Измерение тока и мощности

Для измерения тока высокой частоты используют термоэлектрические амперметры (рис.119,а), основным элементом которых является бесконтактный подогревный термоэлемент. ЭДС термоэлемента пропорциональна квадрату эффективного тока (от 1,0 мА до 1,0 А), протекающего через подогреватель. Для расширения пределов измерения термоамперметров используют трансформаторы токов и шумов. Емкостные С_ш и индуктивные L_ш шунты (рис.119,б) позволяют снизить мощность, поглощаемую измерительным шунтом. При использовании этих шунтов возрастает падение напряжения на измерительном устройстве РА. Дополнительный конденсатор С_а имеет емкость . Для компенсации индуктивности прибора в ветвь включают индуктивность .

Рис. 119. Схемы термоамперметра (а) и включения его через емкостный

и индуктивный шунты (б)

В диапазоне сантиметровых и дециметровых волн мощность измеряют ваттметрами калориметрического, фотометрического, болометрического и термисторного типов. Такие приборы подразделяют на ваттметры поглощающего типа и ваттметры измерения проходящей мощности. Ваттметры поглощающего типа позволяют измерять мощность от 10^-16до 10⁷ Вт с погрешностью от 25 до 5%. В радиоизмерениях получили распространение ваттметры-калориметры с проточной водой. При перепаде температуры воды ∆Т и ее объеме V средняя мощность, Вт, такого прибора P=4,18∆Т. В фотометрическом ваттметре в качестве нагрузки используют лампу накаливания, яркость свечения которой измеряется фотоэлементом с внутренним фотоэффектом и гальванометром. В болометрическом ваттметре мощность измеряется за счет изменения сопротивления термочувствительного элемента, по которому проходит ток высокой частоты. Этот элемент включен в одно из плеч измерительного моста. Кроме того, мощность можно измерить методом вольтметра, суть которого состоит в измерении падения напряжения на известном сопротивлении нагрузки, согласованном с волновым сопротивлением линии (без потерь). Тогда , где U - действующее напряжение на нагрузке.

Схема измерения проходящей мощности обычно состоит из нелинейных элементов с квадратичными характеристиками (рис. 120). Если последовательно с измеряемой цепью Z включить два резистора с чисто активными сопротивлениями , а сопротивления R2+R3 выбрать такими, чтобы их сумма была бы больше Z, т.е. R2+RЗ>Z, то напряжение U₂ будет пропорционально U_H и совпадать по фазе. Тогда а . При одинаковых вольт-амперных характеристиках диодов VD1 и VD2 показания магнитоэлектрического прибора будут пропорциональны разности между постоянными составляющими токов i=i₁–i₂ нелинейных элементов. Тогда с учетом магнитной индукции отклонение стрелки прибора будет пропорционально постоянной составляющей:

где В- коэффициент пропорциональности.

Рис. 120. Схема вольтметра с нелинейным элементом

Проходящую мощность измеряют также направленными ответвителями, которые ответвляют незначительную мощность падающей волны и не влияют на отраженную волну. Направленный ответвитель можно выполнить на коаксиальной линии с помощью петли связи, размеры которой должны быть малы по сравнению с длиной волны. При измерении мощности электромагнитных волн используют ваттметры, основанные на эффекте Холла в полупроводниках, а также приборы, в которых измеряемая мощность оценивается механическим давлением, создаваемым волнами на отражающей поверхности, и значение которого пропорционально вектору Умова - Пойтинга. Такие ваттметры называют пондеромоторными.

Рассмотренные выше методы позволяют измерять мощность непрерывных гармонических колебаний или среднюю мощность Р_ср импульсных сигналов. Импульсная мощность Р_и может быть определена косвенным методом:

,

где Т_И – период следования импульсов; τ_И – длительность имульса.

Импульсную мощность измеряют электронными и болометрическими ваттметрами. Электронный измеритель поглощаемой мощности состоит из нагрузочного резистора, сопротивление которого равно волновому сопротивлению линии передачи, и пикового вольтметра. Таким образом, измерение импульсной мощности сводится к определению амплитуды импульса на известном сопротивлении. По этому методу работает прибор типа МЗ-5А, измеряющий мощность от 0,5 до 1000 кВт в диапазоне частот от 30 до 1000 МГц и погрешностью 30 %. В болометрическом измерителе импульсной проходящей мощности радиоимпульс от генератора поступает в измерительную головку через направленный ответвитель, калиброванный по затуханию. Измерительная головка содержит малоинерционный пленочный болометр с постоянной времени τ_б>>τ_и. Импульсную мощность определяют по скорости изменения сопротивления болометра, поглощающего эту мощность. Болометр играет роль интегратора, преобразующего прямоугольный импульс в пилообразный радиоимпульс. Последний проходит через дифференцирующую цепь, восстанавливающую форму огибающей радиоимпульса. Амплитуда этого импульса измеряется пиковым вольтметром, градуированным в единицах мощности. Схема калибруется подачей на болометр радиочастотного сигнала известной мощности от встроенного генератора. Болометрический измеритель мощности типа МЗ-12 работает в диапазоне частот от 0,1 до 3,1 ГГц.