терморезисторний метод           3.2. Терморезисторний метод Принцип роботи полягає у використанні властивості терморезис-торів змінювати опір при нагріванні, зокрема при поглинанні терморезис-тором потужності НВЧ. У залежності від виду терморезис-тора розрізняють болометричні та термісторні ватметри. Взагалі ватметр складається з перетворювача потужності (терморезис-тора), вимірювальних мостів та схем термостабілізації.

>Болометр являє собою платинову або вольфрамову нитку малих розмірів (l=/8; d=0,01...0,001 мм), яка запаяна Болометр являє собою платинову або вольфрамову нитку малих розмірів (l=/8; d=0,01...0,001 мм), яка запаяна в скляний балон з вакуумом. Термістори виготовляють з напівпровідникових елементів (суміш окису марганцю та нікелю або окису марганцю, нікелю і кобальту) у вигляді бусинок розміром d=0,2...0,5 мм, розташо-ваних в скляному балоні.

>Переваги:  широкий частотний діапазон; висока чутливість; малий час встановлення показів; малі похибки (4-15%). Переваги: широкий частотний діапазон; висока чутливість; малий час встановлення показів; малі похибки (4-15%). Недоліки: мала границя вимірювання; великий температурний дрейф, який вимагає використання схем термокомпенсації.

>3.3. Калориметричний метод           3.3. Калориметричний метод Принцип вимірювання потужності калориметричним методом полягає в перетворенні електромагнітної енергії в теплову з подальшим вимірю-ванням кількості тепла.

>Переваги: широкий частотний діапазон, включаючи    оптичний; великі границі вимірювання потужності; високі Переваги: широкий частотний діапазон, включаючи оптичний; великі границі вимірювання потужності; високі метрологічні характеристики. Недоліки: порівняно велику інерційність; великі габарити.

>3.4. Метод вольтметра           Метод 3.4. Метод вольтметра Метод вольтметра, який іноді називають методом вимі-рювання потужності по спаду напруги на відомому опору, полягає у вимірюванні за допомогою електронного вольтметра напруги на резисторі з відомим опором.

>Переваги: простоту і високу надійність; можливість вимірювання сигналів великої потужності. Недоліки: низьку точність; обмежений Переваги: простоту і високу надійність; можливість вимірювання сигналів великої потужності. Недоліки: низьку точність; обмежений частотний діапазон.

>3.5. Пондеромоторний метод           3.5. Пондеромоторний метод Пондеромоторний метод вимірювання потужності полягає у використанні механічної дії електромагнітної хвилі на перешкоду. Пондеромоторний ватметр являє собою відрізок хвилеводу, в якому розташована пластинка, яка підвішується на кварцовій нитці. З іншого кінця до пластини кріплять стержень, на якому знаходиться дзеркало. На це дзеркало падає промінь, який відбивається на шкалу приладу. Під дією електромагнітної хвилі пластинка відхиляється, що фіксується променем на шкалі приладу.

>Переваги: незалежність від перевантажень; висока точність (1,5%). Недоліки: вузькосмуговість, необхідність чіткої узгодженості з навантаженням; Переваги: незалежність від перевантажень; висока точність (1,5%). Недоліки: вузькосмуговість, необхідність чіткої узгодженості з навантаженням; чутливість до вібрацій.

>4. Особливості роботи ватметра М3-3А         4. Особливості роботи ватметра М3-3А Ватметр поглинаючої потужності М3-3А призначений для вимірювання потужності високочастотних генера-торів при неперервній генерації та при модуляції вихідного сигналу прямокутними імпульсами.

>Основні технічні характеристики:   1. Діапазон вимірювання потужностей по шкалам приладу: а) при Основні технічні характеристики: 1. Діапазон вимірювання потужностей по шкалам приладу: а) при неперервній генерації 0,25 – 15 Вт; б) при імпульсній модуляції 5 – 5000 Вт (при середній потужності не більше 15 Вт). 2. Діапазон частот 30 – 1200 МГц. 3. Тривалість імпульсів більше 2 мкс, Q=100 – 5000. 4. Вхідний опір приладу 75 Ом.

>Діаграми сигналів роботи М3-3А Діаграми сигналів роботи М3-3А